Индустрия 4.0 стирает границы между физическим и цифровым миром

Опубликовано в журнале Химическая техника №11/2018

От понимания проблем в отрасли к поиску решений в области инженерного ПО

Все началось с парового двигателя, затем благодаря электричеству появилось массовое производство, а за ним последовала цифровая революция, которая полностью изменила нашу работу. Что ждать дальше? Четвертую промышленную революцию – самый недавний сдвиг в современном производстве, ориентированный на полную компьютеризацию. Какие преимущества несет с собой эта новая парадигма и какие вызовы бросает нам? Филипп Марсо, исполнительный вице-президент компании Hexagon PPM, рассказывает о том, как «умное» производство изменит промышленность во всем мире.

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 недавние 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 заходит о перспективах на 2020 год.

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.

Основные инновации, лежащие в основе Индустрии 4.0

Согласно директиве ЕС по Индустрии 4.0 [3], развитие этой концепции зависит от нескольких самых современных инновационных технологий:

• использование информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) для перевода информации в цифровой формат и интеграции систем на всех этапах создания и использования продукции (включая логистику и поставки) как внутри компании, так и за ее пределами;
• киберфизические системы, которые используют ИКТ для мониторинга и контроля физических процессов и систем. К таким системам могут относиться встроенные датчики, роботы с интеллектуальными функциями, способные настраивать себя самостоятельно для создания конкретного продукта, или оборудование для аддитивного производства (3D-печати);
• обмен данными по сети, включая беспроводные и веб-технологии, используемые для связи оборудования, продуктов, систем и людей как внутри среды производственного объекта, так и с поставщиками и дистрибьюторами;
• симуляция, моделирование и виртуализация на этапе проектирования продуктов и при организации производственных процессов;
• большие наборы данных, а также их анализ и использование либо непосредственно в производственном цехе, либо посредством анализа больших данных и облачных вычислений;
• расширенная поддержка работы сотрудников за счет внедрения ИКТ, включая робототехнику, дополненную реальность и интеллектуальные инструменты.

Массовое производство продукции с индивидуальными характеристиками и повышенная безопасность

Киберфизические производственные системы дают множество преимуществ: возможность работать в облачной среде обеспечивает масштабируемость, гибкость и целостность на принципиально новом уровне. Цикл обратной связи в режиме реального времени, реализуемый за счет датчиков, позволяет свести к минимуму ошибки, обеспечивает контроль производственной линии и дает возможность проактивно принимать необходимые меры для устранения всех потенциальных проблем. Высокая скорость общего доступа к данным обеспечивает принятие более грамотных и взвешенных решений в режиме реального времени. И этот список преимуществ можно продолжать.

К ключевым преимуществам Индустрии 4.0 также можно отнести:

• 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;
• повышение безопасности. 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;
• повышение производительности. Согласно отчету о цифровой трансформации промышленных предприятий в Европе [4], время простоев оборудования можно сократить на 50 % благодаря интеллектуальным решениям для управления объектами.

Кроме того, по предварительным оценкам, внедрение Индустрии 4.0 позволит повысить годовую экономическую эффективность приблизительно на 6–8%. Только в Германии внедрение Индустрии 4.0 в следующие 10 лет обеспечит ежегодный рост ВВП на 1% и позволит создать до 390 000 новых рабочих мест [3].

Фокус на большие данные

Многие производители до сих пор основное внимание уделяют повседневному управлению операционными системами, вместо того чтобы сосредоточиться на технических данных и информации. Тем не менее, переход к большим данным возможен только в том случае, если доступны практически полезные и точные технические данные.

Это вплотную подводит нас к следующему вопросу: каким образом владелец-оператор может перейти к использованию Индустрии 4.0 и больших данных? Первый шаг достаточно прост: необходимо отказаться от ориентированного на документацию подхода в пользу ориентированной на данные среды, где будет выполняться обработка технической информации. В такой среде все данные и документация размещаются в централизованном хранилище, и это дает возможность создать полное представление физического актива в цифровом формате. Возможность добавлять в базу данных документацию по конструкциям и сварным соединениям, а также информацию, предоставленную поставщиками, обеспечивает отличный старт для перехода к использованию больших данных. Это позволяет владельцам найти ответы на следующие вопросы:

• Где именно на существующих производственных объектах развернуто конкретное устройство (например, датчик или насос)?
• Какова производительность большинства этих устройств?
• Какие из устройств демонстрируют сниженную производительность (вследствие коррозии, преждевременного выхода из строя и т.д.) и в чем может быть причина такого непредвиденного поведения?

Такой подход позволяет владельцам производственных объектов получить беспрецедентно полное представление о работе объекта и принять проактивные меры по устранению всех проблем еще до того, как они приведут к снижению производительности, простою оборудования или снижению качества выпускаемой продукции.

Роль технической информации

Первым шагом на пути к полноценному использованию больших данных и преимуществ Индустрии 4.0 будет эффективное использование уже существующих данных и информации. Интеллектуальные решения для управления технической информацией (например, SmartPlant® Foundation и SmartPlant Fusion) позволяют владельцам производственных объектов преобразовать разрозненные данные в интеллектуальную техническую информацию. Такую информацию можно проверить на предмет точности, качества и актуальности независимо от того, в каком формате она изначально доступна: на бумаге, в PDF-файле, на сетевом диске или в устаревшей базе данных. После проверки качества можно будет предоставить доступ к полезной информации всем пользователям и приложениям в компании, что обеспечивает возможность принятия решений в режиме реального времени, а также позволяет повысить производительность и эффективность работы.

Ориентированная на данные среда такого типа создается на основе одного экземпляра объекта и интеллектуальных реактивных связей между объектами. Эти связи дают владельцу возможность управлять изменениями и находить то, что нужно, используя для этого имеющиеся знания. При этом владельцам не придется беспокоиться о дублировании или несогласованности данных.

После извлечения практически полезной, точной и актуальной информации из технических данных владельцы получают ряд дополнительных преимуществ за счет использования интеллектуальных программных решений: возможность доступа к технической информации при помощи приложения, не требующего установки (например, портал Intergraph Smart® Enterprise Portal). Такое приложение на основе веб-браузера обеспечивает безопасный доступ к критически важной информации в любое время и практически с любой платформы. Для этого используется простая ссылка, с помощью которой ответственные за принятие решений сотрудники получают своевременный доступ к той информации, которая им нужна.

В сочетании с решениями на основе технологий дополненной реальности приложения, не требующие установки, обеспечивают владельцу удобный доступ в режиме реального времени к данным производственных объектов.

Еще одним примером преимуществ, которые «умные» производства могут получить за счет интеллектуальной технической информации, является возможность обмена данными между оборудованием. Это позволяет свести к минимуму ошибки, возникающие при обработке вручную, поскольку оборудование автоматически получает доступ к информации и возможность обмениваться данными с другим оборудованием. Системы контроля производства такого типа уже существуют. Одна из них – Intergraph Smart Production. Эта система использует техническую информацию для производства деталей и сварных конструкций, планирования работы и эффективного нестинга деталей. Технические данные также применяются автоматически при использовании наиболее значимых техник производства, таких как раскрой, резка, распиловка и вырубка. Автоматизированный процесс позволит свес-ти к минимуму ошибки, возникающие при обработке вручную, и тем самым значительно повысить эффективность и производительность работы.

Выводы

Улучшенный доступ к точной и актуальной информации позволяет воспользоваться множеством преимуществ работы с большими данными, включая возможность принимать более взвешенные решения, а также более точное прогнозирование. В конечном итоге, чем больше информации вам доступно, тем более грамотные бизнес-решения вы сможете принимать, тем самым сокращая затраты и повышая эффективность и производительность работы.

По мере развития технологий стираются границы между физическим и цифровым миром. Индустрия 4.0 позволит промышленной отрасли выйти на принципиально новый уровень производительности, безопасности и эффективности работы. За все эти усовершенствования, конечно, придется заплатить свою цену, однако прибегнув к помощи надежных партнеров по инновационным технологиям, вы сможете эффективнее решать задачи, связанные с цифровой трансформацией производства, превращая технические данные в интеллектуальный информационный актив.

Список литературы

1. К. Баур, Д. Ви. Следующая ступень развития производства. ©McKinsey&Company.
2. Индустрия 4.0: Построение цифрового предприятия. ©PwC.
3. Цифровая трансформация в формате Индустрии 4.0: повышение эффективности и развитие производства. ©Европейский парламент.
4. Цифровая трансформация промышленности и предприятий Европы. Доклад на Форуме по стратегической политике в области цифрового предпринимательства. Стратегический политический форум. ©Европейский парламент.