HARDAI Ibolya1, ILLÉS Béla2, BÁNYAINÉ TÓTH Ágota3
1PhD hallgató, altibo@uni-miskolc.hu
1Logisztikai Intézet, Miskolci Egyetem
2egyetemi tanár, PhD, habil.
altilles@uni-miskolc.hu
2Logisztikai Intézet, Miskolci Egyetem
3egyetemi docens, PhD altagota@uni-miskolc.hu
3Logisztikai Intézet, Miskolci Egyetem
Kivonat: A dinamikusan változó vásárlói igények kielégítése érdekében a termelési és szolgáltatási tevékenységet végző vállalatok Ipar 4.0 képességeinek fejlesztése elengedhetetlenül fontos hatékonyságuk növelése és kapacitásuk bővítése érdekében. Ezen cél elérése érdekében szükséges a digitalizáció, a vertikális és horizontális integráció erősítése, valamint olyan új, hatékony, rugalmas termelési rendszerek működtetése, melyek alkalmasak egyedi vásárlói igényeknek a tömeggyártáséval összevethető hatékonyságú kielégítésére.
Kulcsszavak: logisztika, Ipar 4.0, rugalmas gyártás, üzemen belüli anyagellátás
Abstract: In order to meet the dynamically changing customer needs, the development of Industry 4.0 capabilities of manufacturing and service companies is essential to increase their efficiency and expand their capacity. To achieve this goal, it is necessary to enhance digitization, vertical and horizontal integration, and to operate new, efficient, flexible production systems that are capable of satisfying individual customer needs with mass production.
Keywords: logistics, Industry 4.0, flexible manufacturing, in-plant supply
1. BEVEZETÉS
Az ipar legfontosabb feladata a költséghatékony termelés, amihez elengedhetetlen az ezt elősegítő és támogató anyag- és információáramlási rendszer megléte. Az emberi munkaerő kiváltására a robotok és az automatizáció nyújthatja a legkézenfekvőbb megoldást. Az internet és az alkalmazott vezetékes és vezeték nélküli kapcsolatok a részegységeket, berendezéseket egy hálózatba integrálják, ezzel forradalmasítva a folyamatszervezést.
A digitalizáció és az adatokkal kapcsolatos műveletek képezik a negyedik ipari forradalom alapját. A termelési folyamatoknak az értéklánc teljes hosszában történő optimalizálása révén növelhető a gyártási folyamatok rugalmassága, sebessége, minősége, termelékenysége és csökkenthetők az állásidők [1]. A legújabb ipari forradalom hajtóereje az internet, mely révén a kiberfizikai rendszerben nem csak az emberek, hanem a gépek is képesek kommunikálni egymással [2]. A negyedik ipari forradalom a technológiák olyan fúziója, amely elmossa a fizikai, a digitális és a biológiai szférák közötti határvonalakat [3].
126
A gyorsan változó vevői igények következtében a termékek életciklusa lerövidül, így folyamatosan biztosítani kell a termék és a gyártásához kapcsolódó technológia innovációját.
Nem csak magát a terméket kell megújítani, hanem az optimális termelési technológiát is ki kell alakítani, mivel nagyszámú termékvariáns kerül gyártásra, melynek megvalósítása egyedi beállításokat, azonosítást és nyomon követést igényel [4].
Mindezeket a digitalizáció és a hálózati működés révén tudja megvalósítani az Ipar 4.0 vállalata. A szükséges szimulációk és gyors prototípus gyártás (pl. additív gyártás) lerövidíti a fejlesztés és piacra vitel idejét, míg a gyors és rugalmas gyártósorok mindig annyit és azt termelnek, amit a vevő kíván. A termelési adatok azonnal rendelkezésre állnak, ezáltal hatékonyságot és magas minőséget eredményező döntések hozhatók. A gépek egy nagy összefüggő hálózatba köthetők. A fejlett architektúrának és vezérlésnek köszönhetően a géppark rugalmasan és gyorsan átalakítható, ha a gyártás azt kívánja meg.
2. KUTATÁSI FELADAT LEHATÁROLÁSA
A kutatási kérdés meghatározása után az ahhoz kapcsolódó releváns adatbázis(ok) meghatározását követően a kulcsszókeresést alkalmazzuk, mint a legelterjedtebb módszert az irodalom azonosítására. A fő téma kijelölhető a cikkek összefoglalóinak áttekintésével, a források számának csökkentésével. A cikkek elemzési módszertanának kiválasztása után, a főbb tudományos eredmények összefoglalását követően feltérképezhetők a kevésbé kutatott területek és a szűk keresztmetszetek [5].
1. táblázat. A keresés eredményei
A lehetséges adatbázisok (Google Scholar, ResearchGate, Science Direct, Scopus, Web of Science, stb.) közül a ScienceDirect-et választottuk. Három kifejezésre és ezek kombinációira végeztük el a keresést, melyek az "industry 4.0", az "optimization" és a "production" fogalmak voltak. A találatok számát mutatja az 1. táblázat.
1. ábra. Az ipar 4.0 témakörben megjelent publikációk legjellemzőbb kulcsszavai és azok előfordulási gyakorisága
Query string Result
production 3 598 828
optimization 2 038 344
industry 4.0 3 361
production + optimization 694 891
production + industry 4.0 3 061
industry 4.0 + optimization 2 795
industry 4.0 + optimization + production 2 641
127
Az Ipar 4.0 kulcsszóra kapott találatokat megvizsgáltuk aszerint, hogy az érintett publikációkban milyen más kulcsszavak fordulnak elő a leggyakrabban, ezzel beazonosítva a kutatások főbb fókuszterületeit (1. ábra).
A szakirodalom tanulmányozása alapján lehatároltuk a kutatási területet, és meghatároztuk, hogy az Ipar 4.0 technológiát alkalmazó gyártórendszer, valamint az ahhoz kapcsolódó logisztikai rendszer optimális kialakítása és működtetése képezi kutatásunk tárgyát.
3. ÚJ GYÁRTÁSI MEGOLDÁSOK – PARADIGMAVÁLTÁS
Az intelligens termelési rendszer bevezetéséhez a vállalatok ma még jellemzően külső szakértői segítséget vesznek igénybe, ezzel szemben a „jövő gyárának” alkalmazottai már rendelkezni fognak az ehhez szükséges kompetenciákkal. A jövőben egyre nagyobb szükség lesz olyan szakemberekre, akik átlátják a vállalat komplex működését, egyszerre képesek a termelési, a logisztikai, a szervezeti és az informatikai rendszerek mélyreható megértésére. Az ilyen, interdiszciplináris tudással rendelkező szakértők ritkák, így komoly versenyelőnyt jelenthet a vállalat számára az alkalmazásuk [6].
A negyedik ipari forradalom hatása napjainkban leginkább az autóiparban érezhető, ahol a növekvő termékváltozatszám és a vevői igények állandó változása szükségessé teszi a folyamatos innovációt. Az autóipari gyártás paradigmaváltásának okai [7]:
- Vevői elvárások differenciálódása: az egyre heterogénebb vevői szükségletek és ezzel összefüggő vevői követelmények növekvő komplexitása
- A modellciklusok rövidülésével növekszik a modellek száma a termékportfolióban.
- A modellenként gyártott darabszám csökkenő tendenciát mutat.
- A kutatás-fejlesztésre (K+F), marketingre stb. fordított növekvő költségek növelik a gépkocsik egységárát, ami további árnyomás alá helyezi az autógyárakat.
- A dinamikus piaci trendek és az új technológiák modulárisabb termelési és ellátási koncepciókat igényelnek.
- A volumen és a technológiai megoldások tekintetében nagy rugalmasságra van szükség.
A megvalósításhoz szükség van az ellátási láncban a végponttól végpontig terjedő adatintegrációra [8], az automatizált anyagáramlásra és a valós idejű kommunikációra.
Mindezekhez új gyártási struktúrák és megoldások kidolgozására és megvalósítására van szükség. Egy ilyen új megoldást kínál a mátrix gyártás.
4. MÁTRIX GYÁRTÁS
A jövő gyárában egy megbízható, könnyen változtatható, rugalmas rendszer kialakítására van szükség. A digitális munkafolyamat adaptív, egyetemes, értékteremtő kell legyen. A vezérlés, az ellenőrzés legyen integrálható, ipari felhasználásra alkalmas és hatékony.
A moduláris gyártás számos tervezési, rendszer- és folyamatváltozást foglal magában, de általában azt jelenti, hogy a gyártást különálló cellákra kell osztani, a folytonos vonal menti mód helyett. A modulok állomásokon történő gyártása és összeszerelése nagyobb rugalmasságot tesz lehetővé a teljes kimeneten, beleértve a lehetőségek megváltoztatását vagy a kereslet módosulását. Ezekre nyújt megoldást az intelligens mátrixgyártás.
A mátrix gyártás jellemzői [9]:
- Skálázható a holnap termékeinek sokfélesége szerint.
- Változtatható a teljes kapacitás a moduláris termelési terület segítségével.
- AGV (Automated Guided Vehicles): autonóm járművek támogatják a folyamatokat.
- Szabadon programozható logisztika a folyamatok és az AGV-k összekapcsolása révén.
128
- Magas rendelkezésre állás a standardizált berendezéseken keresztül, különböző folyamatokhoz modulárisan összeépített gyártócellák segítségével.
A mátrix gyártás jelentősebb előnye a modularitás: magas rendelkezésre állás standardizált berendezéseken keresztül; a teljes kapacitás skálázhatósága: a rendszer mérete modulárisan bővíthető; a típusokkal kapcsolatos a rugalmasság, ami az alapkoncepció része; a termékösszetétel skálázhatósága, ami lehetővé teszi a kereslet ingadozásainak kompenzálását;
valamint az, hogy az új termékek integrálása egyszerű és alacsony kockázatú [10].
5. ÖSSZEFOGLALÁS
Az Ipar 4.0 technológiát alkalmazó termelővállalatoknál az információk valós idejű rendelkezésre állása révén folyamatosan ismert a megrendelések és az erőforrások pillanatnyi állapota, ezáltal a felmerülő kapacitás hiányok, illetve többletek azonnal meghatározhatók, ami lehetővé teszi a termelési és logisztikai rendszer optimális működtetését. A tanulmányban egy mintagyár példáján keresztül mutattuk be a logisztikai rendszer optimális kialakításának metodikáját egy kifejlesztett szimulációs szoftver segítségével.
6. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS
„A cikkben ismertetett kutató munka az EFOP-3.6.1-16-2016-00011 jelű „Fiatalodó és Megújuló Egyetem – Innovatív Tudásváros – a Miskolci Egyetem intelligens szakosodást szolgáló intézményi fejlesztése” projekt részeként – a Széchenyi 2020 keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg".
7. FELHASZNÁLT IRODALOM
[1] MKIK INFORMATIKAI KOLLÉGIUM: Ipar 4.0 Második szakértői tanulmány, Magyarország, 2017. https://www.gymskik.hu/hu/letoltes/80867/ee73d
[2] BRETTEL, M., FRIEDERICHSEN, N., KELLER, M., ROSENBER, M.: How virtualization, decentralization and network building change the manufacturing landscape and Industry 4.0 perspective. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 8(1), p. 37-44., 2014.
[3] SCHWAB, K.: Fourth industrial revolution: what it means, how to respond. World Economic Forum, p. 1-8., 2016.
[4] MILEFF, P., NEHÉZ, K.: Collaborative Inventory Control Policies in Supply Chains, Production Systems and Information Engineering 3, pp. 71-83., 2005.
[5] ZHANG, L., LIU, W.: Precision glass molding: Toward an optimal fabrication of optical lenses. 2017.
[6] KPMG: The factory of the future, KPMG guide Part 1, kpmg.de, Germany. 2016.
[7] SVÉHLIK, CS.: Paradigmaváltás az autóiparban: A technika-központúságtól a márka- és vevőközpontúságig. In: Marketingoktatás és kutatás a változó európai unióban.
Széchenyi István Egyetem: Győr. 2005. ISBN: 963 717 525 3
[8] BÁNYAI, T. : Real-time decision making in first mile and last mile logistics: How smart scheduling affects energy efficiency of hyperconnected supply chain solutions. Energies 11: 7 Paper: 1833, 2018.
[9] KUKA AG: Industrie 4.0: Matrix Produktion. 2016. https://www.kuka.com/
[10] KUKA AG: Matrix production: an example for Industrie 4.0, 2016.
https://www.kuka.com/en-ch/industries/solutions-database/2016/10/industry-4-0--matrix-production
129