Przemysł 4.0 – jak wystartować?

Transformacja sektora produkcji i wdrożenie założeń Przemysłu 4.0 wymagają od zarządu odpowiedzi na szereg pytań o znaczeniu strategicznym. Co zmiana oznacza dla firmy i jaki jest jej cel? Jak firma powinna wyglądać za 3–5 lat? Który model transformacji pasuje do kultury organizacji? Taka refleksja jest szczególnie ważna dla firm, które w łańcuchu wartości koncentrują się tylko na najtańszym i najszybszym wytwarzaniu dla kilku kluczowych klientów.

Najpowszechniejsza definicja Przemysłu 4.0 mówi, że jest to „zbiorcze określenie dla innowacji technologicznych oraz koncepcji organizacji łańcucha wartości, zmieniających rewolucyjnie produkcję przemysłową”. Innowacje technologiczne polegają na integracji technologii z obszarów: robotyki i pojazdów autonomicznych, symulacji procesów (offline, online), big data (w tym sztucznej inteligencji), rozszerzonej i wirtualnej rzeczywistości (AR, VR), wytwarzania przyrostowego (druk 3D), cloud computing, cyberbezpieczeństwa IT/OT, przemysłowego internetu rzeczy (np. smart sensors).

Koncepcja organizacji łańcucha wartości może na przykład polegać na stworzeniu nowego lub na modyfikacji istniejącego modelu biznesowego, na stworzeniu nowego produktu (z elementami cyfryzacji lub cyfrowego produktu / cyfrowej usługi). Może też sprowadzać się do integracji przepływu danych w łańcuchu wartości (np. między klientem i fabryką), do rozbudowy łańcucha wartości o funkcje R&D, designu, logistyki lub obejmować budowę nowych kanałów sprzedaży.

Rewolucyjna zmiana produkcji ma miejsce wtedy, kiedy nasze kluczowe wskaźniki KPI (takie jak Lead Time) osiągną poziom dający nam znaczącą przewagę konkurencyjną (np. w relacji do średniej w branży/segmencie). Przemysł 4.0 wymaga podejścia strategicznego i długofalowej konsekwencji.

Badania prowadzone wśród inżynierów przez firmę ASTOR pokazują, że około 80% firm w Polsce jest już na etapie Przemysłu 3.0, czyli na etapie podstawowej automatyzacji, robotyzacji i gromadzenia danych z procesów. Dobre wdrożenie Przemysłu 3.0 jest fundamentem technologicznym do myślenia o przejściu do wariantu 4.0.

Z perspektywy menedżerów Przemysł 4.0 oznacza postawienie sobie i zespołom ambitnego celu biznesowego. Może nim być na przykład skrócenie o połowę okresu Lead Time, stworzenie cyfrowego produktu lub/i rozwój nowych ogniw łańcucha wartości. Dla inżynierów Przemysł 4.0 to rozwój kompetencji w nowych obszarach technologicznych i konieczność zrozumienia biznesowych aspektów wdrażania technologii. Dla właścicieli – zrozumienie, jak firma odpowiada na długofalowe wyzwania rynkowe oraz na oczekiwania klientów (np. na potrzebę indywidualizacji produktu).

Jak powinna wyglądać fabryka za 5 lat?

W opracowaniu „Industry 4.0 – how to navigate digitization of the manufacturing sector” z roku 2015 McKinsey proponuje ciekawą koncepcję 3 archetypów dla fabryk przyszłości (Smart‑Automated Plant, Customer‑Centric Plant, e‑Plant in‑the‑box), które są zaklasyfikowane według realizowanego wolumenu produkcji oraz źródła wartości (koszty, personalizacja). Dyskusje z menedżerami firm produkcyjnych pokazują jednak, że takie podejście nie wyczerpuje tematu.

Nie można przecież zgodzić się ze stwierdzeniem, że zorientowana na klienta powinna być tylko jedna grupa fabryk. Takie powinny być wszystkie. Ponadto niski wolumen produkcji i wysoki stopień personalizacji charakteryzuje i w moim przekonaniu będzie charakteryzować czwartą kategorię fabryk. Dlatego proponuję przyjęcie nowej klasyfikacji, w której fundamentem każdego archetypu będzie orientacja na klienta.

Cztery nowe archetypy fabryk przyszłości mogą wyglądać następująco:

1. Inteligentna, zautomatyzowana i zrobotyzowana fabryka

Fabryka realizująca bardzo wysokie wolumeny produkcji, która dzięki pełnej automatyzacji i robotyzacji procesów jest w stanie wytwarzać produkty kosztem niższym niż konkurencja. Produkcja w niej jest zorganizowana w formie specjalnie zaprojektowanych, zautomatyzowanych linii produkcyjnych ze wspólnymi modułami konfekcjonowania. Taki model może przyjąć na przykład producent z branży spożywczej, który swój biznes opiera na współpracy z sieciami dyskontowymi.

2. Cyfrowa masowa indywidualizacja w fabryce

Fabryka realizująca średnie lub wysokie wolumeny produkcji wysoce zindywidualizowanych wyrobów (takich jak samochody, ubrania, meble, elementy konstrukcyjne, bramy). Zakład pod względem procesowym i technologicznym jest przygotowany do realizacji bardzo krótkich serii, częstych przezbrojeń i wysokiej personalizacji produktu. Często jest on zorganizowany w formie uniwersalnych, modułowych gniazd produkcyjnych, gdzie produkt steruje przepływem sekwencji produkcji. To też jest produkcja zrobotyzowana i zautomatyzowana, tylko z innym rodzajem organizacji produkcji (np. w formie gniazd).

3. Mobilna modułowa fabryka

Fabryka „mobilna”, czyli taka, która może być w sposób elastyczny budowana, uruchamiana, pakowana i przenoszona w zależności od trendów rynkowych, standardów branżowych lub dostępu do surowca. Przykładem minifabryki w takim archetypie może być system produkcji palet tekturowych, które zostały wprowadzone jako standard w grupie IKEA.

Taki system, ze względu na swoją mobilność, może zostać bardzo szybko zbudowany, zamontowany i uruchomiony w dowolnym miejscu w hali produkcyjnej (lub też w jej bezpośredniej bliskości) na czas realizacji zlecenia. Innym przykładem są minifabryki narzędzi i komponentów do realizacji dużych inwestycji budowlanych. Bardziej zaawansowany przykład – modułowa mleczarnia Nestlé.

4. Produkcja ręczna z wykorzystaniem cyfryzacji

To zupełnie nowy archetyp, dotyczący niszowego segmentu rynku, który jednak odpowiada za wytwarzanie produktów o najwyższej wartości jednostkowej (także segmentu produktów luksusowych). W takich fabrykach proces opiera się na ręcznej pracy najwyższej klasy specjalistów (często rzemieślników), którzy z wykorzystaniem nowoczesnych narzędzi do obróbki materiałów wytwarzają produkty na indywidualne zamówienie.

W tego typu fabrykach nowoczesne technologie są wykorzystywane dla zwiększenia bezpieczeństwa pracy, ochrony zdrowia (np. zrobotyzowane malowanie), a także po to, by podnieść jakość doświadczenia klienta czy też organizacji procesu produkcji (cyfrowy obieg informacji). Zgodnie z takim archetypem działają producenci luksusowych samochodów (np. Bentley, Ferrari), producenci w branży zbrojeniowej oraz w segmencie aerospace.

Powyżej opisane zostały cechy różnicujące archetypy. Istnieje natomiast cała gama zagadnień wspólnych (tzw. pryncypiów), które dotyczą każdego z nich. Należą do nich:

• rozwój kompetencji menedżerów, inżynierów i pracowników liniowych;

• dbanie o doskonałość operacyjną – kontynuacja programów ciągłego doskonalenia;

• rozwój infrastruktury cyfrowej i cyfrowy przepływ informacji (tzw. Paperless Factory);

• polityka cyberbezpieczeństwa i narzędzia niezbędne w tym obszarze.

Dobre polskie przykłady drogi do Przemysłu 4.0

Szczęśliwie kilka polskich firm produkcyjnych także podejmuje pionierskie działania. Wśród nich można na pewno wyróżnić firmę Wiśniowski, producenta bram i ogrodzeń, która strategicznie zainwestowała we wszystkie ogniwa łańcucha wartości. Wybranym archetypem dla fabryk jest „cyfrowa masowa indywidualizacja” (Digital mass‑indivdualization). Cała sieć dystrybutorów posiada narzędzia, które umożliwiają personalizację produktu dla klienta końcowego.

Dodatkowo, po złożeniu zamówienia, system informatyczny jest w stanie automatycznie wygenerować zamówienia na parametry technologiczne produkcji (w tym na parametry pracy robotów spawalniczych). Dzięki integracji informatycznej pionowego łańcucha wartości czas dostarczenia produktu finalnego skraca się znacząco, co przekłada się na wymierne korzyści biznesowe.

Przykładem dobrej, innowacyjnej praktyki w obszarze rozwoju łańcucha wartości jest firma Nowy Styl. W obszarze R&D firma powołała zespół badań i consultingu przestrzeni pracy. Zespół ten, wykorzystując metodykę Design Thinking, wspólnie z klientami wypracowuje nowe koncepcje organizacji przestrzeni biurowej. Następnie – we współpracy z technologami – przekłada te koncepcje na produkcję. Dodatkowym atutem jest samo zaplecze produkcyjne, które dzięki nowoczesnym technologiom wspiera sprawną realizację zindywidualizowanych produktów.

Archetypy a poziom automatyzacji

Konsekwencją wyboru docelowego archetypu będzie oczywiście zmiana podejścia do projektowania i rozbudowy fabryk, ponieważ klasyczne podejście architektoniczne już nie wystarczy. Bardzo ważne w tym procesie będzie uwzględnienie takich aspektów, jak organizacja procesów i przepływ produktu na halach produkcyjnych, organizacja logistyki wewnętrznej, wykorzystanie nowoczesnych technologii produkcyjnych wspierających efektywność i personalizację (np. automatyzacja produkcji i transportu, robotyzacja, cyfryzacja – w tym internet rzeczy i przemysłowy internet rzeczy (IIoT) czy wytwarzanie przyrostowe).

Każdy z archetypów ma zupełnie inne wymagania dotyczące automatyzacji. O ile w archetypie 1. – „inteligentna zautomatyzowana i zrobotyzowana fabryka” – layout fabryki składać się będzie z klasycznych ciągów produkcyjnych, o tyle w fabrykach zorientowanych na masową indywidualizację (archetyp 2.: „cyfrowa masowa indywidualizacja w fabryce”) będzie to raczej podejście do organizacji produkcji oparte o modułowe gniazda obróbcze, gdzie to produkt decyduje, z których gniazd skorzystać, żeby wyjechać z obszaru produkcji w jak najkrótszym czasie i w oczekiwanej jakości.

Z drugiej strony koszty technologii (np. robotów przemysłowych) w ostatnich dwudziestu latach znacząco spadły. Dzięki temu inwestycje, które jeszcze kilka lat temu nie były rentowne, teraz już się opłacają. Co więcej, zaawansowane systemy wizyjne i pomiarowe (czujniki) pozwalają na automatyczne wykonywanie coraz bardziej zaawansowanych operacji. Stale powiększa się więc zakres procesów podatnych na automatyzację, powodując przy tym wzrost ROI.

Od czego zacząć wdrożenie – pilotaż technologiczny, kompetencje czy zmiana modelu biznesowego? Obserwacje działań strategicznych branży produkcyjnej pokazują, że przedsiębiorstwa rozpoczynają transformację w różny sposób. Najczęściej spotykane drogi to:

1. Pilotaże technologiczne (ok. 70% firm)

Rozpoczynają od projektu pilotażowego w wybranym obszarze firmy. Wskazywane przez menedżerów korzyści z takiego podejścia to m.in.:

• dostępność technologii – łatwość, szybkość wdrożenia;

• szybki skokowy wzrost produktywności w wybranym obszarze;

• możliwość zaimponowania klientom;

• niska bariera wejścia (np. dostęp do technologii w modelu XaaS, leasingu);

• uczenie się przez eksperymentowanie;

• poprawa jakości w wybranych obszarach;

• wygospodarowanie czasu na myślenie biznesowe/strategiczne dzięki automatyzacji procesu;

• szybkie zwiększenie dostępu do danych;

• redukcja błędów;

• możliwość systemowego zarządzania wiedzą w organizacji;

• standaryzacja procesów dzięki technologii.

2. Tworzenie nowych modeli biznesowych / reorganizacja łańcucha wartości (ok. 20% firm)

Rozpoczynają od stworzenia nowego modelu biznesowego/produktu i w ślad za tym budują nową „ucyfrowioną” fabrykę, ewentualne inwestują w rozwój zespołów R&D lub cyfrowych kanałów sprzedaży. Korzyści wskazywane przez menedżerów to m.in.:

• rozpoczęcie od celu i jasnego uzasadnienia strategicznego;

• długoterminowość;

• łatwiejsze zdobycie finansowania / uzasadnienie dla właścicieli;

• transformacja oparta na trendach rynkowych oraz dopasowana do rozwoju gospodarki;

• możliwość analizy realnego wpływu na biznes i przyszłych skutków zmiany;

• mniejsze ryzyko błędu (długofalowo), szczególnie jeśli można zdobyć dane, które są fundamentem budowy modelu;

• wytwarzanie nowego produktu / wdrożenie nowej technologii zdeterminowane przez model;

• inwestycje długofalowe w obszary o wysokiej wartości dodanej (np. R&D, projektowanie, obsługa klienta, serwis itp.) dzięki reorganizacji łańcucha wartości);

• poprawa komunikacji wewnątrz firmy dzięki integracji łańcucha wartości.

3. Systemowe podejście do rozwoju kompetencji cyfrowych w organizacji (ok. 10% firm)

Rozpoczynają od rozwoju kompetencji liderów i inżynierów (w tym Inżynierów 4.0), a następnie powierzają im odpowiedzialność za rozwój technologii i modeli biznesowych. Korzyści:

• większa otwartość na zmianę i transformację;

• wykorzystanie i rozwój posiadanych w organizacji talentów;

• innowacyjne myślenie i nowoczesne metody pracy;

• zaangażowanie pracowników na wczesnym etapie;

• zwiększenie świadomości i akceptacja zmiany;

• budowanie zdolności wdrożeniowych;

• doskonalenie całej organizacji, nie tylko wybranego obszaru;

• zwiększenie tempa wdrażania zmian w dłuższym horyzoncie czasu;

• otwartość na otoczenie – uważna obserwacja;

• edukacja – transfer wiedzy;

• łatwiejsze znalezienie dobrego modelu biznesowego i dopasowanie technologii;

• szersza perspektywa dla transformacji;

• oddolne generowanie pomysłów;

• zwiększanie elastyczności w całej organizacji.

Pozostaje pytanie, która droga startowa jest optymalna dla firmy. Pierwszą i podstawową podpowiedzą jest to, który z trzech powyższych obszarów jest silną stroną organizacji. Dodatkowe parametry, które można wziąć pod uwagę przy wyborze jednej z trzech ścieżek, zostały zestawione w tabeli poniżej: