1955 року в економіці США відбулася примітна подія: витрати на інформаційні технології вперше перевищили витрати на матеріальне виробництво. Вже у 1960-1970-х роках формується теорія постіндустріального, інформаційного суспільства з глибокими технологічними, економічними, політичними та культурними змінами суспільства того часу. Які основні чинники сприяли зародженню такої теорії? ПРИЧИНИ ПОЯВИ ПОСТИНДУСТРІАЛЬНОЇ ЕКОНОМІКИ

Удосконалення інформаційних та виробничих технологій, механізація та автоматизація виробництв, що розвивається – все це сприяє скороченню кількості персоналу, що відповідає за рутинні технологічні операції матеріального виробництва. Разом з цим зростає потреба у висококваліфікованих кадрах, здатних програмувати роботу механізмів та інформаційних систем.

Високі вимоги до кваліфікації та інтелекту таких співробітників стимулюють цілий пласт змін у структурі суспільства і, що важливо, в освітній сфері. Все більший вплив на економіку починають не матеріальні засоби виробництва для масового випуску товарів, а високоінтелектуальна розробка складних пристроїв і виготовлення спеціальної та унікальної продукції невеликими партіями.

Сучасні виробництва легко справляються з тиражуванням продукції практично будь-якого рівня складності, а ось із забезпеченням все зростаючого попиту на виробництво інноваційних продуктів, а також товарів і послуг індивідуального призначення поки що є проблеми.

Громадське та економічний розвитоксьогодні підійшло до зародження елементів промисловості майбутнього, на яку основну цінність представлятиме інтелект систем, механізмів, товарів та послуг, здатний самостійно приймати рішення в залежності від численних факторів взаємодії з середовищем та людиною.

Концепція четвертої промислової революції, що назріває, або, як її називають, «Індустрія 4.0», отримала свій початок у 2011 році завдяки політикам, бізнесменам, вченим і промисловцям Німеччини і була проголошена головною складовою розвитку країни в галузі високих технологій. Мета, яку ставили перед собою розробники цієї концепції – підвищення конкурентоспроможності країни в промисловості за допомогою тісної інтеграції кіберфізичних систем на підприємствах та за їх межами. Внаслідок втілення цієї концепції, на думку розробників, має відбуватися взаємодія між виробничими потужностями та виробленими ними товарами без безпосередньої участі людини, причому із самоадаптацією під нові запити споживачів. Взаємодія має бути настільки глибокою та автоматизованою, що у кожного споживача товарів чи послуг з'явиться можливість практично безпосередньо контролювати виробництво свого замовлення. Згодом концепція отримала свій розвиток у США, Китаї та інших країнах.

Сьогодні визначено дев'ять драйверів, які мають основний вплив на розвиток концепції Індустрії 4.0. В тому числі:

• самоврядні роботи;
• адитивне виробництво;
• доповнена реальність;
• комп'ютерна імітація обладнання, матеріалів та технологій;
• горизонтальна та вертикальна системна інтеграція;
• промисловий "Інтернет речей";
• "Туманні" обчислення;
• інформаційна безпека;
• «Великі дані» та аналітика.

  Можна помітити, що багато драйверів вже сьогодні активно використовуються при створенні продуктів і послуг. Тим не менш, для повного втілення нової концепції виробництва потрібно їх подальше вдосконалення та їхнє синергетичне функціонування. Адитивному виробництву, як одному з драйверів розвитку «Індустріі 4.0», також потрібні значні якісні та кількісні зміни, але насамперед йому потрібна інтеграція в автоматизоване безлюдне виробництво.

  СПРАВЖНІЙ І МАЙБУТНЄ АДДИТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

  Нині залишається дедалі менше скептиків у тому, що стосується перспектив розвитку адитивного цифрового виробництва. Великі авіаційні, автомобільні, оборонні, приладобудівні підприємства, медицина, включаючи стоматологію, освіту, приватний бізнес, Різні бізнес-інкубатори, сервісні бюро вже гідно оцінили переваги використання 3D-друку і активно вбудовують її у свої робочі процеси. Найбільш успішні компанії навіть прийняли у себе внутрішні стандарти використання адитивних технологій і матеріалів.

  Уявіть собі, що при виробництві деталей 3D-друком більше не потрібно тривалої розробки технології, використання багатоосьових верстатів із найскладнішим програмуванням роботи, висококваліфікованого персоналу, проектування та використання оснастки, наявності ливарного цеху для заготовок, обов'язкового контролю заготовок та готових деталей, складної логістики та т.д. .п. Адитивні технології разом з іншими складовими «Індустріі 4.0» здатні значно скоротити терміни логістичних операцій, тоді як зараз процеси традиційної механообробки займають у середньому менше 5% виробничого циклу, а 95% припадає на внутрішньозаводську та зовнішню логістику.

  Очікується, що цифрове виробництво змінить протягом 20 років деякі види масового виробництва, особливо з високою кінцевою вартістю продукції. Згідно з концепцією «Індустрія 4.0», виробництва майбутнього не матимуть великої номенклатури парку обладнання. Вони будуватимуться на основі гнучких виробничих осередків у складі кіберфізичних систем. Осередки та системи адаптуватимуться під конкретне замовлення шляхом перепрограмування, зміни виробничих модулів, оснащення, інструменту, матеріалів, перенаправлення логістичних потоків – і все це відбуватиметься у максимально короткі терміни. Такі виробничі центри майбутнього матимуть розвинену мережу, будуватимуться буквально повним технічним та технологічним клонуванням і наближені до основних точок споживання продукції. Як показує успішний досвід використання адитивних технологій у промисловості, найчастіше вдається скоротити технологічний процесвиробництва у кілька разів, при цьому складність виробів може бути підвищена з одночасним скороченням кількості деталей у складанні, адже 3D-друк дозволяє будувати деталі без огляду на конструктивні та технологічні обмеження, притаманні традиційним підходам. Так, наприклад, принципи біонічного проектування з використанням кінцево-елементного аналізу (від англ. Finite Element Analysis, FEA) вже зараз активно використовуються для полегшення деталей авіаційної техніки (рис. 2).

  Окрему увагу слід приділити широкому спектру матеріалів: це композити, метали, кераміка, термопластики, фотополімери та багато інших. Згодом кожна технологія матиме необмежений перелік матеріалів, а їх композитний склад автоматично визначатиметься розрахунковою програмою залежно від призначення та умов експлуатації кінцевого виробу.

  Сьогодні більшість виробників 3D-принтерів і адитивних систем все ще пропонує окремі засоби виробництва, не здатні вбудовуватися в технологічний потік з використанням кіберфізичних систем. Іншими словами, це один, два або три принтери, які обслуговує один оператор. До обов'язків оператора входить підготовка принтера до роботи, підготовка робочого органу до друку тим чи іншим матеріалом, підготовка та завантаження програми, зміна матеріалу, а найчастіше і трудомістка постобробка.

  Обмеженням масового поширення «металевих» SLS/SLM/EBM-технологій є досить висока вартість обладнання та залежність від матеріалів (перехід на інший матеріал вимагає повного очищення робочих органів установки), що не дає можливості швидкого переналаштування на інший виріб. Плюс до цього – подальше слюсарне видалення елементів підтримки термообробка. Проте виробники вже почали вирішувати проблему швидкої зміни матеріалу, про що ми розповімо далі.

  Технології SLA/MJM/DLP/PolyJet зазвичай складно використовувати для кінцевих виробів через особливі властивості матеріалів. Використання технологій з піщано-полімерними, керамічними та гіпсовими сумішами має досить обмежені сфери застосування. Технологія FDM і подібні до неї (наприклад, APF) використовують термопластики промислового класу і видаються найбільш виграшними за сукупністю властивостей (у тих випадках, коли для майбутніх виробів може бути використаний пластик, а не метал): вартість обладнання, властивості та швидкість заміни матеріалів, здатність автоматизованого видалення матеріалу підтримки. До недоліків технології FDM можна віднести шарувату структуру поверхні. Тому виготовлені за цією технологією деталі відразу використовувати без їхнього доопрацювання вдається не завжди. Звичайно, є й інші нові технології, які використовують адитивний спосіб виготовлення деталей, але багато з них поки що не є по-справжньому налагодженими комерційними продуктами.

  НАСКІЛЬКИ РЕАЛЬНО ОРГАНІЗУВАТИ «ЦИФРОВУ ФАБРИКУ»?

  Давайте поміркуємо про подальше вдосконалення адитивних технологій рівня повноцінного вбудовування в «Індустрію 4.0». Чи є вже зараз реальні прикладихоч би на рівні концепції?

  В якості відправної точки реалізації концепту цифрових адитивних систем можна прийняти гнучкі виробничі системи (ГПС), що використовуються протягом останніх 30-40 років, наприклад, компанії Fastems або складальні виробництва будь-якої провідної автобудівної компанії. Нова економіка організується навколо інформаційних мереж з горизонтальною і вертикальною інтеграцією. Вона заснована на постійній взаємодії між вузлами – локалізованими виробництвами, які називаються FabLab (від англ. Fabrication Laboratory), – сертифікованими лабораторіями, в яких «під одним дахом» зібрано різноманітне основне та допоміжне обладнання, що дозволяє швидко «друкувати» деталі для компаній, що орієнтуються на інновації, а також виконувати індивідуальні замовлення приватних осіб. Можливості таких лабораторій дозволяють використовувати різні технологіїі матеріали, але називати їх повноцінними ДПС поки що зарано.

  Рівень автоматизації, до якого людство прийшло у 1980-х роках, зажадав зростання кількості управлінських

  рішень на одну виробничу дію у 10 000 разів! У той самий час використання принципів автоматизації і роботизації просунуло промисловість відтоді лише у 100 раз. Потенційне підвищення рівня обчислювальної технікидозволяє чекати набагато більшого – для цього достатньо згадати, наскільки далеко з рівня 1980-х років просунулась обчислювальна техніка.

  Зрозуміти, сформувати, інтегрувати різні технологічні рішення в єдиний виробничий організм, який працював би без участі людини, – ось та проблема, яку вже вирішують деякі виробники-інтегратори адитивних технологій.

  АДДІТИВНІ ВИРОБНИЦТВА – ПРООБРАЗИ ЦИФРОВИХ ФАБРИК МАЙБУТНЬОГО Concept LaserНа минулій році у Франкфурті-на-Майні виставці Formnext компанія Concept Laser з технологією SLM представила нову архітектуру обладнання та виробництва. Унікальна розробка підтверджує тверду націленість компанії на втілення концепції «Аддитивної фабрики майбутнього» («AM Factory of Tomorrow»), покликаної вивести адитивне виробництво більш високий рівень якості, гнучкості та ефективності (рис. 4). Важливо новий підхіддо проектування компонентів процесу відкриває широкі перспективи модульної інтеграції виробничих технологій на підприємствах. Це означає, що промислове виробництвобуде швидше та рентабельніше. Вже наприкінці цього року Concept Laser представить свої перші комерційні установки.

  Як правило, виробники металевих адитивних систем пропонують рішення без можливості інтеграції свого обладнання до загального виробничого процесу. Нова архітектура обладнання Concept Laser передбачає продуману автоматизацію основних технологічних операцій: підготовку обладнання до друку, друк та постобробку. За словами Флоріана Бекманна (Florian Bechmann), який очолює відділ досліджень та розробок компанії Concept Laser, «по суті йдеться про поділ систем адитивного виробництва на будь-яку кількість вільно комбінованих модулів для незалежної підготовки обладнання до друку, друку виробу, обробки надрукованого виробу. Паралельні процеси завантаження порошку та вивантаження готових виробів підвищують ефективний час друку, тим самим суттєво скорочуючи «простої» машин, які раніше функціонували автономно. Тут криється величезний потенціал підвищення ефективності виробничого ланцюжка. Для промислового серійного виробництва цей новий підхід, різко відрізняється від звичних «кількісних» концепцій устаткування, означає можливість зробити черговий крок вперед».

  Інженери Concept Laser змогли розпаралелити процес підготовки та саму друк «на рівні обладнання». Адитивне виробництво в розумінні Concept Laser може виходити на режим 24/7. Установки інтегруються з традиційними верстатами з ЧПУ для «гібридного» виробництва, а також для подальшої постобробки. В основі нової виробничої архітектури лежить модульний поділ функцій підготовки, виробництва, демонтажу, постобробки та зберігання деталей (рис. 5). Залежно від завдань розмірів приміщення можна комбінувати модулі таким чином, щоб забезпечити максимальну продуктивність роботи з усім спектром доступних на сьогоднішній день порошкових металів з одночасним зниженням виробничих витрат. Імітаційне моделювання виробничих сценаріїв підтвердило, що площі, які займає обладнання, що працює лише за традиційними технологіями, реально скоротити на 85%. А використання в установках кількох лазерів збільшує загальну продуктивність системи.

  «Завдяки одночасному використанню до чотирьох лазерів значно зросла швидкість побудови деталей. Ми також збільшили габарити області побудови. На прикладі нашої концепції ми хочемо показати, як принципи Четвертої промислової революції здатні змінити адитивне виробництво та наблизити майбутнє. Тут криється величезний потенціал підвищення ефективності підприємств та оптимізації технологій під завдання серійного виробництва», – пояснює Ф. Бекманн.

  Additive Industries

  MetalFAB1 – справжній промисловий комбайн від голландської компанії Additive Industries. Він складається з «металевого» 3D-принтера, печі для зняття з деталі структурних напруг, автоматизованої змінної платформи для побудови, зберігання та видачі готових деталей (рис. 6). Кількість модулів може досягати одинадцяти або більше залежно від завдань замовників. У сукупності з одночасною роботою декількох лазерів, модульною структурою Additive Industries пропонує справжній адитивний міні-завод повного циклу для задоволення запитів найбільш вимогливих замовників з авіаційної, космічної, медичної, автомобільної промисловості, а також для інструментального виробництва. За оцінкою виробника, MetalFAB1 в 10 разів перевищує середній рівень подібних систем на ринку за повторюваністю, продуктивністю та гнучкістю.

  XJETНова технологія металевого 3D-друку від ізраїльської компанії XJET здатна перевернути уявлення про багатофакторність процесу адитивного виробництва деталей із металу.

  Наночастинки порошку технології від XJET поміщаються в рідкий композитний розчин. За аналогією з процесом PolyJet (про який ми вже не раз писали на сторінках «Умпро») струменеві головки випорскують цей розчин, формуючи деталь за заздалегідь розрахованою програмою. Висока швидкість процесу, його безпека, швидке та просте завантаження матеріалу картриджами, а також можливість автоматизації операцій з видалення матеріалу підтримки дозволяє вбудовувати XJET у цифрові фабрики майбутнього.

  Закінчуючи розповідь про виробників металевих адитивних принтерів та їх рішення, хотілося б згадати про деякі потенційні та практично відбулися події в галузі адитивних виробництв. Найважливіше з них – найближчі плани американської корпорації General Electric щодо придбання двох компаній, відомих своїми промисловими 3D-принтерами: шведською Arcam Group AB та німецькою SLM Solutions Group AG. Угода може відбутися вже у жовтні цього року, її вартість становитиме 1,4 млрд доларів. Вже зараз у корпорації успішно функціонує автоматизована виробнича лінія з 3D-друку форсунок для двигунів LEAP-1A.

  Є й інші приклади тісної співпраці найбільших корпорацій із виробниками адитивного обладнання. Англійська Rolls-Royce має тісні зв'язки із компанією Renishaw – виробником SLM-установок. У США найбільша аерокосмічна і оборонна компанія Lockheed Martin веде щільну роботу з компаніями Sciaky Inc., Norsk Titanium, а також з Sandia National Laboratories, де раніше були закладені основи технології металевого 3D-друку Optomec.

  Такі кроки говорять про планомірну консолідацію найбільших промислових корпорацій із розробниками та постачальниками обладнання для адитивних технологій з метою створення виробництв майбутнього з технологіями повного циклу.

  Компанія ARBURG відома, перш за все, своїм широким модельним рядомтермопластавтоматів (ТПА). Тим не менш, усвідомлюючи важливість та перспективність адитивних технологій, їхнє місце в «Індустріі 4.0» ARBURG з недавнього часу підключилося до напряму адитивного виробництва, випустивши 3D-принтер Freeformer, що працює за оригінальною технологією ARBURG Plastic Freeforming (APF). З метою компанії – розробити «розумний завод», який характеризуватиметься високим рівнем гнучкості, ефективності та використання ресурсів (рис. 8.) Freeformer може працювати з гранульованим термопластиком, завдяки чому відкриваються широкі можливості для використання для виробництва деталей безлічі видів пластмас. Ще один плюс системи – можливість використання в одній моделі кількох матеріалів. Щоправда, на Наразітехнологія не може похвалитися виробництвом складних деталей, з якими легко впорається технологія FDM.

  Проте в Німеччині вважають технологію APF здатною у майбутньому скласти серйозну конкуренцію нинішнім лідерам адитивної галузі. У лінію «розумного заводу» з випуску кастомізованої продукції, у розумінні ARBURG, крім ТПА мають бути інтегровані роботизовані системи (з 7-осьовим роботом) та такі периферійні пристрої, як 3D-принтери. В результаті після ТПА деталь переміщається роботом в принтер для нанесення на виріб індивідуального маркування кодів DM (Data Matrix) та іншої інформації користувача. Це гарантує, що деталі будуть ідентифіковані у будь-який час за допомогою сканера, а цехова логістика повністю контролюватиметься комп'ютерною системою підприємства. Клієнти отримають унікальний виріб, наприклад, з індивідуальним ім'ям користувача, логотипом компанії, а також іншими елементами, що покращують ергономіку і підкреслюють індивідуальність.

  Stratasys

  На виставці IMTS (International Manufacturing Technology Show), що відбулася у вересні в Чикаго, компанія Stratasys анонсувала стратегію розвитку своїх продуктів, орієнтованих на промисловий сектор. Було продемонстровано два концепти на основі багатоосьових роботехнічних комплексів Kuka з головками, що друкують за технологією пошарового наплавлення полімерної нитки (FDM). Нові продукти компанії володіють збільшеною швидкістю екструзії, більш якісною печаткою, можливістю швидкої зміни матеріалів, а також здатністю виготовляти деталі майже будь-якої довжини. промисловості, а також тих виробництвах, які потребують великогабаритних, легких, виробів з термопластиків з високою повторюваністю механічних властивостей. Його особливістю є виробництво деталей, практично необмежених за довжиною. Якщо раніше замовнику доводилося йти на компроміс при придбанні обладнання для виготовлення деталей з габаритами, що перевищують камеру побудови, а потім здійснювати склеювання частин в єдиний цільний виріб, то з запропонованим рішенням ця проблема повністю вирішується. Другий апарат під назвою Robotic Composite 3D (рис 10) складається з промислового 5-осьового робота-маніпулятора Kuka та 3-осьової платформи побудови (сумарно вісім осей). З його допомогою можна наносити шари термопластика у будь-якому напрямку повороту платформи, що дозволяє підвищити міцність кінцевих виробів. За словами представників компанії, тут також можливе нанесення вуглеволоконних матеріалів з отриманням геометрії, недосяжної в інших виробничих систем композитної викладки. Примітно, що матеріал підтримки тут не потрібен. Компанія Stratasys в концепті значно збільшила розміри деталей, що виготовляються, а також швидкість в 10 і більше разів у порівнянні з її промисловою установкою Fortus 900 mc.

  Варто відзначити безпосередній та активний вплив на подібні проекти корпорації Boeing Загальні вимогидо технологій для виробництва дрібносерійних кастомізованих деталей, компанії Ford Motor, яка планує використання інноваційних методіввиробництва на своїх підприємствах, а також Siemens, що забезпечує програмну інтеграцію рішень Stratasys.

  Безперечно, Stratasys є показовим прикладом компанії, яка задає тренд у галузі адитивних технологій майбутнього і здатна завоювати гідне місце в Індустрії 4.0.

  ВИСНОВОК

  Ми живемо під час значних змін в економіці, промисловості, освіті та медицині. Сьогодні розвиток цифрових технологій задає прототип нашого вже близького майбутнього - насиченого пристроями, що думають, в цифрових фабриках і за їх межами, здатними виконувати рутинні операції самостійно без участі людини. Заплановані дії з консолідації найбільших корпорацій із лідерами 3D-друку підтверджують важливість та неминучість лідерства адитивних технологій по відношенню до традиційних підходів. У світі інновацій виграють ті виробничі компанії, які матимуть гнучке обладнання та технології, здатні миттєво перебудовуватись під нові завдання. Це зародження нового технологічного укладу Індустрії 4.0.

Четверта промислова революція вже проголошена, весь світ різними темпами рухається до Індустрії 4.0, одним із результатів якої має стати цифрова фабрика майбутнього, що базується на новому розумінні ефективного виробництва. Згідно з дослідженнями Grand View Reseach, світовий ринок промислового інтернету речей (IIoT) у 2016 році сягнув $109 млрд, і очікується, що до 2025 року він зросте до $933,62 млрд.

Світові промислові гіганти на власному досвіді переконалися, що фабрика нового зразка – це скорочення витрат та підвищення продуктивності за рахунок інформатизації виробництва. Росія поки що знаходиться на самому початку цього шляху, що, однак, не заважає їй зробити ривок і вирватися в лідери. Вітчизняні компанії вигідно відрізняються від інших гравців міжнародного ринку сплавом наукового інженерного підходу та серйозним промисловим базисом – спадщиною індустріального минулого країни. Головне зараз – не боятися змін.

Ми рухаємося від вбудованих систем до кіберфізичних, які дозволять збирати та передавати інформацію у будь-якій формі та обсязі з будь-якого місця. Це базис для так званої мережевої культури, яка є основою цифрового виробництва.

Але що таке цифрове виробництво? Трактувань терміну багато. Експерти визначають його і як автоматизацію виробничого процесу, і як створення цифрових двійників продукту та процесів його виробництва, і як багаторівневу систему з датчиками, контролерами, засобами передачі даних, що збираються, аналітичними інструментами та ін.

Я думаю, цифрове виробництво має на увазі диджиталізацію промисловості, в результаті якої вирішення основних завдань, що хвилювали промисловців, ще починаючи з появи перших мануфактур, повинні вийти на новий рівень. Серед них – зниження відсотка шлюбу, зменшення помилок, спричинених людським фактором, оцінка якості виробленого продукту та головне – масове виробництво продукції на індивідуальні замовлення. Для цього на підприємстві мають бути повністю автоматизовані всі виробничі процеси: конструкторська розробка, технологічна підготовка виробництва, постачання матеріалів та комплектуючих, планування виробництва, виготовлення продукції та збут.

За останні 25 років в економічно розвинених країндосягнуто значних успіхів у напрямі цифрового виробництва. Завод Philips з виробництва бритв у Голландії працює в темному приміщенніде знаходяться 128 роботів. Завод Harley-Davidson скоротив середній час виробництва мотоциклів на замовлення з 28 днів до 16 години.

Треба переймати подібний досвід зарубіжних компаній, але, звісно, ​​з урахуванням російських реалій.

Для багатьох вітчизняних промисловців зараз фраза «цифрова фабрика майбутнього» звучить як плід фантазії, що розігралася. Так, десь на Заході є заводи, де працюють роботи, десь обладнання використовується на 90%, десь система менеджменту зав'язана на виробництві - десь, але не в нас. У Росії, на наш досвід, середнє завантаження обладнання - 30%. І живемо, як працюємо, – на ті ж 30%. А з чого починати, щоб запустити маховик змін, незрозуміло – надто вже великий розрив.

Насправді, якщо розкласти весь шлях до Індустрії 4.0 на логічні етапи і почати послідовно рухатися вперед, Росія має всі шанси не тільки наздогнати Захід, а й вибитися вперед, акумулюючи весь накопичений досвід і адаптуючи його під себе. На мій погляд, для переходу до Індустрії 4.0 необхідно насамперед виконати три умови:

• Комп'ютеризувати робочі місця та виробниче обладнання;
• Використовувати сучасне програмне забезпечення з підготовки виробництва (CAD/CAM/CAE/PDM), управління виробництвом (ERP, MES) та управління ресурсами (ЕАМ, ТОіР);
• Створити на промисловому підприємстві єдиний інформаційний простір, за допомогою якого всі автоматизовані системи управління підприємством, а також промислове обладнання, виробничий персонал зможуть оперативно та своєчасно обмінюватися інформацією.

Першим кроком для об'єднання всього перерахованого вище в єдину інфраструктуру може і має стати використання систем MDC (Machine Data Collection - збір машинних даних), яка дозволяє моніторити роботу всіх виробничих об'єктів (обладнання, робочі місця основних робітників, сервісні служби і т. д) з метою управління виробництвом. Це і є фундамент для переходу до цифрового виробництва (компанія автора, «Станкосервіс», постачає подібні системи. - Forbes).

Системи моніторингу дозволяють обходити «журнальні» методи отримання інформації, ці процеси автоматизуються, і верстати, можна сказати, самі звітують про свою роботу. У Росії досі багато підприємств залежить від людського чинника - наприклад, «лояльності» одного технолога чи оператора. Наші люди звикли працювати на свою кишеню, а не на благо організації. MDC - це спосіб підвищити ефективність та збільшити прибуток за рахунок контролю та прозорості всіх дій.

Впровадження системи моніторингу не потребує великих фінансових та тимчасових ресурсів. Оснастити парк зі 100 верстатів, на наш досвід, можна за 3-4 тижні. З російських підприємств, що розвивають «цифрове виробництво», я би виділив ПАТ «ПКО Теплообмінник» (Нижній Новгород), ВГУП ВНДІА ім. Духова (Москва)», АТ «Редуктор-ПМ» саме тому, що ці компанії почали з MDC і зараз ясно бачать, куди рухатися далі.

Почавши з малого, можна перебудувати всю систему. Але не варто хапатися за будь-що, це має бути логічний і повноцінний перехід до концепції не стільки цифрового виробництва з його окремими рішеннями, скільки до цифрової компанії. Потрібно зрозуміти, що це не є черговим етапом вдосконалення промислової автоматики, А трансформація всього бізнесу: від процедури виготовлення деталей до способів залучення клієнта. Тут показовий досвід одного з наших клієнтів – компанії «Вертольоти Росії». Їх грамотний перехід до Індустрії 4.0 через формування єдиного цифрового простору з моніторингом роботи та людей, та обладнання призвів до зміни психології праці – з'явилося розуміння механізмів злагодженої роботи підприємства на результат, у якій важлива синергія людського капіталу та нових технологій.

Очевидно, що з переходом на цифрове виробництво зменшуватиметься необхідність у проміжному менеджменті на виробництві. Якщо раніше було багато контролерів і майстер ділянки, звітуючи майстру цеху за зрив термінів, міг звалити провину на сервісні служби, а майстер цеху, звітуючи начальнику виробництва, міг стверджувати, що винне старе обладнання... і т.д, то тепер завдяки системі моніторингу стає все прозоро. Спотворити реальність не вдасться. Об'єктивна інформація з виробництва доходить до керівників швидко та без спотворень. Далі, пов'язуючи докупи всі виробничі системи, більшість рішень буде прийматися автоматично, без участі людини. Звичайно, це серйозно торкнеться організаційної структури підприємств та вимог до кваліфікації нових кадрів.

За прогнозами деяких експертів, фабрика майбутнього має з'явитися у Росії до 2035 року. Вже затверджено «дорожню карту» Технет Національної технологічної ініціативи, яка визначає план розвитку таких технологій, як: цифрове моделювання та проектування, індустріальний інтернет, адитивні технології, робототехніка та мехатроніка. Але фабрика майбутнього включає не тільки технологічний аспект - інтернет речей та бігдата не вирішать усіх проблем без ефективного інноваційного менеджменту та нових бізнес-моделей.

З настанням ери «цифрового» виробництва можна переходити до нових моделей управління, про які так багато говорять зараз у вузьких колах. І тут фраза «верстат як сервіс» стане реальністю. Система моніторингу зробить всі підключені верстати глобальними, доступними для прийому замовлень, обміну інформацією про планове завантаження та виробничі можливості. На фабриці майбутнього віртуальний оператор керуватиме логістикою, вибиратиме обладнання з кращими показниками. Верстат як «інтелектуальний» суб'єкт виробництва виходить на світовий ринок і зобов'язаний конкурувати за рахунок якості, швидкості та вартості робіт. Ми рухаємось саме до цього.

Розвиваючи історію «верстат як сервіс», ми приходимо до розуміння, що заводу зовсім не обов'язково купувати верстати та піклуватися про їхній стан. Верстатобудівні підприємства, володіючи інструментарієм віддаленого моніторингу, можуть надавати верстати, як сервіс, забезпечуючи своєчасний ремонт, постачання запасних частин та ін. Стороною, яка забезпечує фінансування цієї схеми, буде банк. Усі три сторони зароблятимуть відсоток від продажу продукції кінцевому покупцю, що суттєво підвищить ефективність бізнесу та знизить проміжну корупцію. Усі сторони мають можливість віддаленого моніторингу виробництва, що суттєво знижує ризики та забезпечує зацікавленість сторін у кінцевому результаті.

Насамкінець варто додати, що інноваційний менеджмент для більшості підприємств не прийде так швидко, як приходять технології. Для німців чи японців регламент – це добре, а для російської людини – привід перевірити систему на міцність. Діяти треба ітераційно, на кожному кроці показуючи результат та користь для персоналу та бізнесу. Ми довго запрягаємо, зате швидко їдемо.

Що потрібне для прискорення цифровізації промисловості?

На промислових підприємствах Росії поступово проходить апробація технологій «розумного» виробництва та фабрик, нові цифрові проекти запускають компанії із сегментів авіа-, двигуно- та суднобудування.

На сьогоднішній момент на державному рівні затверджено плани з будівництва 40 «Фабрик майбутнього». Вкладення в проекти на першому етапі складуть 15,6 млрд рублів і забезпечать 1,5% частку на світовому ринку «розумних» фабрик.

Які smart виробництва з'являються в Росії? Що потрібне для прискорення цифровізації промисловості?

Цифровий ВВП

Поступово російська промисловість впроваджує на своїх підприємствах елементи «розумного» виробництва, державному рівні розгортаються програми зі створення «розумних» фабрик.

Щоб прискорити цей процес, у 2017 році президія Ради при президенті Росії з модернізації економіки та інноваційного розвитку затвердила дорожню карту робочої групи «Технет». Документ є планом заходів програми «Національна технологічна ініціатива», включає розвиток цифрового проектування і моделювання, робототехніки, Big Data та інших технологій для управління та автоматизації промисловості.

Ключове значення у дорожній карті «Технет» приділяється формуванню так званих «Фабрик майбутнього» - технологічних платформ та рішень, що поєднують елементи цифрових, «розумних» та віртуальних фабрик. Йдеться про застосування цифрового проектування та виробництва, проведення віртуальних випробувань.

Автори дорожньої карти зазначають: « Цифрова фабрика орієнтована на проектування та виробництво продукції нового покоління, як правило, від стадії дослідження та планування, коли закладаються базові принципи виробу до стадії створення цифрового макета продукту, «цифрового двійника» та дослідного зразка або дрібної серії.

Розумна фабрика розрахована на виробництво продукції нового покоління від заготівлі до готового виробу за ціною серійного виробництва поточного індустріального укладу.

Віртуальна фабрика - це поєднання цифрових та (або) «розумних» фабрик в єдину мережу або як частини глобальних ланцюжків поставок, або як розподілених виробничих активів».

У 2015 році обсяг світового ринку послуг «Фабрик майбутнього» становив 773 млрд доларів США, а частка Росії у ньому – 0,28%. У 2035 році обсяг світового ринку становитиме 1,4 млрд доларів США, а частка РФ у ній може становити 1,5%. За планами Мінпромторгу РФ, це відбудеться за рахунок створення до 2035 року 40 Фабрик майбутнього. Обсяг фінансування першого етапу програми до 2019 року - 15,6 млрд. рублів, у тому числі 8,5 млрд. рублів з федерального бюджету.

Аналітики McKinsey Global Institute зазначають, що цифровізація російського виробництвадо 2025 року щорічно здатна збільшувати обсяг ВВП країни у сумі від 1,3 до 4,1 трлн рублів. Застосування цифрових технологій скоротить терміни виходу товару ринку на 20-50% і підвищить продуктивність з допомогою автоматизації на 45-55%.

Інвестиції у випробування

«Розумні» системи з'являються в авіабудуванні та гелікоптеробудуванні: в Об'єднаній авіабудівній корпорації (ОАК) використовується концепція віртуального конструкторського бюро, коли інженери з кількох конструкторських бюро та виробничих майданчиків працюють над проектуванням моделі літака в єдиному цифровому середовищі. Технологія застосовується на «Громадянських літаках Сухого», в «Торгівлі», «Статті» та холдингу «Вертольоти Росії».

Автори дорожньої карти «Технет» прогнозують, що лідером із реалізації проектів «розумних» фабрик у Росії стане «» (входить до Об'єднаної двигунобудівної корпорації, Ярославська область), підприємство спеціалізується на розробці та виробництві газотурбінних двигунів для авіації, енергетики тощо.

Держкорпорація "Ростех" заявила про плани запустити випробувальний полігон на ярославському підприємстві, інвестиції оцінюються у суму близько 7 млрд рублів. У рамках проекту «Розумна фабрика» з'явиться система управління життєвим цикломвироби (PLM-управління), це дозволить також організувати обмін інформації із сервісними центрами.

« Підсумком реалізації проекту стане організація «розумного» виробництва, формування компетенцій та технологічних рішень для тиражування «Розумних заводів», здатних гідно конкурувати на світовому ринку.», – заявив губернатор Ярославської області Дмитро Миронов.

Очікується, що за перші три роки на "Розумній фабриці", створеній в "ОДК-Сатурні", буде доведено до промислового використання 20 технологій.

В ОДК додали, що у 2017 році було запущено перший етап проекту на базі «ОДК-Сатурн» – акселератор технологічних проектів у галузі передових виробничих технологій. Було відібрано низку проектів, що мають високий потенціал впровадження у виробництво. Також розроблено освітні програми для подальшої роботи та залучено перших інвесторів. У цілому нині найбільш потрібні реалізації на полігоні технологічні рішення, що стосуються низки сегментів. Йдеться про ідеї в галузі математичного моделювання, комп'ютерного та суперкомп'ютерного інжинірингу, IoT та .

Тираж для верфі

За підтримки Національної технологічної ініціативи оголошено проект на підприємстві Об'єднаної суднобудівної корпорації. На Середньо-Невському суднобудівному заводі (СНСЗ, розташований у Санкт-Петербурзі) найближчими роками планується запуск цифрової верфі. Буде створено базу даних з усіх компонентів, що застосовуються в суднобудуванні, замість натурних випробувань виробів почнуть застосовувати комп'ютерну перевірку продукції.

Цифровізація дозволить збільшити виробничі потужності підприємства вдвічі та підвищити обсяги експорту. Вартість проекту складе 350 млн. рублів.

« Більшість коштів (245 млн рублів) передбачається отримати з федерального фонду Національної технологічної ініціативи, ще 105 млн рублів - власні кошти заводу. Ми розпочнемо створення цифрової верфі незалежно від отримання субсидії. Субсидія дозволить прискорити процес, але ми у будь-якому випадку працюватимемо над проектом», - заявив генеральний директор СНРЗ Володимир Середохо.

За успішної реалізації проекту на СНСЗ модель планується тиражувати на інших російських верфях.

Держзамовлення для smart-проектів

У корпорації «Пуморі» (профіль компанії – технологічний інжиніринг) зазначають, що серед російських компаній інтерес до «розумного» виробництва збільшився. За останні три роки попит на smart технології зріс у 3-3,5 рази. Компанія провела роботу із впровадження систем автоматизації на більш ніж 100 підприємствах у російських регіонах.

Також корпорація вивела на ринок комплексний продукт Smart Factory від японської верстатобудівної компанії OKUMA та власну розробку системи інструментозабезпечення TOOL-MANAGEMENT.

Дякуємо редакції журналу «Трамплін до успіху» НВО «Сатурн» за надання цього матеріалу.

Таким чином, першим кроком до цифрового підприємства була розробка у цифровому вигляді продукту виробництва. І досить швидко з'явився і був задоволений запит інженерів, який послідував за персональними системами автоматизованого проектування, коштом підтримки колективної розробки, розробкою систем інженерного аналізу, створенням комп'ютеризованої технологічної підготовки.

З'явилися нові спроби осмислити можливості комп'ютерів (зростання потужності яких упевнено дотримувалося закону Мура) через нові методи прикладних систем - з'явилася концепція PLM (Product Lifecycle Management - управління життєвим циклом продукту), яка була покликана перевести в цифровий вигляд все життя продукту від розробки до розробки утилізації. Природно, що при цьому як продукт обговорюються складні дорогі вироби з тривалим терміном експлуатації. Тут важливо відзначити, що досягнення реального повного впровадження PLM-системи в той момент близьке до неможливості, враховуючи складності у підтримці ланцюжка поставок, де за кожною ланкою виникнення інформації ховається найскладніша з природних систем - людина, зі своїми, властивими виключно йому навичками, устремліннями, досвідом, проблемами…

Проте, цифрове проектування разом із комп'ютерним розрахунковим моделюванням складних процесів (газодинаміка, термодинаміка та ін.) дозволило значно скоротити час виведення ринку нових продуктів - таким прикладом став газотурбінний двигун SaM146.

Зараз на підприємстві ми маємо хорошу цифрову базу по продукту – від конструкції до техпроцесів із програмами ЧПУ, але що це змінило у виробництві? Поліпшено взаємодію між конструктором та технологом, між ними передаються цифрові моделі ДСЄ, що практично виключає виготовлення «застарілих» (без урахування змін) деталей, забезпечує актуальність та відповідність конструкції та фізичного вигляду деталі, але як це може підвищити ефективність саме виробничих процесів?

Ще одним фактором, що впливає саме на виробничі процеси, стала поява методологій MRP, MRP-II, ERP та різноманітних систем, що підтримують їх. Вони дозволяють, використовуючи нормативні дані про склади виробів, маршрути, норми матеріалів та часу обробки, розраховувати плани-графіки виготовлення, визначати, коли і що необхідно для виконання конкретних операцій, виявляти обмеження – «вузькі місця», координувати діяльність виробничих підрозділів між собою. Проте очікування виправдалися далеко не повністю. За конкретними діями, подіями та рішеннями стоїть людина, здатна на помилки. У постановку завдань також людина закладає логіку роботи системи, найчастіше видаючи бажане за дійсне. В результаті – помилки, недовіра до систем, «ручне» управління.

Можливою панацеєю може бути концепція цифрового підприємства. Які нові технології можуть допомогти у руйнуванні бар'єрів довіри виробничників до результатів роботи інформаційних систем?

По-перше, у виробничій системі може бути мінімізований людський фактор через використання деяких сенсорів, які дозволять вирішити проблему з однозначністю інформації про те, де знаходиться деталь, в якій кількості вона пройшла через необхідні операції, чи виконані вони всі, де затрималася і за якими причин.

При цьому виникає новий шарінформації – реальна детальна інформація про стан незавершеного виробництва у цехах. На цьому може бути побудована друга технологія цифрової фабрики – аналітика великих даних з елементами машинного навчання та штучного інтелекту.

Третя ідея – щільна інформаційна зв'язка з обладнанням. Вже зараз велика кількість верстатів оснащена числовим програмним керуванням. У бортових комп'ютерах цих верстатів міститься інформація щодо виконаних програм, відпрацьованого ресурсу та багато іншого. Отже, в цифровій фабриці для обладнання можуть бути реалізовані два потужні результати:

• інтеграція інформації про деталі та режим виконання операції над нею, що дозволить «розмотати» можливе джерело невідповідності при виявленні такого (знову ж аналітика великих даних);
• перехід від обслуговування верстатів «за ресурсом» на обслуговування «станом» (використовуючи великі дані та розроблені прогностичні моделі).

Потужним ефектом від технологій цифрової фабрики може стати нова якість ERP-систем, які мають стати не лише інструментами планування та моніторингу, а й механізмом передбачення стану виробничої системи- «Предиктивного менеджменту» - переходу від інтуїтивного прийняття рішення виробничими менеджерами до рішень, підтриманих ІТ-системою на основі багатофакторного аналізу та прогнозу розвитку ситуації.

Подальший перехід до віртуальної фабриці має бути пов'язаний із створенням цифрового двійника виробництва у віртуальному середовищі. За аналогією з інженерними суперкомп'ютерними розрахунками, що дозволяють змоделювати поведінку фізичних об'єктів, можливе створення імітаційної моделі виробничого підприємства для забезпечення «безкоштовного» (з погляду інвестицій) відпрацювання нових методів виготовлення, оптимізації розташування верстатів, корпусів для покращення логістики, аналізу сценаріїв «що-якщо » З підвищення пропускної спроможності.

p align="justify"> Важливим результатом реалізації віртуальної фабрики стає проектування виробів на задану собівартість, коли з'являється можливість накласти конструктивний вигляд деталі на реальні умови виробництва.

Ключовими технологіями віртуальної фабрики стануть технології індустріального Інтернету, що дозволяють отримувати повний зворотний зв'язок від усіх компонентів виробничого ланцюжка. Виникнуть нові вимоги до пакетів інженерних розрахунків, до параметрів оптимізації яких будуть включені фактори технологічності виготовлення, а це викличе новий виток підвищення вимог до суперкомп'ютерних потужностей. Таким чином, віртуальна фабрика стане потужним драйвером розвитку нового програмного забезпечення, що обробляє реально величезні масиви даних, можливо слабо структурованих, реального життяпідприємстві. Ефективність використання нових інструментів дасть можливість реально знизити ефект масштабу (точніше, перевести цей масштаб терміни масового виробництва індивідуалізованих продуктів замість великого тиражу однакових). Безумовно, нові методи роботизованого виробництва, адитивних технологій дадуть ефект на конкретних робочих місцях або технологічних лініях, але кумулятивний, синергетичний ефект від цих виробничих технологій може бути досягнутий лише спільно з впровадженням технологій віртуалізації управління такими складними передовими виробничими технологіями спільно з використанням існуючих методів і обладнання.

Нові виклики, поставлені четвертою промисловою революцією, підлягають рішенню в рамках проекту «Фабрика Майбутнього», визначеного у дорожній карті «Технет» для реалізації лідерських позицій нашої країни на ринку високотехнологічного світового виробництва. Описані вище цифрові підходи організації виробництва передбачаються до розробки та апробації на Випробувальному полігоні «Фабрики Майбутнього» для визначення можливості та методів їх подальшого впровадження та використання у НВО «Сатурн» та інших підприємствах АТ «ОДК» та ДК «Ростех».

Завдання – робота у галузі високотехнологічної промисловості, збільшення її експортного потенціалу з виходом на глобальні ринки.

За словами учасників процесу, очікується прорив у сфері науково-технічного розвитку РФ.
Про те, що таке фабрика майбутнього, розповів голова комітету з промислової політики та інновацій Санкт-Петербурга. Максим Мейксін.

Цифровий двійник

- Що є новою концепцією і чому на неї покладаються такі надії?

Існує два способи випуску продукції: класичний, коли дослідний зразок виготовляють за кресленням, і новий підхід, у якому майбутній виріб формується як цифрового двійника. Процес випробування, наприклад, автомобіля та його збирання з урахуванням результатів випробувань можна імітувати у цифровій програмі. Технології виробництва відпрацьовуються на комп'ютерній моделі. І саме виробництво виглядає інакше, ніж класичне, тому що цифровий двійник дозволяє прогнозувати властивості майбутнього виробу, досягати потрібної якості. Якоїсь миті двійник починає «навчати» свого прототипу, реальний об'єкт: на основі роботи цифрового аналога, скажімо, літака, можна зробити прогноз його експлуатаційної надійності. Те саме і з виробництвом ліків, цифрові двійники яких дозволять розрахувати потрібну молекулу не досвідченим багаторічним шляхом, а набагато коротшим математичним і прорахувати вплив на організм людини.

– Тобто цифровий двійник стане ключовим поняттям під час створення нового типу промисловості?

Наше завдання показати підприємствам, як потрібно мислити у новій парадигмі, у форматі цифрових фабрик, що відкривають широкі можливості. Щоб не наздоганяти промислових лідерів, а добігти першими в цих конкурентних перегонах, зрізавши кут, створивши цифрову промисловість, яка за допомогою цифрових двійників дозволить реалізувати найперспективніші ідеї на високому рівні. Тут дуже важливою є робота, яку веде Політехнічний університет. Задля реалізації проекту «Фабрика майбутнього» у Петербурзі створено проектний офіс під керівництвом губернатора.

Коли революція краща за еволюцію

- Наскільки готові петербурзькі підприємства до такої розбудови?

На рівні Міністерства промисловості та торгівлі створено спеціальну групу, яка займається оцінкою готовності до роботи в новому форматі. Близько 25 підприємств Петербурга заявили про таку готовність. Серед них Середньо-Невський суднобудівний завод, який будує цифрову верф. Це буде гарне конкурентна перевага, багаторівневе, коли судна будуть проводитися, виходячи з розрахункових проектів цифрових моделей. Управління судами та контроль за ними також здійснюватиметься за допомогою програмних продуктів. Полегшується ціла низка технологічних операцій, як виробничих, і управлінських, підвищується продуктивність праці. Перехід на цифрові фабрики – величезний крок уперед.

- Виходить, ми стоїмо на порозі нової науково-технічної революції?

Точніше, четвертої промислової. Є два шляхи розвитку – еволюційний та революційний. До сьогодні наша промисловість розвивалася еволюційним шляхом, серйозно відстаючи у низці галузей, хоча у якихось областях ми є безумовними лідерами. Тому вибір такий: або закуповувати нове сучасне обладнання відповідно до існуючих стандартів, окупність якого 5-10 років, або переходити на цифрову платформу. У другому випадку ми можемо дійти до мети швидше за конкурентів, не доведеться окупати кошти, вкладені в обладнання, ми в цьому сенсі вільні. Росія має шанс зайняти лідируюче місце на глобальних ринках.

- Якою є доля підприємств, які не перейдуть на цифрові технології?

Ще недавно всі знали такого світового виробника, як "Кодак". Компанія забезпечувала 80% світової потреби у фотоплівці та фотопапері. Наразі цієї компанії немає, плівка мало кому потрібна. Таких прикладів багато. Ті підприємства, які не переходитимуть на новий формат роботи, на жаль, приречені. Завдання уряду Санкт-Петербурга - допомогти компаніям вписатися в нові умови, стати високотехнологічними, що перевершують своїх партнерів у конкурентних перегонах.

А автор хто?

- Це освітня функція?

Скоріше, це роль провідника, що вказує напрямок. Суть у тому, щоб Центр НТІ та підприємства зустрілися та розпочали спільний рух уперед. Ми готові надати зацікавленим компаніям пакети сформованих рішень, що випливають із досвіду тих підприємств, які вже йдуть цим шляхом. Наприклад, з практики роботи Ради з конверсії можна отримати чимало корисного. Ми зараз упаковуємо потрібні пропозиції в набір рекомендацій: наприклад, як оптимізувати витрати при переході на випуск конкурентного продукту.

Цифрова фабрика - це коли до роботи на стадії проектування можуть залучатися представники різних компаній, найбільш компетентних у тій чи іншій галузі. Кому в такому разі належать авторські права?

Ідея в тому, що у світі багато професійних команд, які вміють вирішувати ті чи інші завдання. Компіляція результатів роботи, створення загального продукту набагато зручніше, ніж замовлення, виконуваний у межах однієї компанії. Якщо є можливість залучати різні проектні команди, то виходять якісніші рішення. Проблем із авторськими правами тут не бачу, бо все одно залишається замовник, який оплачує роботу. Все купується в одному пакеті разом із правами.

Які новації, що з'явилися у Петербурзі, можна назвати найцікавішими? Проектами, що випереджають час?

Їх багато. У вересні зі стапеля Балтійського заводу зійшов перший серійний атомний криголам «Сибір» проекту 22220 – найбільший і найпотужніший у світі. Сукупний потенціал суднобудівної та радіоелектронної промисловості дозволяє нашому місту стати одним із центрів створення безпілотного морського транспорту. Великим експортером інноваційної продукції став концерн "Граніт-Електрон", який випустив унікальні системи похилого буріння для нафтогазової промисловості. Річний обсяг його експорту становив 2,5 мільярда рублів. У 2017 році Петербург посів перше місце у рейтингу інноваційних регіонів Російської Федерації. За даними Національного рейтингу "Техуспех-2017", до топ-100 російських інноваційних компаній увійшли 15 підприємств Петербурга, лідерів фармацевтики, машинобудування, електроніки та інжинірингу.