Как работает цифровое предприятие

Источник: digitalization

От проектирования до технического обслуживания: цифровые технологии повышают производительность и экономят ресурсы на каждом этапе производственного цикла предприятия

Концепция "Индустрия 4.0" описывает тип промышленного предприятия, на котором и управленческие, и производственные процессы представлены в единой цифровой среде и логично связаны между собой. Благодаря такому подходу любой завод преобразуется в современный бизнес с возможностями, далеко выходящими за пределы его материальных ресурсов и ограничений, например производство может быстро перестроиться с выпуска огромных партий товара на небольшие партии кастомизированных изделий. Причем сделает это в кратчайшие сроки и с минимальными затратами.

Выход оборудования из строя, ошибки и брак, простаивание производства - на цифровом предприятии сводятся к минимуму, а безопасность и эффективность труда, рыночная гибкость всего предприятия, напротив, выходят на высочайший уровень.

95% генеральных директоров в мире считают, что цифровая трансформация - реальная возможность для роста производительности труда и развития бизнеса.

63% российских компаний, опрошенных KPMG, уже разработали программу цифровой трансформации.

Объем инвестиций российских компаний в проекты по внедрению цифровых технологий

36 % компаний более 100 млн р.
27 % компаний 1-10 млн р.
15 % компаний 10-30 млн р.
13 % компаний 30-50 млн р.
9 % компаний 50-100 млн р.

Источник: Исследование KPMG "Цифровые технологии в российских компаниях", 2019 г.

Что российские компании хотят получить в результате цифровой трансформации?

65% хотят повысить качество обслуживания клиентов

44% хотят увеличить прибыль

35% хотят повысить эффективность принятия решений благодаря анализу данных

Что российские компании уже получили от инвестиций в цифровую трансформацию?

40% улучшили качество обслуживания клиентов

12% увеличили прибыль до запланированного уровня, однако никто не отметил повышение эффективности принятых решений благодаря анализу данных

Источник: PwC, "Всемирное исследование Digital IQ® за 2018 год

За счет чего может быть достигнут такой эффект от использования цифровых решений? Все процессы на цифровом предприятии существуют в двух средах. Сначала производство моделируется в виртуальной среде, для этого создаются цифровые двойники отдельных продуктов и всего производства: они снижают затраты и увеличивают скорость и сложность на этапе разработки и испытаний. Потом модели переносятся в реальную среду, при этом цифровые решения позволяют контролировать производство на каждом этапе.

Siemens - один из немногих производителей программного обеспечения и технических решений в мире, который обладает полным пакетом инструментов для цифровизации всего жизненного цикла предприятия. Вот как это работает на практике.

1 этап.

Разработка продукта

До 85% повышается точность прогнозирования спроса благодаря технологии анализа больших данных

На 20-50% сокращаются сроки вывода продукции на рынок за счет:

быстрого моделирования и возможности проведения испытаний в виртуальной среде;
одновременного проектирования разных деталей и компонентов изделия.

Источник: Исследование Digital McKinsey "Цифровая Россия: новая реальность", 2017 г.

Разработка нового продукта на цифровом предприятии происходит в цифровой среде. Сначала в информационную базу вносят все сведения о пока еще не существующем продукте и свойствах, которыми он должен обладать. Конструкторы начинают работу над проектной документацией - тоже в электронном виде, например у Siemens для этого есть специальная система автоматизированного проектирования NX.

Когда проектная документация готова, время переходить к испытаниям будущего изделия. Это необходимо, чтобы выявить возможные ошибки проектирования, определить, будет ли продукт соответствовать требуемым от него параметрам. Система инженерного анализа Simcenter от Siemens позволяет сделать это в виртуальной среде на цифровых моделях. Благодаря такому подходу нет необходимости тратить время и ресурсы на изготовление нескольких прототипов продукта и организацию дорогостоящих натурных испытаний.

2 этап.

Моделирование производственных процессов

На10-20% сокращаются затраты на контроль качества продукции за счет:

управления качеством с помощью цифровых технологий;
продвинутого контроля процессов (APC);
статистического контроля процессов (SPC).

Источник: Исследование Digital McKinsey "Цифровая Россия: новая реальность", 2017 г.

Прежде чем начать промышленное производство нового продукта, нужно подготовить площадку. А для этого - спроектировать все параметры и этапы производственного процесса. На цифровом предприятии это также происходит в виртуальной среде. С помощью решений Siemens можно быстро и максимально точно смоделировать работу всех цехов на предприятии, полностью описать - в том числе с помощью 3D-моделей - каждый технологический узел и путь между ними. Цифровой двойник производственного процесса дает ответы на вопросы:

сколько сотрудников и оборудования потребуется для изготовления партии нового продукта;
сколько времени уйдет на выполнение той или иной операции;
по каким сценариям должен работать каждый станок, робот, экструдер, прокатный стан и другие виды оборудования, а вместе с ними и каждый сотрудник, чтобы все операции выполнялись максимально эффективно;
какой объем сырья потребуется, чтобы не закупать лишнего и не создавать узких мест в производственной цепочке.

Если на предприятии преобладают непрерывные производственные процессы (к ним относятся, например, операции в металлургии и нефтепереработке, в бумажной и химической промышленности, в электроэнергетике), для создания цифрового двойника можно использовать систему COMOS от Siemens.

Для моделирования дискретных процессов (их большинство в машиностроении, приборостроении, легкой промышленности, на предприятиях по выпуску мебели, в фармацевтике) лучше подходит система Tecnomatix от Siemens.

На виртуальной модели производства можно протестировать все рабочие режимы и внештатные ситуации, чтобы придумать план действий на случай их возникновения. Важно, что инструменты Siemens умеют моделировать не только процессы работы техники, но и то, как будет взаимодействовать с ней человек. Это позволяет заранее оценить на виртуальных моделях эргономичность всех операций и сделать их более удобными и безопасными.

3 этап.

Подготовка производства и инжиниринг

На цифровом предприятии ручной труд сведен к минимуму - вместо него используют роботов и станки с числовым программным управлением (ЧПУ).

Сколько станков с ЧПУ используют в разных странах:

90% Япония
70% Германия и США
30% Китай
более 50% на 14% заводов Россия

Данные: компания "Цифра", 2018 г.

Чтобы наладить выпуск новой продукции на производственных линиях, оборудованных станками с ЧПУ, нужно написать для них программный код. С помощью инженерной̆ платформы TIA Portal и продуктов NX CAM и Tecnomatix от Siemens это делается автоматически, на основе цифровых моделей оборудования, созданных на этапе проектирования производства.

Готовый код вносится в цифровую копию оборудования, после чего проводится еще одна серия тестов, помогающая выяснить, как оборудование будет работать в действительности. Так обнаруживаются и заранее устраняются ошибки, которые могут привести к неисправностям оборудования. Только после проверки код передается на машину, и начинается ее ввод в эксплуатацию.

4 этап.

Производство продукта

На 3-5% вырастает производительность благодаря технологиям:

"умного" энергопотребления;
информатизации продукции;
оптимизации работы оборудования в реальном времени.

На 45-55% растет производительность технических подразделений на предприятии благодаря автоматизации труда за счет:

взаимодействия людей и роботов;
удаленного мониторинга и контроля производственных процессов;
цифрового управления эффективностью;
автоматизации интеллектуального и физического труда.

Источник: Исследование Digital McKinsey "Цифровая Россия: новая реальность", 2017 г.

Оборудование на цифровом заводе не только управляется автоматически, но и оснащено огромным количеством всевозможных датчиков и контроллеров. С первой секунды работы каждого производственного участка эти датчики автоматически собирают информацию о состоянии оборудования. Этот процесс идет в режиме реального времени и непрерывно.

Данные аккумулируются, анализируются и помогают:

дорабатывать производственные сценарии;
отслеживать и предупреждать технические неисправности;
экономить сырье, электроэнергию, трудозатраты.

В этой работе помогает прежде всего SCADA-система Siemens с открытой архитектурой - WinCC Open Architecture (WinCC ОА) - и ее облегченные модификации: WinCC Flexible и WinCC Classic. Они умеют работать с разными протоколами передачи данных, в том числе энергетических, и с несколькими временными метками.

Система анализирует информацию и представляет ее в нужном для пользователя виде. Например, в 3D или в форме отчетов, полностью отвечающих международным, государственным или отраслевым требованиям.

Чтобы не строить собственный ЦОД для хранения и обработки такого большого массива данных, цифровое предприятие может воспользоваться облачным решением. Одно из них - платформа Siemens MindSphere. Ее важное преимущество - открытая система, это значит, MindSphere может работать с оборудованием любого производителя. Безопасность и сохранность информации гарантирует многоуровневая система шифрования. А анализировать ее можно с помощью разнообразных приложений внутри облака MindSphere. Большинство из них узкоспециализированные, разработаны компаниями с экспертизой в различных промышленных отраслях.

5 этап.

Обслуживание и ремонт оборудования

На 30-50% сокращается время простоя оборудования благодаря цифровым технологиям за счет:

гибкости маршрутизации при загрузке оборудования;
гибкости в использовании оборудования;
возможности удаленного мониторинга и контроля;
предиктивного обслуживания.

Источник: Исследование Digital McKinsey "Цифровая Россия: новая реальность", 2017 г.

Цифровые копии производственного процесса и площадок помогают заранее и оптимально проводить профилактические осмотры и ремонты оборудования. Их график можно заблаговременно составить на основе технических характеристик при проектировании виртуальной модели - в системах COMOS или Teamcenter от Siemens.

Большие данные помогают и в этом. WinCC ОА, собирая информацию с датчиков, фиксирует степень износа оборудования. Это позволяет уточнять и корректировать план ремонтных работ. Система зафиксирует и любое - опасное или не очень - отклонение в работе оборудования, о чем немедленно сообщит. Таким образом количество аварий, которые грозят финансовыми и репутационными потерями, сводится к минимуму.