อุตสาหกรรม 4.0

ชื่อเรียก "อุตสาหกรรม 4.0" มีที่มาจากโครงการ Industrie 4.0 ของรัฐบาลประเทศเยอรมนีในกลยุทธ์การวางแผนพัฒนาอุตสาหกรรมที่นำระบบดิจิตัลเข้ามาเป็นแกนหลัก

วลี "การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4" (Fourth Industrial Revolution) ได้มีการกล่าวถึงและใช้อย่างกว้างขวางโดยประธานบริหารสภาเศรษฐกิจโลก (World Economic Forum) นายเคลาส์ ชวาบ (Klaus Schwab) ในบทความ ปี ค.ศ.2015 ที่มีการตีพิมพ์โดย "ฟอเรียน แอฟแฟร์ (Foreign Affairs)" หัวข้อ "การเชี่ยวชาญในการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 (Mastering the Fourth Industrial Revolution)" คือหัวข้อในการประชุมสภาเศรษฐกิจโลก ปี 2016 World Economic Forum Annual Meeting ในเมืองดาวอส-คลอสเตอร์ส (Davos-Klosters) ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ หัวข้อเรื่องอุตสาหกรรม 4.0 ยังเป็นทีมหนังสือของชวาบใน ค.ศ.2016 ชวาบได้กล่าวว่าเทคโนโลยีในยุคอุตสาหกรรม 4.0 ประกอบด้วยการรวม ฮาร์ดแวร์ ซอฟต์แวร์ และ ชีววิทยา (ระบบไซเบอร์กายภาพ; cyber-physical systems) โดยเน้นเรื่องของเทคโนโลยีการสื่อสารและการเชื่อมต่อระหว่างกัน ชวาบได้กล่าวว่าในยุคสมัยนี้ สิ่งที่จะนิยามยุคสมัยคือการค้นพบที่เปลี่ยนแปลงโลกและการเกิดขึ้นของเทคโนโลยีล้ำสมัย เช่น วิทยาการหุ่นยนต์ (robotics), ปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence),เทคโนโลยีนาโน (nanotechnology),คอมพิวเตอร์ควอนตัม (quantum computing),เทคโนโลยีไบโอเทค (biotechnology), อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (internet of things), อินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งสำหรับอุตสาหกรรม (industrial internet of things), ระบบคอมพิวเตอร์คลาวด์ (cloud computing), เทคโนโลยีไร้สายรุ่นที่ห้า (fifth-generation wireless technologies), การพิมพ์สามมิติ (3D printing), และพาหนะไร้คนขับ (fully autonomous vehicles)

ก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งแรก (First Industrial Revolution) คือ การเปลี่ยนจากวิธีการผลิตด้วยมือไปสู่เครื่องจักรโดยใช้พลังไอน้ำและพลังงานน้ำ เป็นช่วงเวลาระหว่างปี ค.ศ.1760-1820 ในสหราชอาณาจักร (เกาะอังกฤษ) หรือปี ค.ศ.1840 ในยุโรปและสหรัฐอเมริกา ผลกระทบของเครื่องจักรไอน้ำ มีผลต่อการผลิตสิ่งทอ อุตสาหกรรมเหล็ก การเกษตร และ การทำเหมืองแร่ ทำให้ชนชั้นกลางแข็งแกร่งขึ้น

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สอง (Second Industrial Revolution) หรือที่เรียกว่า การปฏิวัติเทคโนโลยีเป็นช่วงเวลาระหว่างปีพ. ศ. 2414 ถึง 2457 ซึ่งเป็นผลมาจากการติดตั้งเครือข่ายทางรถไฟและโทรเลขที่กว้างขวางซึ่งทำให้สามารถถ่ายโอนผู้คนและความคิดได้เร็วขึ้น รวมถึงเทคโนโลยีด้านไฟฟ้าและการเพิ่มพลังงานไฟฟ้า ซึ่งทำให้โรงงานต่างๆสามารถพัฒนาสายการผลิตที่ทันสมัยได้ เป็นช่วงที่เศรษฐกิจเติบโตอย่างมากโดยมีผลผลิตเพิ่มขึ้น แต่ก็ทำให้เกิดการว่างงานเพิ่มขึ้นเนื่องจากคนงานในโรงงานจำนวนมากถูกแทนที่ด้วยเครื่องจักร

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่สาม หรือ ที่เรียกว่า การปฏิวัติดิจิทัล (Digital Revolution) เกิดขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 หลังจากสงครามโลกทั้งสองสิ้นสุดลง ซึ่งเป็นผลมาจากการชะลอตัวของอุตสาหกรรมและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเมื่อเทียบกับช่วงก่อนหน้า อันมีชนวนจากภาวะเศรษฐกิจตกต่ำครั้งใหญ่ ค.ศ.1929 ซึ่งส่งผลกระทบต่อประเทศอุตสาหกรรมหลายประเทศ การผลิตคอมพิวเตอร์ Z1 (Z1 computer) ซึ่งใช้เลขทศนิยมฐานสอง (floating-point numbers) และพีชคณิตแบบบูล (Boolean logic) ในอีกทศวรรษต่อมาเป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนาดิจิทัลขั้นสูง การพัฒนาที่สำคัญต่อไปในเทคโนโลยีการสื่อสาร คือ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ และ การใช้คอมพิวเตอร์และเทคโนโลยีการสื่อสารอย่างกว้างขวางในกระบวนการผลิต เครื่องจักรเริ่มยกเลิกความต้องการกำลังของมนุษย์

ยุทธศาสตร์เยอรมัน

คำว่า "Industrie 4.0 หรือ อุตสาหกรรม 4.0" หรือเขียนย่อสั้น ๆ ว่า I4.0 หรือ I4 คำ ๆ นี้มีต้นกำเนิดในปี ค.ศ.2011 จากโครงการในยุทธศาสตร์ไฮเทคของรัฐบาลเยอรมันซึ่งส่งเสริมการใช้คอมพิวเตอร์ในการผลิต โดยคำว่า"Industrie 4.0" ได้รับการนำเสนอสู่สาธารณะในปีเดียวกัน ณ งาน Hannover Fair (ฮันโนเฟอร์แฟร์) และในเดือนตุลาคม ค.ศ.2012 Working Group Industry 4.0 (คณะทำงานเกี่ยวกับอุตสาหกรรม 4.0) ได้นำเสนอชุดคำแนะนำสำหรับการประยุกต์ใช้แนวทาง Industry 4.0 ให้กับรัฐบาลกลางเยอรมนี โดยสมาชิกคณะทำงานและพันธมิตรได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้ก่อตั้งและเป็นแรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังอุตสาหกรรม 4.0

เมื่อวันที่ 8 เมษายน ค.ศ.2013 ที่งาน Hannover Fair ได้มีการนำเสนอรายงานฉบับสุดท้ายของ Working Group Industry 4.0 คณะทำงานนี้นำโดย Siegfried Dais จาก Robert Bosch GmbH และ Henning Kagermann จาก Acatech (German Academy of Science and Engineering; สถาบันวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์เยอรมนี)

เนื่องจากหลักการของ Industry 4.0 ถูกนำไปใช้โดยบริษัทเอกชน จึงได้รับการตั้งโปรเจกต์ต่าง ๆ โดยการนำเลขสี่ใส่เข้าไป เช่น บริษัทสัญชาติอังกฤษ Meggitt PLC ผู้ผลิตชิ้นส่วนการบินและอวกาศ ได้รีแบรนด์โครงการวิจัย Industry 4.0 ของตัวเอง โดยเรียกโปรเจกต์ว่า M4

มีการอภิปรายในหัวข้อที่ว่า การเปลี่ยนจากอุตสาหกรรมปัจจุบันไปสู่อุตสาหกรรม 4.0 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระแสการเปลี่ยนแปลงเป็นดิจิทัล (digitization) จะส่งผลกระทบต่อตลาดแรงงานในประเทศเยอรมนีอย่างไร ภายใต้หัวข้อ Work 4.0

ยุทธศาสตร์ Industry 4.0 ของรัฐบาลเยอรมัน เน้นการปรับแต่งผลิตภัณฑ์ได้เองตามที่ลูกค้าต้องการ ภายใต้เงื่อนไขของการผลิตสินค้าที่มีความยืดหยุ่นในสายงานการผลิตสูง เทคโนโลยีระบบอัตโนมัติที่จำเป็นได้รับการปรับปรุงโดยการนำวิธีการหลายกระบวนการมาประยุกต์ใช้ ประกอบด้วยเทคโนโลยี self-optimization (การเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสูงสุดด้วยตนเอง), self-configuration (การจัดเรียงงานด้วยตนเอง), self-diagnosis (การวินิจฉัยข้อผิดพลาดด้วยตนเอง), cognition(การสร้างการรับรู้ให้กับเครื่องจักรกล) และ ระบบสนับสนุนอัจฉริยะสำหรับแรงงานในโรงงาน ในการทำงานที่มีความซับซ้อนสูง

โครงการที่ใหญ่ที่สุดในยุทธศาสตร์อุตสาหกรรม 4.0 ในเดือนกรกฎาคม 2013 คือ คลัสเตอร์ระดับแนวหน้าของกระทรวงศึกษาธิการและการวิจัยแห่งสหพันธ์เยอรมัน (BMBF) โครงการ"ระบบเทคนิคอัจฉริยะ Ostwestfalen-Lippe (OWL)" โครงการหลักอีกโครงการหนึ่งคือ โครงการ RES-COM ของ BMBF และโครงการกลุ่มความเป็นเลิศ "เทคโนโลยีการผลิตเชิงบูรณาการสำหรับประเทศที่มีค่าจ้างสูง" ในปี คศ 2015 คณะกรรมาธิการยุโรปได้เริ่มโครงการวิจัยระหว่างประเทศ Horizon 2020 โดย (ให้บริการ Rapid Elastic Manufacturing บนคลาวด์ตามแบบจำลอง XaaS และ Cloud) โดยเป็นโครงการริเริ่มที่สำคัญในการส่งเสริมหัวข้อ Industry 4.0

ภาพรวมของการนิยามระบบอุตสาหกรรมภายใต้กรอบ 4.0 ได้แก่

• อุตสาหกรรม 1.0 - เป็นระบบอุตสาหกรรมหนักของงานที่ใช้พลังงานไอน้ำ หรือพลังงานน้ำ
• อุตสาหกรรม 2.0 - เป็นระบบอุตสาหกรรมที่มีการผลิตสินค้าเป็นจำนวนมากตามโรงงาน
• อุตสาหกรรม 3.0 - เป็นระบบที่มีการนำระบบอัตโนมัติ ทั้งหุ่นยนต์และแขนกลเข้ามาใช้ตามโรงงานแทนที่แรงงานมนุษย์
• อุตสาหกรรม 4.0 - เป็นระบบที่มีการนำการติดต่อสื่อสารของข้อมูลมาประยุกต์ใช้

 

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 มีส่วนประกอบที่สำคัญอยู่หลายอย่าง เมื่อเราสังเกตเทรนด์ดิจิทัลภายในสังคมปัจจุบัน โดยส่วนประกอบของการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งนี้นั้นมีอยู่อย่างหลากหลายแขนง ตัวอย่างเช่น:

• อุปกรณ์มือถือดิจิทัล
• แพล็ตฟอร์มอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT platforms)
• เทคโนโลยีค้นหาตำแหน่ง
• ระบบอินเทอร์เฟซที่ซับซ้อนระหวางมนุษย์และเครื่องจักร
• ระบบตรวจสอบผู้ใช้งานเพื่อความปลอดภัยไซเบอร์
• การพิมพ์สามมิติ (3D printing)
• เซนเซอร์อัจฉริยะ (Smart sensors)
• โปรแกรมวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่และกระบวนการประมวลผลข้อมูลที่มีความซับซ้อน
• ระบบอินเทร์เฟซดิจิทัลกับลูกค้าที่ซับซ้อน และ การสร้างโปรไฟล์ดิจิทับของลูกค้า
• ระบบความเป็นจริงเสมือน (AR)
• ทรัพยากรระบบ (system resources) ดิจิทัลที่สามารถหาได้ง่ายโดยทั่วไป
• การนำเสนอภาพจากข้อมูล

โดยเทคโนโลยีเหล่านี้ สามารถจัดแบ่งได้เป็นสี่ประเภทใหญ่ ๆ ที่สามารถสร้างคำจำกัดความของ "อุตสาหกรรม 4.0” or “โรงงานอัจฉริยะ”:

• ระบบไซเบอร์กายภาพ (Cyber-physical systems)
• ระบบอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT)
• ทรัพยากรระบบ (system resources) ดิจิทัลที่สามารถหาได้ง่ายโดยทั่วไป
• ระบบคอมพิวเตอร์เสมือนมนุษย์ (Cognitive computing)

โดยสังเขปแล้ว อุตสาหกรรม 4.0 เป็นเทรนด์ที่มุ่งเข้าหาระบบอัตโนมัติ (automation) และการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างเครื่อง ในเทคโนโลยีการผลิตสินค้าและบริการ ซึ่งประกอบไปด้วย ระบบไซเบอร์กายภาพ (Cyber-physical systems (CPS), ระบบอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT), ระบบอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่งสำหรับภาคอุตสาหกรรม, เทคโนโลยีการประมวลผลแบบกลุ่มเมฆ (cloud computing), คอมพิวเตอร์เสมือนมนุษย์ (cognitive computing), และปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence)

โรงงานอัจฉริยะ

ระบบดูแลรักษาอัจฉริยะ

ระบบอุตสาหกรรม 4.0 สามารถทำการบำรุงรักษาแบบคาดการณ์ล่วงหน้าได้ โดยการใช้เทคโนโลยีเซนเซอร์ IoT โดยการบำรุงรักษาแบบคาดการณ์ล่วงหน้าที่ระบุปัญหาที่ควรซ่อมแซมในขณะใช้งานจริงได้นั้น สามารถช่วยให้เจ้าของเครื่องจักรดำเนินการบำรุงรักษาอย่างคุ้มค่าและตัดสินใจล่วงหน้าได้ก่อนที่เครื่องจักรจะล้มเหลวหรือได้รับความเสียหาย ตัวอย่างเช่น บริษัทในเมืองลอสแอนเจลิส ประเทศสหรัฐอเมริกา สามารถรู้ได้ว่าอุปกรณ์ชิ้นหนึ่งในประเทศสิงคโปร์ทำงานด้วยความเร็วหรืออุณหภูมิที่ผิดปกติหรือไม่ จากนั้นพวกเขาสามารถตัดสินใจได้ว่าจะต้องซ่อมแซมหรือไม่

เครื่องพิมพ์ 3D

การปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 4 มีการพึ่งพาเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติอย่างกว้างขวาง ข้อดีบางประการของการพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม คือ การพิมพ์ 3 มิติ สามารถพิมพ์โครงสร้างทางเรขาคณิตจำนวนมาก รวมทั้งทำให้ขั้นตอนการออกแบบผลิตภัณฑ์ง่ายขึ้น นอกจากนี้ยังค่อนข้างเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ในการผลิตปริมาณน้อย การพิมพ์ 3 มิติยังสามารถลดระยะเวลาในการผลิตและต้นทุนการผลิตทั้งหมด นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มความยืดหยุ่นลดต้นทุนคลังสินค้า และช่วยบริษัทในการปรับใช้กลยุทธ์ทางธุรกิจแบบ Mass Customization (การผลิตสินค้าจำนวนมาก ที่ลูกค้าสามารถปรับแต่รูปแบบของสินค้าตามที่ตัวเองต้องการได้) นอกจากนี้การพิมพ์ 3 มิติยังมีประโยชน์อย่างมากสำหรับการพิมพ์ชิ้นส่วนอะไหล่และการติดตั้งในเครื่องจักร ช่วยลดการพึ่งพาซัพพลายเออร์และลดระยะเวลาในการจัดหาชิ้นส่วนที่ต้องการ

เซนเซอร์อัจฉริยะ

ในภาคธุรกิจอากาศยาน บริษัทอากาศยานหลายบริษัทได้มีการนำหลักการเทคโนโลยี 4.0 มาใช้ในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต โดยใช้ระบบอัตโนมัติ เช่น บริษัทผลิตชิ้นส่วนอากาศยาน Meggitt PLC, M4 เป็นต้น

ในภาคอุตสาหกรรมอื่น ๆ ก็ได้มีการนำเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตแห่งสรรพสิ่งในภาคอุตสาหกรรม (Industrial Internet of Things) มาใช้ในการผลิต โดยเครื่องจักรจะสามารถทำนายความล้มเหลวในการผลิต และ ทำการปรับปรุงซ่อมแซมระบบเครื่องจักรเองโดยอัตโนมัติ รวมถึงตอบสนองกับปัจจัยที่ไม่คาดคิดที่เกิดในกระบวนการผลิตได้อย่างทันท่วงที

อุตสาหกรรม 4.0 ทำให้เกิดแรงบันดาลใจในการเกิดขึ้นของ นวัตกรรม 4.0 (Innovation 4.0) ซึ่งเป็นการพัฒนานวัตกรรมและเทคโนโลยีสำหรับภาควิชาการ และ ภาคการวิจัยและพัฒนา (research and development หรือ R&D) อาทิเช่น ในปี ค.ศ.2017 มีการเปิดโรงงานวัสดุนวัฒกรรม (Materials Innovation Factory หรือ MIF) ทุน 81 ล้านปอนด์อังกฤษ ณ มหาวิทยาลัยลิเวอร์พูล (University of Liverpool) โดยมีจุดมุ่งหมายเป็นศูนย์สำหรับวิทยาศาสตร์วัสดุที่ใช้คอมพิวเตอร์ในการสนับสนุน โดยมีการใช้งานหุ่นยนต์, เทคโนโลยีการตรวจจับข้อมูล และ การสร้างโมเดลข้อมูล สำหรับการพัฒนาวัสดุใหม่ ๆ

• Computer-integrated manufacturing
• Digital modeling and fabrication
• Industrial control system
• Intelligent Maintenance Systems
• Lights-out manufacturing
• Machine to machine
• Cyber manufacturing
• SCADA
• Work 4.0
• World Economic Forum 2016
• Simulation software
• The War on Normal People
• List of emerging technologies