Почему цифровизация производств в настоящее время такое востребованное явление? Почему все отрасли промышленности, от крупнотоннажной химии до практически индивидуального производства микродеталей переходят на цифровизацию?
Ответ очень прост: мы можем повысить гибкость и управляемость производства, сделать более точной информированность о ходе производства за счет данных, которые через цифровую сферу становятся доступными всем заинтересованным лицам – управляющим на производстве, заказчикам, и конечным пользователям. В результате за счет более гибкого производства, большей загрузки оборудования и контроля всех производственных этапов мы получаем снижение издержек и более высокое качество продукции.
Общие принципы производственной деятельности определенным образом изменились при переходе к цифровой экономике.
C появлением цифровой реальности производственные единицы (станки, склады, транспортно-технологическое оборудование и т. д.) обрели возможность коммуникации. Появилась возможность обмена сигналами данными между «вещами», оборудованием, персоналом, и хранилищами данных предпроизводственного этапа.
В ходе рассказа о жизненном цикле производственных объектов и продуктов мы обсуждали несколько стадий. Первая стадия – это конструирование и проектирование, когда на изделия готовится проект и конструкторская документация, которая сегодня изготавливается в цифровом виде, в виде данных, распределенных в компьютерной технике, в облачных хранилищах, и так далее (рисунок 2).
Но на этом цифровизация не останавливается, потому что информационные процессы могут идти не только в предпроизводственном этапе, но непосредственно в технологической сфере.
Данные, которые нужны для технологического, технического, производственного процессов – они многогранные. Прежде всего это конструкторская документация. Не менее важно понимание производственного задания, формирующегося из заказов, из потребности, выраженной либо в договорах на поставку с конечным пользователем, либо в прогнозах, которые формируют дилеры или отдел закупок, зная рыночное состояние и прогнозируя сбыт на какой-то этап времени.
Эти два потока данных являются основными. Но, кроме них, есть и дополнительные: например, производственное управление, получив заказ на определенный набор продуктов, должно оптимизировать загрузку оборудования, минимизировать расходы в ходе производства (в широком смысле, включая и расходы материалов, и износ оборудования), минимизировать неполадки и ремонтные операции, при этом максимально продляя срок жизни оборудования.
Поток информации по оптимизации производственной деятельности накладывается на первые два основных и влияет определенным образом на управление производственными процессами.
Кроме этого, есть и другие требования, например, по логистике, по наличию полного набора комплектующих на складе, и так далее. Весь этот комплекс данных может существовать в цифровом виде.
Для дальнейшей глубокой цифровизации производства необходимо следующий шаг: оснастить производственное предприятие умным оборудованием, то есть таким, которое может, во-первых, коммуницировать с цифровой сферой (то есть получать сигналы и данные), во-вторых, в зависимости от полученных сигналов, обрабатывать их и превращать в непосредственные производственные действия.
Например, если это химическая технология – то это подержание и управление режимом температуры и давления, дозация компонент, контроль качества выходящего продукта. Если машиностроительная – то, например, конкретные программы для металлообработки при режущих операциях, многомерном фрезеровании или аддитивных операций (создания необходимых деталей путем напыления порошков с соответствующим спеканием). Если это сборочное производство, то это внутрицеховая логистика, сборочные операции.
И конвейеры, и производственные станки, и склады, которые должны ввести учет поступившей конечной продукции и организацию отгрузки (сначала сырья, материалов и комплектующих изделий в производство, а затем контроль отгрузки конечной продукции на внешний рынок), управляются непосредственно данными.
Все эти операции могут происходить с использованием датчиков (рисунок 5). Причем в ходе производства изделие может определенным образом маркироваться, например, уникальным номером, и к этому номеру будут «подвязываются» все свойства (в том числе возможная информация о дефектах и сбоях в ходе технологических процессов). В результате получается непрерывное сопровождение технологического процесса данными, потоками информации, которая затем поступает в цифровую сферу.
Датчики на умном оборудовании контролируют производственный процесс и качество продукции на всех этапах. Это дает возможность изготовить именно то изделие, которое требуется конечному потребителю. Именно конкретному, а не усредненному. Информация поступает от производителя к дилеру или конечному поставщику, и за счет цифровых технологий это происходит мгновенно, если надлежащим образом настроена вся цепочка передачи данных.
Для получения максимальной эффективности производства нужно достичь того, что называется «бесшовной интеграцией» всех сфер производственной деятельности – цифровой проектной деятельности с умным производством, цифрового управления поставками и закупками, финансовой деятельности для понимания платежеспособного спроса, логистики (которая тоже отражается в цифровом пространстве как поток фактических данных и поток прогнозных данных, например, прогноз даты поступления следующей партии сырья).
Эта бесшовная интеграция требует выхода производства не только во внутренние сети, а еще и в глобальные сети. Заказы от потребителей приходят «снаружи», конструкторская и проектная документация далеко не всегда формируется внутри производственной единицы, параметры логистических операций (время подачи вагонов или автотранспорта для вывоза продукции, графики отгрузки по трубопроводному транспорту) тоже формируются во внешнем мире. Все эти данные должны учитываться при оптимизации режима производства.
В итоге мы получим снижение издержек, повышение качества продукции и удовлетворение требований конечных потребителей.
По материалам лекций ВИШ МИФИ "Smart Manufacture" с разрешения автора курса Жабицкого Михаила Георгиевича