¬аше окно в мир —јѕ–
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

3 ма€ 2023

ќ концепци€х цифрового, умного производства и новых технологи€х

ѕавел ¬едмидь, ”ральский федеральный университет

ѕавел ¬едмидь


—тать€ напечатана в журнале Ђјвтоматизаци€ в промышленностиї, 2022, є12. ¬оспроизводитс€ с согласи€ автора.


 лючевые слова: цифровое производство, умное производство, жизненный цикл издели€, жизненный цикл производства, системы управлени€ производством, цифровой двойник, реинжиниринг процессов.

¬ведение


¬ 2018 году журнал Ђјвтоматизаци€ в промышленностиї напечатал статью автора о комплементарности PLM, MES и QMS систем [1]. ¬ статье делаетс€ вывод, что системы управлени€ жизненным циклом издели€, системы управлени€ производством и системы автоматизации менеджмента качества представл€ют собой комплементарные активы предпри€ти€, то есть активы, которые необходимо развивать вместе. Ёто активы, дополн€ющие друг друга таким образом, что увеличение одного актива увеличивает эффект от инвестиций в другой. “акже было отмечено, что успешных внедрений систем уровн€ MES в дискретном производстве (куда относим и сложное машиностроение) немного, и это св€зано именно с большей ролью PLM в таких производствах и необходимостью получени€ актуальных данных об изделии и процессах из PLM системы дл€ правильного функционировани€ MES систем.

— тех пор публикаций по MES системам стало меньше, но зато много стали говорить о цифровых двойниках, цифровой трансформации, умном производстве, интернете вещей, »ндустрии 4.0 и т. д. ѕри этом технической конкретики немного, особенно в области машиностроени€. „асто звучит, что аддитивные технологии и применение роботов Ч это и есть будущее производства. Ёто, конечно, современные технологии, но это локальна€ автоматизаци€, не затрагивающа€ управление производством в целом.

ћодель умного производства от MESA

¬ конце 2021 года ассоциаци€ MESA анонсировала новую модель умного производства (Smart Manufacturing), котора€ и ставит целью разобратьс€ со всеми этими модными концепци€ми. MESA традиционно занималась MES системами и €вл€етс€ автором широко известной концепции производственных »“ систем, известной как ISA95. ќбычно ее представл€ют в виде пирамиды с 4 уровн€ми иерархии: системы дискретной автоматизации (датчики, контроллеры, приводы, SCADA системы и т. д.) занимают уровни 1-2, MES системы Ч уровень 3, ERP и PLM Ч уровень 4. ¬ариант с добавлением системы класса QMS дан в [2].

Ќова€ модель Smart Manufacturing выходит за рамки технологий и MES Ч на цепочку поставок, обеспечение качества, инжиниринг, аналитику, исследовани€ и разработки и многие другие области, а не только производство. Ќо, по сути, дело не в технологи€х. —ейчас так много новых технологий объедин€ютс€, и синерги€ этих технологий €вл€етс€ одним из ключевых факторов дл€ умного производства. Ќо ”мное ѕроизводство принципиально не св€зано с технологи€ми, купить одни и те же технологии может каждый, но работают они далеко не везде. ¬ новой модели речь идет о гораздо большем, чем технологии.

ћодель MESA дл€ интеллектуального производства объедин€ет три взаимосв€занные категории [3]. Ќа рис. 1 они показаны в виде трех барабанов, которые взаимодействуют между собой в процессах перехода от бизнес-целей к результатам производства. ѕерва€ категори€ Ч это жизненные циклы (Lifecycles). ѕричем речь не только о жизненном цикле издели€ (∆÷»). Ётапы жизненных циклов определ€ют сферу охвата, заинтересованные стороны и их взгл€д на интеллектуальное производство. ∆изненные циклы представл€ют собой бизнес-процессы и потоки создани€ ценности, необходимые дл€ производства, которые необходимо оптимизировать. Smart Manufacturing стремитс€ повысить св€зность и прозрачность во всех измерени€х предпри€ти€, вли€€ на все жизненные циклы.

MESA model

–ис. 1. Ќова€ модель умного производства от MESA (русификаци€ автора)

Ќова€ модель рассматривает несколько жизненных циклов:

  • »зделие
  • ÷епочка поставок
  • ѕроизводство
  • ѕроизводственный актив
  • «аказ-деньги
  • ѕерсонал

Ћюба€ производственна€ среда включает в себ€ набор взаимосв€занных процессов. Ќекоторые из этих процессов охватывают все жизненные циклы. ѕо этой причине модель также включает категорию 2: набор потоков между жизненными циклами (Cross-Cycle Threads), а именно:

  •  ачество
  • —оответствие нормативам
  • ћоделирование / —имул€ци€
  • јналитика
  • ÷ифровой двойник / поток
  • Ёнерги€
  • Ѕезопасность

ѕотоки кросс-жизненного цикла помогают св€зать воедино функции между различными жизненными циклами дл€ достижени€ конкретных целей, таких как предписанные уровни качества, соответствие нормативным требовани€м или снижение энергопотреблени€. Ќекоторые потоки кросс-жизненного цикла имеют глобальные цели, такие как аналитика, безопасность и т. д. ќни гарантируют, что жизненные циклы работают согласованно, а не независимо.

”мное производство также обеспечиваетс€ современными технологи€ми Ч категори€ 3. Ќова€ модель MESA учитывает эти технологии:

  • IIoT Ц промышленный интернет вещей
  • Big Data Ц большие данные
  • AI / ML Ц искусственный интеллект
  • Wireless Ц беспроводные технологии
  • Blockchain Ц блокчейн
  • Edge to Cloud Ц облачные технологии
  • Additive Ц аддитивные технологии
  • Robotics Ц роботизаци€
  • VR / AR Ц виртуальна€ и дополненна€ реальность

Ќо мы в данной статье сосредоточимс€ на первых 2 категори€х.

∆изненные циклы

ќ жизненном цикле издели€, или ∆÷», написано достаточно много. Ёто сфера PLM систем. Ќо как показывает практика, в тени остаетс€ собственно производство. » в большинстве случаев св€зка PLM Ч MES не работает. Ќова€ модель призвана исправить ситуацию.

ƒобавление жизненного цикла (∆÷) производства позволит правильно организовать взаимодействие этих циклов. PLM Ч это система (или набор систем) уровн€ предпри€ти€ или даже холдинга. MES система Ч это система уровн€ цеха или участка. “о есть в общем случае на предпри€тии будет несколько MES систем, и даже если они созданы на одной платформе, то все равно это разные системы. ¬ такой постановке публикации практически отсутствуют. ƒл€ сложных изделий не все компоненты изготавливает головное предпри€тие. ƒовольно много компонентов изготавливают поставщики. –абота с поставщиками Ч это чаще всего область ERP систем. »ногда говор€т и о специализированных CSM системах, но на практике они обычно выступают подсистемой ERP системы. ќднако и ERP, и CSM не рассматривают технический уровень производства поставщиков. “о есть жизненные циклы (своего) производства и жизненные циклы цепочки поставок должны быть св€заны с ∆÷».

“акое взаимодействие наиболее полно регламентировано в стандарте поставщиков автокомпонентов IATF 16949. —тандарт предписывает сертификацию производства поставщика в свете возможности изготовлени€ компонентов надлежащего качества, в заданные сроки и в требуемых объемах. ƒл€ поддержки этого стандарта даже по€вились специализированные системы Ч QMS системы (подробнее в [2]. ќднако эти системы в –оссии слабо востребованы (о причинах можно почитать в статье [4]). ‘актически в QMS есть элементы и ∆÷», и ∆÷ производства, и ∆÷ цепочки поставок. Ќо это только в одной отрасли. ≈сть попытки распространить опыт автопрома на авиационную промышленность (стандарты серии AS/EN9100) и на производителей железнодорожной техники (ISO TC 22163), но пока в меньшей степени.

ƒл€ взаимодействи€ разных жизненных циклов в новой модели есть отдельна€ категори€ Ч межцикловые потоки (рис. 1). »х рассмотрим далее.

ћежцикловые потоки

“емы менеджмента качества мы уже коснулись ранее. «десь отметим, что темы  ачество (Quality) и —оответствие нормативам (Compliance) в новой модели MESA даны первыми. ѕредполагаем, что по степени важности. “о есть это инструменты взаимодействи€ разных ∆÷, причем уже в значительной степени формализованных в стандартах менеджмента качества и в QMS системах.

«десь больше поговорим о ћоделировании/—имул€ции (Modeling/Simulation) и ÷ифровых двойниках/÷ифровых потоках (Digital Twin/Thread).

» снова имеем вал публикаций о цифровых двойниках издели€. ќбычно постановка вопроса направлена на использование CAE систем с целью замены реальных испытаний виртуальными. “ема правильна€ и актуальна€, но не затрагивает производство. “акже не рассматриваем цифровые двойники дл€ стадии эксплуатации изделий. Ќас интересует производство.

÷ифровым двойникам производства посв€щены работы профессора ‘ролова ¬.Ѕ., например [5]. ЂЌа стадии управлени€ жизненным циклом издели€ (PLM) создаетс€ так называемый цифровой двойник издели€, а на стадии организации производства и изготовлени€ формируетс€ цифрова€ модель материальных потоков, представл€юща€ собой цифровой двойник производственной системыї. » реализуетс€ это обычно с помощью MES систем. ѕроизводственна€ система машиностроительного предпри€ти€ на этапе ее эксплуатации подвержена функциональным и структурным изменени€м из-за технического перевооружени€, изменени€ номенклатуры и программы выпуска. ¬ результате этих изменений создаютс€ новые конфигурации производственной системы. ÷ифрой двойник производственной системы отражает ее конкретную конфигурацию. ќн позвол€ет проводить необходимые расчеты дл€ прин€ти€ управленческих решений, отображать в режиме реального времени производственные процессы, протекающие в производственной системе, проводить различные эксперименты типа Ђчто еслиї путем математического моделировани€ производственных процессов.

ќднако и здесь нет однозначного ответа на вопрос: в какой системе осуществл€етс€ контроль качества и как это св€зано с управлением качеством. ѕроведение контрол€ с фиксацией прослеживаемости Ч одна из функций MES. –абота с браком Ч тоже задача MES (но без долговременных меропри€тий). ѕоиск причины брака может занимать длительное врем€ и требует анализа, командной работы и т. д. Ёто выполн€етс€ в QMS. ¬ качестве долговременных меропри€тий могут быть запросы в PLM систему на изменение конструкции или технологии дл€ снижени€ веро€тности отказов. QMS Ч более глобальна€ система, по сравнению с MES. ќна может объедин€ть несколько площадок, на которых разный MES или нет MES вообще. ≈сли какие-то детали можно производить на разных площадках, то анализ рисков и планирование контрол€, в общем случае, могут сильно различатьс€. “акой анализ может помогать в прин€тии решений о переносе производства и т. д.

— цифровыми двойниками тесно св€зано и пон€тие цифровой трансформации. Ќас интересует его применение дл€ машиностроени€, называемое промышленной трансформацией. ¬от определение от аналитической компании LNS [6] Ђѕромышленна€ трансформаци€ Ч это проактивный и скоординированный подход к использованию цифровых технологий дл€ постепенного улучшени€ в промышленных операци€хї.

LNS выдел€ет 4 стадии в области промышленной трансформации. Ёто »нкубационна€ (Incubate), ƒоказательна€ (Prove), ћасштабирование (Scale), ¬недрение (Embed).

Ќа первой стадии практически каждое промышленное предпри€тие, которое инициирует трансформацию, делает это, формиру€ программу промышленной трансформации. „асто это выполн€етс€ силами внешних консультантов. ÷елью €вл€етс€ тестирование технологии на пилотных проектах. Ќа второй стадии программы надо перейти от презентаций к фактическому успеху внедрени€ (даже если он небольшой). Ќужны быстрые решени€, и они, как правило, развертываютс€ на самых технически продвинутых заводах, которые можно назвать ма€ками.

“реть€ стади€ (scale) программы выходит за рамки технической конвергенции операционных технологий (OT) и информационных технологий (IT) и переходит к организационной конвергенции. Ёто первый этап, когда промышленные организации реально начинают свою трансформацию. √лубокое и широкое взаимодействие с оперативным персоналом становитс€ центральным элементом программы. Ќужны инвестиции в Ђинфраструктуруї (сбор данных, очистка, контекстуализаци€ и т. д.) без пр€мой и немедленной окупаемости. » на четвертой стадии проходит собственно внедрение. «десь пересматриваетс€ сама программа трансформации и упор делаетс€ на пересмотре своих стандартных операционных процедур и по всей компании.

¬ исследовании отмечаетс€, что положительное вли€ние на финансовые показатели компании в виде увеличени€ выручки, снижени€ себестоимости проданных товаров и увеличени€ операционной маржи реализуетс€ на последних двух этапах “рансформации. ћежду стади€ми 2 и 3 требуетс€ кардинальное перестроение процессов. ѕроизводители должны перестроить свои команды, процессы, стратегии и методологии. ‘актически речь идет о реинжиниринге процессов. Ётот очень важный инструмент, который призван настроить межцикловые потоки в рассматриваемой модели.

–еинжиниринг процессов необходим и дл€ использовани€ новых технологий в существующем производстве. “о есть через него и происходит св€зывание всех 3 категорий новой модели умного производства.

«аключение

Ќова€ модель умного производства, конечно, требует детализации и адаптации под конкретное производство. Ќо она ув€зывает многие пон€ти€, используемые компани€ми-интеграторами, бизнес-консультантами, аналитиками, и делает это с привлечением технического уровн€ изложени€ материала.

Ћитература
  1. ¬едмидь ѕ.ј. ќ комплементарности систем уровн€ PLM, MES и QMS //јвтоматизаци€ в промышленности, 2018, є9, —. 38-40.
  2. ћесто систем автоматизации —ћ  в »“ ландшафте предпри€ти€ / ¬едмидь ѕ. // ѕортал ”правление производством Ч ÷ифровое производство, 2018, є3, —. 47-51.
  3. MESA Model: A Framework for Smarter Manufacturing / https://mesa.org/topics-resources/mesa-model/
  4. ¬едмидь ѕ.ј. јвтоматизаци€ менеджмента качества в QMS: ќпыт интегратора //јвтоматизаци€ в промышленности, 2020, є11, —. 17-19.
  5. MES Ч базис дл€ создани€ Ђцифрового двойникаї // ‘ролов ¬.Ѕ. / https://www.e-xecutive.ru/management/practices/1989564-mes-bazis-dlya-sozdaniya-tsifrovogo-dvoinika?scrolltop=2640
  6. The IX Journey: Four Stages of Industrial Transformation (IX) / https://blog.lnsresearch.com/the-ix-journey-four-stages-of-industrial-transformation



¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ѕрежде чем широко внедр€ть Ђ»»ї, вы€сним, востребован ли интеллект вообще
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2023 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.