Процессы на «умном» производстве осуществляются за счет киберфизических связей, что позволяет принимать решения в реальном времени и создать цикл обратной связи между планированием и производством

Авторы: М. Вальдхаузен, Э. Ахвенайнен

Опубликовано в журнале Химическая техника №5/2018

Интересная особенность каждой революции заключается в том, что сначала она кажется невозможной, а впоследствии становится трудно представить, как мы жили до нее. От паровых двигателей и электричества до массового производства промышленные революции обусловили социальные трансформации в конце ХХ века. Эти изменения продолжают воплощаться в виде Индустрии 4.0. Ее также называют Четвертой промышленной революцией, следующей ступенью развития или концепцией «умного» производства. Текущая тенденция автоматизации и обмена данными в промышленных технологиях имеет много названий, но все они относятся к одному и тому же процессу. Речь идет о новом, более рациональном производстве, в котором используются революционные для промышленности киберфизические системы, Интернет вещей и облачные вычисления.

«Умное» производство, относящееся к Индустрии 4.0, подразумевает оптимизацию за счет инноваций, контроль физических процессов, создание виртуальной копии физического мира, а также принятие более точных и своевременных решений.

Вице-президент по производственным решениям Марсель Вальдхаузен (Marcel Veldhuizen) и главный специалист по связям Эрика Ахвенайнен (Erika Ahvenainen) из компании Hexagon PPM обсудили, что представляет собой «умное» производство и как оно влияет на промышленность.

Индустрия 4.0 и Четвертая промышленная революция

Как указано в статье, опубликованной компанией McKinsey [1], Индустрия 4.0 – это следующий этап использования цифровых технологий в производственном секторе, основой для которого являются четыре недавних изменения в отрасли: рост объемов данных, вычислительных мощностей и возможностей подключения; использование аналитики в производстве и бизнесе; новые формы взаимодействия человека и машины, например, сенсорные интерфейсы и системы дополненной реальности; совершенствование способов передачи цифровых команд в физический мир, например, передовая робототехника и 3D-печать.

Согласно результатам опроса на тему Индустрии 4.0, проведенного в 2016 году компанией PwC [2], это понятие относится к глубокой цифровой трансформации, которую проходят ведущие промышленные и производственные компании по всему миру. Более 2000 компаний, участвовавших в опросе, ожидают у себя резкого расширения использования цифровых технологий. Несмотря на то, что только 33% опрошенных оценивают свою компанию как продвинутую на сегодняшний день, этот показатель увеличивается до 70%, когда речь идет о перспективах на 2020 год.

Процессы на «умном» производстве осуществляются за счет киберфизических связей, что позволяет принимать решения в реальном времени и создать цикл обратной связи между планированием и производством
Процессы на «умном» производстве осуществляются за счет киберфизических связей, что позволяет принимать решения в реальном времени и создать цикл обратной связи между планированием и производством

Стоит отметить, что понятия Индустрия 4.0 и Четвертая промышленная революция не всегда являются синонимами. Первое относится только к изменениям, которые происходят в промышленности, а второе используется в более широком смысле для описания фундаментальных изменений в обществе. В этой статье мы рассматриваем Индустрию 4.0 в более узком контексте, сосредоточив внимание на том, как она влияет на производство.

«Умное» производство

Упомянутое ранее объединение виртуального и физического мира с помощью информационных технологий, киберфизических систем и усовершенствованного управления данными благодаря технологиям обработки больших данных и облачным вычислениям позволило создать концепцию «умного» производства [3]. Процессы на таком производстве осуществляются за счет киберфизических связей, что позволяет принимать решения в реальном времени и создать цикл обратной связи между планированием и производством. Автоматизация является одной из определяющих характеристик «умного» производства, она обусловливает возможность значительного повышения в реальном времени показателей качества, а также снижения затрат времени, ресурсов и стоимости по сравнению с классическими производственными системами.

Концепция «умного» производства предполагает моделирование физического мира и создание виртуальной копии цеха с целью автоматизации производства
Концепция «умного» производства предполагает моделирование физического мира и создание виртуальной копии цеха с целью автоматизации производства

Основные преимущества «умного» производства:

  • массовое производство продукции с индивидуальными характеристиками. «Умное» производство является более гибким. Автоматизация и технологии передачи данных обеспечивают возможность выпуска разных видов продукции на одних производственных мощностях;
  • более быстрые и гибкие процессы. Использование датчиков дает возможность автоматически распознавать колебания производственных потребностей и повысить эффективность цепочки поставок материалов и ресурсов;
  • повышение безопасности опасных производственных объектов. Моделирование и технологии дополненной реальности позволяют повысить уровень безопасности на опасных предприятиях, например, на нефтяных платформах и химических заводах;
  • повышение качества. Данные, поступающие с датчиков, можно использовать для выявления ошибок в процессе производства и оперативного реагирования на них.

Несмотря на широкое признание преимуществ концепции «умного» производства, многие компании все еще не решаются инвестировать в цифровые технологии. Основными препятствиями являются защита данных и высокая стоимость первоначального внедрения.

Потенциальный риск, связанный с сетевым взаимодействием и обменом внутренними и внешними данными, обусловливает необходимость более эффективной защиты и использования систем резервного копирования. Кроме того, ключевым элементом успеха «умного» производства является эффективность процессов, управляемых данными, поэтому необходимо развивать возможности обработки и использования данных. В ближайшем будущем исчезнет необходимость разделения основных бизнес-систем (ERP, CRM, MES и PLM), что приведет к значительному расширению возможностей обработки данных.

Стоимость первоначального внедрения может оказаться значительной, поскольку переход на киберфизическую производственную среду зачастую требует изменения как ИТ-инфраструктуры, так и непосредственно производственной площадки. Тем не менее, расходы на развертывание технологий будут быстро компенсированы долгосрочными преимуществами, поскольку согласно докладу «Цифровая трансформация промышленности и предприятий Европы» [4] за счет использования интеллектуальных производственных решений время простоя может быть снижено на 50%.

Первые шаги в сторону «умного» производства

Вместе со своими коллегами из других отраслей руководители промышленных предприятий ищут возможности для более интеллектуальной производственной деятельности, чтобы перейти к концепции «умного» производства. Первые шаги на пути к ней – предоставление доступа к важной информации в режиме реального времени на протяжении всего производственного процесса, создание киберфизического цикла обратной связи между производством и планированием, а также устранение этапов ручной проверки, на которых часто происходят ошибки.

Речь идет о моделировании физического мира и создании виртуальной копии цеха с целью автоматизации производства. Примером решения, позволяющего осуществить это и не требующего локальной установки, является Intergraph Smart® Production (SPx). Smart Production предлагает уникальный подход «снизу вверх» для управления полным производственным процессом внутри цехов и предприятий, интегрируя их с проектированием, планированием, оборудованием и поставками материалов.

Интеллектуальный интерфейс Smart Production предлагает наиболее эффективные способы производства того или иного объекта на основе обратной связи от киберфизических систем. После отправки объекта в производство Smart Production контролирует все физические процессы и этапы, через которые он проходит. Если интерфейс подключен к физическому оборудованию, то Smart Production может получать все данные непосредственно с этого оборудования без ручного вмешательства, а также обеспечивать обратную связь с оператором.

Такая система способствует принятию более обоснованных и своевременных решений, так как оператор может отслеживать соответствие изделия стандартам качества в процессе производства. Если изделие не соответствует заранее установленным стандартам качества, топринимаются автоматизированные корректирующие действия: перенаправление изделия на исправление или его полная переделка. Ключевым элементом в этом процессе является использование технологии непрерывных измерений в режиме реального времени для обеспечения соответствия изделий установленным стандартам качества. Для выполнения измерений Smart Production использует технологии других компаний группы Hexagon, в том числе лазерные трекеры Leica Geosystem.

Такой целостный интеллектуальный подход позволяет создать централизованную интегрированную систему управления производством, которая обладает следующими преимуществами:

  • управление изменениями: постоянное управление изменениями производственного процесса, ориентируясь на данные;
  • контроль производства: возможность получения актуальных отчетов о рабочих процессах благодаря использованию в реальном времени обратной связи от оборудования;
  • оптимизация использования материалов. Благодаря интеграции в производственный процесс данных о запасе, фактическом использовании и остатках материалов может быть достигнута существенная оптимизация их использования;
  • эффективное планирование производства. На протяжении всего процесса поддерживается планирование производственного цикла «точно в срок», включая этапы сборки готовых изделий и узлов, на основе планов, учитывающих работу производственных площадок;
  • сокращение необходимых складских площадей. На основе принципов бережливого производства обеспечивается подготовка только тех деталей, которые требуются в определенный момент времени. Поставка деталей «точно в срок» уменьшает пространство, необходимое для промежуточного хранения, и сокращает время работы с материалами, поскольку упрощается поиск требуемых деталей;
  • своевременная поставка. Предупреждающий контроль всего процесса способствует оптимальному планированию поставок. В результате вовремя выставляются счета, повышается выручка и растет качество обслуживания клиентов.

Будущее

Чаще всего инженеры передают информацию изготовителям на бумаге в формате электронной таблицы Excel, поскольку они не готовы предоставлять данные в цифровом виде. Поскольку до сих пор на многих заводах и судостроительных верфях для контроля качества, отслеживания и изготовления используются бумажные документы, переход к полностью цифровой среде является сложной задачей.

Кроме того, недостаточно просто собирать данные с датчиков – необходимо обеспечить возможность их интерпретации и использования. Если же применяется цифровой процесс производства, например, как при использовании решения Smart Production на базе технологий NESTIX (SPx), производственные процессы могут быть полностью согласованы со стадиями строительства. Таким образом, может быть повышена эффективность капиталовложений в крупные строительные проекты за счет обеспечения доставки материалов в нужное время и в нужное место.

Высокая точность и полная интеграция в единую цепочку поставок станут поворотным моментом для компаний, которые в будущем будут применять концепцию «умного» производства. Значение традиционных способов производства снизится, так как возрастет необходимость точного планирования бюджета и поставок.

Заключение

Ключевые идеи Индустрии 4.0 или концепции «умного» производства подразумевают полное использование требуемых данных, доступность информации в реальном времени и возможность непрерывного сбора данных в процессе производства. Это позволяет своевременно и обоснованно принимать решения, оптимально используя время, ресурсы и возможности производственной площадки.

Подключение устройств к сети (Интернет вещей) и использование технологий непрерывного измерения позволят не только повысить качество, но и открыть новые способы повышения эффективности за счет анализа собранных данных.

Движение в направлении автоматизации и обмена данными в технологиях производства позволяет использовать новые, более рациональные способы производства. Предприятия, которые примут эту концепцию, смогут повысить качество, оптимизировать использование времени и ресурсов и, следовательно, получат преимущества по сравнению с традиционными системами производства. Интеллектуальные программные решения, такие как Intergraph Smart Production (SPx), помогут компаниям сделать первые шаги к внедрению концепции «умного» производства и повышению эффективности, производительности и безопасности.

Список литературы

  1. Корнелиус Баур (Cornelius Baur) и Доминик Ви (Dominik Wee). Следующая ступень развития производства. ©McKinsey& Company.
  2. Индустрия 4.0: Построение цифрового предприятия ©PwC.
  3. «Умное» производство. ©Germany Trade & Invest. https://industrie4.0.gtai.de/INDUSTRIE40/Navigation/EN/Topics/Industrie-40/smart-factory.html
  4. Цифровая трансформация промышленности и предприятий Европы. Доклад на Форуме по стратегической политике в области цифрового предпринимательства. Стратегический политический форум. ©Европейский парламент.