Актуальное

Сам себе управленец: об автоматизации предприятий

Уже сегодня становится понятным, что технологическое будущее, в котором действуют «цифровые» или «смарт»-фабрики, означает расширение рамок автоматизации предприятий далеко за границы привычных процессов.

Функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, окончательно передаются системам автоматизации (Чтобы увеличить, кликните на фото)
Функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, окончательно передаются системам автоматизации
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

По мнению экспертов, «цифровая фабрика» – это собирательный термин, предложенный для обозначения связностей между цифровой моделью, методологией и программным приложением, которые обеспечивают глубокую интеграцию процессов разработки с процессами производства и планирования. И хотя четкого определения пока нет, основные принципы Индустрии 4.0 сформулированы уже сегодня. В большинстве своем они сводятся к упорядоченному обмену огромными объемами информации между распределенными производствами в режиме реального времени.

Это позволяет системам принимать оптимальные решения без участия оператора. Тем самым функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, окончательно передаются системам автоматизации.

Практически все принципы фабрик будущего уже применяются в производстве и обещают получить дальнейшее развитие.

Принцип первый: функциональная совместимость

Под функциональной совместимостью понимается способность киберфизических систем (например, сборочных станций), людей и производственных линий взаимодействовать друг с другом, используя Интернет Вещей (IoT). Развитие промышленного интернета – один из основных драйверов индустрии нового поколения, который ведет к созданию высокоэффективных цифровых производств, и один из самых быстрорастущих рынков.

«Каждая вещь в IoT обладает собственным интеллектом, или программируемым процессором PLP, и «органами чувств» – сенсорами и датчиками, – поясняет менеджер по работе с ключевыми клиентами компании «Адвантек Ко, Лтд.» Дмитрий Хвист, предлагающей современные решения автоматизации технологического процесса. – Кроме того, процессоры снабжены протоколами связи для взаимодействия через интернет между собой и с человеком. Таким образом, формируются киберфизические системы, которые можно рассматривать как переходный этап к индустрии нового поколения, поскольку исключить человека-оператора из этой цепочки пока проблематично. Пример простейшей киберфизической системы – станок с ЧПУ, который получает информацию непосредственно от оператора, или роботизированный конвейер».

По мнению специалиста, теоретически Индустрия 4.0 сможет обходиться без оператора. Человеку достаточно будет выбрать в будущем продукте нужную функцию, чтобы собрать виртуальную модель элемента или детали, содержащую информацию о материале, сроках, оборудовании и месте изготовления, поскольку исполнительные механизмы смогут сами «договариваться» друг с другом. В дальнейшем информация о материалах и элементах транслируется на готовый продукт.

Сегодня этот принцип реализован при производстве вертолетов Euroсopter, детали которого содержат специальные метки – по ним можно узнать, где произведена деталь, какими инструментами была изготовлена и сколько проработала в разных режимах.

Принцип второй: виртуализация

Речь идет о «цифровых» фабриках как виртуальных копиях реальных объектов. Они создаются с помощью информационных виртуальных и имитационных 3D-моделей и актуализируются в том числе за счет данных с датчиков мониторинга физических процессов.

«Современный рынок требует сокращения сроков производства и повышения технологичности и качества изделий – достичь этих решений невозможно без комплексной автоматизации», – рассказывает о причинах создания прообраза «цифровой» фабрики с применением PLM-систем во всех филиалах компании директор по информационному развитию АО «Тяжмаш» Максим Ванеков. Филиалы – это предприятия, конcтрукторские бюро и офисы, расположенные в разных концах России, а также в Эквадоре, Колумбии и Чехии. Они занимаются разработкой, производством и обслуживанием оборудования для горнодобывающей, строительной, оборонной, космической промышленности, энергетики, атомных и гидроэлектростанций. За три года компания практически перешла от разрозненных систем с обменом данными между ними в ручном режиме до единой информационной системы с диспетчерским центром на головном предприятии в Сызрани. Система охватывает полный цикл исполнения контрактов – от подачи заявки заказчиком до обслуживания и ремонта выпущенных изделий.

Благодаря настройкам PLM конструкторские бюро работают в едином информационном поле, создавая виртуальную цифровую трехмерную модель изделия. Эту модель используют затем службы технологов, закупки и комплектации, управления производствами, учета и диспетчеризации оборудования и другие. На промышленных объектах процесс обмена информацией идет через интернет и доступен на любом устройстве. Создан электронный архив, объем которого уже превышает 50 Тбайт. В нем хранятся копии моделей и чертежей, типовых решений и расчетов конструкций, ведется учет вносимых изменений, данные об эксплуатации, информация датчиков о деформациях и напряжениях в эксплуатируемых конструкциях, которая может быть использована в дальнейшем.

Принцип третий: децентрализация

Распределенные производственные системы, которые объединены в одну информационную сеть, способны самостоятельно принимать оптимальные ситуационные решения, но при этом работать слаженно. Примерно так можно описать один из принципов будущих автоматизированных систем, хотя он в определенной степени реализуется уже сегодня.

Передовые корпорации тратят 20-30% бюджета развития на промышленный интернет

«Установленные на газовой турбине General Electric датчики генерируют сотни терабайт информации в сутки, часть которой необходима для управления процессами работы турбины, а часть является уникальными данными для конструкторов, работающих над турбинами нового поколения», – рассказывает о реалиях современной энергетики научный руководитель Института передовых производственных технологий Санкт-Петербургского политехнического университета профессор Алексей Боровков.

При этом инженеры, контролирующие и управляющие режимами работы турбины, могут работать за сотни километров от теплоэлектростанции, конструкторы – располагаться на другом континенте, а огромный объем информации – обрабатываться и храниться на удаленных серверах в дата-центрах. Сегодня нет проблем с тем, чтобы поставить тысячи датчиков на любой агрегат и получать некую неструктурированную информацию на выходе, уверяет Алексей Боровков. Вопрос, как пользоваться ею для оперативного управления огромной распределенной системой – такой, как предприятия отраслей с несколькими технологическими переделами, вроде нефтепереработки или металлургии, где продукция проходит этапы добычи, транспортировки и производства. В этом случае, когда каждую секунду производятся терабайты информации, возникает масса проблем с ее использованием, которые пока не решаются традиционными подходами на уровне математического моделирования. Решение этой задачи, по мнению Алексея Боровкова, становится ключевым на пути развития индустрии нового поколения.

Принцип четвертый: сервис-ориентированность

В самом широком смысле принцип означает, что промпроизводства нового поколения будут ориентироваться не столько на выпуск продукции, сколько на поставку определенного сервиса, а сама продукция будет составляющей этого или нескольких сервисов.

ОАО «Ковровский электромеханический завод (КЭМЗ)» известен не только тем, что за короткий срок сумел модернизировать производство, повысив долю современных обрабатывающих центров до 20%, а количество станков с ЧПУ со 100 до 328. Благодаря этому сегодняшние объ­емы продукции выросли с 500 млн руб­лей в 2000 году до 8 млрд рублей и продолжают расти на 20–30% в год. Кроме того, с 2005 года на заводе начали постепенно локализовать зарубежное оборудование, начав с самого простого, вроде стружкосборников, до систем управления.

«Мы видим, что дальнейшая автоматизация станков с ЧПУ должна быть направлена не на увеличение функций станка – их и так сегодня достаточно, – рассказывает генеральный директор КЭМЗ Владимир Лебедев. – Идея состоит в том, чтобы станок стал частью КЭМЗ-планирования и учета, анализа загрузки оборудования, анализа брака. С этой целью мы с белорусской компанией «Техноком» начали разрабатывать новую систему ЧПУ, которая интегрируется в единую систему управления производством и решает в основном сервисные задачи. Для этого она содержит модуль адаптивного управления с доступным интерфейсом, который позволяет оператору, имеющему даже низкую квалификацию, быстро запрограммировать станок. Переключаться из обычного в адаптивный режим особенно важно для предприятий, где наряду с массовым выпуском изделий есть опытное, мелкосерийное или разовое производство.

Интересно, что по сравнению с программой обработки, которую обычно закладывает технолог, адаптивный режим может менять обработку по реальным нагрузкам, уменьшать или увеличивать количество оборотов. Мы обкатывали эту систему у себя в течение полугода и увидели выигрыш в повышении производительности на 16–17%. Сегодня такие системы на зарубежных станках предлагают как дорогостоящую опцию по цене от $10 000, а мы хотим ее внедрить как стандартную».

Предполагается, что разработанные на КЭМЗ системы будут интегрированы с общей базой данных и связаны с системой управления производством через разные модули: руководителя, технологический, ремонтной службы, учета. Таким образом, обратившись к архивам, можно будет судить о степени загрузки оборудования, режимах его работы, проводить диагностику, оценивать качество проведенного ремонта.

По словам генерального директора, разработчики проанализировали существующие системы ЧПУ и убедились, что пока таких сервисов ни одна компания предложить не может. В дальнейшем на предприятии планируют автоматизировать этап подготовки производства, чтобы сократить время на технологическую остановку для замены инструментов, а затем автоматизировать настройку, чтобы станки могли перенастраиваться без участия оператора.

Принцип заключительный: модульность

«Если не учитывать PLM-процессоры и другие интеллектуальные составляющие, то автоматизированную технологическую линию можно представить в виде набора станков с грамотно организованными связями. Эти промежуточные этапы включают перемещение в ведущих плоскостях, буферные зоны накопления, тактовые движения, взвешивание, отбраковку, сортировку и другие несложные вспомогательные операции», – генеральный директор ПТК «Норматив» Дмитрий Харитоненко намеренно упрощает и детализирует основу «цифровых фабрик» будущего, чтобы показать, насколько они уже сегодня могут быть доступны для отечественного инжиниринга.

Разумеется, если речь идет об узкоспециализированных и высокотехнологичных станках, то их надо приобретать в Японии или Германии. Но если к ним требуется идеальная по функциям и цене технологическая цепочка под индивидуальный продукт, то ее лучше собрать на месте, потому что зарубежный поставщик редко соглашается на переделку стандартных блоков. Да и производственник вряд ли будет разбираться с отдельными, пусть и уникальными решениями – ему нужна линия с полным пакетом услуг и желательно от одного исполнителя.

Опыт работы «Норматива» показывает, что такими заказчиками чаще всего становятся предприятия, которые хотят изменить качество, номенклатуру или производительность производства, в том числе филиалы зарубежных компаний. Например, для одного из производителей автокомпонентов в компании дополнили основную сборочную линию новым участком, что позволило увеличить производительность в 2,5 раза. А для сборки и тестирования тормозных систем высокоскоростных поездов была разработана линия с функциями управления и контроля: здесь процессор в режиме онлайн распознает исполнителя, фиксирует очередность операций, время пользования инструментом и архивирует информацию о работе каждого оператора

Три года назад в «Нормативе» разработали доступную по цене линейку эргономичных рабочих мест со связями между ними, чтобы конфигурировать линии по принципу лего из законченных блоков под нужды конкретных предприятий разных отраслей.

«Что такое рациональная автоматизация? – рассуждает­ Дмитрий Харитоненко. – Сначала это тщательное изучение технологии процесса, затем поиск экономически рационального решения, чаще всего уже имеющего эксплуатационный опыт. Если такого решения нет, то стоит начинать «кулибинствовать». «Кулибиных» у нас на самом деле много, и можно перестать оглядываться на поставщиков зарубежных линий как на непререкаемый авторитет».

Татьяна Рейтер

В печатной версии название статьи – “Сам себе управленец” (журнал “Промышленно-строительное обозрение”, № 169, апрель, 2016 г.)

Исследование микрорайона

Новости партнеров

Загрузка...

Смотрите также

X