Введение
Понятие «Индустрия 4.0» было сформулировано в 2011 году немецким бизнес-сообществом как средство повышения конкурентоспособности обрабатывающей промышленности Германии через последовательную интеграцию в заводские процессы «киберфизических систем» (cyber physical systems - CPS) [1, 2]. Ее главная задача - завоевание новых рынков путем внедрения перспективных технологий. Ясно, что эта же задача стоит перед российской промышленностью.
Одно из узких мест на машиностроительных предприятиях уходящего технологического уклада - архаичные методы организации производства. В частности, весьма ресурсоемким и далеким от требований сегодняшнего дня остается процесс разработки и ведения технической документации, сопровождающей сборку сложных крупногабаритных изделий.
Даже при наличии развитых автоматизированных систем проектирования рабочие места сборки обычно не обеспечены доступом к актуальной цифровой информации, чертежи поступают преимущественно в бумажном виде. Процесс использования такой документации остается прежним [4]. Проблемы «лоскутной» автоматизации, отсутствие оперативного контроля актуальности информации, наличие архаичных бумажных носителей являются серьезным тормозом при переходе к цифровому сопровождению технологического процесса сборочного производства.
Причины понятны. Менеджмент предприятий занят масштабными преобразованиями, обеспечивающими существенный экономический эффект. Локальные изменения, требующие дополнительных инвестиций, часто остаются вне зоны внимания. Отметим и сопротивление руководителей низового и среднего производственных звеньев, не заинтересованных в смене отлаженных технологий выпуска серийной продукции.
Материалы и методы
На основании опыта работы с предприятиями Уральского региона предлагается трехэтапная дорожная карта исключения бумажных носителей на участках сборки крупногабаритных изделий (см. рисунок), не требующая одномоментных значительных затрат и позволяющая реализовать процесс изменений последовательно, по шагам.
Первый шаг предусматривает использование скроллерных демонстрационных стендов, динамических конструкций, позволяющих перематывать и демонстрировать сборочные чертежи с желаемой временной выдержкой.
Наряду с очевидными удобствами, такое решение имеет недостатки. Изделия на сборочных чертежах обычно изображаются в собранном виде, поэтому узлы крупномасштабной продукции и, соответственно, размеры скроллерных стендов могут занимать площадь в несколько квадратных метров. К примеру - при монтаже мощных паровых турбин. Вкупе с устаревшей конструкторско-технологической информацией на бумажных носителях это определяет ограниченный по времени период их использования.
Рисунок. Дорожная карта перехода к безбумажным технологиям
В то же время затраты на изготовление подобного вспомогательного оборудования, его монтаж и расходные материалы не превышают 1-1,5 млн. руб. Для крупного машиностроительного предприятия это составляет незначительную часть производственных расходов. Существенное сокращение выпуска бумажной сборочной документации обуславливает очевидную рентабельность проекта с расчетной внутренней нормой прибыли 28% и достижением точки безубыточности через 11 месяцев от начала его реализации.
Второй и третий шаги (этапы) реализации дорожной карты подразумевают последовательную автоматизацию рабочих мест на участке сборки крупногабаритных изделий.
На втором этапе рабочие места оснащаются персональными терминалами, имеющими связь с программно-технологическим комплексом предприятия, позволяющим в режиме реального времени получать доступ к конструкторско-технологической документации в виде экранных форм. Основу рабочих мест сборки составляют цветные LCD-панели с сенсорной системой ввода запросов [3], которые могут использоваться в качестве интерактивного мультитач-стола либо поворачиваться и работать в качестве информационного стенда. Также предложенные рабочие места должны содержать многоуровневую обучающую компоненту.
Особенностью второго этапа является использование цветных компьютерных 3D-моделей собираемого крупногабаритного изделия, транслируемых на мультитач-столы. Интерактивность достигается при помощи апробированной технологии Projected Capacitive (PCAP), основанной на емкостных, устойчивых к загрязнениям и механическим воздействиям экранах, которые реагируют на нажатие пальца в перчатке, но не на случайное прикосновение, например, инструментом. Указанные преимущества позволят эксплуатировать мультитач-панели в местах с повышенной запыленностью и агрессивной окружающей средой [4-7].
Благодаря использованию PCAP-технологии 3D- изображение можно укрупнять, поворачивать и изучать с любой точки, что существенно для безошибочного сборочного процесса крупногабаритных изделий. Бумажные носители информации исключаются полностью. Для промышленного предприятия это означает отказ от ежемесячного изготовления сотен единиц крупноформатных сборочных чертежей.
Конечной точкой второго этапа может стать использование в мультитач-панелях цветных «электронных чернил», обеспечивающих широкий угол обзора и существенно сокращающих расходы на энергетику автоматизированных рабочих мест [7]. Так, компания E Ink предложила полноцветную «электронную бумагу» следующего поколения, отображающую до 32 тысяч оттенков. Технология Advanced Color ePaper (ACeP) стала существенным шагом вперед [8-11]. В перспективе это позволяет создавать многометровые цветные изображения, обеспечивающие качественный процесс сборки. Не менее важна возможность удаленного управления сборочной 3D-моделью. К примеру, по технологии, аналогичной применяемой в бесконтактных контролерах типа Kinest [12-13], что уменьшает риски загрязнения дисплеев маслами, рабочими жидкостями, и т.п.
На третьем этапе процесс компьютерной визуализации выносится в трехмерное пространство с применением устройств дополненной виртуальной реальности. Здесь рационально использование набирающих популярность элементов искусственного интеллекта, что позволяет эффективно тиражировать накопленный производственный опыт, исключать критические ошибки сборки, имеющие существенную экономическую компоненту [14].
Результаты и обсуждение
Применительно к рассматриваемым машиностроительным предприятиям предложенную дорожную карту целесообразно использовать в комплексе с подтвердившими свою полезность Enterprise Content Management (ECM)-системами, обеспечивающими систематический сбор, доставку, накопление и хранение востребованного цифрового контента и единый подход к документации, циркулирующей в течение всего производственного процесса.
Возникает возможность оперативного доступа к актуальной информации всех заинтересованных потребителей внутри предприятия, включая низовые звенья производственной цепочки, чем обеспечивается заданное качество сборки и существенно уменьшается неопределенность при принятии управленческих решений [15-19]. Также становится возможным эффективный мониторинг за сборкой сложных крупногабаритных изделий. Это немаловажно для многоступенчатых бизнес-процессов с широкой производственной кооперацией.
ЗаключениеПредложенная дорожная карта имеет горизонт планирования до 2025 года и может быть применена на машиностроительных предприятиях энергетической, транспортной, аэрокосмической и оборонной сферы, а также в коммерческих организациях среднего и крупного бизнеса.
Поставленная задача имеет непосредственное отношение и к подготовке выпускников отечественной высшей школы. Для ее решения в институте естественных наук и математики УрФУ проводится последовательная модернизация образовательного процесса. Среди прочего, студенты магистратуры направления «Инноватика» изучают основы аналитической деятельности, осваивают анализ инновационных проектов и программ, управление рисками проектов и т.д. В учебный план включено использование перспективных электронных курсов московской Высшей школы экономики.
Все вместе снижает противоречие между «идеальной картиной», которую студенты получают в вузе и реалиями современного производства, позволяет выпускникам уверенно чувствовать себя в неизбежно наступающей цифровой экономике и связанной с ней Индустрии 4.0. Как и интернет вещей, это еще один шаг по переходу к «цифровой промышленности» [20, 21, 22], реальность наступления которой соответствует вызовам сегодняшнего дня.
архив: 2013 2012 2011 1999-2011 новости ИТ гость портала 2013 тема недели 2013 поздравления