Framtidens fabrik. Nya affärsmodeller och deras digitala transformation

Vi tackar redaktörerna för tidningen "Springboard to Success" av NPO Saturn för att de tillhandahållit detta material.

Det första steget mot ett digitalt företag var alltså den digitala utvecklingen av en tillverkningsprodukt. Och ganska snabbt dök en förfrågan från ingenjörer upp och blev tillfredsställd, efter persondatorstödda designsystem, om verktyg för att stödja kollektiv utveckling, utveckling av tekniska analyssystem och skapandet av ett datoriserat tekniskt förberedelsessystem.

Det gjordes nya försök att förstå datorernas kapacitet (vars krafttillväxt med säkerhet följde Moores lag) genom nya metoder för applikationssystem - konceptet PLM (Product Lifecycle Management) dök upp, som var designat för att digitalisera hela "livet" av en produkt från utveckling till återvinning. Naturligtvis diskuteras i detta fall komplexa, dyra produkter med lång livslängd som en produkt. Det är viktigt att notera här att att uppnå en verklig fullständig implementering av ett PLM-system i det ögonblicket är nästan omöjligt, med tanke på svårigheterna med att upprätthålla en försörjningskedja, där bakom varje länk i uppkomsten av information döljer sig det mest komplexa av naturliga system - en person, med sina egna unika färdigheter, ambitioner, erfarenheter, problem...

Digital design tillsammans med datorsimulering av komplexa processer (gasdynamik, termodynamik etc.) har dock gjort det möjligt att avsevärt minska tiden till marknaden för nya produkter – ett sådant exempel var SaM146 gasturbinmotorn.

Nu på företaget har vi en bra digital bas för produkten - från design till tekniska processer med CNC-program, men vad har detta förändrats i produktionen? Interaktionen mellan designern och teknologen har förbättrats, digitala modeller av DSE överförs mellan dem, vilket praktiskt taget eliminerar produktionen av "föråldrade" (utan ändringar) delar, säkerställer relevansen och överensstämmelsen med designen och delens fysiska utseende , men hur kan detta öka effektiviteten i produktionsprocesserna?

En annan faktor som specifikt påverkade produktionsprocesser var framväxten av MRP, MRP-II, ERP-metodik och de olika system som stöder dem. De gör det möjligt att, med hjälp av regulatoriska data om produktsammansättningar, rutter, materialstandarder och bearbetningstid, beräkna produktionsscheman, bestämma när och vad som är nödvändigt för att utföra specifika operationer, identifiera begränsningar - "flaskhalsar" och samordna produktionsavdelningarnas aktiviteter sinsemellan. Men förväntningarna var dock långt ifrån helt uppfyllda. Bakom specifika handlingar, händelser och beslut finns en person som är kapabel att göra misstag. När man ställer in uppgifter lägger en person också logiken i systemets funktion, ofta önsketänkande. Resultatet är fel, misstro mot system och "manuell" kontroll.

Konceptet med det digitala företaget kan vara ett möjligt universalmedel. Vilka nya tekniker kan hjälpa till att bryta förtroendet hos tillverkande arbetare när det gäller resultaten av informationssystem?

För det första kan den mänskliga faktorn minimeras i produktionssystemet genom införandet av vissa sensorer, vilket kommer att lösa problemet med entydig information om var delen är belägen, hur mycket den har gått igenom de nödvändiga operationerna, om de alla har slutförts , var det är försenat och av vilka skäl.

Samtidigt dyker ett nytt lager av information upp - verklig detaljerad information om läget för det pågående arbetet i verkstäderna. Den andra digitala fabrikstekniken kan byggas på detta – big data analytics med inslag av maskininlärning och artificiell intelligens.

Den tredje idén är en tät informationskoppling med utrustning. Redan ett stort antal maskiner är utrustade med numerisk styrning. Maskinernas omborddatorer innehåller information om genomförda program, använda resurser och mycket mer. Därför kan en digital hårdvarufabrik uppnå två kraftfulla resultat:

integration av information om delen och sättet att utföra operationen på den, vilket gör att du kan "varva ner" en möjlig källa till inkonsekvens när en upptäcks (igen, big data-analys);
övergång från att serva maskiner "efter resurs" till att serva "efter villkor" (med hjälp av big data och utvecklade prediktiva modeller).

En kraftfull effekt av digitala fabriksteknologier kan vara en ny kvalitet hos ERP-system, som inte bara borde bli planerings- och övervakningsverktyg, utan också en mekanism för att förutsäga produktionssystemets tillstånd - "prediktiv hantering" - övergången från intuitiva beslut - fatta av produktionschefer till beslut som stöds av IT-system baserat på multifaktoranalys och prognos för utvecklingen av situationen.

En ytterligare övergång till en virtuell fabrik bör kopplas till skapandet av en digital tvilling av produktion i en virtuell miljö. I analogi med tekniska superdatorberäkningar som gör det möjligt att simulera beteendet hos fysiska objekt, är det möjligt att skapa en simuleringsmodell av ett tillverkande företag för att ge "gratis" (ur investeringssynpunkt) utveckling av nya tillverkningsmetoder, optimering av placeringen av maskiner, byggnader för att förbättra logistiken och analys av "vad-om"-scenarier » för att öka genomströmningen.

Ett viktigt resultat av implementeringen av en virtuell fabrik är designen av produkter till en given kostnad, när det blir möjligt att överlagra en dels strukturella utseende på verkliga produktionsförhållanden.

Nyckelteknologierna för den virtuella fabriken kommer att vara industriella internettekniker, som gör det möjligt att få full feedback från alla komponenter i produktionskedjan. Nya krav på tekniska beräkningspaket kommer att uppstå, vars optimeringsparametrar kommer att inkludera tillverkningsfaktorer, och detta kommer att orsaka en ny omgång av ökande krav på superdatorkapaciteten som används. Därmed kommer den virtuella fabriken att bli en kraftfull drivkraft för utvecklingen av ny programvara som bearbetar riktigt stora mängder data, möjligen dåligt strukturerad, om företagets verkliga liv. Effektiviteten i att använda dessa nya verktyg kommer att göra det möjligt att faktiskt minska stordriftsfördelarna (mer exakt, att översätta denna skala till massproduktion av individualiserade produkter istället för stora serier av identiska). Naturligtvis kommer nya metoder för robottillverkning och additiv teknik att ha en effekt på specifika arbetsplatser eller produktionslinjer, men den kumulativa, synergistiska effekten från dessa produktionstekniker kan endast uppnås tillsammans med införandet av virtualiseringstekniker för att hantera sådana komplexa avancerade produktionsteknologier tillsammans med användning av befintliga metoder och utrustning.

Nya utmaningar från den fjärde industriella revolutionen måste lösas inom ramen för projektet "Factory of the Future", som definieras i Technets färdplan för att förverkliga vårt lands ledande position på den globala högteknologiska produktionsmarknaden. De digitala metoderna för att organisera produktionen som beskrivs ovan förväntas utvecklas och testas på Factory of the Future Test Site för att fastställa möjligheten och metoderna för deras vidare implementering och användning i NPO Saturn och andra företag inom UEC JSC och Rostec State Corporation.

1955 inträffade en anmärkningsvärd händelse i den amerikanska ekonomin: utgifterna för informationsteknologi översteg kostnaden för materialproduktion för första gången. Redan på 1960-1970-talet formades teorin om ett postindustriellt informationssamhälle med djupgående tekniska, ekonomiska, politiska och kulturella förändringar i dåtidens samhälle. Vilka var de viktigaste faktorerna som bidrog till uppkomsten av en sådan teori? SKÄL TILL UTSEENDE AV POSTINDUSTRIELL EKONOMI

Förbättring av informations- och produktionsteknik, utveckling av mekanisering och automatisering av produktionen - allt detta hjälper till att minska antalet personal som ansvarar för rutinmässiga tekniska operationer för materialproduktion. Samtidigt växer behovet av högt kvalificerad personal som kan programmera driften av mekanismer och informationssystem.

De höga krav som ställs på sådana anställdas kvalifikationer och intelligens stimulerar ett helt lager av förändringar i samhällets struktur och, viktigare, inom utbildningssfären. Ekonomin börjar i allt högre grad påverkas inte av materiella produktionsmedel för massproduktion av varor, utan av den mycket intelligenta utvecklingen av komplexa enheter och produktionen av speciella och unika produkter i små partier.

Moderna produktionsanläggningar kan enkelt klara replikeringen av produkter av nästan vilken komplexitetsnivå som helst, men det finns fortfarande problem med att möta den ständigt ökande efterfrågan på produktion av innovativa produkter, såväl som varor och tjänster för individuella ändamål.

Den sociala och ekonomiska utvecklingen har idag närmat sig framväxten av delar av framtidens industri, för vilka huvudvärdet kommer att vara intelligensen hos system, mekanismer, varor och tjänster, kapabla att självständigt fatta beslut beroende på många faktorer för interaktion med miljön och människor.

Konceptet med den framväxande fjärde industriella revolutionen, eller "Industry 4.0" som det kallas, började 2011 tack vare politiker, affärsmän, vetenskapsmän och industrimän i Tyskland och utropades till huvudkomponenten i landets utveckling inom högteknologiområdet. Målet som utvecklarna av detta koncept satte upp för sig själva var att öka landets konkurrenskraft inom industrin genom en nära integration av cyberfysiska system på företag och utanför. Som ett resultat av implementeringen av detta koncept bör det enligt utvecklarna finnas interaktion mellan produktionsanläggningar och de varor de producerar utan direkt mänskligt deltagande, och med självanpassning till nya konsumentbehov. Interaktionen bör vara så djup och automatiserad att varje konsument av varor eller tjänster kommer att ha möjlighet att nästan direkt styra produktionen av sin beställning. Därefter utvecklades konceptet i USA, Kina och andra länder.

Idag har nio drivkrafter identifierats som har stor inverkan på utvecklingen av Industry 4.0-konceptet. Bland dem:

självkörande robotar;
additiv tillverkning;
förstärkt verklighet;
datorsimulering av utrustning, material och teknologier;
horisontell och vertikal systemintegration;
industriellt Internet of Things;
"Dimma" beräkning;
informationssäkerhet;
Big data och analys.
Det kan noteras att många av drivrutinerna redan används aktivt i skapandet av produkter och tjänster. För att fullt ut implementera det nya produktionskonceptet krävs dock ytterligare förbättringar och deras synergistiska funktion. Additiv tillverkning, som en av drivkrafterna bakom utvecklingen av Industry 4.0, kräver också betydande kvalitativa och kvantitativa förändringar, men först och främst behöver den integrering i automatiserad obemannad produktion.
NUVARANDE OCH FRAMTIDA FÖR ADDITIV TEKNIK
Nu blir det allt färre skeptiker angående utsikterna för utvecklingen av additiv digital tillverkning. Stora flyg-, fordons-, försvars-, instrumenttillverkningsföretag, medicin, inklusive tandvård, utbildning, privata företag, alla typer av företagsinkubatorer, servicebyråer har redan uppskattat fördelarna med att använda 3D-utskrift och integrerar det aktivt i sina arbetsprocesser. De mest framgångsrika företagen har till och med antagit interna standarder för användning av additiv teknik och material.
Föreställ dig att produktionen av delar med 3D-utskrift inte längre kommer att kräva långvarig teknikutveckling, användning av fleraxliga maskiner med komplex programmering, högt kvalificerad personal, design och användning av verktyg, närvaron av en formsprutningsbutik för ämnen, obligatoriskt kontroll av ämnen och färdiga delar, komplex logistik etc. .s. Additiv teknik, tillsammans med andra komponenter i Industry 4.0, kan avsevärt minska tiden för logistikoperationer, medan traditionella bearbetningsprocesser nu upptar i genomsnitt mindre än 5 % av produktionscykeln och 95 % står för in-fabrik och extern logistik .
Digital tillverkning förväntas ersätta vissa typer av massproduktion under de kommande 20 åren, särskilt de med höga slutproduktkostnader. Enligt konceptet Industri 4.0 kommer framtidens industrier inte att ha ett stort utbud av utrustning. De kommer att byggas på basis av flexibla produktionsceller som en del av cyberfysiska system. Celler och system kommer att anpassas till en specifik ordning genom omprogrammering, ändring av produktionsmoduler, utrustning, verktyg, material, omdirigering av logistikflöden – och allt detta kommer att ske på kortast möjliga tid. Sådana produktionscentra i framtiden kommer att ha ett utvecklat nätverk, byggas genom bokstavligen fullständig teknisk och teknisk kloning och kommer att vara nära de viktigaste konsumtionspunkterna för produkter Som den framgångsrika erfarenheten av att använda tillsatstekniker i industrin visar, är det ofta möjligt att minska produktionsprocessen med flera gånger, samtidigt som produkternas komplexitet kan reduceras ökas med en samtidig minskning av antalet delar i monteringen, eftersom 3D-utskrift låter dig bygga delar utan hänsyn till design och tekniska begränsningar som är inneboende i traditionella närmar sig. Till exempel används principerna för bionisk design med finita elementanalys (Finite Element Analysis, FEA) redan aktivt för att lätta upp flygplansdelar (Fig. 2).
Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt det stora utbudet av material som används: dessa är kompositer, metaller, keramik, termoplaster, fotopolymerer och många andra. Med tiden kommer varje teknik att ha en obegränsad lista över material, och deras sammansättning bestäms automatiskt av beräkningsprogrammet beroende på slutproduktens syfte och driftsförhållanden.
Idag erbjuder de flesta tillverkare av 3D-skrivare och additivsystem fortfarande separata produktionsverktyg som inte kan integreras i processflödet med hjälp av cyberfysiska system. Detta är med andra ord en, två eller tre skrivare som betjänas av en operatör. Operatörens ansvar inkluderar att förbereda skrivaren för drift, förbereda arbetskroppen för utskrift med ett eller annat material, förbereda och ladda ett program, byta material och ofta arbetskrävande efterbearbetning.
Begränsningen av massfördelningen av "metall" SLS/SLM/EBM-teknologier är den ganska höga kostnaden för utrustning och materialberoende (byte till ett annat material kräver fullständig rengöring av de fungerande delarna av installationen), vilket inte möjliggör snabb omkonfigurering till en annan produkt. Dessutom finns det efterföljande metallbearbetningsborttagning av stödelement och värmebehandling. Tillverkare har dock redan börjat lösa problemet med att snabbt byta material, vilket vi kommer att diskutera nedan.
SLA/MJM/DLP/PolyJet-teknologier är vanligtvis svåra att använda för slutprodukter på grund av materialens speciella egenskaper. Användningen av teknologier med blandningar av sand-polymer, keramik och gips har ganska begränsade användningsområden. FDM-teknik och liknande (till exempel APF) använder termoplaster av industriell kvalitet och verkar vara mest fördelaktiga när det gäller en kombination av egenskaper (i de fall plast snarare än metall kan användas för framtida produkter): kostnad för utrustning, egenskaper och hastighet för utbyte av material, förmåga automatiserat avlägsnande av stödmaterial. Nackdelarna med FDM-teknik inkluderar den skiktade ytstrukturen. Därför är det inte alltid möjligt att omedelbart använda delar tillverkade med denna teknik utan modifiering. Naturligtvis finns det andra nya tekniker som använder additiv tillverkning av delar, men många av dem är ännu inte riktigt mogna kommersiella produkter.
HUR VERKLIGT ÄR DET ATT ORGANISERA EN "DIGITAL FABRIK"?
Låt oss tänka på ytterligare förbättringar av additiv teknik till nivån av fullständig integrering i Industry 4.0. Finns det redan verkliga exempel, åtminstone på konceptuell nivå?
Som utgångspunkt för implementeringen av konceptet digitala additivsystem kan vi ta de flexibla tillverkningssystemen (FMS) som använts under de senaste 30-40 åren, till exempel Fastems-företaget eller monteringsfabrikerna hos något ledande fordonsföretag. Den nya ekonomin är organiserad kring informationsnätverk med horisontell och vertikal integration. Den är baserad på konstant interaktion mellan noder - lokaliserade produktionsanläggningar kallade FabLab (från engelska Fabrication Laboratory) - certifierade laboratorier där en mängd olika bas- och extrautrustning samlas "under ett tak", vilket gör att du snabbt kan "skriva ut" delar för företag fokuserade på innovation, samt utföra individuella beställningar åt privatpersoner. Förmågan hos sådana laboratorier tillåter användning av olika tekniker och material, men det är för tidigt att kalla dem fullfjädrad GPS.
Den nivå av automatisering som mänskligheten nådde på 1980-talet krävde en ökning av antalet ledningar
lösningar per produktionsåtgärd 10 000 gånger! Samtidigt har införandet av principerna för automatisering och robotisering inte avancerat branschen mer än 100 gånger sedan dess. Potentiellt tillåter ökningen av nivån på datorteknik oss att förvänta oss mycket mer - för detta behöver vi bara komma ihåg hur långt datortekniken har avancerat sedan 1980-talet.
Att förstå, forma och integrera olika tekniska lösningar i en enda produktionsorganism som skulle fungera utan mänskligt ingripande är problemet som vissa tillverkare-integratörer av tillsatsteknologier redan löser.
ADDITIV TILLVERKNING – KAMPANJER AV FRAMTIDENS DIGITALA FABRIKER Konceptlaser På Formnext-mässan i Frankfurt am Main förra året presenterade Concept Laser en ny maskin- och produktionsarkitektur med SLM-teknik. Den unika utvecklingen bekräftar företagets starka engagemang för att implementera konceptet "Framtidens additivfabrik" ("AM Factory of Tomorrow"), utformad för att föra additiv tillverkning till en högre nivå av kvalitet, flexibilitet och effektivitet (Fig. 4). . Ett fundamentalt nytt tillvägagångssätt för design av processkomponenter öppnar breda möjligheter för modulär integration av produktionsteknologier i företag. Det innebär att industriproduktionen blir snabbare och mer kostnadseffektiv. Concept Laser kommer att presentera sina första kommersiella installationer i slutet av detta år.
Som regel erbjuder tillverkare av metalltillsatssystem lösningar utan möjlighet att integrera sin utrustning i den övergripande produktionsprocessen. Den nya arkitekturen för Concept Laser-utrustning ger en genomtänkt automatisering av grundläggande tekniska operationer: förberedelse av utrustning för utskrift, utskrift och efterbearbetning. Enligt Florian Bechmann, chef för forskning och utveckling på Concept Laser, "I huvudsak handlar det om att dela upp additiva tillverkningssystem i valfritt antal fritt kombinerbara moduler för oberoende förberedelse av utrustningen för utskrift, utskrift av produkten, bearbetning av den tryckta produkten. Parallella processer för att lasta pulver och lossa färdiga produkter ökar den effektiva utskriftstiden och minskar därmed stilleståndstiden avsevärt för maskiner som tidigare arbetade autonomt. Här finns en enorm potential för att öka effektiviteten i produktionskedjan. För industriell massproduktion innebär detta i grunden nya tillvägagångssätt, som skiljer sig kraftigt från de vanliga "kvantitativa" utrustningskoncepten, möjligheten att ta ytterligare ett steg framåt."
Koncept Laseringenjörer kunde parallellisera förberedelseprocessen och själva utskriften "på utrustningsnivå." Additiv tillverkning, som Concept Laser förstår, kan redan nå 24/7-läge. Installationerna är integrerade med traditionella CNC-maskiner för "hybrid" produktion, såväl som för efterföljande efterbearbetning. Grunden för den nya produktionsarkitekturen är den modulära separeringen av funktionerna beredning, produktion, demontering, efterbearbetning och lagring av. delar (fig. 5). Beroende på arbetsuppgifterna och rummets storlek kan moduler kombineras på ett sådant sätt att man säkerställer maximal prestanda med hela utbudet av pulvermetaller som finns idag samtidigt som produktionskostnaderna sänks. Simuleringsmodellering av produktionsscenarier bekräftade att den yta som upptas av utrustning som endast använder traditionell teknik faktiskt kan minskas med 85 %. Och användningen av flera lasrar i installationer ökar systemets totala prestanda.
"Tack vare den samtidiga användningen av upp till fyra lasrar har hastigheten på byggnadsdelar ökat avsevärt. Vi utökade också dimensionerna på byggområdet. Med vårt koncept som exempel vill vi visa hur principerna för den fjärde industriella revolutionen kan förändra additiv tillverkning och föra framtiden närmare. Här finns en enorm potential för att öka företagens effektivitet och optimera teknologier för massproduktionens uppgifter”, förklarar F. Beckmann.
Tillsatsindustrier
MetalFAB1 är en riktig industriell "skördare" från det holländska företaget Additive Industries. Den består av en "metall" 3D-skrivare, en ugn för att ta bort strukturella spänningar från en del, och en automatiserad utbytbar plattform för att bygga, lagra och utfärda färdiga delar (Fig. 6). Antalet moduler kan uppgå till elva eller fler på kundernas uppgifter. Kombinerat med samtidig drift av flera lasrar och en modulär struktur, erbjuder Additive Industries en verklig fullcykeltillverkningsanläggning för miniadditiv för att möta behoven hos de mest krävande kunderna inom flyg-, rymd-, medicin-, fordons- och verktygsindustrin. Enligt tillverkaren är MetalFAB1 10 gånger överlägsen den genomsnittliga nivån för liknande system på marknaden vad gäller repeterbarhet, produktivitet och flexibilitet.
XJET Ny metall 3D-utskriftsteknik från det israeliska företaget XJET kan revolutionera idén om den multifaktoriella karaktären hos den additiva tillverkningsprocessen för metalldelar.
Pulvernanopartiklar i XJET-teknik placeras i en flytande kompositlösning. I analogi med PolyJet-processen (som vi har skrivit om mer än en gång på Umpro-sidorna), sprejar jethuvuden denna lösning och bildar delen enligt ett föruträknat program. Processens höga hastighet, dess säkerhet, snabba och enkla laddning av material med patroner, samt möjligheten att automatisera operationer för att ta bort stödmaterial, gör att XJET kan integreras i framtidens digitala fabriker.
Avslutningsvis berättelsen om tillverkare av metalladditivskrivare och deras lösningar vill jag nämna några potentiella och praktiskt genomförda evenemang inom additiv tillverkningsindustrin. Den viktigaste av dem är det amerikanska företaget General Electrics omedelbara planer på att förvärva två företag kända för sina industriella 3D-skrivare: svenska Arcam Group AB och tyska SLM Solutions Group AG. Affären kan ske redan i oktober i år, dess värde kommer att vara 1,4 miljarder dollar. Företaget driver redan framgångsrikt en automatiserad produktionslinje för 3D-utskrift av injektorer för LEAP-1A-motorer.
Det finns andra exempel på nära samarbete mellan stora företag och tillverkare av additiv utrustning. Engelska Rolls-Royce har nära band med Renishaw, en tillverkare av SLM-installationer. I USA har det största flyg- och försvarsföretaget Lockheed Martin ett nära samarbete med Sciaky Inc., Norsk Titanium, samt Sandia National Laboratories, där grunden för Optomecs metall 3D-utskriftsteknik tidigare lades.
Sådana steg indikerar en systematisk konsolidering av de största industriföretagen med utvecklare och leverantörer av utrustning för additiv teknik för att skapa framtidens produktionsanläggningar med helcykelteknik.
Företaget ARBURG är främst känt för sitt breda utbud av formsprutningsmaskiner (TPA). Men, som inser vikten och löftet med additiv teknologi och deras plats i Industry 4.0, har ARBURG nyligen anslutit sig till additiv tillverkningsområdet genom att släppa Freeformer 3D-skrivaren, som använder den ursprungliga ARBURG Plastic Freeforming (APF)-tekniken. Företagets mål är att utveckla en "smart fabrik" som ska kännetecknas av hög grad av flexibilitet, effektivitet och resursutnyttjande (Fig. 8.) Freeformer kan arbeta med kornformiga termoplaster, vilket öppnar stora möjligheter att använda många typer av plaster för tillverkning av delar. En annan fördel med systemet är möjligheten att använda flera material i en modell. Det är sant att tekniken för närvarande inte kan skryta med att producera komplexa delar som FDM-tekniken enkelt kan hantera.
I Tyskland anser de dock att APF-tekniken på allvar kan konkurrera med de nuvarande ledarna inom tillsatsindustrin i framtiden. Enligt ARBURGs förståelse bör i linjen "smart factory" för produktion av kundanpassade produkter, förutom formsprutningsmaskiner, robotsystem (med en 7-axlig robot) och kringutrustning som 3D-skrivare integreras. Som ett resultat, efter formsprutningsmaskinen, flyttas delen av roboten till skrivaren för att applicera individuella markeringar av DM-koder (Data Matrix) och annan användarinformation på produkten. Detta säkerställer att delar kan identifieras hela tiden med hjälp av en skanner och att logistiken på verkstadsgolvet är helt kontrollerad av fabrikens datorsystem. Kunderna kommer att få en unik produkt, till exempel med ett individuellt användarnamn, företagslogotyp, samt andra element som förbättrar ergonomin och framhäver individualitet.
Stratasys
På utställningen IMTS (International Manufacturing Technology Show), som hölls i september i Chicago, tillkännagav Stratasys en utvecklingsstrategi för sina produkter riktade till industrisektorn. Två koncept baserade på Kuka fleraxliga robotsystem med huvuden som använder lager-för-lager filamentdepositionsteknik (FDM) demonstrerades. Företagets nya produkter har ökade extruderingshastigheter, högre kvalitet på utskrifter, möjligheten att snabbt byta material och möjligheten att producera delar av nästan vilken längd som helst för användning inom flyg-, rymd- och fordonsindustrin, såväl som i de industrier som kräver stora, lätta termoplastprodukter med hög repeterbarhet av mekaniska egenskaper. Dess egenhet är produktionen av delar av nästan obegränsad längd. Om kunden tidigare var tvungen att göra en kompromiss vid köp av utrustning för tillverkning av delar med dimensioner som överstiger konstruktionskammaren och sedan limma delarna till en enda solid produkt, är detta problem helt löst med den föreslagna lösningen "Robotic Composite 3D" (Fig. 10) består av en industriell 5-axlig Kuka-robotarm och en 3-axlig byggplattform (totalt åtta axlar). Med dess hjälp kan skikt av termoplast appliceras i valfri rotationsriktning av plattformen, vilket gör det möjligt att öka styrkan hos slutprodukterna. Enligt företagsrepresentanter är det också möjligt att använda kolfibermaterial för att uppnå geometrier som är ouppnåeliga med andra produktionssystem för kompositläggning. Det är anmärkningsvärt att stödmaterial inte längre behövs här. Stratasys koncept har avsevärt ökat storleken på de tillverkade delarna, såväl som hastigheten med 10 gånger eller mer jämfört med dess industriella Fortus 900 mc-anläggning.
Det är värt att notera Boeing Corporations direkta och aktiva inflytande på sådana projekt, som bestämmer de allmänna kraven för teknik för tillverkning av småskaliga anpassade delar, Ford Motor Company, som planerar att använda innovativa produktionsmetoder i sina företag, samt Siemens, som tillhandahåller mjukvaruintegrering av Stratasys-lösningar.
Utan tvekan är Stratasys ett illustrativt exempel på ett företag som sätter trenden inom området för additiv teknik i framtiden och som kan ta sin rättmätiga plats i Industry 4.0.
SLUTSATS
Vi lever i en tid av betydande förändringar inom ekonomi, industri, utbildning och medicin. Idag sätter utvecklingen av digital teknik prototypen för vår redan nära framtid - mättad med tänkande enheter i digitala fabriker och bortom, kapabla att utföra rutinoperationer oberoende utan mänsklig inblandning. Planerade åtgärder för att konsolidera de största företagen med ledarna inom 3D-utskrift bekräftar vikten och oundvikligheten av ledarskapet för additiv teknologi i förhållande till traditionella metoder. I innovationsvärlden kommer de tillverkningsföretag som kommer att ha flexibel utrustning och teknik som omedelbart kan anpassa sig till nya uppgifter att vinna. Detta är framväxten av en ny teknisk struktur, Industry 4.0.

Framtidens fabrikerär en viss typ av affärsprocesssystem, ett sätt att kombinera affärsprocesser, som har följande egenskaper:

skapande av digitala plattformar, unika ekosystem av avancerad digital teknik. Baserat på prediktiv analys och big data, gör plattformsupplägget det möjligt att förena geografiskt fördelade deltagare i design- och produktionsprocesserna, öka nivån av flexibilitet och anpassning med hänsyn till konsumenternas krav;

utveckling av ett system av digitala modeller av både nydesignade produkter och produktionsprocesser. Digitala modeller måste ha en hög nivå av lämplighet för verkliga objekt och verkliga processer (konvergens av den materiella och digitala världen, genererar synergistiska effekter);

digitalisering av produkters hela livscykel (från konceptidé, design, produktion, drift, service och kassering). Ju senare förändringar som görs, desto större blir kostnaderna, och därför flyttas tyngdpunkten mot designprocesser som definierar global konkurrenskraft eller höga kundkrav.

Vid bildandet av Framtidens fabriker bildas också nya nyckelkompetenser, till exempel:

snabb anpassning av svar på marknadens eller kundförfrågningar;

användningen av systemmetoder (systemteknik), när det är nödvändigt att hålla hela systemet och alla dess interagerande komponenter i sikte vid varje tidpunkt;

bildandet av en flernivåmatris av målindikatorer och begränsningar som grund för en ny design som avsevärt minskar riskerna, volymen av fullskaliga tester och mängden arbete som är förknippat med "att färdigställa produkter och produkter baserade på testning";

utveckling och validering ("jämförelse med experiment") av matematiska modeller med en hög nivå av lämplighet för verkliga objekt och verkliga processer - de så kallade "smarta" modellerna;

förändringsledning genom hela livscykeln;

"digital certifiering" baserad på tusentals virtuella tester av både enskilda komponenter och hela systemet som helhet.

Framtidens fabriker. Nyckelbegrepp

Digitala fabriker- system med integrerade tekniska lösningar, som på kortast möjliga tid säkerställer design och produktion av globalt konkurrenskraftiga produkter av en ny generation från forsknings- och planeringsstadiet, när produktens grundläggande principer fastställs, och slutar med skapandet av en digital mock-up (Digital Mock-Up, DMU), en "digital tvilling" (Smart Digital Twin), prototyp eller liten serie ("papperslös produktion", "allt digitalt"). En digital fabrik innebär närvaron av "smarta" modeller av produkter eller produkter (maskiner, strukturer, enheter, instrument, installationer, etc.) baserade på det nya paradigmet för digital design och modellering Smart Digital Twin - [(Simulation & Optimization) Smart Big Data]- Driven Advanced (Design & Manufacturing).

"Smarta" fabriker (Smart Factory)- system med integrerade tekniska lösningar som säkerställer, på kortast möjliga tid, produktion av globalt konkurrenskraftiga produkter av en ny generation från tom till färdig produkt, vars särdrag är en hög nivå av automatisering och robotisering, vilket eliminerar mänskliga faktor och tillhörande fel som leder till kvalitetsförlust ("obemannad produktion"). Som en ingångsprodukt från "smarta" fabriker används som regel resultaten av digitala fabrikers arbete. En "smart" fabrik innebär vanligtvis närvaron av utrustning för produktion - numeriskt styrda maskiner, industrirobotar, etc., samt automatiserade processtyrsystem (Industrial Control System, ICS) och operativa styrsystem för produktionsprocesser på verkstadsnivå ( Manufacturing Execution System, MES).

Virtuella fabriker- System med integrerade tekniska lösningar som säkerställer, på kortast möjliga tid, design och produktion av globalt konkurrenskraftiga produkter av en ny generation genom att kombinera digitala och (eller) "smarta" fabriker i ett distribuerat nätverk. En virtuell fabrik innebär närvaron av informationssystem för företagsledning (Enterprise Application Systems, EAS), som möjliggör utveckling och användning som ett enda objekt av en virtuell modell av alla organisatoriska, teknologiska, logistik- och andra processer på nivån av globala leveranskedjor (försörjning => produktion => distribution och logistik => försäljning => kundservice) och (eller) på nivån för distribuerade produktionstillgångar.

Framtidens fabriker. Testbäddar

För att bilda framtidens fabriker, välja ut och integrera olika världsledande teknologier med tillägg av vårt eget tvärindustriella intellektuella kunnande, är det nödvändigt att ha en plats där de kan testas i praktiken, i en miljö som uppfyller verkliga villkor. För dessa ändamål, Technet-färdplanen för 2017-2019. Lanseringen av tre testplatser (TestBeds) planeras:

En testplats för att skapa framtidens digitala, smarta virtuella fabriker på grundval av Rysslands första Institute of Advanced Manufacturing Technologies (IPPT) SPbPU;

Experimentella digitala certifieringscenter baserade på Skolkovo Institute of Science and Technology och Moscow State University. M.V. Lomonosov

Uppdraget är att arbeta inom högteknologisk industri, öka dess exportpotential med tillgång till globala marknader.

Enligt deltagarna i processen förväntas ett genombrott inom Ryska federationens vetenskapliga och tekniska utveckling.
Ordföranden för utskottet för industripolitik och innovation i S:t Petersburg talade om vad framtidens fabrik är. Maxim Meiksin.

Digital tvilling

– Vad är det nya konceptet och varför ställs sådana förhoppningar till det?

Det finns två sätt att producera produkter: ett klassiskt, när en prototyp görs enligt en ritning, och ett nytt tillvägagångssätt, där en framtida produkt formas som en digital tvilling. Testprocessen av till exempel en bil och dess montering, med hänsyn till testresultaten, kan simuleras i ett digitalt program. Produktionstekniker testas på en datormodell. Och själva produktionen ser annorlunda ut än den klassiska, eftersom den digitala tvillingen låter dig förutsäga egenskaperna hos den framtida produkten och uppnå önskad kvalitet. Vid någon tidpunkt börjar dubbelmannen "träna" sin prototyp, ett verkligt objekt: baserat på driften av en digital analog, säg ett flygplan, kan man göra en prognos om dess drifttillförlitlighet. Detsamma är med produktionen av läkemedel, vars digitala tvillingar kommer att göra det möjligt att beräkna den erforderliga molekylen inte genom många års erfarenhet, utan på ett mycket kortare matematiskt sätt och beräkna effekten på människokroppen.

– Så den digitala tvillingen blir ett nyckelbegrepp när man skapar en ny typ av industri?

Vår uppgift är att visa företag hur man tänker i ett nytt paradigm, i form av digitala fabriker, som öppnar stora möjligheter. För att inte komma ikapp med industriella ledare, utan vara först i detta konkurrensutsatta lopp, slå ett hörn, skapa en digital industri, som genom digitala tvillingar gör att de mest lovande idéerna kan implementeras på hög nivå. Det arbete som Yrkeshögskolan gör är mycket viktigt här. För att genomföra projektet "Framtidens fabrik" har ett projektkontor skapats i St. Petersburg under ledning av guvernören.

När är revolution bättre än evolution?

- Hur redo är S:t Petersburgs företag för en sådan omstrukturering?

En särskild grupp har skapats på industri- och handelsdepartementets nivå för att bedöma beredskapen att arbeta i det nya formatet. Ett 25-tal företag i S:t Petersburg har förklarat sig vara redo. Bland dem finns Sredne-Nevsky-varvet, som bygger ett digitalt varv. Detta kommer att vara en bra konkurrensfördel, multi-level, när fartyg kommer att produceras baserat på de beräknade designerna av digitala modeller. Fartygshantering och kontroll kommer också att utföras med hjälp av mjukvaruprodukter. En rad tekniska operationer, både produktion och ledning, underlättas och arbetsproduktiviteten ökar. Övergången till digitala fabriker är ett stort steg framåt.

– Det visar sig att vi står på tröskeln till en ny vetenskaplig och teknisk revolution?

Närmare bestämt den fjärde industriella. Det finns två sätt att utvecklas - evolutionärt och revolutionärt. Fram till idag har vår bransch utvecklats på ett evolutionärt sätt och släpat rejält efter i ett antal branscher, även om vi på vissa områden är de obestridda ledarna. Därför är valet detta: antingen köp ny modern utrustning i enlighet med befintliga standarder, vars återbetalning är 5-10 år, eller byt till en digital plattform. I det andra fallet kan vi nå målet snabbare än konkurrenterna, vi kommer inte att behöva få tillbaka pengarna som investerats i utrustningen, vi är fria. Ryssland har en chans att ta en ledande position på globala marknader.

- Vad är ödet för företag som inte byter till digital teknik?

Tills nyligen kände alla en sådan global tillverkare som Kodak. Företaget stod för 80 % av världens efterfrågan på fotografisk film och fotografiskt papper. Nu finns inte det här företaget, få människor behöver filmen. Det finns många sådana exempel. De företag som inte kommer att byta till ett nytt arbetsformat är tyvärr dömda. Uppgiften för regeringen i S:t Petersburg är att hjälpa företag att passa in i nya förhållanden, bli högteknologiska, överlägsna sina partners i konkurrensen.

Vem är författaren?

– Är det här en pedagogisk funktion?

Det är snarare rollen som en guide, som pekar riktningen. Poängen är att NTI-centret och företagen ska mötas och börja gå vidare tillsammans. Vi är redo att förse intresserade företag med paket med utvecklade lösningar som härrör från erfarenheterna från de företag som redan följer denna väg. Till exempel kan man lära sig mycket nyttigt av Konverteringsrådets arbete. Vi packar nu de nödvändiga förslagen i en viss uppsättning rekommendationer: till exempel hur man optimerar kostnaderna när man går över till lanseringen av en konkurrenskraftig produkt.

En digital fabrik är när representanter för olika företag, de mest kompetenta inom ett visst område, kan vara involverade i arbetet på designstadiet. Vem kommer att äga upphovsrätten i detta fall?

Tanken är att det finns många professionella team i världen som kan lösa vissa problem. Att sammanställa resultaten av sitt arbete och skapa en gemensam produkt är mycket bekvämare än en beställning som utförs inom ett företag. Om det är möjligt att involvera olika projektteam så erhålls bättre lösningar. Jag ser inga problem med upphovsrätten här, eftersom det fortfarande finns en kund som betalar för arbetet. Allt köps i ett paket tillsammans med rättigheterna.

Vilka innovationer som dök upp i St Petersburg kan kallas de mest intressanta? Projekt före sin tid?

Det finns många av dem. I september lämnade den första seriella nukleära isbrytaren "Sibir" i Project 22220, den största och mest kraftfulla i världen, slipbanan för det baltiska varvet. Den kombinerade potentialen hos varvsindustrin och radio-elektronisk industri gör att vår stad kan bli ett av centrumen för skapandet av obemannade sjötransporter. Granit-Electron-koncernen har blivit en stor exportör av innovativa produkter som producerar unika riktade borrsystem för olje- och gasindustrin. Den årliga exportvolymen uppgick till 2,5 miljarder rubel. 2017 tog St. Petersburg första plats i rankningen av innovativa regioner i Ryska federationen. Enligt National Rating "Techuspeg-2017" inkluderade de 100 främsta ryska innovativa företagen 15 företag från St. Petersburg, ledande inom läkemedel, maskinteknik, elektronik och ingenjörskonst.

Den fjärde industriella revolutionen har redan utropats, hela världen rör sig i olika takt mot Industri 4.0, vars resultat bör bli framtidens digitala fabrik, baserat på en ny förståelse för effektiv produktion. Enligt Grand View Research nådde den globala Industrial Internet of Things (IIoT)-marknaden 109 miljarder USD 2016 och förväntas växa till 933,62 miljarder USD 2025.

Världens industrijättar har av egen erfarenhet sett att en ny typ av fabriker innebär sänkta kostnader och ökad produktivitet genom datorisering av produktionen. Ryssland är fortfarande i början av denna väg, vilket dock inte hindrar landet från att slå igenom och bli en ledare. Inhemska företag jämför sig positivt med andra aktörer på den internationella marknaden med en sammansmältning av vetenskaplig ingenjörskonst och en seriös industriell grund - arvet från landets industriella förflutna. Huvudsaken nu är att inte vara rädd för förändringar.

Vi går från inbyggda system till cyberfysiska system, vilket gör att vi kan samla in och överföra information i vilken form och volym som helst från var som helst. Detta är grunden för den så kallade nätverkskulturen som ligger till grund för digital produktion.

Men vad är digital tillverkning? Det finns många tolkningar av begreppet. Experter definierar det som automatisering av produktionsprocessen, och som skapandet av digitala tvillingar av produkten och dess produktionsprocesser, och som ett flernivåsystem med sensorer, styrenheter, sätt att överföra insamlad data, analytiska verktyg etc.

Jag tror att digital produktion innebär digitalisering av industrin, vilket leder till att lösningar på de viktigaste problemen som har oroat industrimän sedan tillkomsten av de första fabrikerna bör nå en ny nivå. Bland dem är en minskning av andelen defekter, en minskning av fel orsakade av den mänskliga faktorn, bedömning av kvaliteten på den tillverkade produkten och, viktigast av allt, massproduktion av produkter enligt individuella beställningar. För att göra detta måste företaget helt automatisera alla produktionsprocesser: designutveckling, teknisk beredning av produktion, leverans av material och komponenter, produktionsplanering, tillverkning och försäljning.

Under de senaste 25 åren har betydande framsteg gjorts mot digital tillverkning i ekonomiskt utvecklade länder. Philips rakhyvelfabrik i Holland arbetar i ett mörkt rum med 128 robotar. Harley-Davidson-fabriken har minskat den genomsnittliga produktionstiden för specialanpassade motorcyklar från 28 dagar till 16 timmar.

Vi måste anta liknande erfarenheter från utländska företag, men, naturligtvis, med hänsyn till den ryska realiteten.

För många inhemska industrimän låter nu frasen "framtidens digitala fabrik" som frukten av en vild fantasi. Ja, någonstans i väst finns det fabriker där robotar arbetar, någonstans används 90% av utrustningen, någonstans är ledningssystemet bundet till produktionen - någonstans, men inte här. I Ryssland, enligt vår erfarenhet, är den genomsnittliga utrustningsbelastningen 30%. Och vi lever som vi arbetar – på samma 30%. Och var man ska börja för att börja förändringens svänghjul är oklart - gapet är för stort.

Faktum är att om vi bryter ner hela vägen till Industry 4.0 i logiska etapper och börjar gå framåt konsekvent, har Ryssland alla möjligheter att inte bara komma ikapp väst, utan också att komma framåt genom att samla all ackumulerad erfarenhet och anpassa den att passa sig själv. Enligt min åsikt är det nödvändigt att först och främst uppfylla tre villkor för att övergå till Industry 4.0:

Datorisera arbetsplatser och produktionsutrustning;
Använd modern programvara för produktionsförberedelser (CAD/CAM/CAE/PDM), produktionshantering (ERP, MES) och resurshantering (EAM, MRO);
Att skapa ett enhetligt informationsutrymme i ett industriföretag, med hjälp av vilket alla automatiserade företagsledningssystem, såväl som industriell utrustning och produktionspersonal kommer att kunna utbyta information snabbt och i tid.

Det första steget för att kombinera allt ovanstående till en enda infrastruktur kan och bör vara användningen av MDC-system (Machine Data Collection - insamling av maskindata), som låter dig övervaka driften av alla produktionsanläggningar (utrustning, arbetsplatser i huvudarbetare, serviceavdelningar etc.) för att styra produktionen. Detta är grunden för övergången till digital produktion (författarens företag, Stankoservice, levererar liknande system. - Forbes).

Övervakningssystem gör det möjligt att kringgå "tidningar" metoder för att få information dessa processer är automatiserade, och maskinerna, kan man säga, rapporterar om sitt arbete. I Ryssland är många företag fortfarande beroende av den mänskliga faktorn - till exempel "lojaliteten" hos en teknolog eller operatör. Våra medarbetare är vana vid att arbeta för sin egen ficka, och inte för organisationens bästa. MDC är ett sätt att öka effektiviteten och öka vinsten genom kontroll och transparens av alla åtgärder.

Implementeringen av ett övervakningssystem kräver inte stora ekonomiska och tidsmässiga resurser. Enligt vår erfarenhet är det möjligt att utrusta en flotta på 100 maskiner på 3-4 veckor. Bland de ryska företagen som utvecklar "digital produktion", vill jag lyfta fram PJSC PKO Heat Exchanger (Nizhny Novgorod), VGUP VNIIA uppkallad efter. Dukhova (Moskva), JSC Reduktor-PM just för att dessa företag började med MDC och nu tydligt ser vart de ska gå vidare.

Genom att börja smått kan du bygga om hela systemet. Men du ska inte ta tag i vad som helst, det här borde vara en logisk och fullfjädrad övergång till konceptet med inte så mycket digital produktion med sina individuella lösningar, utan till ett digitalt företag. Du måste förstå att detta inte är ytterligare ett steg i att förbättra industriell automation, utan en omvandling av hela verksamheten: från förfarandet för tillverkning av delar till sätt att locka kunder. Erfarenheterna från en av våra kunder, det ryska Helikoptersföretaget, är vägledande här. Deras kompetenta övergång till industri 4.0 genom bildandet av ett enda digitalt utrymme med övervakning av både människors och utrustningens arbete ledde till en förändring i arbetets psykologi - en förståelse för mekanismerna för ett välkoordinerat arbete i ett företag för resultat dök upp , där synergin mellan humankapital och ny teknik är viktig.

Det är uppenbart att med övergången till digital produktion kommer behovet av mellanledning i produktionen att minska. Om det tidigare var många kontrollanter och platsförmannen, som rapporterade till verkstadsförmannen för uteblivna tidsfrister, kunde skylla på serviceavdelningarna, och verkstadsförmannen, rapporterande till produktionschefen, kunde hävda att den gamla utrustningen var skyldig... osv. ., nu tack vare övervakningssystemet blir allt transparent. Det är omöjligt att förvränga verkligheten. Objektiv information från produktionen når chefer snabbt och utan förvrängning. Genom att koppla ihop alla produktionssystem kommer de flesta beslut att fattas automatiskt, utan mänsklig inblandning. Naturligtvis kommer detta att allvarligt påverka företagens organisationsstruktur och kvalifikationskraven för ny personal.

Enligt vissa experter bör framtidens fabrik dyka upp i Ryssland 2035. TechNet-färdplanen för National Technology Initiative har redan godkänts och definierar utvecklingsplanen för teknologier som digital modellering och design, industriellt internet, additiv teknik, robotik och mekatronik. Men framtidens fabrik inkluderar inte bara en teknisk aspekt - Internet of things och big data kommer inte att lösa alla problem utan effektiv innovativ förvaltning och nya affärsmodeller.

Med intåget av den ”digitala” produktionens era är det möjligt att gå över till nya ledningsmodeller, som det nu pratas så mycket om i snäva kretsar. I det här fallet kommer frasen "maskin som en tjänst" att bli verklighet. Övervakningssystemet kommer att göra alla anslutna maskiner globala, tillgängliga för att ta emot beställningar, utbyta information om planerad belastning och produktionskapacitet. I framtidens fabrik kommer en virtuell operatör att hantera logistiken och välja utrustning med bästa prestanda. Maskinen, som ett "intelligent" produktionsämne, kommer in på den globala marknaden och är tvungen att konkurrera på grund av kvaliteten, hastigheten och kostnaden för arbetet. Det är precis vad vi går mot.

Genom att utveckla historien om "maskin som en tjänst" kommer vi till insikten att det inte alls är nödvändigt för en anläggning att köpa maskiner och ta hand om deras tillstånd. Verktygstillverkningsföretag, som har verktyg för fjärrövervakning, kan tillhandahålla maskiner som en tjänst, säkerställa snabba reparationer, leverans av reservdelar, etc. Den part som tillhandahåller finansiering för detta system kommer att vara en bank. Alla tre parter kommer att tjäna en procentandel av försäljningen av produkter till den slutliga köparen, vilket avsevärt kommer att öka affärseffektiviteten och minska korruptionen på mellannivå. Alla parter har möjlighet att fjärrövervaka produktionen, vilket avsevärt minskar riskerna och säkerställer att parterna är intresserade av slutresultatet.

Sammanfattningsvis är det värt att tillägga att innovationshantering för de flesta företag inte kommer lika snabbt som tekniken kommer. För tyskar eller japaner är regelverk bra, men för ryssar är det en anledning att testa systemets styrka. Vi måste agera iterativt, i varje steg och visa resultat och fördelar för personal och verksamhet. Vi selar länge, men vi går snabbt.