X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Умное производство (англ. Smart Manufacturing) – это максимально интенсивное и всеобъемлющее использование сетевых информационных технологий и киберфизических систем на всех этапах производства продукции и её поставки.

Для достижения своих целей «умные» предприятия используют специализированное программное обеспечение, лазеры и устройства с искусственным интеллектом, встроенные в машины, и инфраструктуру предприятия. Виртуальные организации задействуют для работы ПО, чтобы единообразно обеспечивать взаимодействие между распределенными в пространстве производственными активами и осуществлять управление этими активами; кроме того, предлагаются новые бизнес-модели и идеи создания ценности.

Технологии умного производства

Умное производство предполагает использование следующих технологий:

Умные машины, способные обмениваться информацией с другими производственными системами и работать с высокой степенью автономности, и продвинутые роботы.

Индустриальный интернет вещей. Устройства и технологии, обеспечивающие Интернет-соединение для всех машин на производстве.

Облачные сервисы, предоставляющие удобный и непрерывный сетевой доступ к общему пулу настраиваемых вычислительных ресурсов.

Интеграционные платформы предприятия, задача которых принимать данные от оборудования, анализировать и агреггировать их.

Основные направления технологических разработок, поддерживаемые на государственном или наднациональном уровне (например, Еврокомиссией в рамках седьмой Рамочной программы ЕС по научно-технологическому сотрудничеству), охватывают три сферы: энергетическая эффективность, производство не наносящих ущерба окружающей среде товаров и экономичность производства. В «умных» предприятиях данные приоритетные направления находят отражение в использовании таких технологических и управленческих инструментов, как (в той же последовательности): роботизированное производство, применение лазеров, автоматизация и оптимизация процессов и использование ИКТ и сенсоров для достижения энергоэффективности. Использование подобного рода инструментов позволяет программным приложениям «умного» предприятия действовать в зависимости от контекста производственного процесса. Под контекстом понимается любая информация, которая может быть использована для описания ситуации, в которой находится рассматриваемый объект. Объектами являются предметы реального мира, т. е. необходимо соотносить виртуально проистекающие процессы с реальными объектами, которые имеют физические характеристики (в т. ч. положение в пространстве). Технологии производства микроскопических сенсоров и беспроводных коммуникаций позволяют собирать больше информации об объектах реального мира. В свою очередь вызываемые реально произошедшими событиями автоматические сбор и распределение информации, знаний и задач между всеми рабочими местами обусловливают становление идеи «умного» предприятия. Вышеописанное позволяет определить цель функционирования «умных» машин как прогнозирование и предупреждение о возникновении условий, которые потенциально могут снизить производительность, точность или качество производства. Это означает, что такое оборудование должно вести себя так же, как человек с опытом выполнения определенного процесса, т. е. определять отклонения от нормального выполнения процесса (для этого оно должно быть чувствительно к силовому воздействию, вибрации и температуре) и предлагать возможные пути решения.

В качестве отличительных черт «умных» производств выделяются следующие:

Способность к «умному» действию и «умному» реагированию, максимально увеличивающим техническую эффективность, эффективность затрат и выгоду благодаря планированию, постоянному мониторингу операций и непрерывному обучению.

«Оперативные активы» — работники, завод, оборудование, операционные модели и базы данных — интегрированы и осведомлены о своем состоянии благодаря системе сенсоров. Периферийные устройства, исполнительные механизмы и производственное оборудование обладают способностями к обработке информации и оснащены сенсорами для автоматического самоанализа. Каждое устройство способно определить свое состояние и сообщить об этом всем связанным с ним устройствам.

Оборудование «умного» производства способно обнаружить внештатные ситуации и приспособиться к ним. Благодаря постоянному мониторингу и применению полученного знания, система обладает способностью адекватно функционировать в зависимости от меняющихся обстоятельств, таких как внезапное прерывание рабочих процессов, изменений в свойствах получаемого сырья и т. п.

Оборудование обладает полным доступом к необходимой информации в любое время работы.

Для предотвращения аварий в рамках «умного» производства осуществляется сбор информации в реальном времени.

Система обладает способностью к оперативному реагированию на изменения в технологическом процессе и неполадки.

«Умное» производство является экологически устойчивым, использует рециклинг и обладает минимальным воздействием на окружающую среду.

Необходимой чертой «умного» производства является высококвалифицированная рабочая сила.

Система обладает пониманием границ автоматического действия и снабжает всей необходимой информацией операторов и управленцев для принятия необходимых решений.

Работники «умного» производства обучены для осуществления действий, обеспечивающих стратегическую эффективность предприятия.

Ряд упомянутых выше элементов свойственен лучшим практикам лидирующих производств. Отсутствие полномасштабных промышленных образцов «умных» сред в производстве делает концепцию «умного» производства во многом идеальной ситуацией, нежели каким-либо стандартом. Такая ситуация, скорее всего, сохранится до первичного распространения «умных» сред в промышленности, после чего это понятие сможет быть более точно определено.

С технической и организационной точки зрения для реализации «умных» производств должен быть выполнен ряд условий:

Дальнейшее улучшение, удешевление и автономизация «умных» устройств

Развитие сетевых протоколов, в частности переход от IPv4 к IPv6.

Развитие мобильных устройств, позволяющих осуществлять распределенные вычисления (без опоры на центральные серверы). Архитектура мобильных устройств должна быть способна к улучшениям без перепрограммирования всей производственной системы.

Развитие системы открытых стандартов связи, поддерживаемых всеми производителями устройств, а также стандартов взаимодействия между электронными устройствами и автоматическими системами планирования (CAD, CAM, CAE…).

Как в России развивается умное производство

В России наиболее артикулированный запрос на «умные» среды представлен в сфере энергетики и транспорта, однако в стране отсутствуют системные интеграторы, способные предоставить адекватный ответ в виде «умных» систем под ключ. Результаты опроса российских промышленных компаний показали, что, хотя большинство предприятий использует программное обеспечение для управления производством, обычно речь идет об ERP-системах, которые имеют весьма опосредованное отношение к концепции «умных» заводов. Еще хуже ситуация обстоит с промышленными роботами — они используются менее чем на трети опрошенных предприятий.

Совет по модернизации экономики рассмотрел план по сокращению времени разработки новой продукции в нашей стране. Новое направление Национальной технологической инициативы сосредоточено на создании в России «умных производств».

Согласно проекту документа, совсем скоро в России должны появиться так называемые фабрики будущего – с цифровым моделированием, гибко перенастраиваемым производственным циклом. Во II квартале 2018 года должны заработать первые такие фабрики – в авиакосмической отрасли и двигателестроении.

Программа поделена на несколько этапов. Первый этап программы (для него уже есть предложения по финансированию) – 2017–2019 годы, вся программа должна завершиться к 2035 году созданием «глобальной сети фабрик будущего».

Довольно большое количество современных технологий «умных» производств реально в нашей стране просто отсутствует. В этом смысле наша первая задача — сделать то, чего ранее в России не существовало.

У «Роснано» есть примеры создания таких предприятий. Например, в российской фотонике раньше не было производства оптоволокна — мы построили завод в Саранске. В России не было возобновляемой энергетики, солнечной энергетики — завод по производству солнечных панелей «Хевел» построен, и он работает.

"Умное" производство — это производство высокоавтоматизированное и цифровое производство. На заводе «Хевел» высочайший уровень автоматизации производства, апгрейд оборудования, и продукция сама по себе новая. Это примеры того, как современные технологии сочетаются с современным уровнем организации производства.

Заключение

Большинство технологий «умных» сред находится на достаточно раннем этапе своего развития, им еще предстоит преодолеть многие ограничения технического и регулятивного характера. При этом уже сегодня существуют отдельные примеры их эффективного применения в промышленности, на транспорте и в энергетике. Об этом свидетельствуют соответствующие программы и проекты в США, Европейском союзе, прочих странах ОЭСР, гибкие инструменты государственной политики, созданная нормативно-правовая база, включающая необходимые стандарты.

В России существует значительный потенциал развития «умных» сред, однако пока он сдерживается сложившейся в советский период моделью производства, масштабным выбытием исследовательских центров и конструкторских бюро в 1990-е годы, слабой развитостью электронной промышленности.

На сегодняшний день гибкость и скорость внедрения инноваций являются ключевыми факторами успеха не только любого производства, но и экономики в целом. В этом смысле «умным» средам принадлежит особая роль: по сути, они выполняют функцию каркаса, на который в ближайшем будущем будет крепиться и тем самым обеспечивать новое качество продукции не только сама промышленность, но и транспортная и энергетическая инфраструктура.

Информационные источники

В России появится больше “умных производств” https://informatio.ru/news/economy/bolshe_umnykh_proizvodstv (дата обращения: 16.01.2018)

Умное производство https://iot.ru/wiki/umnoe-proizvodstvo (дата обращения: 16.01.2018)

“Умные” среды, “умные” системы, “умные” производства http://csr-nw.ru/files/csr/file_content_1271.pdf (дата обращения: 16.01.2018)

Инвесторы идут вслед за “Роснано” по пути развития инноваций https://news.rambler.ru/other/37460118-anatoliy-chubays-investory-idut-vsled-za-rosnano-po-puti-razvitiya-innovatsiy (дата обращения: 16.01.2018)

Код для цитирования: Скопировать