Фабрики будущего являются неотъемлемой частью индустрии 4.0. Для России наступление этой эпохи стало хорошим стимулом реализовать свой потенциал в рамках глобальной экономической конкуренции.
В этом случае бездействие может быть чревато заметным снижением доли российского несырьевого экспорта на международном рынке, неспособностью конкурировать с зарубежными аналогами и отставанием от стран, которые уже инвестируют значительные средства в собственное технологическое оснащение.
Итак, фабрики будущего представляют собой подход, в основе которого лежит идея максимальной цифровизации производства при минимальном использовании человеческих ресурсов для получения «умной» продукции.
Эта концепция обсуждалась на протяжении последних 30 лет, однако окончательно была сформулирована только на выставке в Ганновере в 2011. Согласно аналитике McKinsey, работа умной фабрики может, например, повысить производительность на 3-5% и сократить время выхода изделия на рынок на 20-50%.
Кто создает роботов в России? // Новейшие разработки российских компаний
Сегодня в создании фабрик будущего лидируют пять стран – США, Германия, Франция, Великобритания и Швеция. Впрочем, Россия старается не отставать.
Получайте свежие новости о мире Web3 в рассылке . Регулярно.
Без рекламы.
Фото: Unsplash
В 2017 году была утверждена дорожная карта «Технета» по направлению передовых производственных технологий в рамках Национальной технологической инициативы (НТИ). Особое внимание в ней уделяется развитию фабрик будущего.
Учитывая, что сейчас доля России составляет лишь 0,28% от мирового рынка умных фабрик (при том, что он оценивается в $773 миллиарда), разработка «Технета» выглядит более чем своевременной мерой – по прогнозам, она позволит увеличить эту цифру до полутора процентов к 2035 году.
Искусственный интеллект для инженера
Изготовление современной продукции на умных фабриках невозможно без соответствующих систем цифрового проектирования. Одна из них – технология генеративного дизайна на базе искусственного интеллекта, позволяющая автоматически разрабатывать изделия и изменять их свойства.
Инженер должен задать всего лишь исходные условия – материал, нагрузку, производственные ограничения. С помощью этих данных система сама прорабатывает множество вариантов, возвращая ответы в виде готовых решений.
Сегодня технология в основном востребована в тех отраслях, где есть потребность снижения массы изделий, – например, в военной промышленности, аэрокосмической отрасли, судостроении, медицине, железнодорожном транспорте, атомной и автомобильной индустриях.
Например, генеративный дизайн применялся для разработки концепта посадочного модуля, созданного Autodesk вместе с лабораторией ракетных двигателей NASA. Он получился легче традиционных на 35% – это крайне важно, учитывая, что при отправке в космос в нем необходимо разместить как можно больше научного груза.
Цифровая трансформация промышленных предприятий (технологии и платформы, фабрики будущего)
Фото: Unsplash
Для производства модуля использовались сразу три технологии: внутренняя структура была напечатана алюминием на 3D-принтере, для корпуса применяли литье, для стоек, держащих конструкцию, – фрезерование.
Еще один яркий пример – крепление сиденья автомобиля, созданное компанией General Motors. Программа разработала более 150 подходящих вариантов конструкции, основанных на установленных инженерами параметрах. Новая деталь оказалась на 40% легче и на 20% прочнее, чем оригинальная запчасть.
В России генеративный дизайн пока не используется настолько крупными компаниями. Многим он может показаться капиталоемким – зачастую изделия, спроектированные таким образом, можно произвести только с помощью аддитивного производства.
На долю России пока приходится лишь два процента 3D-принтеров, установленных в мире, и ситуация остается неизменной на протяжении нескольких лет. Очевидно, это связано с ограничениями, которые накладывает технология 3D-печати:
- ограниченный список материалов,
- небольшие размеры камер принтера, а также сопутствующие им материальные затраты (особенно если речь идет о печати металлом),
- доступность квалифицированного кадрового состава,
- наличие наработок и нормативных документов и необходимого опыта на нашем рынке.
Впрочем, некоторые российские предприятия, например представители аэрокосмической и строительной отраслей, уже ведут эксперименты с аддитивными технологиями – разрабатывают оборудование и собственные материалы.
Фото: Unsplash
Если же внедрять генеративный дизайн и 3D-печать в рамках создания фабрик будущего, а также при цифровизации уже существующих предприятий, эти вложения могут довольно быстро окупиться и принести выгоду в виде сокращения финансовых затрат и времени на разработку изделия.
Робот – друг человека на фабрике будущего
Впервые слово «робот» прозвучало в 1920 году – так чешский писатель назвал в своей пьесе искусственно созданного человека, предназначенного для использования на тяжелых и опасных производствах. Сегодня же роботы все чаще применяются для сварки или в качестве альтернативного варианта станка с ЧПУ для фрезерования или сверления и, кроме того, все больше «общаются» с окружающим миром.
Фото: Unsplash
Например, Эш, робот в технологическом центре Autodesk Pier 9, напрямую взаимодействует с людьми через систему VR. Для погружения в его среду используются VR-очки, а Эш с помощью компьютерного зрения может видеть окружающих, обрабатывать информацию о происходящих вокруг процессах и учиться выполнять поставленные задачи.
К сожалению, Россия пока не может похвастаться большим количеством роботов на предприятиях.
Согласно данным Yaskawa Robotics Europe, в России приходится лишь три робота на десять тысяч работников в промышленности, а в рейтинге стран Восточной Европы по плотности их внедрения мы находимся на шестом месте.
Несмотря на эту статистику, в 2017 году в России был отмечен рост по установке промышленных роботов на предприятиях. Он составил 84%. Учитывая низкую производительность труда и прогнозы снижения количества трудоспособного населения на шесть с половиной миллионов человек, к 2035 году вопрос роботизации становится одним из ключевых для нашей промышленности.
Связаться с изделием
Интернет вещей является ключевой технологией для успешного взаимодействия. Один из последних примеров его применения – фабрика будущего Autodesk (AMF) в Бирмингеме. Там представлены все технологии, которые нужны для организации умного производства.
На AMF имеется единый инструмент, который, используя промышленный интернет вещей, собирает и объединяет данные с различных частей производства и оборудования. Все это происходит в облачной среде. Команда может идентифицировать неэффективные процессы и разрабатывать решения, повышающие производительность.
Практически безграничные возможности облачных сервисов и доступность сравнительно недорогих датчиков позволяют собирать данные с изделий, анализируя их работу. Используя эту информацию, производитель может совершенствовать продукт или оптимизировать те или иные его характеристики.
Такой подход использовал стартап Hack Rod, который производит сверхлегкие машины на облегченных каркасах футуристической формы. Исследователи взяли существующую модель машины, максимально оснастили ее датчиками, провели серию тест-драйвов в различных режимах и использовали полученные с сенсоров данные для оптимизации производительности автомобиля.
Фото: Unsplash
Они даже подключили к датчикам водителя с целью отслеживания его мозговой активности во время вождения. Особенности рельефа фиксировались камерами с запущенного беспилотника.
По завершении было получено 20 миллионов единиц данных о поведении автомобиля и силах, воздействующих на него в процессе испытаний.
Затем эти данные были использованы инструментом генеративного дизайна для разработки вариантов конструкций каркаса. В результате появилась новая подвеска автомобиля, конструкция которой была основана на данных, полученных с датчиков в ходе реальных испытаний.
Материалы по теме:
Фото на обложке: Unsplash
Источник: rb.ru
Фабрики будущего
Фабрики Будущего – это определенный тип системы бизнес-процессов, способ комбинирования бизнес-процессов, который имеет следующие характеристики:
- создание цифровых платформ, своеобразных экосистем передовых цифровых технологий. На основе предсказательной аналитики и больших данных платформенный подход позволяет объединить территориально распределенных участников процессов проектирования и производства, повысить уровень гибкости и кастомизации с учетом требований потребителей;
- разработка системы цифровых моделей как новых проектируемых изделий, так и производственных процессов. Цифровые модели должны обладать высоким уровнем адекватности реальным объектам и реальным процессам (конвергенция материального и цифрового миров, порождающих синергетические эффекты);
- цифровизация всего жизненного цикла изделий (от концепт-идеи, проектирования, производства, эксплуатации, сервисного обслуживания и до утилизации). Чем позже вносятся изменения, тем их стоимость больше, а потому центр тяжести смещается в сторону процессов проектирования, в рамках которых закладываются характеристики глобальной конкурентоспособности или высокие потребительские требования.
На этапе формирования Фабрик Будущего происходит и формирование новых ключевых компетенций, например:
- быстрая кастомизация отклика на запросы Рынка или Заказчика;
- использование системных подходов (системный инжиниринг), когда необходимо в каждый момент времени держать в поле зрения всю систему, все ее взаимодействующие компоненты;
- формирование многоуровневой матрицы целевых показателей и ограничений как основы нового проектирования, значительно снижающего риски, объемы натурных испытаний и объемы работ, связанных с «доводкой изделий и продукции на основе испытаний»;
- разработка и валидация («сравнение с экспериментами») математических моделей с высоким уровнем адекватности реальным объектам и реальным процессам – так называемые «умные» модели;
- управление изменениями на протяжении всего жизненного цикла;
- «цифровая сертификация», основанная на тысячах виртуальных испытаний как отдельных компонентов, так и всей системы в целом.
Фабрики будущего. Ключевые понятия
Цифровые фабрики (Digital Factory) – системы комплексных технологических решений, обеспечивающие в кратчайшие сроки проектирование и производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения от стадии исследования и планирования, когда закладываются базовые принципы изделия, и заканчивая созданием цифрового макета (Digital Mock-Up, DMU), «цифрового двойника» (Smart Digital Twin), опытного образца или мелкой серии («безбумажное производство», «всё в цифре»). Цифровая фабрика подразумевает наличие «умных» моделей продуктов или изделий (машин, конструкций, агрегатов, приборов, установок и т. д.) на основе новой парадигмы цифрового проектирования и моделирования Smart Digital Twin — [(Simulation Manufacturing).
«Умные» фабрики (Smart Factory) – системы комплексных технологических решений, обеспечивающие в кратчайшие сроки производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения от заготовки до готового изделия, отличительными чертами которого является высокий уровень автоматизации и роботизации, исключающий человеческий фактор и связанные с этим ошибки, ведущие к потере качества («безлюдное производство»). В качестве входного продукта «Умных» фабрик, как правило, используются результаты работы Цифровых фабрик. «Умная» фабрика обычно подразумевает наличие оборудования для производства – станков с числовым программным управлением, промышленных роботов и т. д., а также автоматизированных систем управления технологическими процессами (Industrial Control System, ICS) и систем оперативного управления производственными процессами на уровне цеха (Manufacturing Execution System, MES).
Виртуальные фабрики (Virtual Factory) – системы комплексных технологических решений, обеспечивающие в кратчайшие сроки проектирование и производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения за счет объединения Цифровых и (или) «Умных» фабрик в распределенную сеть. Виртуальная фабрика подразумевает наличие информационных систем управления предприятием (Enterprise Application Systems, EAS), позволяющих разрабатывать и использовать в виде единого объекта виртуальную модель всех организационных, технологических, логистических и прочих процессов на уровне глобальных цепочек поставок (поставки => производство => дистрибьюция и логистика => сбыт => послепродажное обслуживание) и (или) на уровне распределенных производственных активов.
Фабрики будущего. Испытательные полигоны (Testbeds)
Для того чтобы формировать Фабрики Будущего, отбирая и комплексируя различные лучшие в мире технологии с добавлением собственных кросс-отраслевых интеллектуальных ноу-хау, необходимо иметь место, где их можно было бы опробовать на практике, в среде, отвечающей реальным условиям. Для этих целей дорожной картой «Технет» в 2017–2019 гг. предусмотрен запуск трех испытательных полигонов (TestBeds):
• испытательного полигона для генерации Цифровых, «Умных», Виртуальных Фабрик Будущего на базе первого в России Института передовых производственных технологий (ИППТ) СПбПУ;
• испытательного полигона Фабрики Будущего на базе НПО «Сатурн»;
• экспериментально-цифровых центров сертификации на базе Сколковского института науки и технологий и МГУ им. М.В. Ломоносова
Источник: technet-nti.ru
Ответы на тесты по теме Фабрики будущего
Какое понятие соответствует определению «сложный комплекс мультидисциплинарных знаний, наукоемких технологий и системы интеллектуальных ноу-хау, полученных с помощью длительных и дорогостоящих научных исследований, эффективного применения концепции открытых инноваций и трансфера передовых наукоемких технологий»?
Передовые производственные технологии
Какое из утверждений НЕ относится к трендам на В2В рынках
Издержки производства падают, рентабельность производственных издержек растет
—> Какого трека НЕТ на дорожной карте цифрового маркетинга компани и Gartner
Когда были прочитаны первые лекции по маркетингу
Какое из перечисленных направлений заняло первое место в опросе группы компаний Aberdeen по технологиям, которые рассматриваются как возможность для создания новых продуктов или наделения новыми свойствами уже выпускаемых позиций?
Цифровое проектирование и моделирование
По назначению выделяют наноматер
Соблюдение ценового прогноза
Сколько уровней цифровой трансформации компании предполагает Digital Transformation Maturity Model IDC?
Какой отрасли европейской промышленности по данным Roland Berger к 2025 году цифровая трансформация позволит ежегодно генерировать наибольшее количество дополнительной выручки?
Машиностроение и промышленная эксплуатация
Что из перечисленного не входит в Топ-3 факторов конкурентоспособности компаний по данным опроса компании Aberdeen Group?
Высокая степень автоматизации на предприятии
Которая из перечисленных ниже программ является сходной по тематикам с инициативой Horizon 2020 но направленного на развитие исключительно информационно-коммуникационных технологий?
Digital Agenda for Europe
Сколько Фабрик Будущего предполагается создать к 2035 году в России, согласно Дорожной карте «Технет» НТИ?
Какая из перечисленных российских программ предполагает создание Фабрик Будущего?
Национальная технологическая инициатива
Какие из перечисленных направлений входят в Key Enabling technologies (выберите несколько правильных ответов)?
Фотоника, Промышленные биотехнологии Передовые производственные системы
Сколько проектов по технологиям «Фабрик Будущего» было запущено в рамках Factories of the Future Public-Private Partnership в 2010–2012 гг., до включения партнерства в состав программы Horizon 2020?
В чем главное сходство американского и европейского подходов к определению передового производства?
В обоих подходах уделяется внимание процессу конвергенции виртуального и физического мира
Какие технологии из перечисленных являются ключевыми для IV промышленной революции (выберите несколько верных ответов)?
Технологии блокчейна, аддитивные технологии
Что НЕ может включать в себя цифровой след потребителя?
Фотографии в семейном альбоме, хранящемся дома
Электронная коммерция относится к следующей категории цифрового маркетинга.
Источник: polyphis.ru