INNOV.RU | технологии Blockchain в экономике; ICO
Иннов: электронный научный журнал
 

«Индустрия 4.0» и экономическая эффективность: дорожная карта перехода к безбумажным технологиям при сборке сложных крупногабаритных изделий

"Industry 4.0" and economic efficiency: road map for transition to paperless technologies in the assembly of complex large-dimension products



УДК 65.011.56

05.02.18 9:58
1625

Выходные сведения: Рягин Ю.И., Бабушкин А.Н., Плетминцева В.А. «Индустрия 4.0» и экономическая эффективность: дорожная карта перехода к безбумажным технологиям при сборке сложных крупногабаритных изделий // Иннов: электронный научный журнал, 2018. №2 (35). URL: http://www.innov.ru/science/tech/industriya-4-0-i-ekonomicheskaya-ef/

Авторы:
Рягин Ю.И.1, Бабушкин А.Н.2, Плетминцева В.А.3

1доцент, Институт естественных наук и математики ФГАОУ ВО Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Свердловская область, Российская Федерация, (620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19), e-mail:Yuri.Ryagin@urfu.ru

2 д.ф.м.н., профессор, Институт естественных наук и математики ФГАОУ ВО Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Свердловская область, Российская Федерация, (620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19), e-mail: alexey.babushkin@urfu.ru

3 магистрант направления «Инноватика», Институт естественных наук и математики ФГАОУ ВО Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Екатеринбург, Свердловская область, Российская Федерация, (620002, Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19), e-mail: simphonia105@gmail.com

Authors:
Ryagin Yu.I.1, Babushkin A.N.2, Pletmintseva V.А.3

1 associate professor, Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin, Ekaterinburg, Sverdlovsk Region, Russian Federation, (620002, Russia, Yekaterinburg, street Mira, 19), e-mail: Yuri.Ryagin@urfu.ru

2 Doctor of Physics&Math., Professor, Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin, Ekaterinburg, Sverdlovsk Region, Russian Federation, (620002, Russia, Yekaterinburg, street Mira, 19), e-mail: alexey.babushkin@urfu.ru

3 graduate of the direction "Innovation", Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin, Ekaterinburg, Sverdlovsk Region, Russian Federation, (620002, Russia, Yekaterinburg, street Mira, 19), e-mail: simphonia105@gmail.com

Ключевые слова: техническая документация, цифровая экономика, крупногабаритные изделия, сборочное производство, дорожная карта, экономическая эффективность, технология сборки

Keyword: technical documentation, digital economy, large-scale products, assembly production, road map, assembly technology

Аннотация: В статье рассмотрены противоречия между реалиями архаичных методов организации сборочного производства сложных крупногабаритных изделий на российских машиностроительных предприятиях уходящего технологического уклада и цифровой экономикой, переход к которой обусловлен вызовами сегодняшнего дня.

Авторы отмечают, что рабочие места сборки не всегда обеспечены доступом к актуальной цифровой информации. Чертежи поступают преимущественно в бумажном виде. «Лоскутная» автоматизация является серьезным тормозом при переходе к «Индустрии 4.0». Ответ на вызовы времени возможен путем последовательного наполнения сборочных участков развитыми IT-системами, включающими в себя современные средства обработки, хранения и отображения цифровой информации с переходом к 3D-моделям дополненной реальности. Достижение такой цели предполагает последовательную реализацию ряда этапов, с соблюдением рентабельности рассматриваемого модернизационного проекта.

На первом этапе возможно использование скроллерных стендов, позволяющих демонстрировать сборочные чертежи с желаемой временной выдержкой. Второй и третий этапы подразумевают наличие на сборочных участках персональных терминалов с многоуровневой обучающей компонентой. Их особенностью является использование цветных 3D-моделей собираемого крупногабаритного изделия и итоговый вынос компьютерной визуализации в виртуальное пространство.

Предложенная трехэтапная дорожная карта имеет горизонт планирования до 2025 года и может применяться на машиностроительных предприятиях энергетического, транспортного, аэрокосмического и оборонного секторов, а также в коммерческих организациях крупного и среднего бизнеса.

Annotation: The article discusses the contradictions between the realities of archaic methods of organizing assembly production of complex large-sized products at the Russian machine-building enterprises of the outgoing technological order and the digital economy, the transition to which is conditioned by the challenges of today.

The authors note that assembly workplaces are not always provided with access to current digital information. Drawings come mainly in paper form. "Patchwork" automation is a serious brake on the transition to "Industry 4.0". The answer to the challenges of the time is possible by consecutively filling the assembly sites with developed IT systems, including modern tools for processing, storing and displaying digital information with the transition to 3D models of augmented reality. Achieving such a goal assumes a consistent implementation of a number of steps, with the profitability of the modernization project under consideration.

At the first stage it is possible to use scrolling stands, which allow demonstrating assembly drawings with the desired time keeping. The second and third stages imply the presence of personal terminals in the assembly sections with a multi-level training component. Their peculiarity is the use of color 3D models of the large-sized products being assembled and the final removal of computer visualization into the virtual space.

The proposed three-stage road map has a planning horizon up to 2025 and can be used at machine-building enterprises of the energy, transport, aerospace and defense sectors, as well as in commercial organizations of large and medium-sized businesses.

«Индустрия 4.0» и экономическая эффективность: дорожная карта перехода к безбумажным технологиям при сборке сложных крупногабаритных изделий

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.

Заключение

Предложенная 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.


 



Библиографический список


1. И.А. Селедцова, В.А. Никонова. «Сравнительный анализ ключевых особенностей развития «индустрии 4.0» в странах Европы, Азии, США и России»//«Инновации», № 11, 2017.
2. И. Шпуров. Индустрия 4.0// «Эксперт», №12, 2017 [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://expert.ru/expert/2016/40/industriya-4_0/
3. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Статья «Электронный технический документооборот конструкторской документации как основа единого информационного пространства предприятия аэрокосмической отрасли» [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://www.ssc.smr.ru/media/journals/izvestia/2013/2013_6_998_1003.pdf
4. Рекламно-производственная компания BrandPrint «Оборудование для ультрафиолетовой печати» [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://www.brand-print.ru/proizvodstvo/01/uv-pechat/
5. Технический журнал для специалистов сервисных служб «Мир периферийных устройств ПК», «LCD – панели. Их построение, принципы работы, основные характеристики и методы оценки характеристик» [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://www.mirpu.ru/lcd/36-lcdmatrix/166-lcd-.html
6. AVIARF. Статья «Ил-112В - надежда российских самолётостроителей» [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://aviarf.ru/il-112v-nadezhda-rossiyskih-samolyotostroiteley/
7. Технотрон, Статья «Емкостной и резистивный сенсорные экраны» [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.texnotron.com/2013/03/05/emkostnoj-i-rezistivnyj-sensornye-yekrany.html
8. Статья «Проекционно-ёмкостная технология (PCT/PCAP)» [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://touchsurface.ru/sensornye-ekrany/proekcionno-yomkostnye-pctpcap/
9. «PCAP technology – robust, flexible and razor sharp» [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://crystal-display.com/pcap-technology-robust-flexible-and-razor-sharp/
10. Все о букридерах «Технология электронных чернил (e-ink)» [Электронный ресурс]- Режим доступа: http://ebook-chitalka.ru/page/e-ink
11. E Ink Статья «E Ink Technology» [Электронный ресурс]- Режим доступа http://www.eink.com/technology.html
12. E Ink. Статья «How Our Ink Works» [Электронный ресурс]- Режим доступа http://www.eink.com/how_e_ink_works.html
13. Проект iXBT.com. Статья «E Ink Advanced Color ePaper — новая технология для создания цветных электрофоретических экранов» [Электронный ресурс]- Режим доступа http://www.ixbt.com/news/2016/05/24/e-ink-advanced-color-epaper.html
14. aVer.ru - всё о новинках техники. Статья «Kinect – как устроен и работает» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://aver.ru/interesno/kinect-kinekt-kak-ustroen-i-rabotaet/
15. RoboCraft. Робототехника. Статья «Kinect - новый датчик для роботов?» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://robocraft.ru/blog/news/361.html
16. DIS «Big Data» [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.dis-group.ru/solutions/data_management/big_data/
17. LiveBusiness «ТОР10: ЕСМ системы» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.livebusiness.ru/tools/ecm/
18. ELibrary.ru. Садыкова О.В., Липчак А.А. Статья «Внедрение систем электронного документооборота и управления взаимодействием для повышения эффективности работы компании» [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://elibrary.ru/query_results.asp
19. Web-creator. Статья «Системы управления корпоративной информацией (ЕСМ-системы) и системы электронного документооборота (СЭД)» [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://web-creator.ru/articles/ecm
20. ЭОС. Статья «Что такое ECM-системы, их преимущества в сравнении с классическими СЭД» [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.eos.ru/dop-info/chto-takoe-ECM.php
21. Капитонов И.А. Перспективы развития мирового и отечественного рынка альтернативной энергетики // Вестник экономической интеграции. 2011. № 2. С. 154-161.
22. Статья «Просто об электронном документообороте» [Электронный ресурс]- Режим доступа: https://ecm-journal.ru/mustknow


References


1. I.A. Seledcova, V.A. Nikonova. «Sravnitelnyj analiz klyuchevyx osobennostej razvitiya «industrii 4.0» v stranax Evropy, Azii, Ssha i Rossii». «Innovacii», No 11, 2017.
2. I. Shpurov. Industriya 4.0. «Ekspert», No 12, 2017 [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa: http://expert.ru/expert/2016/40/industriya-4_0/
3. Izvestiya samarskogo nauchnogo centra rossijskoj akademii nauk. Statya «elektronnyj texnicheskij dokumentooborot konstruktorskoj dokumentacii kak osnova edinogo informacionnogo prostranstva predpriyatiya aerokosmicheskoj otrasli» [Elektronnyj resurs] - Rezhim dostupa: http://www.ssc.smr.ru/media/journals/izvestia/2013/2013_6_998_1003.pdf
4. Reklamno-proizvodstvennaya kompaniya BrandPrint «oborudovanie dlya ultrafioletovoj pechati» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://www.brand-print.ru/proizvodstvo/01/uv-pechat/
5. Texnicheskij zhurnal dlya specialistov servisnyx sluzhb «Mir periferijnyx ustrojstv PK», «LCD – paneli. Ix postroenie, principy raboty, osnovnye xarakteristiki i metody ocenki xarakteristik» [Elektronnyj resurs] - Rezhim dostupa: http://www.mirpu.ru/lcd/36-lcdmatrix/166-lcd-.html
6. AVIARF. Statya «IL-112V - nadezhda rossijskix samolyotostroitelej» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://aviarf.ru/il-112v-nadezhda-rossiyskih-samolyotostroiteley/
7. Texnotron, Statya «Emkostnoj i rezistivnyj sensornye ekrany» [Elektronnyj resurs] - Rezhim dostupa: http://www.texnotron.com/2013/03/05/emkostnoj-i-rezistivnyj-sensornye-yekrany.html
8. Statya «Proekcionno-yomkostnaya texnologiya (PCT/PCAP)» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://touchsurface.ru/sensornye-ekrany/proekcionno-yomkostnye-pctpcap/
9. «PCAP technology – robust, flexible and razor sharp» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://crystal-display.com/pcap-technology-robust-flexible-and-razor-sharp/
10. Vse o bukriderax «Texnologiya elektronnyx chernil (e-ink)» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://ebook-chitalka.ru/page/e-ink
11. E Ink Statya «E Ink Technology» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://www.eink.com/technology.html
12. E Ink. Statya «How our Ink works» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://www.eink.com/how_e_ink_works.html
13. iXBT.com. Statya «E Ink advanced color ePaper — novaya texnologiya dlya sozdaniya cvetnyx elektroforeticheskix ekranov» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://www.ixbt.com/news/2016/05/24/e-ink-advanced-color-epaper .html
14. aVer.ru - vsyo o novinkax texniki. Statya «Kinect – kak ustroen i rabotaet» [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa: http://aver.ru/interesno/kinect-kinekt-kak-ustroen-i-rabotaet/
15. RoboCraft. Robototexnika. Statya «Kinect - novyj datchik dlya robotov?» [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa: http://robocraft.ru/blog/news/361.html
16. DIS «Big Data» [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa: http://www.dis-group.ru/solutions/data_management/big_data/
17. LiveBusiness «ТОР10: ЕSМ sistemy» [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa: http://www.livebusiness.ru/tools/ecm/
18. ELibrary.ru. Sadykova O.V., Lipchak A.A. Statya «Vnedrenie sistem elektronnogo dokumentooborota i upravleniya vzaimodejstviem dlya povysheniya effektivnosti raboty kompanii» [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa: https://library.ru/query_results.asp
19. Web-creator. Statya «Sistemy upravleniya korporativnoj informaciej (ESM-sistemy) i sistemy elektronnogo dokumentooborota (SED)» [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa: https://web-creator.ru/articles/ecm
20. EOS. Statya «Chto takoe ECM-sistemy, ix preimushhestva v sravnenii s klassicheskimi SED» [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa: https://www.eos.ru/dop-info/chto-takoe-ECM.php
21. Rjagin Ju.I., Babushkin A.N., Pletminceva V.A. «Industrija 4.0» i jekonomicheskaja jeffektivnost':
dorozhnaja karta perehoda k bezbumazhnym tehnologijam pri sborke slozhnyh krupnogabaritnyh izdelij. Innov: jelektronnyj nauchnyj zhurnal, 2018.No 2 (35). [Elektronnyj resurs] – Rezhim dostupa:: http://www.innov.ru/science/tech/industriya-4-0-i-ekonomicheskaya-ef/
22. Statya «Prosto ob elektronnom dokumentooborote» [Elektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: https://ecm-journal.ru/mustknow


  Яндекс.ВиджетINNOV

архив: 2013  2012  2011  1999-2011 новости ИТ гость портала 2013 тема недели 2013 поздравления