Cztery rewolucje przemysłowe. Od maszyny parowej do powszechnej cyfryzacji

Arnold Toynbee to pierwszy badacz zajmujący się rewolucją przemysłową. Jego działalność ustala datę jej początku na 1760 r. Moment, w którym świat przyspiesza na niespotykaną dotąd skalę

I Rewolucja Przemysłowa

Prace nad maszyną parową trwały od XVII w., a w latach 60. XVIII w. jest już ona w Anglii w powszechnym użyciu. Zastępuje siłę mięśni ludzi i zwierząt energią z pary wodnej. Maszyn używa się do osuszania mokradeł, dostarczania wody do miast i domów, wypompowywania wody z kopalni, gaszenia pożarów czy obracania kół młyńskich. Jednak straty energii są ogromne i koszty paliwa przewyższają uzyskiwane korzyści. Przełomem staje się dopiero model silnika parowego szkockiego inżyniera Jamesa Watta, opatentowany w 1769 r. Tu straty energii są znacznie mniejsze. Do tego stopnia, że silnik Watta jest używany także w fabrykach włókienniczych, w których parowy wynalazek pełnił dotąd jedynie funkcję pomocniczą. Silnik parowy przejmują kolejne gałęzie rodzącego się przemysłu – przemysł maszynowy, górnictwo, przemył żelazny i transport (bardzo rozwija się kolej żelazna). Uprzemysłowienie jest powodem migracji ludzi ze wsi do miast, rozwoju miast, powstawania nowych okręgów przemysłowych i znaczących zmian w zakresie struktury zatrudnienia. Pojawia się także nowa klasa społeczna – klasa robotnicza.

Prąd to znak nowej ery

O ile w pierwszej połowie XIX w. na świecie dominuje gospodarka brytyjska, o tyle w drugiej połowie XIX w. zostaje ona mocno w tyle za gospodarkami Stanów Zjednoczonych i Niemiec. Szacuje się, że lata 70. XIX w. to początek II rewolucji przemysłowej. Jej symbolem jest linia produkcyjna umożliwiająca produkcję masową.

Sukces opiera się na wiedzy naukowej, bo na szybko rozwijających się uniwersytetach zaczynają królować nauki ścisłe. Powstają także uczelnie techniczne, co przyspiesza rozwój techniki. Rozwija się elektryczność. Stosuje się syntezę chemikaliów, co pozwala na rozwój przemysłu chemicznego. Stal produkuje się w skali masowej, więc rozwijają się przemysł ciężki i maszynowy. Silnik spalinowy otwiera drzwi dla przemysłu samochodowego i lotniczego. Telegraf i telefon wchodzą do powszechnego użytku.

Komputery zmieniają świat

Na kolejną rewolucję, tym razem już trzecią, świat musi czekać 100 lat. Nazywana jest rewolucją naukowo-technologiczną i wiąże się z masowym zastosowaniem systemów elektronicznych i technologii informatycznych. Ten tech nologiczny przełom rozpoczyna się w latach 70. XX w. Wcześniej komputery znano, ale ich wykorzystanie było ściśle związane z rozwojem techniki wojskowej w czasach zimnej wojny. Działał nawet poprzednik internetu – ARPANET. Powstał w oparciu o badania i prace projektowe prowadzone przez US Defense Department’s Advanced Reaserch Project Agency.

Do najważniejszych wynalazków i technologii zalicza się wynaleziony w 1971 r. mikroprocesor, który wpływa na rozpowszechnienie mikroelektroniki, oraz skonstruowany w 1975 r. mikrokomputer, wprowadzony na rynek komercyjny już w 1977 r. Pod koniec lat 90. XX w. połączono rozrzucone mikro- i superkomputery w globalną sieć. Od powszechnie dostępnego internetu do szerokiej informatyzacji jest już tylko krok. Rozprzestrzeniają się połączenia między różnymi dziedzinami nauki oraz techniki. III rewolucja przemysłowa to komputeryzacja, automatyzacja procesów produkcji oraz udoskonalanie środków komunikacji, zwłaszcza mediów, a także udoskonalenie transportu.

i

Przemysł 4.0 – masowa cyfryzacja

Nawet nie zauważyliśmy tego, że znaleźliśmy się w samym centrum IV rewolucji przemysłowej, zwanej również „Przemysłem 4.0”. Termin ten (w oryginale Industrie 4.0) został użyty po raz pierwszy w 2011 r., w projekcie strategii technik wysokich rządu Niemiec. IV rewolucja przemysłowa to wzajemne wykorzystanie automatyzacji, przetwarzania i wymiany danych na potrzeby technik i zasad działania procesów wytwórczych. Używa się przy tym internetu rzeczy (sieci połączonych ze sobą przedmiotów), chmury obliczeniowej i systemu sterującego procesami fizycznymi odtwarzającymi elementy świata realnego (czyli przetwarzające obiekty analogowe na cyfrowe). Symbolem Przemysłu 4.0 jest inteligentna fabryka, w której praca oparta jest na zautomatyzowanych liniach produkcyjnych, przy których pracę ludzi zastąpiły roboty, a komputery podejmują decyzje. Człowiek tylko te procesy nadzoruje. Przemysł 4.0 to także łączność mobilna. Funkcjonowanie firm zmienia się też dzięki analizie danych. Opiera się ona na automatycznym zbieraniu i przetwarzaniu wielkich zbiorów danych pochodzących z urządzeń podłączonych do internetu bądź bezpośrednio od ludzi. Pozwala to m.in. na lepsze zarządzanie zasobami firmy, planowanie produkcji i precyzyjniejsze odpowiadanie na potrzeby klientów.

KGHM Polska Miedź – przykład przemysłu 4.0. One control room zdalnie kieruje pracą kopalni

Gdy myślimy o górniku, także tym miedziowym, to wyobrażamy sobie człowieka umorusanego pyłem i z kilofem w ręku. Tymczasem w nowoczesnej kopalni wielu z nich zamiast ciężkiego sprzętu używa komputerów, kamer i najnowszych technologii. To efekt Programu KGHM 4.0, który rozwija w spółce innowacyjność i nowe technologie.

Praca górników w kopalniach Polkowice-Sieroszowice i Lubin, należących do KGHM, nie przypomina tej sprzed kilkudziesięciu lat. Dziś górnicy są bezpieczniejsi, a ich praca jest efektywniejsza, między innymi dzięki najnowocześniejszym miejscom w polskim, a może nawet światowym górnictwie – One Control Room. To nowe dyspozytornie (Polkowicach Sieroszowicach dyspozytornia działa od 2017 r., w Lubinie ruszyła na początku 2019 r.), których zadaniem jest m.in. zdalne kierowanie pracą kopalni. Każda z dyspozytorni to kilka połączonych pomieszczeń, w których pracują osoby kierujące pracą kopalni, a więc m.in. dyspozytorzy górniczy, dyspozytorzy energetyczni, a także pośrednio, poprzez system sterowania, dyspozytorzy taśmowi.

Jak to działa

Kopalnia jak każdy zakład przemysłowy jest źródłem bardzo dużej liczby danych. 1000 m pod ziemią w Polkowicach-Sieroszowicach znajduje się gigantyczna infrastruktura – ponad 80 km trasy przenośników taśmowych, kilkadziesiąt urządzeń do rozbijania brył – to miejsca, w których ruda urabiana w przodku jest rozbijana i wysypywana na przenośnik – są pompownie, rozdzielnie elektryczne, stacje transformatorowe i wiele innych. Niemal podziemne miasto. Aby pracownicy mogli tu bezpiecznie wykonywać swoje obowiązki, ktoś musi zarządzać pracą ludzi, maszyn i urządzeń. Do tego służy właśnie znajdujący się na powierzchni One Control Room. Tu znajdują się skomplikowane systemy monitoringu oraz zdalnego sterowania, są rozbudowane systemy transmisyjne i systemy wizualizacyjne, np. ściany graficzne, są w końcu systemy łączności alarmowania oraz systemy łączności ratowniczej. To tu, w sytuacjach awaryjnych, podejmuje się działania dotyczące ratowania życia ludzi lub mienia zakładu. Bezpośredni dostęp do obrazów z kamer w wyrobiskach dołowych umożliwia natychmiastową weryfikację ich aktualnego stanu i podjęcie odpowiednich decyzji.

To z One Control Room płynie informacja na dół – dzisiaj pod ziemią także wykorzystywane są duże liczby komputerów, znajduje się tam kilkaset kilometrów linii światłowodowych i kabli elektroenergetycznych, kilkaset rozdzielni i stacji transformatorowych. Z informacji korzysta sztygar zmianowy i szeregowi pracownicy. Muszą wiedzieć, czy są bezpieczni, czy maszyny i urządzenia wykorzystywane w procesie produkcyjnym pracują normalnie, czy praca jest wykonywana efektywnie. Tymi samymi danymi płynącymi z One Control Room dysponują dyrektor kopalni i główny inżynier.

Bezpieczniej i efektywniej

Skąd pomysł na One Control Room? Na początku projektowano dyspozytornię służb taśmowych, która byłaby już trzecią dyspozytornią na terenie kopalni Polkowice-Sieroszowice. Jednak gdy eksperci KGHM przestudiowali różnorodne materiały dotyczące nowoczesnych rozwiązań dyspozytorni w przemyśle górniczym, chemicznym i paliwowym, podjęli decyzję o utworzeniu jednego centralnego miejsca kompleksowego sterowania procesem produkcyjnym kopalni, czyli dyspozytorni One Control Room. To nie tylko budynek z bardzo nowoczesnym wyposażeniem technicznym. W koncepcji One Control Room chodzi przede wszystkim o sposób podejścia do pozyskiwania i przetwarzania gromadzonych danych. Dzięki One Control Room można zdalnie sterować systemem dostawy taśmowej. Praca jest bardziej efektywna, a koszty eksploatacji zostały ograniczone. Praca manualna została w dużej części zastąpiona pracą zdalną, z dyspozytorni. W czasie akcji ratowniczej dzięki kamerom można zobaczyć stan wybranych wyrobisk dołowych. Dzięki temu ludzie na dole są o wiele bezpieczniejsi.

Lubin też ma One Control Room

Po sukcesie One Control Room w kopalni Polkowice-Sieroszowice, podobną supernowoczesną dyspozytornię otwarto w ZG Lubin. Zbudowano układy adaptacyjne w systemach sterowania i komunikacji wszystkich 53 przenośników taśmowych ZG Lubin oraz szerokopasmową infrastrukturę teleinformatyczną służącą właściwemu funkcjonowaniu urządzeń automatyki, łączności, systemów wizyjnych i diagnostycznych. W One Control Room znalazły się pomieszczenia dla Kierownika Akcji, Sztabu Akcji, dyspozytorów górniczych i taśmowych, a także zaplecze techniczne, w tym nowoczesna serwerownia oraz pokoje dla obsługi, serwisantów i administratorów systemów teleinformatycznych.

KGHM testuje drony

Miedziowy gigant rozpoczął w kopalni Polkowice-Sieroszowice próby wykorzystania drona do ratownictwa podziemnego. Testowana maszyna jest rozwiązaniem unikatowym w skali świata! Zaprojektowano ją tak, by poruszała się wśród przeszkód. Dron został zabezpieczony wyjątkowo odporną ażurową konstrukcją, która zapobiega uszkodzeniu podczas możliwych kolizji. Może też operować w miejscach pozbawionych sygnału GPS. Jest wyposażony w kamerę o wysokiej rozdzielczości (4K) oraz kamerę termowizyjną, która pozwala na badanie przestrzeni kopalni nawet w całkowitych ciemnościach. Jeśli drony się sprawdzą, będą wspierać akcje ratownicze i działania inspekcyjne w trudno dostępnych miejscach, przydadzą się np. do kontroli stanu technicznego szybów. Maszyna ma zaledwie 40 cm średnicy. Te niewielkie gabaryty pozwolą na kontrolę wnętrza pieca hutniczego czy rurociągów przemysłowych. Testy pokażą, jakie są zasięg drona, jego odporność na potencjalne zakłócenia, umiejętność pokonywania szczelin pomiędzy przeszkodami, skuteczność kamer i działanie w warunkach zapylenia oraz wilgotności.