Практика цифровизации промышленности. Выпуск 1

скачать книгу бесплатно


– дешевые 3D-принтеры, ориентированные на создание макетов и простых деталей из пластмассы;

– станки, предназначенные для создания прототипов деталей с различной степенью точности и/или функциональности;

– установки высокого класса для производства полимерных, металлических и керамических деталей.

Заменить на производстве все станки на современные в одночасье невозможно. Согласно опубликованным данным коэффициент обновления станочного парка даже в развитых странах не превышает 10% в год. В отличие от предыдущих промышленных революций, четвертая позволяет использовать устаревшее оборудование при сравнительно низких требованиях к его модернизации.

Человек в цифровом производстве

Существующие мнение, что компьютер и роботы скоро устранят людей из промышленного производства явно преувеличено.

Цифровое производство не тождественно повсеместному превращению цехов в полностью автоматизированные, фактически, безлюдные. Наряду с созданием безлюдных производств важнейшей целью цифровой трансформации является создание условия для активного участия человека в управлении производством. Это предусматривает непосредственную или косвенную вовлеченность человека в процессы, осуществляемые или обеспечиваемые при помощи цифровых рабочих мест.

В результате такой вовлеченности можно значительно увеличить эффективность использования работающего на предприятии оборудования, подключив его в локальную сеть предприятия и установив на рабочем месте дополнительное устройство человеко-машинного интерфейса (терминал, дисплей, пульт, панель) или подключив мобильное компьютерное средство (планшет, смартфон).

Образовавшееся при этом цифровое рабочее место (рис. 9 и 10) позволит за счет недорогой модернизации выполнять сбор данных о работе оборудования, передавать на станок по сети управляющие программы и другую технологическую информацию. Таким образом, старые станки можно встроить в структуру, где работает современное оборудование. Низкая производительность старых станков компенсируется высоким коэффициентом загрузки и низкими затратами на их эксплуатацию. Кроме того, получение достоверной информации о работе и простоях позволяет принимать решения о дальнейшей модернизации или замене оборудования.

Рис. 9. Цифровое рабочее место оператора

Рис. 10. Цифровое рабочее место монтажника

Как указано выше, участие человека в процессе управления оборудованием обеспечивает человеко-машинный интерфейс (ЧМИ или M2H) в виде различных компьютерных устройств. Цифровое производство основано в значительной степени на создании сети сбора и обработки данных реального времени. Полученные данные будут доступны дистанционно, а для некоторых производственных специалистов сами их «рабочие места» станут мобильными.

Несмотря на внедрение технологий Индустрии 4.0, включая реальное межмашинное взаимодействие, справиться с увеличивающейся сложностью управления оборудованием можно только под контролем квалифицированных специалистов.

Человек скорее заметит неполадку в работе автономно работающих систем, чем автоматизированные системы. Например, оператор станка или ГПС – это ключевая фигура самоорганизующегося производственного процесса, в котором именно оператор следит за корректностью выполнения работы на оборудовании.

На производстве цифровые рабочие места могут быть организованы для сборщиков, слесарей, работников ОТК и других специалистов, не эксплуатирующих оборудование и занятых, в основном, ручным или маломеханизированным трудом. На таких рабочих местах вместе с инструментом, оснасткой, компьютерным оборудованием используется программное обеспечение, с помощью которого сотрудники регистрируются, получают сменные задания, интерактивные инструкции по выполнению технологических операций и отчитываются по завершению заданий. С помощью данного ПО можно контролировать фактическое время работы по отдельным операциям и получать реальную фотографию рабочего дня сотрудников. На ряде рабочих мест могут эффективно использоваться технологии дополненной реальности.

Для обеспечения оптимального и бесперебойного управления производством собранные и обработанные данные нужно соответствующим образом интерпретировать, что может привести к необходимости корректировки процесса. Таким образом, при взаимодействии киберфизической производственной системы и человека как раз человек и выполняет функцию вышестоящей организации.

В результате четвертой промышленной революции многие профессии исчезнут, но возникнут новые, произойдет перераспределение работников внутри организаций. Это обусловливает необходимость своевременно модернизировать систему образования, инвестировать в профессиональную подготовку и непрерывное обучение, чтобы сформировать мобильную рабочую силу, способную воспользоваться новыми возможностями.

ЦИФРОВИЗАЦИЯ

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ[1 - Статья опубликована в журнале «Автоматизация в промышленности» №5, 2024 г.]

В статье изложен сквозной взгляд на проблемы предприятий, теорию MES и практику реализации проектов внедрения от ГК «Цифра».

Сформулированы типовые проблемы автоматизации и цифровизации машиностроительных предприятий: почему зачастую проекты внедрения цифровых технологий не приводят к повышению эффективности бизнеса, какие ограничения присутствуют в системах организационного управления производственными предприятиями. Кратко приводится история развития MES. Рассматриваются конкретные примеры внедрения и использования MES «Диспетчер».

Ключевые слова: MES, автоматизация, цифровизация, машиностроительные предприятия.

Введение

Решение задач повышения эффективности производственных процессов является ключевым фактором роста экономики и развития страны в целом. Особенно важно обеспечить повышение эффективности в тех отраслях промышленного производства, которые непосредственно влияют на технологический суверенитет, обороноспособность страны и обеспечивают импортозамещение ключевых компонентов. Это станкостроение, авиастроение, производство робототехнических комплексов, компонентной базы, печатных плат, БПЛА, систем ПВО, а также ракетно-космическая отрасль и транспортное машиностроение. Объединяет все эти отрасли то, что все они относятся к дискретному позаказному производству сложных высокотехнологичных изделий. А соответственно проблемы развития и внедрения различных методов повышения эффективности на данных производствах схожи.

Существуют различные пути повышения эффективности производств, такие как:

– внедрение системы управления запасами (внедрение методологии управления запасами с синхронным развертыванием и настройкой под данную методологию систем класса ERP, SCM и WMS). Оптимизация уровня запасов сырья и готовой продукции поможет избежать дефицита или избыточных запасов;

– внедрение технологий Industry 4.0: Industrial Internet of Things (IIoT), аналитики данных, искусственного интеллекта, сервисов, основанных на машинном обучении, и др. Оптимизация процессов производства, выявление различных трендов, зависимостей, разработка и запуск предсказательных сервисов поможет увеличить прибыль и уменьшить издержки;

– применение методов Lean, Six Sigma: методологии, направленные на устранение излишков и повышение качества производимой продукции (бережливое производство);

– обучение и развитие персонала: повышение квалификации сотрудников и обучение новым методам и технологиям;

– внедрение PLM/PDM-систем и систем автоматизированного проектирования (CAD/CAM/CAE): ускорение и повышение эффективности конструкторско-технологической подготовки производства;

– внедрение систем производственного планирования (стратегического и объемно-календарного) и управления заказами (с применением APS-систем). Эффективное планирование производственных заказов и управление заказами помогут избежать простоев и задержек, повысить укомплектованность заказов с одновременной минимизацией запасов;

– использование управленческой идеологии Just-in-Time (JIT): минимизация запасов за счет точной поставки материалов и компонентов в нужное время;

– разработка идеологии и применение инструментов гибкой производственной системы: возможность быстро переключаться между различными заказами и изменять производственные линии под новые требования;

– автоматизация рутинных задач: применение роботизированных систем для выполнения монотонных и рутинных операций, повышение скорости и качества обработки предметов производства;

– постоянный контроль и анализ производственных данных с применением BI-систем, систем мониторинга и управления большими данными: сбор данных и мониторинг ключевых показателей эффективности производства помогают контролировать загрузку производства и персонала и принимать необходимые управленческие решения;

– внедрение системы управления качеством (TQM). Система управления качеством и система контроля качества продукции на всех этапах производства позволяют организовать производство с минимизацией дефектов и отклонений как производимых полуфабрикатов, так и конечной продукции;

– внедрение систем управления производственными процессами (MES). Системы MES повышают эффективность оперативного управления производственными процессами и создают единое информационное пространство управления и контроля от определения потребности до отгрузки продукции.

В данной статье рассматриваются варианты повышения эффективности производства, в том числе за счет применения систем управления производством, относящихся к классу MES.

Часто многие специалисты, в том числе с многолетним опытом и наличием успешно завершенных проектов в области ERP, PLM/PDM, а также CAD/CAM/CAE и прочих цифровых систем и сервисов, аргументированно утверждают, что именно на системах класса MES необходимо делать акцент при развертывании средств цифровизации производственных процессов. Основной приводимый ими аргумент: внедрение ERP (в части управления заказами, стратегического и объемно-календарного планирования, управления складским хозяйством и производственной логистикой), PLM (в части управления конструкторским и технологическим составом изделия) и САПР (в части проектирования электронного облика изделия и получения полного набора спецификаций изделия в реальном масштабе времени) создает необходимый фундамент для дальнейшего «правильного» внедрения систем управления производством. Это сильный аргумент, если бы у нас было время ждать, пока будут внедрены указанные системы и цифровизованы основные процессы.

Но, во-первых, такие внедрения на средних предприятиях могут длиться до 2 лет, на крупных же предприятиях со сложными изделиями и полным набором всех технологических переделов, с десятком-другим производственных цехов – 5…10 лет. Не нужно тратить сотни миллионов на внедрение ERP и/или PLM/САПР и ждать много лет, откладывая на потом непосредственно повышение эффективности производства, нужно повышать эффективность производства здесь и сейчас.

А во-вторых, не менее важный аспект, на который необходимо обращать внимание, это то, что раз за разом проявляется одна и та же системная ошибка в организации процессов внедрения ERP и PLM/САПР систем – забывается то, что внутренним целевым потребителем выхода данных систем как раз является MES. И именно под требования MES и процессов, которые MES цифровизирует, необходимо ориентировать внедрение и требования к созданию перечисленных систем и соответствующих процессов.

На практике же часто процессы организованы наоборот – отдельно определяют требования к ERP, к PLM и САПР и реализуют их, а потом пытаются «прикрутить» рядом MES. В результате получаются сценарии, когда необходимые для операционного планирования данные отсутствуют в электронных технологических процессах, не предусматривается оперативное резервирование на складах производственных партий, не указываются номера изделий в электронных извещениях о внедрении. Это происходит в силу естественных причин – процессы внедрения ERP/PLM/САПР начаты раньше, и они «заточены» под одного потребителя, например, бухгалтерский, финансовый блок или технологов, MES же считается «дополнительной нагрузкой».

Типовые проблемы систем организационного управления и ограничения существующих практик цифровизации предприятий

Современное промышленное предприятие – это сложная организационная структура, которая занимается преобразованием материалов, комплектующих и предметов собственного производства в готовую продукцию, удовлетворяющую потребности клиентов. Для обеспечения эффективности работы предприятия без значительных инвестиций в оборудование, персонал или технологии развивается система организационного управления.

Организации с позаказным типом управления производством – это предприятия дискретного производства, которые разрабатывают, проектируют и/или изготавливают продукцию на заказ. При этом может выпускаться как опытная единичная продукция, так и серийная. Как правило, опытное производство использует те же ресурсы, что и серийное без разделения мощностей. Это требует синхронного управления заказами на серийную продукцию и заказами на производство единичных образцов, а также управления технологической, инструментальной подготовкой производства, материальным обеспечением и выпуском изделий.

Еще одна важная характеристика предприятия – значительная доля задач осуществляется в рамках проектирования и освоения новых изделий, поэтому необходимо учитывать и контролировать ожидаемые сроки проектирования изделия и/или отдельных его элементов.