Kemajuan teknologi telah mendorong peningkatan dramatis dalam produktivitas industri sejak awal Revolusi Industri. Pabrik bertenaga mesin uap pada abad kesembilan belas, elektrifikasi menyebabkan produksi massal pada awal abad kedua puluh, dan industri menjadi otomatis pada 1970-an. Namun, dalam dekade-dekade berikutnya, kemajuan teknologi industri hanya bersifat inkremental, terutama dibandingkan dengan terobosan-terobosan yang mengubah TI, komunikasi seluler, dan e-commerce.
Namun, sekarang kita berada di tengah gelombang keempat kemajuan teknologi: munculnya teknologi industri digital baru yang dikenal sebagai Industri 4.0, sebuah transformasi yang didukung oleh sembilan kemajuan teknologi dasar. (Lihat Gambar 1.) Dalam transformasi ini, sensor, mesin, benda kerja, dan sistem TI akan dihubungkan di sepanjang rantai nilai di luar satu perusahaan. Sistem yang terhubung ini (juga disebut sebagai sistem cyberphysical) dapat berinteraksi satu sama lain menggunakan protokol berbasis Internet standar dan menganalisis data untuk memprediksi kegagalan, mengkonfigurasi sendiri, dan beradaptasi dengan perubahan. Industri 4.0 akan memungkinkan untuk mengumpulkan dan menganalisis data di seluruh mesin, memungkinkan proses yang lebih cepat, lebih fleksibel, dan lebih efisien untuk menghasilkan barang berkualitas lebih tinggi dengan biaya yang lebih rendah. Hal ini pada gilirannya akan meningkatkan produktivitas manufaktur, menggeser ekonomi, mendorong pertumbuhan industri, dan mengubah profil tenaga kerja—yang pada akhirnya mengubah daya saing perusahaan dan wilayah.
Laporan ini menjelaskan sembilan tren teknologi yang menjadi landasan Industri 4.0 dan mengeksplorasi potensi manfaat teknis dan ekonominya bagi produsen dan pemasok peralatan produksi. Untuk mendemonstrasikan temuan kami, kami menggunakan studi kasus dari Jerman, yang diakui sebagai pemimpin dunia dalam otomasi industri.
Sembilan Pilar Kemajuan Teknologi
Banyak dari sembilan kemajuan teknologi yang membentuk dasar untuk Industri 4.0 sudah digunakan di bidang manufaktur, tetapi dengan Industri 4.0, mereka akan mengubah produksi: sel-sel yang terisolasi dan dioptimalkan akan bersatu sebagai aliran produksi yang terintegrasi penuh, otomatis, dan dioptimalkan, memimpin menuju efisiensi yang lebih besar dan mengubah hubungan produksi tradisional di antara pemasok, produsen, dan pelanggan—serta antara manusia dan mesin. (Lihat Gambar 2.)
Data Besar dan Analisis
Analisis berdasarkan kumpulan data besar baru muncul belakangan ini di dunia manufaktur, yang mengoptimalkan kualitas produksi, menghemat energi, dan meningkatkan layanan peralatan. Dalam konteks Industri 4.0, pengumpulan dan evaluasi data yang komprehensif dari berbagai sumber—peralatan dan sistem produksi serta sistem manajemen perusahaan dan pelanggan—akan menjadi standar untuk mendukung pengambilan keputusan waktu nyata.
Misalnya, produsen semikonduktor Infineon Technologies telah mengurangi kegagalan produk dengan menghubungkan data chip tunggal yang diambil dalam fase pengujian di akhir proses produksi dengan data proses yang dikumpulkan dalam fase status lapisan di awal proses. Dengan cara ini, Infineon dapat mengidentifikasi pola yang membantu mengeluarkan chip yang salah di awal proses produksi dan meningkatkan kualitas produksi.
Robot Otonom
Produsen di banyak industri telah lama menggunakan robot untuk menangani tugas yang kompleks, tetapi robot berkembang untuk utilitas yang lebih besar. Mereka menjadi lebih mandiri, fleksibel, dan kooperatif. Pada akhirnya, mereka akan berinteraksi satu sama lain dan bekerja dengan aman berdampingan dengan manusia dan belajar dari mereka. Robot-robot ini akan lebih murah dan memiliki jangkauan kemampuan yang lebih besar daripada yang digunakan dalam manufaktur saat ini.
Misalnya, Kuka, produsen peralatan robot Eropa, menawarkan robot otonom yang berinteraksi satu sama lain. Robot-robot ini saling berhubungan sehingga mereka dapat bekerja sama dan secara otomatis menyesuaikan tindakan mereka agar sesuai dengan produk yang belum selesai berikutnya. Sensor dan unit kontrol canggih memungkinkan kolaborasi erat dengan manusia. Demikian pula, pemasok robot industri ABB meluncurkan robot dua tangan yang disebut YuMi yang dirancang khusus untuk merakit produk (seperti elektronik konsumen) bersama manusia. Dua lengan empuk dan visi komputer memungkinkan interaksi yang aman dan pengenalan suku cadang.
Simulasi
Pada fase engineering, simulasi 3-D dari produk, material, dan proses produksi sudah digunakan, tetapi di masa depan, simulasi akan digunakan lebih luas dalam operasi pabrik juga. Simulasi ini akan memanfaatkan data waktu nyata untuk mencerminkan dunia fisik dalam model virtual, yang dapat mencakup mesin, produk, dan manusia. Hal ini memungkinkan operator untuk menguji dan mengoptimalkan pengaturan alat berat untuk produk berikutnya yang sejalan di dunia maya sebelum pergantian fisik, sehingga menurunkan waktu pengaturan alat berat dan meningkatkan kualitas.
Misalnya, Siemens dan vendor alat mesin Jerman mengembangkan mesin virtual yang dapat mensimulasikan pemesinan suku cadang menggunakan data dari mesin fisik. Ini menurunkan waktu setup untuk proses pemesinan yang sebenarnya sebanyak 80 persen.
Integrasi Sistem Horisontal dan Vertikal
Sebagian besar sistem TI saat ini tidak sepenuhnya terintegrasi. Perusahaan, pemasok, dan pelanggan jarang berhubungan erat. Juga bukan departemen seperti teknik, produksi, dan layanan. Fungsi dari perusahaan ke tingkat lantai toko tidak sepenuhnya terintegrasi. Bahkan rekayasa itu sendiri—dari produk hingga pabrik hingga otomatisasi—tidak memiliki integrasi yang lengkap. Tetapi dengan Industri 4.0, perusahaan, departemen, fungsi, dan kemampuan akan menjadi jauh lebih kohesif, seiring dengan berkembangnya jaringan integrasi data universal lintas perusahaan dan memungkinkan rantai nilai yang benar-benar otomatis.
Misalnya, Dassault Systèmes dan BoostAeroSpace meluncurkan platform kolaborasi untuk industri kedirgantaraan dan pertahanan Eropa. Platform, AirDesign, berfungsi sebagai ruang kerja umum untuk kolaborasi desain dan manufaktur dan tersedia sebagai layanan di cloud pribadi. Ini mengelola tugas kompleks pertukaran data produk dan produksi di antara banyak mitra.
Industrial Internet of Things
Saat ini, hanya beberapa sensor dan mesin pabrikan yang terhubung ke jaringan dan menggunakan komputasi tertanam. Mereka biasanya diatur dalam piramida otomatisasi vertikal di mana sensor dan perangkat lapangan dengan kecerdasan terbatas dan pengontrol otomatisasi dimasukkan ke dalam sistem kontrol proses manufaktur yang menyeluruh. Namun dengan Industrial Internet of Things, lebih banyak perangkat—terkadang bahkan termasuk produk yang belum selesai—akan diperkaya dengan komputasi tertanam dan terhubung menggunakan teknologi standar. Hal ini memungkinkan perangkat lapangan untuk berkomunikasi dan berinteraksi baik satu sama lain dan dengan pengontrol yang lebih terpusat, jika diperlukan. Ini juga mendesentralisasikan analitik dan pengambilan keputusan, memungkinkan respons waktu nyata.
Bosch Rexroth, vendor sistem penggerak dan kendali, melengkapi fasilitas produksi untuk katup dengan proses produksi semi-otomatis dan terdesentralisasi. Produk diidentifikasi dengan kode identifikasi frekuensi radio, dan stasiun kerja “tahu” langkah manufaktur mana yang harus dilakukan untuk setiap produk dan dapat beradaptasi untuk melakukan operasi tertentu.
Keamanan cyber
Banyak perusahaan masih mengandalkan sistem manajemen dan produksi yang tidak terhubung atau tertutup. Dengan peningkatan konektivitas dan penggunaan protokol komunikasi standar yang menyertai Industri 4.0, kebutuhan untuk melindungi sistem industri penting dan lini manufaktur dari ancaman keamanan siber meningkat secara dramatis. Akibatnya, komunikasi yang aman dan andal serta identitas canggih dan manajemen akses mesin dan pengguna sangat penting.
Selama setahun terakhir, beberapa vendor peralatan industri telah bergabung dengan perusahaan keamanan siber melalui kemitraan atau akuisisi.
Cloud
Perusahaan sudah menggunakan perangkat lunak berbasis cloud untuk beberapa perusahaan dan aplikasi analitik, tetapi dengan Industri 4.0, lebih banyak usaha terkait produksi akan membutuhkan peningkatan berbagi data di seluruh situs dan batas perusahaan. Pada saat yang sama, kinerja teknologi cloud akan meningkat, mencapai waktu reaksi hanya beberapa milidetik. Akibatnya, data dan fungsionalitas mesin akan semakin banyak dikerahkan ke cloud, memungkinkan lebih banyak layanan berbasis data untuk sistem produksi. Bahkan sistem yang memantau dan mengontrol proses dapat menjadi berbasis cloud.
Vendor sistem manufaktur-eksekusi adalah salah satu perusahaan yang mulai menawarkan solusi berbasis cloud.
Manufaktur Aditif
Perusahaan baru saja mulai mengadopsi manufaktur aditif, seperti pencetakan 3-D, yang sebagian besar mereka gunakan untuk membuat prototipe dan memproduksi komponen individual. Dengan Industri 4.0, metode manufaktur aditif ini akan digunakan secara luas untuk menghasilkan sejumlah kecil produk khusus yang menawarkan keunggulan konstruksi, seperti desain yang kompleks dan ringan. Sistem manufaktur aditif terdesentralisasi berkinerja tinggi akan mengurangi jarak pengangkutan dan persediaan yang ada.
Misalnya, perusahaan kedirgantaraan sudah menggunakan manufaktur aditif untuk menerapkan desain baru yang mengurangi berat pesawat, menurunkan pengeluaran mereka untuk bahan baku seperti titanium.
Realitas Tertambah
Sistem berbasis augmented-reality mendukung berbagai layanan, seperti memilih suku cadang di gudang dan mengirim instruksi perbaikan melalui perangkat seluler. Sistem ini saat ini masih dalam tahap awal, tetapi di masa depan, perusahaan akan menggunakan augmented reality secara lebih luas untuk memberikan informasi waktu nyata kepada pekerja guna meningkatkan pengambilan keputusan dan prosedur kerja.
Misalnya, pekerja mungkin menerima instruksi perbaikan tentang cara mengganti bagian tertentu saat mereka melihat sistem sebenarnya yang perlu diperbaiki. Informasi ini dapat ditampilkan langsung di bidang pandang pekerja menggunakan perangkat seperti kacamata augmented-reality.
Aplikasi lain adalah pelatihan virtual. Siemens telah mengembangkan modul pelatihan operator pabrik virtual untuk perangkat lunak Comos-nya yang menggunakan lingkungan 3-D berbasis data yang realistis dengan kacamata augmented-reality untuk melatih personel pabrik menangani keadaan darurat. Di dunia maya ini, operator dapat belajar berinteraksi dengan mesin dengan mengklik representasi siber. Mereka juga dapat mengubah parameter dan mengambil data operasional dan instruksi pemeliharaan.
Dampak Industri 4.0
Perlombaan untuk mengadopsi elemen-elemen Industri 4.0 sudah berlangsung di antara perusahaan-perusahaan di Eropa, AS, dan Asia.
Mengukur Dampak: Jerman Sebagai Contoh
Untuk memberikan pemahaman kuantitatif tentang potensi dampak Industri 4.0 di seluruh dunia, kami menganalisis prospek manufaktur di Jerman dan menemukan bahwa gelombang keempat kemajuan teknologi akan membawa manfaat di empat bidang:
- Produktifitas. Selama lima hingga sepuluh tahun ke depan, Industri 4.0 akan dianut oleh lebih banyak perusahaan, meningkatkan produktivitas di semua sektor manufaktur Jerman sebesar €90 miliar hingga €150 miliar. Peningkatan produktivitas pada biaya konversi, yang tidak termasuk biaya bahan, akan berkisar antara 15 sampai 25 persen. Ketika biaya bahan diperhitungkan, keuntungan produktivitas 5 hingga 8 persen akan tercapai. Peningkatan ini akan bervariasi menurut industri. Produsen komponen industri akan mencapai beberapa peningkatan produktivitas terbesar (20 hingga 30 persen), misalnya, dan perusahaan otomotif dapat mengharapkan peningkatan 10 hingga 20 persen.
- Pertumbuhan Pendapatan. Industri 4.0 juga akan mendorong pertumbuhan pendapatan. Permintaan produsen untuk peralatan yang ditingkatkan dan aplikasi data baru, serta permintaan konsumen untuk variasi yang lebih luas dari produk yang semakin disesuaikan, akan mendorong pertumbuhan pendapatan tambahan sekitar €30 miliar per tahun, atau sekitar 1 persen dari PDB Jerman.
- Pekerjaan. Dalam analisis kami tentang dampak Industri 4.0 pada manufaktur Jerman, kami menemukan bahwa pertumbuhan yang dirangsangnya akan mengarah pada peningkatan 6 persen dalam pekerjaan selama sepuluh tahun ke depan. Dan permintaan akan karyawan di sektor teknik mesin dapat meningkat bahkan lebih—sebanyak 10 persen selama periode yang sama. Namun, keterampilan yang berbeda akan diperlukan. Dalam jangka pendek, tren menuju otomatisasi yang lebih besar akan menggantikan beberapa pekerja berketerampilan rendah yang melakukan tugas sederhana dan berulang. Pada saat yang sama, meningkatnya penggunaan perangkat lunak, konektivitas, dan analitik akan meningkatkan permintaan karyawan dengan kompetensi dalam pengembangan perangkat lunak dan teknologi TI, seperti ahli mekatronika dengan keterampilan perangkat lunak. (Mekatronika adalah bidang teknik yang terdiri dari berbagai disiplin ilmu teknik.) Transformasi kompetensi ini merupakan salah satu tantangan utama ke depan.
- Investasi. Menyesuaikan proses produksi untuk memasukkan Industri 4.0 akan mengharuskan produsen Jerman menginvestasikan sekitar €250 miliar selama sepuluh tahun ke depan (sekitar 1 hingga 1,5 persen dari pendapatan produsen), kami memperkirakan.
Perkiraan manfaat di Jerman menggambarkan potensi dampak Industri 4.0 bagi manufaktur secara global. Industri 4.0 akan memiliki efek langsung pada produsen dan tenaga kerja mereka serta pada perusahaan yang memasok sistem manufaktur.
Produsen
Gelombang manufaktur berikutnya akan memengaruhi seluruh rantai nilai produsen, mulai dari desain hingga layanan purna jual:
- Sepanjang rantai nilai, proses produksi akan dioptimalkan melalui sistem TI yang terintegrasi. Akibatnya, sel manufaktur insular saat ini akan digantikan oleh jalur produksi terintegrasi yang sepenuhnya otomatis.
- Produk, proses produksi, dan otomatisasi produksi akan dirancang dan ditugaskan secara virtual dalam satu proses terintegrasi dan melalui kolaborasi produsen dan pemasok. Prototipe fisik akan dikurangi seminimal mungkin.
- Proses manufaktur akan meningkatkan fleksibilitas dan memungkinkan produksi ekonomi ukuran lot kecil. Robot, mesin pintar, dan produk pintar yang berkomunikasi satu sama lain dan membuat keputusan otonom tertentu akan memberikan fleksibilitas ini.
- Proses manufaktur akan ditingkatkan melalui pembelajaran dan peralatan yang dioptimalkan sendiri yang akan, misalnya, menyesuaikan parameter mereka sendiri saat mereka merasakan sifat tertentu dari produk yang belum selesai.
- Logistik otomatis, menggunakan kendaraan otonom dan robot, akan menyesuaikan secara otomatis dengan kebutuhan produksi.
Industri 4.0 memungkinkan respons yang lebih cepat terhadap kebutuhan pelanggan daripada yang mungkin dilakukan saat ini. Ini meningkatkan fleksibilitas, kecepatan, produktivitas, dan kualitas proses produksi. Dan itu meletakkan dasar untuk adopsi model bisnis baru, proses produksi, dan inovasi lainnya. Ini akan memungkinkan penyesuaian massal tingkat baru karena lebih banyak produsen industri berinvestasi dalam teknologi Industri 4.0 untuk meningkatkan dan menyesuaikan penawaran mereka.
Pemasok Sistem Manufaktur
Karena produsen menuntut konektivitas dan interaksi yang lebih besar dari mesin dan sistem berkemampuan Industri 4.0 di pabrik mereka, pemasok sistem manufaktur harus memperluas peran TI dalam produk mereka. Perubahan kemungkinan akan mencakup modularisasi fungsionalitas yang lebih besar dengan penerapan di cloud dan pada perangkat yang disematkan. Dengan peningkatan fungsionalitas keseluruhan dan kompleksitas sistem, muncul kebutuhan akan distribusi pengambilan keputusan yang lebih besar. Selain itu, portal online untuk mengunduh perangkat lunak dan hubungan mitra kolaboratif dapat menawarkan konfigurasi peralatan yang lebih fleksibel dan dapat disesuaikan. Arsitektur otomasi juga akan berkembang untuk kasus penggunaan yang berbeda. Pemasok harus mempersiapkan berbagai skenario ini dan mendukung perubahan ini.
Vendor otomasi industri dan sebagian besar produsen alat mesin telah membangun kemampuan pengembangan perangkat lunak yang signifikan—tetapi Industri 4.0 akan membutuhkan lebih banyak lagi. Selain itu, vendor ini harus bersaing dengan pemain TI yang bergerak ke pasar yang berkembang untuk aplikasi yang berhubungan dengan lantai toko dan produksi serta layanan berbasis data.
Meningkatnya interkonektivitas mesin, produk, suku cadang, dan manusia juga akan membutuhkan standar internasional baru yang menentukan interaksi elemen-elemen ini di pabrik digital masa depan. Upaya untuk mengembangkan standar-standar ini masih dalam tahap awal, tetapi didorong oleh badan-badan standardisasi tradisional dan konsorsium yang baru muncul. Plattform Industrie 4.0 Jerman adalah pendorong pertama, tetapi Industrial Internet Consortium (IIC) yang berbasis di AS—didirikan pada Maret 2014 oleh perusahaan manufaktur, Internet, TI, dan telekomunikasi—telah menjadi alternatif yang menonjol. Selanjutnya, sebuah badan baru, Dialogplattform Industrie 4.0, dibentuk di Jerman untuk melawan posisi kuat IIC. Beberapa organisasi standardisasi lain memiliki ambisi di lapangan. Memilih partisipasi secara strategis dalam badan-badan ini dan badan-badan lainnya dan secara aktif membentuk agenda standardisasi akan sangat penting bagi pemasok sistem manufaktur.
Jalan lurus
Industri dan negara akan merangkul Industri 4.0 pada tingkat yang berbeda dan dengan cara yang berbeda. Industri dengan varian produk tingkat tinggi, seperti otomotif dan industri makanan dan minuman, akan mendapat manfaat dari tingkat fleksibilitas yang lebih besar yang dapat menghasilkan peningkatan produktivitas, misalnya, dan industri yang menuntut kualitas tinggi, seperti semikonduktor dan obat-obatan. , akan mendapat manfaat dari peningkatan berbasis analisis data yang mengurangi tingkat kesalahan.
Negara-negara dengan tenaga kerja terampil berbiaya tinggi akan dapat memanfaatkan tingkat otomatisasi yang lebih tinggi yang dikombinasikan dengan peningkatan permintaan akan tenaga kerja yang lebih terampil. Namun, banyak pasar negara berkembang dengan tenaga kerja muda yang paham teknologi mungkin juga memanfaatkan peluang tersebut dan bahkan mungkin menciptakan konsep manufaktur yang sama sekali baru.
Untuk secara aktif membentuk transformasi, produsen dan pemasok sistem harus mengambil tindakan tegas untuk merangkul sembilan pilar kemajuan teknologi. Mereka juga harus mengatasi kebutuhan untuk menyesuaikan infrastruktur dan pendidikan yang sesuai.
Produsen Harus Menetapkan Prioritas dan Meningkatkan Tenaga Kerja
Produsen harus menetapkan prioritas di antara proses produksi mereka dan meningkatkan kompetensi tenaga kerja mereka, sebagai berikut:
Identifikasi area utama untuk peningkatan, seperti fleksibilitas, kecepatan, produktivitas, dan kualitas. Kemudian, pertimbangkan bagaimana sembilan pilar kemajuan teknologi dapat mendorong peningkatan di bidang yang ditentukan. Hindari terjebak dalam pendekatan tambahan; sebagai gantinya, pertimbangkan perubahan yang lebih mendasar yang dimungkinkan oleh kombinasi dari sembilan teknologi.
Menganalisis dampak jangka panjang pada tenaga kerja dan melakukan perencanaan tenaga kerja strategis. Menyesuaikan peran, perekrutan, dan pelatihan kejuruan untuk mempersiapkan tenaga kerja dengan keterampilan TI tambahan yang akan dibutuhkan.
Sementara peningkatan ini sudah memiliki potensi signifikan untuk industri yang ada, bidang yang muncul dapat menggunakan teknologi Industri 4.0 untuk mengganggu standar yang ada menggunakan tata letak pabrik dan proses produksi yang inovatif.
Pemasok Harus Memanfaatkan Teknologi
Pemasok sistem manufaktur perlu memahami bagaimana mereka dapat menggunakan teknologi dalam kasus penggunaan baru untuk menawarkan manfaat terbesar bagi pelanggan mereka. Teknologi ini dapat dimanfaatkan untuk penawaran yang berbeda, seperti peningkatan sistem tertanam dan otomatisasi jaringan, pengembangan produk perangkat lunak baru, dan penyampaian layanan baru, seperti layanan berbasis analitik. Untuk membangun penawaran ini, mereka harus meletakkan fondasi yang tepat:
- Tentukan model bisnis mana yang akan dimanfaatkan untuk penawaran yang ditingkatkan atau baru.
- Bangun fondasi teknologi, seperti basis alat untuk analitik.
- Membangun struktur dan kemampuan organisasi yang tepat.
- Kembangkan kemitraan yang penting di dunia digital.
- Ikut serta dan wujudkan standardisasi teknologi.
Secara paralel, pemasok sistem perlu membangun visi berbasis skenario dari evolusi industri jangka panjang dan memastikan bahwa strategi mereka akan mempersiapkan mereka untuk skenario yang paling mungkin.
Infrastruktur dan Pendidikan Harus Diadaptasi
Produsen serta pemasok harus bekerja untuk mengadaptasi infrastruktur dan pendidikan saat mereka merangkul teknologi Industri 4.0. Hal ini paling baik ditangani melalui upaya gabungan yang melibatkan pemerintah, asosiasi industri, dan bisnis untuk mencapai hal-hal berikut:
- Tingkatkan infrastruktur teknologi, seperti layanan broadband tetap dan seluler. Infrastruktur harus dibuat dengan cepat, aman, dan cukup andal bagi perusahaan untuk bergantung padanya untuk data yang mendekati waktu nyata.
- Menyesuaikan kurikulum sekolah, pelatihan, dan program universitas dan memperkuat pendekatan kewirausahaan untuk meningkatkan keterampilan yang berhubungan dengan TI dan kemampuan inovasi tenaga kerja.
Resume
Industri 4.0 menghadirkan peluang luar biasa bagi produsen inovatif, pemasok sistem, dan seluruh wilayah. Namun, seperti perkembangan transformasional sebelumnya, Industri 4.0 juga merupakan ancaman berat bagi para laggards. Ketika model bisnis, ekonomi, dan persyaratan keterampilan bergeser, kita dapat melihat perubahan besar pada posisi teratas, baik di tingkat perusahaan maupun regional.
Hanya sebuah bacaan