Промышленные технологии
Прототипируй все
Сюда же можно отнести и системы управления инженерными данными (СУИД) для формирования цифровой информационной модели (ЦИМ), используемой на всех стадиях жизненного цикла объекта. Такая система позволяет систематизировать всю информацию по каждой единице оборудования и всем строительным элементам (стены, балки, и др) на объекте, а также документацию, которая включает в себя паспорта, акты выполненных работ, протоколы проверки и так далее.
4. Цифровой реверс-инжиниринг [1]. В качестве одной из наиболее успешных бизнес-стратегий международной экспансии машиностроительной компании сегодня на практике подтверждено развитие собственного сервисного центра за рубежом. Сервисная база или ремонтное предприятие создается рядом с потребителем, обученный персонал такой базы помогает ремонтировать изношенное оборудование потребителя через сканирование деталей и передает полученные в результате сканирования 3D модели к себе на домашнее предприятие для производства. В результате базы данных PDM систем международных глобальных производителей наполняются существующими составами изделий и конфигурациями работающего оборудования для последующего расширения производственных линеек этих глобальных компаний.
8. Трансфер технологий. Если вы оснастили свое нефтяное месторождение комплексом иностранного промышленного оборудования, сразу же начинайте думать о его производстве здесь. Даже не так. Запланировав приобретение значительного объема иностранного оборудования для оснащения вашего нефтяного месторождения, сразу планируйте и реализуйте трансфер технологий производства этого оборудования в России. Иначе в ходе эксплуатации этого оборудования вы быстро разоритесь на его сервисе (от 100 евро в час — стоимость европейского инженера), а через пять лет обнаружите себя собственником устаревшего хлама. Причем ваши соседи по отрасли, закупив через пять лет относительно вас у той же компании похожее оборудование, станут собственниками машин на пять поколений старше и эффективнее вашего, поскольку обновление продуктовой линейки раз в год — реальная практика современного международного машиностроителя. С ускоренным развитием технологий цифрового производства и сокращением сроков выпуска продукции ТРАНСФЕР ТЕХНОЛОГИЙ сегодня стал единственной возможностью выживания даже не производителя, а заказчика и эксплуатанта оборудования. При этом предприятия, сформировавшие объёмы интеллектуальных активов в PDM системах, могут начинать задумываться об их капитализации, включая трансфер (экспорт) технологий в развивающиеся страны и продажу лицензий на нематериальные активы (ноу-хау и интеллектуальную собственность).
14. Цифровое управление логистикой, в том числе с использованием RFID индентификации, с контролем передвижения сырья и материалов, очень важно для обеспечения конкурентоспособности производства сегодня. Максимальная автоматизация управления складскими запасами, цифровые системы отбора материальных запасов со световой индикацией (умные полки, pick-by-light), когда информация по заданию на подбор материалов высвечивается на интегрированном в полку дисплее, при подключении к MES, на продвинутых производствах с умными командами на порядок увеличивают производительность при пропорциональном уменьшении затрат на логистику [3].
В России последние несколько лет идет разработка промышленных роботов. Наиболее перспективные — системы-манипуляторы с меняющимися насадками. Это блочный аппарат, у которого можно быстро менять оси, насадки и другие блоки.
Кроме того, на Хабре ранее приводились кейсы по прототипированию мобильных приложений, интерфейсов, игр и т.п. Что касается российских проектов, то в качестве примера можно взять платформу от Aleger, которая предназначена для создания цифровых продуктов. Она объединяет широкий спектр инструментов разработки из таких отделов, как строительство, проектирование или моделирование.
Промышленные роботы
Здесь очень широкий спектр возможностей. По мнению экспертов, объем российского рынка виртуальной реальности к 2025 году должен достигнуть 7 млрд рублей. Вот лишь наиболее очевидные примеры.
5. Инженерный анализ (CAE) как отдельное бизнес-направление, виртуальное прототипирование, численный виртуальный эксперимент, FEA и CFD. Цифровое моделирование работы выпускаемого вами оборудования также очень сильно влияет на сроки разработки и выпуска продукта. Различные способы моделирования – от физических процессов и отдельных сборочных единиц до технологических процессов и производства в целом широко используются во всех ведущих производственных предприятиях сегодня, обеспечивая их отраслевое лидерство [2]. Очень хорошо по этому поводу высказался вице-президент Тесла по производству: «современное производство – это интеллектуальная машина, производящая другие машины. Вы должны собрать все данные завода. Вам необходимо понять процессы и как вы можете их улучшить. Когда у вас будет достаточно информации, будет несложно смоделировать все предприятие от начала до конца и понять ключевые точки воздействия и настройки завода» [3].
7. Энергоэффективность предприятий, сертификация их по стандартам LEED, BREEAM и сокращение эксплуатационных затрат на 25% и более. Это непосредственно влияет на себестоимость продукции этих предприятий и снижает риски энергозависимости предприятий, риски изменения законодательства и др.
15. Кросс-отраслевая кооперация, взаимодействие с партнёрами в профессиональных ассоциациях, проведение аудита качества других компаний для организации технологического партнерства.
В эту отрасль Минпромторг выделяет 300 млрд руб. до 2030 года. Общий объем федерального проекта составляет более 500 млрд рублей с региональными и внебюджетными инвестициями.
Например, в приложении некорректно работали некоторые кнопки, кроме того, пользователям, которые приняли участие в тестировании, не понравились некоторые функции.
Автоматизируем технический документооборот
Виртуальные экскурсии и инструктажи. Здесь можно говорить как о культурном времяпрепровождении, так и промышленном использовании. Например, в биотехнологической компании BIOCAD проводят вводный инструктаж по промбезопасности в формате виртуальной реальности. Вот видео процесса:
3. Систематизация, накопление и защита нематериальных активов (НМА) и интеллектуальной собственности. Не обязательно в форме патентов, обязательно в форме секретов производства и ноу-хау. Не забывайте интегрировать НМА в хозяйственную деятельность компании, фиксируя их оценку в бухгалтерском балансе. Здесь все просто: одним из основных выгодоприобретателей четвертой промышленной революции является собственник и поставщик интеллектуального капитала. Если вы развиваетесь как производитель и не оформляете свою интеллектуальную собственность, вы лишаете себя этих выгод. Сегодня лидирующие компании и государства борются за построение конкурентной экономики знаний (knowledge economics) с основой в виде производства интеллектуальных продуктов — технологий, патентов, ноу-хау. Обеспечивая интеграцию в хозяйственную деятельность нематериальных активов, российские компании могут быть глобальными промышленными гигантами, даже не имея собственных заводов.
9. Аддитивное производство для модельных испытаний и прототипирования. У вас еще нет 3D принтера или партнеров-студии 3D печати? Тогда — смотрите компонент 5 о цифровом моделировании — вы не сможете быть такими же быстрыми в разработке и выпуске новых продуктов, как международные производители.
Активизация обмена ресурсами, возможностями и потребностями в том числе через уже существующие онлайн-инструменты. Использование эффекта платформы, когда цифровые производители создают сети, соединяющие продавцов и покупателей, повышая доходы за счет эффекта масштаба [4]. Пример – кооперация компаний Hewlett-Packard, National Instruments, PTC и Flowserve [5, 6], которые объединились для совместного выпуска насосных агрегатов, управляемых и обслуживаемых с помощью технологий промышленного интернета вещей и предиктивной аналитики. Российский пример – кооперация Yandex Data Factory и Магнитогорского металлургического комбината, создавших с помощью алгоритмов машинного обучения математическую модель производства стали для оптимизации расхода ферросплавов и добавочных материалов [7].
Успешные проекты были показаны ранее. Например, это тросовый робот, который умеет печатать дома любого размера. Его представили в 2023 году.
В крупных компаниях все непросто — например, для строительства промышленного объекта в среднем нужно готовить около 2 тысяч документов ежемесячно. Это огромная работа, в которой задействуются люди и ресурсы.
VR и AR в промышленности
Обучение штатным операциям. Для этого нужен эксперт, работающий удаленно, видеоочки и хороший канал связи. Технология, например, внедрена на «Северстали». Здесь используют виртуальный тренажёр «Работа на высоте». Он позволяет проверять полученные знания и опыт в VR-среде.
2. Конвергенция цифрового и физического в разрабатываемом продукте уже в эскизном проекте — но сначала необходимо навести порядок в хранении конструкторской и технологической документации, реализовав компонент 1. Уже сегодня ведущие производители на этапе конструирования механического оборудования продумывают и закладывают в конструкцию выпускаемого продукта способы его взаимодействия через защищенный промышленный интернет вещей с цифровыми системами управления.
10. Профессиональное управление проектами. Для обеспечения поставки сложных видов оборудования в срок, с запланированным финансовым результатом и с требуемым заказчиком качеством, ведущие производственные предприятия создают корпоративные системы управления проектами, обращаясь к лучшим практикам современного управления проектами и комбинируя Agile и Waterfall подходы к реализации проектов.
Почему сегодня так важно опираться на эти работающие производственные технологии в гонке конкурентоспособности четвертой промышленной революции?
Технологическая отрасль в РФ не стоит на месте, многие направления продолжают развиваться. Особенно это актуально для промышленности. Сегодня предлагаю обсудить пять новых отечественных разработок — от автоматизации документооборота до прототипирования. Если интересно — поехали!
Примеров может быть много, вот один из наиболее показательных. Несколько лет назад крупный провайдер решил запустить цифровые сервисы по управлению многоквартирными домами и прилегающей к ним территории. Если бы эти продукты были запущены без прототипирования, то проблемы возникли бы уже на старте.
Автоматизированная система управления технологическим процессом
6. Цифровые двойники (полная информационная модель) выпускаемого продукта, продвижение и продажи через виртуальную реальность (VR) и сервиса с помощью дополненной реальности (AR). Зайдите на сайт Caterpillar. Видите продуктовую линейку? Чтобы показать, как работает это оборудование, презентовать и продать его шейхам, CAT больше не везет грейдер в OAЭ. CAT передает 3D модель грейдера в свое представительство и те показывают в очках виртуальной реальности в VR эту модель потенциальному покупателю. Оцените экономию на логистике. С помощью AR сервис-инженеры CAT, обслуживающие на базе математической модели с предиктивной аналитикой тот же грейдер, могут осуществлять «точечный» ремонт в полном соответствии со всеми инструкциями и актуальным состоянием именно запросившего обслуживание грейдера. Оцените перспективы сервиса как бизнеса для САТ.
Чрезвычайные ситуации. Для ряда промышленных предприятий крайне важно обучить сотрудников правильно действовать в случае возникновения даже очень сложных проблем. Там нет права на ошибку, поэтому представители компании должны быть подготовлены. Обучают своих специалистов, например, на Омском заводе смазочных материалов (ОЗСМ). Сотрудники отрабатывают навыки поведения в экстренных ситуациях в нескольких локациях, в зависимости от занимаемой должности.
О любой технологии (IoT, AR, VR, Big Data) можно сказать «мы это делали 10, 20, 30 лет назад». Но не единичные практики создают промышленную революцию, а формирование (в том числе через отраслевую кооперацию, компонент 15, и образовательные инициативы, компонент 13) системы технологий, радикально влияющей на производительность труда, скорость выпуска продукции и создающей новые виды экономической деятельности. С этой точки зрения снобистская позиция «эти технологии -ничего нового, лишь маркетинговые названия» на наступление новой промышленной революции никакого влияния не оказывает.
На самом деле, прототипировать можно не только устройства и софт, но и игры, интерфейсы, сервисы и т.п. Кроме того, концепцию можно использовать для тест-чека работы отдельных аппаратов, так и производственных линий или технологий из других отраслей.
Одна из компаний, которая развивает в России автоматизацию документооборота — Bimeister. С технологией уже работает часть предприятий ПАО «Газпром». На данный момент речь идет о более чем 4000 масштабных инвестпроектах и 78 дочерних обществах.
Вот основные достоинства прототипирования:
В течение последних 10 лет мы с командой, реализуя крупные промышленные проекты, отвечали на эти вопросы, работая в семи странах мира (Великобритания, США, Германия, Япония, Италия, Украина, Россия) на десятках международных машиностроительных предприятиях. Благодаря этой работе, мы провели детальный анализ подходов и технологий для обеспечения высокой степени конкурентоспособности современного международного производственного предприятия.
Перемещение сварочной горелки в пространстве производится роботом по создаваемой оператором управляющей программе. Но, конечно, это только три примера, на самом деле, промышленных роботов в РФ гораздо больше.
11. Бережливое производство (lean) во всех его проявлениях и порядок в цехах с разработкой и внедрением сильной производственной системы. Огромное количество цехов в России – не отвечающие экологическим стандартам, неухоженные помещения с хаотично накиданным инструментом на верстаках под слоем стружки. Неужели кто-то думает, что в таких условиях возможно произвести конкурентоспособный продукт? Оптимизация планировки цеха, стандартизация производственного процесса, повышение эффективности работы оборудования – важные слагаемые роста производительности труда современного завода.
Это, конечно, не новая технология. Но вот уже пару лет в промышленности достаточно активно реализуется открытая архитектура АСУ ТП для российских предприятий. В 2023 году ряд крупных компаний предложили разработать отечественную АСУ ТП на базе открытых стандартов. Унификация позволила бы использовать решения различных вендоров в рамках одной платформы автоматизации.
Что нужно сделать, чтобы современные компоненты производственных систем и технологии заработали на российских производствах?
В рамках реализации проекта удалось создать структурированный электронный архив, а также обеспечить доступ к документации с разных типов устройств для всех участников проекта. По словам авторов технологии, автоматизация позволяет на 40% сократить издержки на выяснение причин сдачи объекта в эксплуатацию и на треть снизить временные затраты на взаимодействие с внешними контрагентами и т.п.
В целом, VR на промышленных предприятиях применяется, чаще всего, для обучения сотрудников. То же касается и дополненной реальности, AR. Современные технологии позволяют, во-первых, оперативно обучать, во-вторых, избегать затрат большого количества полезных ресурсов, в-третьих снижает риск появления травм и поломок оборудования.
Современные технологии позволяют если не полностью исключить, то сократить до минимума бумажный документооборот. Сюда входит и 3D-моделирование для точной реализации измерений и поиска возможных проблем строительства еще на этапе проектирования.
Вот 15 технологий, которые необходимо реализовать российским заводам как можно быстрее, если они хотят догнать и перегнать иностранные предприятия в гонке конкурентоспособности четвертой промышленной революции.
1. Системы управления информацией предприятий, Enterprise Information Management: EIM = PLM+MES+ERP. Именно в такой связке, с взаимной передачей данных они работают в международных компаниях с 90-х годов прошлого века, образуя централизованный цифровой информационный хаб, используемый на всех стадиях жизненного цикла производственного проекта: для цифрового конструирования, в цифровом цеху, в цифровой цепи поставок, логистике и цифровой адаптации под потребителя продукта при продажах и сервисном обслуживании. В последнее время как один из важных компонентов EIM, активно развиваются системы класса MDC – Manufacturing Data Collection российских производителей, обеспечивающие мониторинг средств производства с числовым программным управлением и сбор данных о загруженности станков. Накапливать, упорядочивать и управлять информацией на всех этапах жизненного цикла изделий сегодня еще важно и для постепенного перехода через машинное обучение (machine learning) к полностью автоматическому производству.
Наконец, еще одна разработка — робот-манипулятор для сварки. Он достаточно функционален, и может варить по сложным траекториям, а также выполнять операции по механической обработке заготовок.
13. Учебные производственные центры на вашем предприятии и развитие фаблаба в регионе работы предприятия. Популяризация цифрового производства через проведение мастерских с рассказом о работе современных инженеров, 3D печати, робототехники. Участие молодых цеховых специалистов в WorldSkills, EuroSkills. Европейское предприятие, открывшее завод в России, имеет несколько таких центров, оборудованных образцами продукции для проведения тренингов персонала и партнеров компании.
На сегодня, в принципе, все. Если подборка будет интересна, то я сделаю и вторую часть — благо, проектов сейчас действительно много.
Нам необходимо оставить технологический снобизм, перенять опыт развития восточных предприятий и их руководителей, которые как губка впитывают лучшие мировые практики. Искать и работать с такими практиками на конференциях, форумах, референс-визитах в передовые производственные компании, в общении с инженерными и производственными консультантами. В организационной структуре наших предприятий необходимо обеспечить плотное сотрудничество подразделений ИТ и НИОКР с совместными разработками новых продуктов и модернизацией существующих. Работать с вендорами и интеграторами информационных систем, в свою очередь динамично развивающимися синхронно с технологиями и предлагающими комплексные решения автоматизации всего жизненного цикла производимой продукции.
Конечно, это не только ПО, но и большое количество специфических датчиков, контроллеров, непростой оптики, зачастую также различного «железа», сшитого напрямую с агрегатом. Часть из них нельзя импортозаместить, но открытая платформа помогла бы ускорить этот процесс.
Сейчас над отечественной архитектурой АСУ ТП работает Ассоциация «Индустриальные инновации». В прошлом году ее членами были «Северсталь», а также «Газпромнефть — цифровые решения», «Кировский завод», «НефтеТрансСервис» и «Финтех Лаб». По мнению этой организации и ее участников, открытая отечественная система дала бы возможность промышленным компаниям получить современные комплексные решения автоматизации по конкурентным ценам, а для российских разработчиков и производителей решений создать новые рынки, открыть возможности для развития промышленности.
Это технология, которая дает возможность проверить жизнеспособность продукта задолго до его выхода на рынок. Специалисты ищут ошибки и исправляют их с минимальными потерями. Если пропустить этап прототипирования, то бизнес может если не потерпеть убытки, то утратить большое количество ценных ресурсов.
12. Выход подсистем системы управления информацией предприятий (PDM, MES, MDC) на автоматизированные рабочие места (АРМ) производственных участков. За 10 лет выросло поколение, для которых дисплей привычнее листа бумаги. Молодые слесари-сборщики будут эффективно работать с цифровым интерфейсом состава изделия на АРМ сборочных участков, пользуясь интерактивными электронными техническими руководствами. Операторы станков ЧПУ эффективно используют цифровые ассистенты выполняемых технологических процессов, включающих базы знаний нормативно-справочной информации. Управление производственными процессами, анализ их узких мест и ограничений, принятие управленческих решений на основе этого анализа начальник цеха ведет из главной диспетчерской, пульта управления производством, оборудованной дисплеем, на который поступают видеосигналы со всех производственных участков и информация об их производительности (пример – цех «Высота 239» ЧТПЗ).
Кроме того, в том же 2023 году исследователи Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ) сообщили о разработке высоко маневренной роботизированной платформы для перевозки грузов на предприятиях. Выглядит этот робот внушительно.
Давайте посмотрим на произошедшее в последние годы. В продукте и в средствах производства доказала свою эффективность радикальная конвергенция цифрового и физического. В разработке – если предприятие не выпускает новую модель продукта ежегодно в условиях быстрого и тесного цифрового мира, оно проигрывает конкурентам. В производстве – увеличились эффективные возможности для безлюдного производства, поэтому цеховой персонал постепенно замещается операторами цифровых технологических процессов, как десять лет назад токари и фрезеровщики начали замещаться операторами станков с ЧПУ. В сервисе продукта – распространяются технологии предиктивной аналитики как серьёзной конкурентной силы и связи продукта с его разработчиком (см. пример Тесла). Да, эти технологии рождены десятки лет назад. Но любая революция – это окончательное разрушение старой технологической платформы критической массой новых технологий, эволюционно развивающихся долгие годы. Наивно было бы предполагать, что промышленная революция происходит, когда абсолютно новая технологическая платформа в миг меняет цифру 3 на 4. Лучший пример революционного продукта, полученного эволюционным путем – Тесла и, если спроецировать технологическую новизну этого продукта (и средств его производства) на другие отрасли и продукты, становится ясно, что смена технологического уклада действительно происходит.
15 технологий, которые надо реализовать российским заводам как можно быстрее, если они нацелены опередить иностранные предприятия в гонке конкурентоспособности четвертой промышленной революции.
1. Federico Rotini, Yuri Borgianni, Gaetano Cascini (auth.)-Re-engineering of Products and Processes How to Achieve Global Success in the Changing Marketplace -Springer-Verlag London (2012)
2. Zude Zhou, Shane (Shengquan) Xie, Dejun Chen (auth.)-Fundamentals of Digital Manufacturing Science-Springer-Verlag London (2012)
3. Reinventing production at Tesla, Manufacturing Leadership Journal, October 2016
4. Клаус Мартин Шваб, Четвертая промышленная революция.
5. Майкл Портер, Джеймс Хеппельман, Революция в конкуренции, Harvard Business Review, ноябрь 2014.
6. Майкл Портер, Джеймс Хеппельман «Революция в производстве» Harvard Business Review, октябрь 2015.
7. Решение YDF внедрено в опытно-промышленную эксплуатацию на ММК
Задача учебника — представить понятийный аппарат и основные направления современного промышленного развития, показать значимость инновационной среды, технологических укладов, трансфера инноваций и промышленной политики стран Евросоюза и России. Учебник является первым специализированным изданием по дисциплине «Промышленные технологии и инновации», подготовлено и апробировано на экономическом факультете Кубанского государственного университета. Книга адресована в первую очередь бакалаврам, обучающимся по направлению «Инноватика», но также может быть также использована студентами и магистрантами других направлений, изучающими дисциплины «Производственный менеджмент», «Инновационный менеджмент», «Технология и организация производства продукции и услуг» и другие, в системе повышения квалификации инженеров и менеджеров. Рекомендовано УМО РАЕ по классическому университетскому и техническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 222000.62 «Инноватика».
Как российским производствам подготовиться к новому технологическому укладу? Что именно позволяет иностранным компаниям производить промышленное оборудование качественнее, быстрее, дешевле?
Он состоит из башен с лебедками и тросов, которые служат основой для скольжения печатающей насадки. Максимальная высота таких домов пока — 8 метров. Но, по словам разработчиков, все это можно масштабировать.
Промышленная революция происходит через трансформацию средств производства и продукта, разрабатываемого и производимого этими инструментами. Как следствие – кардинальный рост производительности труда, скорости выпуска продукта и его качества.
Сегодня в России ежегодно создаются новые цифровые производства
Полнотекстовый поиск осуществляется по названиям статей, авторам, аннотациям, ключевым словам, а также по распознанным текстам (OCR). Возвращаются только первые несколько сотен релевантных документов, поэтому если вы не нашли то что хотели на 4-5 странице, попробуйте уточнить свой поиск с помощью языка запросов.
Источники:
https://issek.hse.ru/news/494926896.html&rut=49a261c8d6cac3747e6bf9c9cb7efa80d72c65adc35fbf349ec898366d8718a2
https://habr.com/ru/articles/797233/&rut=1018a028434370ee5aa23233571ea5e93f921d5b111d733ccc7676c8cee3abd9
https://rb.ru/story/manufacture-and-technologies/&rut=a342b71d4a31c82accb984f6cbbb506c61bea464dca36f5e22b55ae7f5548b8b
https://books.google.com/books/about/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%BC%D1%8B%D1%88%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE.html?id=1YlCEAAAQBAJ&rut=5300c25593edd86d881425821b54e487e1352d5d0ef272813524da454f10639e
https://habr.com/ru/articles/401111/&rut=7b1368dad86ac1648abdf55a7f85d3f45b9817cacfa2e33a62d11955229677ee
https://www.cnews.ru/reviews/it_v_promyshlennosti_2021&rut=dda50bb5e119d3b863b9d7997901c4e4a4bb62248417f91303521b920cd7c12f
https://spravochnick.ru/ekonomika/razvitie_promyshlennyh_tehnologiy/&rut=2dc87e1d74ce4614a6607d00dd315a062712d4a46b3bc9f33dc79f6a10bdddd5
https://spravochnick.ru/innovacionnyy_menedzhment/promyshlennye_tehnologii_i_innovacii/&rut=bb59bade7d8dec99596221fbae5e505c50b1031ab8464c4ffeabcc40e812cf19
https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivnye-proizvodstvennye-tehnologii-novye-aktsenty-v-razvitii-promyshlennosti&rut=9862c4657610da6d455a299bb267dbe60b7f40e4f825b82d0a1d3520d3c61179
