«Индустрия 4.0»: эра машин приближается

06.11.15 13:05

Интеллект — в каждой детали

 

В недалеком будущем промышленность ожидает переход к новому технологическому укладу под названием «Индустрия 4.0». По значимости эксперты приравнивают данную технологию к очередной промышленной революции, наряду с изобретением парового двигателя и электрификацией. Но при этом подчеркивают, что переход к новому укладу будет происходить постепенно — в этом смысле речь идет скорее об эволюции.

 

В основе «Индустрии 4.0» лежит концепция интернета вещей. Он предполагает, что каждый физический объект («вещь») оснащен встроенной технологией, позволяющей ему взаимодействовать с другими объектами. Применительно к производству это может выглядеть так: каждая деталь имеет метку (например, сделанную по RFID-технологии, содержащую информацию обо всех операциях, которые необходимо с ней произвести.

 

Подходя к станку, деталь сама «сообщает», что с ней делать, а после обработки автоматически перемещается на следующий производственный участок. Операции по установке заготовки на станок и по ее перемещению могут выполнять роботы.

 

Важный компонент технологии — гибкость и многофункциональность производственного оборудования. К примеру, один и тот же обрабатывающий центр будет выполнять различные операции, в зависимости от запроса поступившей к нему детали, автоматически подстраиваясь и изменяя свою конфигурацию. В производство интегрируются роботы, способные менять свое поведение и сотрудничать с человеком.

 

Каждый выпускаемый продукт будет иметь своего «цифрового близнеца». Это значит, что вся информация о нем, начиная с чертежей и технологии производства и заканчивая правилами техобслуживания и утилизации, будет оцифрована и доступна для считывания устройствами и людьми. Жизнь «цифрового близнеца» будет длиться вплоть до завершения срока службы изделия.

 

«Новая концепция основана на межмашинном взаимодействии (М2М). «Индустрия 4.0» предполагает обмен данными между всеми участниками, которые задействованы в производственной цепочке: специалистами предприятия, оборудованием, ERP-системами, роботами, продуктами, и т.д. Сегодня такие предприятия принято называть «умными», — поясняет Александр Беспалов, менеджер по продукту направления «Автоматизация и промышленные устройства управления» компании Eaton.

 

Industry 4.0: Integrated Industry reaches the next level (на англ. языке, о новом укладе в индустрии)

 

Но если в традиционных системах автоматизации интеллект концентрируется  в центрах управления — контроллерах, серверах, то с переходом к «Индустрии 4.0» он будет распределен по всему предприятию. Профессор Вольфганг Вальстер, главный исполнительный директор и директор по технической и научной работе в Немецком исследовательском центре искусственного интеллекта (DFKI), сравнивает предприятие нового типа с муравейником, где каждое насекомое по отдельности не является интеллектуальным, однако взаимодействие большого количества муравьев позволяет решать поистине удивительные задачи.

 

Технологические предпосылки

 

Специалисты, заставшие 70-е годы прошлого века, помнят, что многие идеи, подобные тем, что будут реализованы в «Индустрии 4.0», уже звучали сорок лет назад. Однако технический прогресс позволяет вывести их реализацию на принципиально новый уровень.

 

Одной из предпосылок нового уклада стало появление широкого спектра датчиков и сенсоров, позволяющих отслеживать многочисленные параметры производственной среды (давление, температуру, инфракрасное излучение, положение предмета в пространстве и т.д.). Эти измерительные приборы станут мостиком между миром вещей и цифровым пространством.

 

Но если дискретные данные от измерительных приборов можно было получать и раньше, то возможность обрабатывать непрерывный поток информации появилась совсем недавно. Это случилось благодаря появлению надежных, быстродействующих беспроводных каналов передачи данных и программных продуктов, позволяющих управлять этим потоком.

 

Объединение данных от многочисленных источников позволит «умным» производственным системам идентифицировать сложные и аварийные ситуации, корректировать действия с учетом меняющейся обстановки, адаптировать техпроцессы к изменениям внешней среды.

 

Большое значение для «Индустрии 4.0» играет развитие радиочастотной идентификации — RFID. В создании «умной» производственной среды помогут и облачные технологии.

 

На пути к полноценной «Индустрии 4.0» потребуется создать универсальный язык, на котором смогут общаться все устройства.

 

Сегодня существует несколько языков, с помощью которых программируются станки с ЧПУ, и ряд языков более высокого уровня — для автоматизированных систем управления. Сумятицу вносит большое количество протоколов передачи данных. В идеале в будущем появится один язык, позволяющий с легкостью программировать любые устройства, и единый общемировой протокол передачи данных. По мнению Вольфганга Вальстера, это будет интернет-протокол, реализуемый в реальном времени по сети WLAN или Ethernet.

 

Революционная ситуация

 

Все складывается классически: клиенты больше не хотят, а производители — не могут жить по-старому. Потребители в большинстве отраслей ждут уникального продукта, соответствующего их индивидуальным потребностям. Новинки прошлого года уже мало кого интересуют: всем хочется получить все самое свежее и инновационное — будь то автомобиль, смартфон, производственное оборудование, косметика или фармпрепарат.

 

Но, как все мы помним из курса экономики, выпуск штучных товаров — дело дорогостоящее. Обеспечить конкурентоспособную цену для мелкой серии тоже непросто.

 

Industrie 4.0: Bosch plant in Blaichach, Germany (на англ. языке, о заводе компании Bosch)

 

В этом смысле «Индустрия 4.0» — настоящая находка для производителей, ведь она позволяет производить единичный продукт по ценам массового. Если перенастройка традиционных систем автоматизации — сложный и затратный процесс, то для гибкого производства будущего такой проблемы не будет существовать в принципе.

 

Так, Юрий Курилович, генеральный директор ООО «Бош Рексорт», отмечает, что уже сегодня на некоторых предприятиях можно наблюдать, как инженер в течение пяти минут с помощью смартфона может запрограммировать промышленного робота для выполнения той или иной производственной операции. И это только начало.

 

«Гибкость производственного процесса в  условиях «Индустрии 4.0» позволит производить  каждую единицу продукта под конкретного потребителя по себестоимости единицы продукции из большой партии, — говорит Александр Беспалов. — Это поможет максимально удовлетворить потребности каждого конкретного покупателя. В совокупности с уменьшением стоимости систем управления процессом, возможным благодаря перемещению вычислений в облако, а также прогнозированию потребления, это позволит изменить и удешевить всю цепочку производства и поставки продуктов или устройств».

 

Важно добавить, что с внедрением интеллектуальных технологий в промышленности можно существенно продвинуться в смысле сохранения ресурсов и бережливого производства, а также повысить надежность и эффективность технологических процессов. По данным экспертов, в Германии производительность труда при реализации концепции может увеличиться на 30%.

 

«Цифровой близнец» продукта можно рассматривать и как электронный паспорт изделия, в котором фиксируются все данные о материалах, испытаниях, произведенных операциях. Это позволяет отслеживать и гарантировать качество продукции. Стоит ли сомневаться, что в ближайшем будущем «Индустрия 4.0» станет обязательным условием конкурентоспособности производств?

 

Industry 4.0: Next Steps (на англ. языке, о производстве автомобилей)

Будущее наступает

 

На сегодняшний день концепция «Индустрия 4.0» еще не реализована в промышленных масштабах, но научно-исследовательские организации активно работают над тем, чтобы приблизить наступление будущего. Основные успехи по внедрению элементов «Индустрии 4.0» принадлежат Германии.

 

Опытное «умное» производство уже несколько лет работает в лаборатории Немецкого исследовательского центра искусственного интеллекта (DFKI) в Кайзерслаутерне. Вольфганг Вальстер из DFKI считает, что полномасштабные заводы, построенные на принципах «Индустрии 4.0», появятся только через несколько лет.

 

Но прелесть технологии состоит в том, что ее можно внедрять поэтапно, «эволюционным» путем. Отдельные интеллектуальные компоненты позволяют модернизировать существующие производственные фонды, шаг за шагом приближая их к стандартам будущего. Начиная с отдельных машин и механизмов, можно постепенно преобразовать все предприятие.

 

На этом пути сегодня находятся немецкие автопроизводители, в частности Audi. Компания Phoenix Contact использует принципы «Индустрии 4.0» на производстве клемм для электротехнического оборудования. Bosh также внедряет элементы технологии на своих заводах по всему миру. Крупные международные компании уже выпустили на рынок чипы для двусторонней коммуникации и другое оборудование для создания «умного производства». В данном направлении работают Eaton, Honeywell, Bosh и другие.

 

Как отмечает Оливер Эдингер, вице-президент SAP AG, все аналитики предсказывают серьезный рост данной тематики, примерно 40-50% в год — это миллиарды евро.

 

«Индустрия 4.0» в России

 

«За рубежом, особенно в Германии, принципам «Индустрии 4.0» уделяется намного больше внимания, чем в России, — отмечает Александр Беспалов. — Этой концепцией занимаются многие научные центры, есть первые наработки. В нашей стране потенциал для развития «Индустрии 4.0», безусловно, есть, хотя пока мы достаточно далеки от четвертой промышленной революции. Тем не менее, сегодня многие российские предприятия переживают модернизацию, а это значит, что у нас есть уникальный шанс оснастить производства интеллектуальными технологиями и вывести их в технологические лидеры. Это позволит сделать продукцию российского производства более конкурентоспособной на мировом и внутреннем рынках».

 

По мнению Дмитрия Иванова, директора по инновационному развитию ОАО «НПО «Сатурн», российским компаниям сложнее внедрять «Индустрию 4.0» поскольку многие продукты пока не оцифрованы (полная информация об изделии не переведена в электронный вид, доступный PDM-системам — Прим. ред.). За рубежом этот наиболее трудоемкий этап уже пройден, что позволяет перейти от отдельных объектов к процессам и системам. «Мы не можем этим заниматься, потому что еще есть не оцифрованные объекты. А оцифровывать их зачастую экономически не имеет смысла, потому что речь идет об уходящих продуктах — продуктах вчерашнего дня», — считает Иванов.

 

В энергетике и ТЭК

 

Есть ли перспективы внедрения «Индустрии 4.0» в энергетике? Вне всякого сомнения. Концепция актуальна для любой производственной сферы, которая нуждается в промышленной автоматизации. Предприятия энергетической и нефтегазовой отрасли — не исключение.

 

Как было сказано выше, уже сейчас элементы концепции начинают внедряться на производстве электротехнического оборудования. Есть основания полагать, что постепенно будет «оцифровано» и производство более сложных электроустановок, и в будущем энергомашиностроение возьмет на вооружение принципы нового индустриального уклада.

 

Эксперты видят перспективы применения «Индустрии 4.0» в сфере водоподготовки и водоочистки для промышленного сектора. Определенные результаты в этом направлении получены немецкой компанией «Энвиро-Хеми ГмбХ».

 

Промышленная революция коснется и нефтегазового комплекса. В частности, такой набирающий популярность концепт, как «умное месторождение», можно в некотором смысле считать примером перехода к интеллектуальному производству будущего.

 

Дивный новый мир

 

Новый технологический уклад повлечет за собой масштабные изменения в самых разных сферах. В частности, — в принципах сервисного обслуживания и логистики. В новых условиях продукция перестанет быть «молчаливым», пассивным объектом. Наличие «цифрового близнеца» и чипов для двусторонней коммуникации превратит ее в активный субъект — и производства, и эксплуатации.

 

Как поясняет Оливер Эдингер, благодаря интегрированным чипам производитель сможет с легкостью связываться с оборудованием, которое стоит у клиента, и дистанционно контролировать его работу. Будут созданы системы предсказуемого технического обслуживания, позволяющие заблаговременно  определить, что может выйти из строя. Производитель сможет заранее подготовить для клиента необходимые детали и провести замену. К слову, оборудование, которое позволяет компаниям отслеживать судьбу своей продукции и помогать клиентам при возникновении каких-либо сложностей, уже сегодня представлено на рынке.

 

Индустрия 4.0: производство будущего

«Индустрия 4.0» создаст новый мир производства, — уверен Александр Беспалов из компании Eaton. — Мы получим оптимизированные системы управления, удаленный сервис и возможность обслуживания с помощью мобильных устройств. Производственные и логистические цепочки станут более «сетевыми» и значительно усложнятся, поскольку в рамках «Индустрии 4.0» исчезнут производственные ограничения, обусловленные рамками одной производственной площадки. Заводы начнут взаимодействовать в единой производственной сети между собой, с логистическими объектами (складами,  магазинами), либо с целыми регионами в рамках прогнозирования потребления. В итоге мы получим интеллектуальную автоматизацию на базе повсеместно интегрированных, взаимосвязанных и широко распространенных «умных» устройств».

 

Можно ли обойтись без человека?

 

Возникает закономерный вопрос: что будет с людьми, задействованными сегодня на производстве? Нет ли риска социальной катастрофы в связи с передачей многих функций машинам и высвобождением большого количества персонала?

 

По мнению большинства экспертов, видящих свою задачу в успокоении рабочего класса, потребность в персонале с переходом к новому технологическому укладу будет только расти. Труды немецких философов XX века убедительно показали, что, как ни парадоксально, потребность в человеческом труде с ростом автоматизации не падает, а увеличивается. И первый опыт производств, внедряющих «умные» технологии, это подтверждает.

 

Но надо понимать, что речь идет о принципиально иной работе, с новыми требованиями к квалификации. Какие-то профессии, как это происходит постоянно, неизбежно уйдут в прошлое. По мере снижения потребности в людях на производственных линиях будет расти потребность в персонале инженерных центров. Уже сейчас существуют заводы, где в цехе трудится смена из семи человек, которую обслуживает коллектив из 3000 инженеров.

 

Очевидно, что отнюдь не каждый оператор станка с ЧПУ в состоянии переквалифицироваться в программиста или разработчика продукта. И по всей вероятности, рабочий персонал, особенно люди старшего поколения, столкнутся с определенными трудностями в связи с переходом к новой производственной модели. Но предполагать, что в будущем «вкалывать будут только роботы», еще рано. Пока роботы-интеллектуалы не решат иначе, человек будет играть важную роль в производстве нужных ему материальных ценностей.

 

Уже сейчас способность придумать продукт с новыми потребительскими свойствами и заставить людей поверить в его необходимость ценится намного больше, чем просто умение качественно его произвести. А такую творческую задачу поручить машине в обозримой перспективе не представляется возможным. Да это ей и не нужно.

 

Екатерина Зубкова

Подготовлено с использованием выступлений деловой программы «Иннопром 2015»

Фото автора

Читайте также: