В век смартфонов носимся с пейджерами

Цифровизация промышленности

Цифровизация промышленности

Российские промышленные предприятия рискуют проспать цифровую революцию в условиях, когда ведущие западные компании в обход всех санкций предлагают нам прорывные решения в этой сфере

Магнитогорский металлургический комбинат объявил об успешной реализации целого ряда проектов математического моделирования оптимизации производственных процессов первого передела, вклад которого в себестоимость продукции — около 50%. Разработаны математические модели оптимизации доставки и потребления угольного и железорудного сырья, а также создана автоматизированная информационная система «Оптимальный чугун». В разработках использованы технологии big data и искусственных нейронных сетей, но применены и традиционные физико-химические модели, в частности, позволяющие учитывать динамические характеристики доменного процесса.

— Модель оптимизации привоза и потребления угольного сырья для производства кокса позволяет оптимизировать процесс как на уровне технолога, так и на уровне специалиста по закупкам. Цель — получить требуемое качество кокса при минимальных затратах. На сегодняшний день модель находится в стадии опытно-промышленной эксплуатации, — рассказал руководитель группы математического моделирования и системно-аналитических исследований научно-технического центра ММК, сотрудник кафедры автоматики и управления Южно-Уральского государственного университета Дмитрий Шнайдер. — Внедрены аналогичные модели оптимизации привоза и потребления железорудного сырья и оптимизации доменного производства. Это модели-советчики, которые позволяют специалистам оптимизировать работу в разрезе как месяца, так и на долгосрочную перспективу, то есть есть элементы стратегического планирования. На уровне оперативного управления в стадии реализации находится проект оптимизации этих же производств, но уже в режиме реального времени. Пожалуй, самый интересный модуль оптимизации тот, который мы назвали «Оптимальный чугун». Эта система обеспечивает расчет оптимальных значений качества кокса и доли агломерата индивидуально для каждой доменной печи по следующим критериям: максимум производства чугуна, минимум себестоимости чугуна, минимум себестоимости стали. В деньгах получается очень приличный экономический эффект, в данном случае — 16
рублей на тонну стали.

Это сообщение прозвучало на Десятом международном промышленном форуме (Челябинск, 10 — 12 апреля), прошедшем с участием представителей ведущих мировых компаний, специализирующихся на цифровизации промышленных производств. Мероприятие было посвящено реконструкции предприятий и внедрению прорывных технологий в металлургии и машиностроении — главных отраслях экономики Уральского региона.

Дружить разрешено

Четвертая промышленная революция (индустрия 4.0) и цифровизация как ее основной компонент давно шагают по планете. Следствием этого процесса становится снижение себестоимости производства, повышение качества продукции, автоматизация (в некоторых случаях — полная), стремительное реагирование на требования рынка, составление точных прогнозов развития предприятия. В России здесь явными лидерами выступают банки и ритейл. С промышленностью — пока туго. Опыт ММК — один из немногих примеров. Процессы диджитализации начали внедряться в той или иной степени в таких отечественных высокотехнологичных компаниях, как КамАЗ, Объединенная авиастроительная корпорация, Объединенная двигателестроительная корпорация, «Вертолеты России», на предприятиях Рос­атома. Например, во многом прорывным в отношении использования и развития цифровых технологий стали проекты создания самолетов Sukhoi SuperJet и MC-21.

Собственники и менеджмент большинства отечественных предприятий озабочены, однако, вопросами не столько развития, сколько выживания. Переход на цифру безусловно требует серьезных инвестиций, но это залог успешной конкурентной борьбы с иностранными производителями уже в ближайшей перспективе. Взять ту же металлургию. Одна из мировых тенденций отрасли — сокращение объемов партии продукции, нередко до одной единицы изделия. Изготовление мелких партий требует быстрой перенастройки производственного оборудования без ущерба для качества. Цифровые технологии выступают в этом незаменимыми помощниками. Основываясь на своих знаниях и опыте, президент и генеральный директор представительства немецкой компании SMS group Inc. в США Пино Тезе утверждает, что меткомбинаты должны обновляться примерно каждые пятнадцать лет:

— В России же средний возраст металлургического оборудования составляет 26 лет. Возраст конкретных линий разнится от четырех до 60 лет. При этом лидер рынка Китай (примерно половина мирового производства стали) имеет абсолютно молодой парк этого оборудования. Поэтому основная задача сейчас — модернизация и цифровизация металлургического оборудования и процессов в других регионах мира, чтобы обеспечить их большую конкурентоспособность.

По данным г-на Тезе, в России и других странах СНГ установленная мощность металлургических производств за прошлый год равнялась 137 млн тонн стали. Относительно 2016 года использование мощности увеличилось на 25% и составило 102 млн тонн. Вывод эксперта:

— На просторах СНГ переизбыток мощностей составляет 35 млн тонн. По всему миру тоже переизбыток — около 700 млн тонн. И мы считаем, что ситуация не изменится до 2025 года. Это заставляет нас верить в то, что не новые предприятия должны быть в центре нашего внимания, а перевооружение и модернизация имеющихся.

Но позволят ли политики западных стран своим компаниям продолжить сотрудничать с российскими предприятиями в условиях непрекращающейся конфронтации с нашей страной? Похоже, запрет распространяется в большей степени на сферу ТЭК, чем на металлургию и машиностроение. По крайней мере, западные дипломаты уверяют в готовности оказать содействие такому сотрудничеству.

— Отношения между нашими странами переживают не лучшие времена. Надеюсь, что в недалеком будущем разногласия будут преодолены. Однако наши отношения не ограничиваются этими темами. Наша задача — развивать и укреплять контакты между российскими и американскими компаниями, между простыми россиянами и американцами. То, что по-английски называется «business to business and people to people». У нас продолжают действовать ряд коммерческих программ, благодаря которым
встретились и обменялись опытом уже тысячи российских и американских профессионалов, — рассказывает генеральный консул США в Екатеринбурге Пол Картер.

Генеральный консул Германии в Екатеринбурге Штефан Кайль уверен в успехе:

— Я твердо убежден, что немецкие компании могут внести значительный вклад в процесс модернизации и диджитализации промышленных предприятий в России и здесь, в Уральском регионе. Несмотря на то, что сейчас германо-российские отношения оттеняют серые облака, Германия, как и прежде, заинтересована в диалоге и кооперации с вашей страной. Немецкие и российские предприятия могут выстроить тот мост, который позволит нашим народам лучше понимать друг друга. В России работает 5300 немецких предприятий, они и далее заинтересованы в работе на российском рынке. Германские предприятия инвестировали рекордные суммы в российскую экономику и являются чемпионами по локализации и импортозамещению в вашей стране.

Не завод, а песня

SMS group уже на протяжении двадцати лет является одним из основных участников модернизации в России металлургических производств. Сегодня эта компания предлагает металлургам и цифровые решения, говорит Пино Тезе:

— Возможно, нас больше знают как механическую компанию, которая занимается производством машин и оборудования. Но 25 лет назад мы организовали у себя крупное подразделение, которое занимается электромеханикой и автоматизацией. Это было сделано, чтобы обслуживать наших клиентов в качестве системного интегратора. Мы поставили себе задачу стать к 2021 году лидирующим партнером по цифровизации металлургической отрасли, предоставляя клиентам самоадаптирующиеся и самообучающиеся технологии.

В 2016 году SMS group запустила в США полностью цифровой сталелитейный завод с самообучающимся производством, адаптирующийся под текущие условия. Предприятие окутано сетью датчиков для сбора данных, полученные данные путем анализа преобразуются в информацию, поступающую на уровень искусственного интеллекта, который на этой основе создает определенные когнитивные модели. Самообучающееся предприятие состоит из трех модулей, которые отвечают за качество продукции, состояние оборудования и технологический процесс. Цифровизация помогла меткомбинату уже через четыре месяца со дня запуска производства достичь 80-процентного уровня проектной мощности. По срокам это мировой рекорд. А ровно за год работы уровень реального производства превысил проектную мощность на 16%. Контроль качества на этом самообучающемся предприятии ведется после каждого передела, это позволяет не тратить ресурсы на дальнейшую переработку продукта, который уже на каком-то этапе не отвечает необходимым требованиям. При этом 95% производимой там продукции сразу готова к погрузке, а брак попросту не выходит за пределы завода.

По информации г-на Тезе, SMS group подписала с ММК контракт на цифровизацию оборудования, поставленного компанией на комбинат за последние 15 лет.

— Одним из конкретных запросов наших заказчиков является сокращение времени предсказания жизненного цикла различных частей производственного оборудования. Потому что знание о том, сколько времени проработает та или иная деталь, имеет абсолютное влияние на экономику предприятия и работу склада. Благодаря цифровым технологиям, при помощи сбора данных и их анализа можно приблизиться к наиболее точному предсказанию жизненного цикла той или иной детали, — пояснил Пино Тезе.

Чтобы облегчить понимание термина «четвертая промышленная революция», руководитель направления индустрии 4.0 компании Primetals Technologies Austria GmbH Маркус Рингхофер сравнивает металлургическое предприятие с оркестром:

— Оркестр состоит из различных исполнителей. На предприятии это различные производственные линии и оборудование. Они должны быть настроены так, чтобы весь оркестр звучал гармонично. А установить гармонию поможет то, что мы называем цифровое единство металлургического комбината. Достигается это за счет внедрения нескольких систем. Одна из них — система управления производством, которая переводит человеческие команды на язык машин и отвечает за планирование всего производства. Другая — система сквозной оптимизации технологического процесса, она контролирует, чтобы производство продукции на всех этапах укладывалось в заданные границы параметров. Если цифры выше заданного предела, то рекламаций от потребителей не будет, но производство продукта, возможно, окажется слишком затратным. Если цифры ниже заданной границы — продукт должен быть отбракован, в противном случае потребители могут обратиться с рекламациями.

Для модернизации отдельных участников «оркестра» Primetals Technologies предлагает использование так называемых киберфизических систем, подразумевающих интеграцию вычислительных ресурсов в физические процессы. В такой системе датчики, оборудование и информационные системы соединены на протяжении всей цепочки создания стоимости, выходящей за рамки одного предприятия или бизнеса. С помощью цифрового двойника киберфизической системы можно строить модели производства (в том числе моделировать возникновение аварийных ситуаций), оптимизировать технологические процессы и выявлять места, которые требуют модернизации, намечать превентивный ремонт. Это быстро, экономично и безопасно.

Спуститься с облаков

Разумеется, формирование знаний о системах начинается со сбора данных. Транснациональная корпорация Emerson предлагает на российском рынке самый широкий спектр измерительных приборов, позволяющих получить всеобъемлющие данные, которые затем собираются через систему контроллеров и доставляются в аналитический сегмент. Что важно — Emerson имеет собственное производство в нашей стране.

— В Челябинске работает инженерный центр, который стоял у истоков еще третьей промышленной революции, мы начали разрабатывать и поставлять нашим заказчикам цифровые приборы для измерений, — напоминает директор глобального инженерного центра промышленной группы «Метран» (входит в корпорацию Emerson) Дмитрий Иосифов. — Сейчас мы поддерживаем переход к четвертому уровню индустрии, работаем над беспроводными датчиками. Кроме того, стараемся уменьшать габариты наших датчиков, чтобы их можно было установить в ранее недоступных местах протекания производственных процессов.

Пока индустрия 4.0, как и любая революция, нацеленная на радикальные и молниеносные перемены, оставляет открытыми массу вопросов:

— Как может происходить обмен данными, если у оборудования, используемого на одном предприятии, могут быть разные производители, и у каждого свой стандарт? Кому дать право на управление твоими данными, чтобы обеспечить информационную безопасность? Каждый производитель для хранения данных предлагает свое облако, а заказчик теряется, куда ему идти. Может, ему вообще создать свое облако? И какую максимальную пользу он может извлечь из всего накопленного огромного массива этих данных, — формулирует директор российского представительства Союза машиностроителей Германии Свен Флассхофф.

 Решение зависит от тесного взаимодействия промышленных предприятий с разработчиками цифровых технологий и оборудования.

Конечная цель четвертой промышленной революции, как говорит Свен Флассхофф, — производить больше, быстрее, дешевле и качественнее: «Это нужно для того, чтобы в будущем все вместе зарабатывали много денег, жили долго и счастливо».                                    

Революция, о необходимости которой говорили немцы

Термин «Индустрия 4.0» впервые предложен в 2011 году на Ганноверской ярмарке. Эта методика, задуманная Немецкой академией наук и инженерии как инициатива, адресованная правительству Германии, впоследствии стала интернациональной. В основу разработанной методики индустрии 4.0 заложены три главных принципа:

— киберфизические системы (Cyber-Physical System, CPS) для всех производственных процессов;

— цифровое отображение предприятия, служащее для распределенного управления в режиме реального времени;

— коммуникации на базе интернета людей, интернета вещей, интернета сервисов.

Согласно концепции, основу производства образуют CPS, состоящие из различных природных объектов, искусственных подсистем и управляющих контроллеров, позволяющих представить такое образование как единое целое. Обеспечиваются тесная связь и координация между вычислительными и физическими ресурсами. Реализация инициативы индустрии 4.0 в полном ее объеме предполагает создание глобальной киберфизической системы в рамках национальной экономики. Но это не значит, что невозможно реализовать отдельные составляющие индустрии 4.0 в рамках отдельно взятого предприятия.
 
Весной 2017 года Центр Industrie 4.0 Maturity Center, входящий в состав Немецкой академии наук и инженерии, представил результаты исследования «Индекс зрелости для индустрии 4.0». Индекс позволяет судить о том, на какой стадии находится в текущий момент предприятие в продвижении к желаемому состоянию, соответствующему требованиям индустрии 4.0, — состоянию быстроразвивающейся, динамичной и способной к адаптации компании. У каждого предприятия такой путь может быть разным, но в целом оно должно пройти через шесть ступеней. Первая — компьютеризация, подразумевающая снабжение средствами для цифрового управления всех основных компонентов производства. Современное оборудование изначально рассчитано на цифровое управление, а оборудование, эксплуатируемое длительное время, должно быть соответствующим образом модернизировано. Вторая ступень — сетевое взаимодействие. На этой стадии изолированные технологии объединяются в общую среду, соответствующую требованиям бизнеса компании. Третий шаг — достижение обозримости, под которой понимают создание цифрового отображения или виртуального двойника предприятия. Четвертый — прозрачность: связь цифрового отображения с аналитическими системами работы с большими данными, и здесь приходится решать классическую задачу извлечения знания из данных. На пятой ступени достигается прогнозирование, для этого могут быть использованы адаптированные к производству технологии предиктивной (прогностической) аналитики. Наконец, шестая ступень — адаптивность: способность к прогнозированию открывает возможность автоматизации функций, связанных с адаптацией бизнеса к изменяющимся внешним условиям.

Один из наиболее удачных и успешных примеров цифрового производства за рубежом — немецкий концерн Siemens AG, который выступает одновременно разработчиком технологий цифрового производства и их активным пользователем. Так, завод электроники Siemens в немецком городе Амберге выпускает промышленные контроллеры. Ассортимент насчитывает более тысячи наименований, объем производства — около 12 млн штук в год. Качество продукции достигает 99,999%. Ежедневно на заводе создается свыше 50 млн записей производственно-технологической информации, что позволяет проследить весь жизненный цикл каждого выпускаемого изделия. Система управления производством интегрирована с конструкторской подсистемой, системы проектирования передают конструкторские изменения непосредственно в технологические процессы на этап изготовления. Нанесенные на модели коды сообщают оборудованию о технологическом маршруте и требованиях каждой выполняемой операции. Фактически изделия сами управляют процессами собственного изготовления.
 
Еще два примера — завод Philips в Голландии, где в условиях темноты 128 роботов выпускают бритвы, и завод Harley-Davidson, который благодаря цифровизации сократил среднее время производства мотоциклов под заказ с 28 дней до 16 часов.
Комментарии

Материалы по теме

Математическая война объявлена

Играем с первой цифры

Мы научились разговаривать на равных

В Сургуте создадут Центр IT-инноваций для энергетики

Возможен ли в России технологический рывок?

Свердловский венчурный фонд инвестирует в высокие технологии