Koncept Průmysl 4.0 ve vztahu k rozvoji územních celků

Hlavní stránka » Aktuality » Koncept Průmysl 4.0 ve vztahu k rozvoji územních celků

Koncept popularizovaný pod názvem „Industry 4.0“ byl před několika lety představen primárně jako budoucí standard v průmyslově výrobě, který posouvá současný stav vyspělé robotizace a automatizace výrobních procesů na další vývojově „vyšší stupeň“.

Označení Průmysl 4.0 symbolizuje čtvrtou průmyslovou revoluci, která svým dosahem kompletně ovlivní budoucí rozvoj sídelních celků včetně způsobu řízení, struktury a způsobu kontroly jednotlivých procesů všech systémů a subsystémů městských organismů. Tento evoluční krok ve vývoji městských struktur se stále přibývajícím množstvím obyvatel bude směřovat ke stále většímu zapojení informačních komunikačních technologií, všudypřítomnosti senzorů a dalších sběračů dat, napojení na nesčetné množství vzájemně provázaných sítí a decentralizovaných center řízení procesů nahrazující současné většinově užívané hierarchické uspořádání. Tomu napomůže i přenesení řešení jednotlivých situací do prostředí tzv. virtuálního dvojčete.
Realizace konceptu Průmysl 4.0 tedy nepovede pouze ke změnám výrobních procesů jako takových, ale zásadně ovlivní i prostředí napojené na výrobní podniky, jako jsou energetické, bezpečnostní či dopravní systémy, systémy vodního a odpadového hospodářství včetně změn v rozložení sociální struktury obyvatel. Aplikace konceptu Průmysl 4.0 na kompletní strukturu chytrého města a regionů s sebou přinese i potřebu nového přístupu k formě zpracování územní plánovací dokumentace a interaktivních regulačních plánů přímo propojených na virtuální model území a fyzických struktur v něm umístěných.

Dopad Průmyslu 4.0 na okolní systémy
Města, regiony a další urbanistické administrativní jednotky se neustále musejí soustředit na vylepšení své infrastruktury, uspokojování společenské objednávky obyvatel, distribuci energií, zboží, informací a zabezpečení dostatečně kvalifikované pracovní síly, stejně jako na podporu vylepšení pracovního prostředí.

Optimalizace výroby a její decentralizované řízení je podmíněna vysokou bezpečností, spolehlivostí a dostupností telekomunikačního a informačního prostředí včetně datových center, a to uvnitř i vně výrobního procesu, protože bude třeba v reálném čase sledovat jednotlivé komponenty i výsledné produkty. Každá komponenta výrobního procesu bude obsahovat inteligentní jednotku, která bude zaznamenávat její digitální stopu a vyvolávat požadavky např. na její manipulaci.

Aby celý koncept Průmysl 4.0 měl garantované parametry, musí být zajištěna např. logistika vstupních komponent, a to s ohledem na aktuální potřeby výrobního procesu. To si vyžádá detailní informaci o celém dopravním systému města, regionu či o dálniční síti, protože různé komponenty budou do výrobního procesu přepravovány alespoň v prvopočátku stávajícími dopravními prostředky. V budoucnu se počítá s nasazením autonomních vozidel, která budou plně integrována do celého výrobního procesu. Jejich pohyb po dopravní infrastruktuře bude řízen v reálném čase. Touto oblastí se již dnes zabývá obor inteligentních dopravních systémů (ITS – Intelligent Transport Systems), jehož význam se v kontextu Průmyslu 4.0 ještě zvýší.

Další požadavky budou kladeny na energetický systém, který i v případě mimořádných událostí musí být velmi odolný. Stejně jako v případě dopravních systémů dochází k vzájemné synergii energetického systému města či regionu s výrobním závodem. Chytré energetické sítě (SG – Smart Grids) budou schopny pomocí pokročilého řízení optimalizovat spotřebu, ukládání či poskytování energie na úrovni jednotlivých uzlů s ohledem na dostupné informace. Koncept Průmysl 4.0 umožňuje díky detailní znalosti výrobního procesu dodávat informace pro chytré řízení energetických soustav vyšších celků a aktivně přispívat ke stabilitě celé energetické soustavy.

Průmysl 4.0 umožní hlubší využití lidského potenciálu. Vzroste poptávka po vysoce kvalifikované pracovní síle, která bude nutná pro ovládání celé řady dálkově řízených výrobních postupů. Budou vznikat globální virtuální pracovní týmy vzájemně komunikující prostřednictvím moderních informačních a komunikačních systémů. Díky lokalizaci jejich členů mohou některé z nich pracovat i 24 hodin denně. Tento přístup lze zvolit ve fázi návrhu produktu, ale také při jeho výrobě. Díky Průmyslu 4.0 vznikne řada nových pracovních míst, které nebudou vyžadovat dopravu pracovní síly do místa produkce a umožní výkon práce z alternativní lokality (teleworking, telecommuting).

Aplikace konceptu Průmysl 4.0 ve stavebnictví
Bavíme-li se o chytrých městech, nelze opomenout stavebnictví, které je významným odvětvím průmyslu. Na tomto příkladě lze demonstrovat, že koncept Průmysl 4.0 je aplikovatelný např. při logistice objednávání a dodávek jednotlivých typických i netypických stavebních prvků v době přípravy i průběhu stavby. Budoucí uživatel, pokud bude již znám, získá daleko větší možnost specifikovat svou objednávku na vybavení svého prostoru v přímém napojení na stavební proces. Tento koncept bude rovněž využíván pro správu dokončené stavby. Pro většinu budoucích staveb, které dnes nazýváme inteligentními budovami, bude využíván koncept Průmysl 4.0 nejen ke kontrole funkčnosti a řízení jednotlivých systémů se vzdáleným přístupem v objektu, ale přímo zapojí uživatele objektů pomocí interaktivní participace při ekologicko-ekonomickém využívání společných i vlastních prostor a umožní nejen variabilnější nabídku služeb jejich uživatelům.

V období realizace stavby a jejích částí půjde o autonomní rozhodovací procesy na nižších úrovních, např. reagující na změny vyžádané investorem nebo budoucím uživatelem či na koordinaci budoucích pohybů na stavbě v závislosti na změnách počasí. Jako příklad lze uvést realizaci fasády, izolačních vrstev a dalších na počasí sensitivních procesů, dočasné uzavírky okolní dopravy v návaznosti na reálnou situaci na stavbě nebo řešení případné krizové situace.

Obdobným způsobem lze využít autonomní technologie při organizaci materiálů a jednotlivých elementů přímo na staveništi, kdy staveništní doprava a přesuny materiálů mohou být kontinuálně zajišťovány pomocí autonomních vozidel podle reálného průběhu stavby. Některé dodávky stavebních prvků, jako jsou části fasády, mohou být dodány na místo v konkrétně stanoveném okamžiku skupinou dronů, které spolupracují jako hejno létajících robotů (MAV – Micro Aerial Vehicles). Dodávka, úspěšný průběh a dokončení montáže prvku budou moci být sledovány ze vzdáleného stanoviště a řízeny v reálném čase plně autonomním systémem s umělou inteligencí, stavebním dozorem, projektantem i investorem. V budoucnosti se předpokládá velmi významné využívání virtuálních modelů pro přípravu pracovních postupů před realizací složitých stavebních celků, obtížně přístupných částí staveb i na koordinaci jednotlivých činností a jejich postupnou návaznost. Do těchto aplikací bude již v blízké budoucnosti třeba investovat značné finanční prostředky pro zachování konkurenceschop­nosti zvláště v případě významných dodavatelů staveb, ale i firem, které dodávají jednotlivé materiály a výrobky na stavbu nebo které zajišťující logistiku všech významných dodávek.

Chytré město jako koncept Průmysl 4.0
Fyzická struktura měst se historicky formovala na základě potřeby prostor vhodných pro specifické druhy činností a transakcí prováděných rezidenty. Tyto činnosti se odehrávaly uvnitř za tímto účelem postavených objektů (komplexu objektů) i v jejich nejbližším okolí soukromého, polosoukromého či veřejného charakteru, který je obklopuje, a systému ulic a dopravních koridorů, které je propojují.

Pro zajištění dostatečné funkčnosti lidských sídel potřebuje být neustále obnovován, rozvíjen a zhodnocován potenciál jejich fyzické struktury. To se děje i díky postupnému napojování jednotlivých prvků a částí urbanizovaných systémů do nesčetných vzájemně prolnutých sítí, např. internetu věcí (IoT – Internet of Things), internetu služeb či různých sociálních a znalostních sítí. Díky tomu dochází k přesunu od vertikálního (hierarchického) propojování systémů a funkčních celků k v budoucnosti daleko více preferovanému horizontálnímu typu propojení s autonomní kontrolou a řízením a schopností rychlého vytváření aliancí mezi jednotlivými systémy. Tím se podstatně zvýší kapacity i akceschopnost i již existujících systémů a jejich pružnost.

Součástí chytrého města/regionu již dnes je velké množství senzorů, aktorů a různých služeb, které jsou již běžnou součástí všech mobilních i stacionárních prvků. Ty jsou rozšířeny mezi stále větší část lidské populace, obyvatele měst, kteří se tak vědomě i nevědomě stávají zdrojem velkého množství dat (BigData).

S postupným zdokonalením a rozšířením informačních a komunikačních technologii (ICT – Information and Communication Technologies) do ve všech řídicích systémů měst odehrávajících se v rámci objektů i veřejného prostoru se větší část komunikace mezi jednotlivými subjekty postupně přenáší do virtuálního světa. Díky implementaci chytrých elementů do všech oblastí života města se fyzická struktura a různé systémy postupně mění na kyberneticko-fyzický systém (CPS – Cyber Physical System) s nově přidanou sociální vrstvou (CSPS – Cyber Social Physical System). Chytré město můžeme i díky tomuto fenoménu chápat jako jedinou velkou chytrou továrnu, do níž může být implementován koncept Průmysl 4.0.

Mechanismus rozvoje městských systémů a distribuce informací uvnitř i vně městských částí se bude více odehrávat v kybernetické rovině paralelního virtuálního prostředí. Rozvoj fyzických struktur města se bude rozvíjet v přímé závislosti na procesech simulovaných a řízených pomocí simulovaných modelů. Obdobným způsobem je možné sledovat procesy, vztahy a transakce mezi velkými městskými strukturami, menšími městy a vesnickými osídleními, různými urbanistickými strukturami umístěnými podél dopravní infrastruktury a zemědělskou krajinou.

Šest základních principů
Představme si tedy město jako „chytrou“ továrnu včetně vytvořeného paralelního virtuálního modelu – dvojčete, který slouží k řízení procesů podle konceptu Průmysl 4.0, a popišme šest jeho základních principů:
Interoperabilita: Město jako chytrá továrna má propojené jednotlivé části svého kyberneticko-sociálně–fyzického systému, jako jsou budovy, inženýrské sítě, integrovaný systém dopravy, prvky veřejných prostor (veřejné osvětlení, kontejnery tříděného odpadu, komplexy škol, nemocnic, ubytovacích kapacit, infrastruktury rozvodu vody, energií, sociálních sítí obyvatel, obchodních či logistických zásobovacích center a dalších podsystémů a elementu dané urbanistické struktury).

Virtualizace: Město je zrcadleno ve své virtuální kopii. V té lze monitorovat fyzické procesy města díky senzorům, přímo propojeným na tento virtuální model. Jednotlivé činnosti se mohou simulovat na jednotlivých fyzických úrovních.

Decentralizace: Možnost decentralizace řízení umož-
ňuje v rámci města činit samostatná rozhodnutí a vytvářet aliance různých inteligentních komponent pro řešení různých situací a zároveň zajišťuje zvýšenou resilienci celého systému.

Rozhodování v téměř reálném čase: Řídicí systémy města mají schopnost na základě získávaných dat a jejich okamžité analýzy rozhodnout o optimálním řešení situace v téměř reálném čase.

Orientace na služby: V rámci interakce mezi jednotlivými částmi města, obyvateli, návštěvníky a byznysem je aktivní nabídka služeb zásadním obchodním artiklem, který se nabízí pomocí sítě služeb (IoS – Internet of Services).

Modularita: Flexibilní adaptace města na změnu objednávky směrem od klienta je řešena výměnou nevyhovujícího individuálního modulu či přidáním nových modulů splňujících nové požadavky, např. v dopravě nebo dodávce energií.

Koncept Průmysl 4.0 vhodně obohacuje problematiku inteligentních dopravních systémů, chytrých distribučních sítí, chytrých budov atd. a vytváří v případě chytrého města či regionu sofistikovaný kyberneticko-sociálně-fyzický systém.

Připravovaný koncept Průmyslu 4.0 přispěje k nejen k efektivnější organizaci výrobních procesů, stavební činnosti, ale také k lepší organizaci života ve městech či regionech. Obecně platí, že vzájemné propojování dílčích komponent složitého systému přináší nové, doposud nepředpokládané přínosy. Teprve následný vývoj ukáže jejich úplný význam pro další udržitelný rozvoj naší společnosti. Nejde v žádném případě o rychlý jednorázový projekt, ale o dlouhodobou systematickou činnost na několik dalších desítek let.

Michal Postránecký, Miroslav Svítek

Sledujte nás

Copyright © 2018 WPremium event, s.r.o. Všechna práva vyhrazena.