Одна з перспективних ідей завтрашнього дня, що стосується будь-якого виробництва, - цифрове моделювання активів: створення віртуальних копій реальних об'єктів, які виглядають і функціонують так само, як і їхні прототипи. У «Газпром нафти» «цифровими двійниками» впритул займаються на переробних виробництвах компанії, і багато з цієї інноваційної технології вже вдалося втілити в життя

Від малюнків до 3D-моделей

Трохи історії. Креслення та схеми потрібні були людям завжди, з моменту перших винаходів - колеса та важеля, щоб передавати один одному інформацію про влаштування цих пристосувань та правила їх використання. Спочатку це були примітивні малюнки, що містили лише найпростіші відомості. Проте конструкції ставали складнішими, а зображення та інструкції – детальніше. З того часу технології візуалізації, документування та зберігання знань про споруди та механізми пройшли великий шлях. Проте довгий час основним носієм для фіксації інженерної думки залишався папір, а робочим простором – площина.

У другій половині ХХ століття стало ясно, що звична армія креслярів, озброєних кульманами, вже не здатна встигнути за стрімким зростанням розвитку промислового виробництва та складністю інженерних розробок. Прискорення обробки об'ємної та складної інформації (наприклад, технологічне встановлення атмосферної перегонки нафти містить понад 30 тисяч одиниць обладнання) потребувало зміни технології роботи проектувальників, конструкторів, будівельників, технологів, спеціалістів з експлуатації та технічного обслуговування. Еволюція технічних засобівпроектування здійснила черговий виток, і на початку 90-х років минулого століття до нафтової галузі прийшли системи автоматизованого проектування - САПР. Спочатку вони використовували двомірні креслення, а потім, до кінця 2000-х, прийшли і в 3D.

Сучасні системи проектування дозволяють інженерам виконати компонування та проектування промислових об'єктів в об'ємному вигляді з урахуванням усіх обмежень та вимог виробничого процесу, а також вимог промислової безпеки.

Сучасні системи проектування дозволяють інженерам виконати компонування та проектування промислових об'єктів в об'ємному вигляді з урахуванням усіх обмежень та вимог виробничого процесу, а також вимог промислової безпеки. З їх допомогою можна створювати проектну модель тієї чи іншої установки та правильно розміщувати на ній технологічні та технічні компоненти без суперечностей та колізій. Досвід показує, що за рахунок використання подібних систем вдається в 2-3 рази скоротити кількість помилок та нестикування при проектуванні та експлуатації різних установок. Цифра вражає, якщо зважити на те, що для великомасштабного промислового обладнання кількість помилок, які доводиться виправляти в процесі перевірки проекту, обчислюється тисячами.

З точки зору проектувальників та будівельників, використання 3D-моделей дає можливість кардинально покращити якість проектної документації та скоротити час проектування. Побудована інформаційна модель об'єкта є корисною і на етапі експлуатації. Це новий рівень володіння промисловим об'єктом, на якому персонал може отримати будь-яку інформацію, потрібну для прийняття рішення або виконання завдання в найкоротший термін, спираючись на існуючу модель. Більше того: коли через якийсь час буде потрібна модернізація обладнання, майбутнім проектувальникам буде доступна вся актуальна інформація, з історією ремонтів та обслуговувань.

Омський пілот

Сергій Овчинніков,
керівник департаменту систем управління "Газпром нафти"

Розробка та впровадження системи управління інженерними даними, без сумніву, важлива частина інноваційного розвитку блоку логістики, переробки та збуту. Функціонал, закладений у «СУПРІД», потенціал системи дозволять блоку зокрема та компанії загалом стати лідерами у цифровому управлінні інженерними даними у нафтопереробці. Більше того, цей програмний продуктє важливою складовою всієї лінійки пов'язаних IT систем, що є фундаментом Центру управління ефективністю БЛПС, що створюється зараз.

У 2014 році в «Газпром нафті» стартував проект створення системи управління інженерними даними об'єктів нафтопереробки - «СУПРІД». В основі проекту лежить застосування технологій 3D-моделювання для проектування, будівництва та обслуговування промислових об'єктів. Завдяки їх використанню скорочуються терміни створення та реконструкції нафтопереробних установок, підвищується ефективність та безпека їх експлуатації, знижується час простою технологічного обладнання заводу. Впровадженням сучасної системи управління інженерними даними на новітній платформі Smart Plant for Owners/Operators (SPO) займаються фахівці департаменту систем управління блоку логістики, переробки та збуту, а також дочірньої компанії «ІТСК» та «Автоматика сервіс».

За рахунок використання автоматизованих систем проектування, що створюють 3D-моделі об'єктів, вдається в 2-3 рази скоротити кількість помилок та нестикування при проектуванні та експлуатації різних установок.

Наприкінці минулого року успішно виконано пілотний проект із розгортання функціоналу платформи та налаштування бізнес-процесів для щойно реконструйованої установки первинної переробки нафти Омського НПЗ – АТ-9. У системі реалізований функціонал із зберігання, управління та актуалізації інформації про встановлення на всьому її життєвому циклі: від будівництва до експлуатації. Поряд із системою були розроблені нормативно-методична документація, вимоги до проектувальника та стандарти з управління інженерними даними. «СУПРІД» є хорошим помічником у роботі, – зазначив начальник установки АТ-9 Омського НПЗ Сергій Шмідт. - Система дозволяє швидко отримати доступ до інженерної інформації про будь-яке обладнання, подивитися його креслення, уточнити технічні параметри, локалізувати місце розташування та виконати виміри на тривимірній моделі, яка точно відтворює реальну установку. Використання «СУПРІД» допомагає, зокрема, навчати нових спеціалістів та стажистів».

Як це працює?

Завдання системи "СУПРІД" - охопити всі етапи життєвого циклу технологічного об'єкта. Почати зі збору інженерної інформації на фазі проектування, а потім актуалізувати відомості на наступних стадіях - будівництва, експлуатації, реконструкції, відображаючи поточний станоб'єкт.

Все починається з інформації від проектувальника, яка послідовно передається та завантажується в систему. Вихідні дані складають: проектна документація, інформація про функціонально-технологічну та будівельно-монтажну структуру об'єкта, інтелектуальні технологічні схеми. Саме ці відомості стають базою інформаційної моделі, дозволяючи миттєво отримувати адресну інформацію про будівельні об'єкти та технологічну схему установки, даючи можливість за кілька секунд знайти потрібну позицію технологічного обладнання, обладнання КВП на технологічній схемі, визначити її участь у технологічному процесі.

У свою чергу за допомогою завантаженої в систему проектної 3D-моделі об'єкта можна візуалізувати його, побачити конфігурацію блоків, просторове розташування обладнання, оточення сусіднім оснащенням, виміряти відстані між різними елементами установки. Завершується формування експлуатаційної інформаційної моделі прив'язкою виконавчої документації та 2D-, 3D-моделей «як побудовано», що надають можливість отримати деталізовану інформацію про властивості та технічні характеристики будь-якого обладнання або його елементів на стадії експлуатації. Таким чином, система є структурованою та взаємопов'язаною сукупністю всіх інженерних даних об'єкта та його обладнання.

Роман Комаров,
заступник начальника управління інженерних систем «ІТСК», керівник розробки «СУПРІД»

Після багаторічної оцінки переваг реалізації проекту та попереднього опрацювання пілот системи був реалізований у стислий термін. Впровадження «СУПРІД» дозволило компанії отримати інструмент управління інженерними даними об'єктів нафтопереробки. Наступний глобальний крок, до якого ми поступово наближатимемося, - формування цифрової інформаційної моделі нафтопереробного заводу.

На сьогодні до електронного архіву «СУПРІД» завантажено вже понад 80 000 документів. Система дозволяє здійснювати пошуковий позицій актуальної інформації про будь-який тип обладнання, надавати користувачеві вичерпну інформацію по кожній позиції, включаючи технічні характеристики, габаритні розміри, матеріальне виконання, розрахункові та робочі параметри і т.д. "СУПРІД" дає можливість переглянути будь-яку частину установки в тривимірній моделі або на технологічній схемі, відкрити скан-копії документів, що належать до цієї позиції: робочу, виконавчу або експлуатаційну документацію (паспорти, акти, креслення тощо).

В електронний архів «СУПРІД» завантажено вже понад 80 000 документів. Система дозволяє здійснювати пошук позицій актуальної інформації про будь-який тип обладнання, надавати користувачеві вичерпну інформацію по кожній позиції.

Така варіативність суттєво скорочує тимчасові витрати на доступ до актуальної інформації та її інтерпретацію, дозволяє уникнути помилок при реконструкції та технічному переозброєнні об'єкта, заміні морально застарілого обладнання. «СУПРІД» допомагає аналізувати роботу установки та її обладнання при оцінці ефективності експлуатації, сприяє підготовці змін у технологічному регламенті, розслідуванні відмов, неполадок, аварій на об'єкті, навчанні та підготовці обслуговуючого персоналу.

«СУПРІД» інтегрований з іншими інформаційними системами БЛПС і утворює єдине інформаційне середовище інженерних даних, яке стане базою для інноваційного Центру управління ефективністю блоку. Взаємозв'язок із такими програмами, як КСУ НСІ (корпоративна система управління нормативно-довідковою інформацією), SAP ТОРО (технічне обслуговування та ремонт обладнання), СУ ПСД (система управління проектно-кошторисною документацією) «ТрекДок», Meridium APM, формує унікальну інтегровану систему автоматизації процесів управління виробничими активами нафтопереробного заводу, дозволяючи збільшити економічний ефект від їхнього спільного використання для компанії.

Ефективність проекту

За відносно короткий період часу IT-фахівцям «Газпром нафти» вдалося не лише освоїти тонкощі платформи SPO, на якій побудовано систему управління інженерними даними, а й створити абсолютно нову для компанії інфраструктуру, розробити комплект нормативних документів, а в результаті виробити якісно новий підхід до будівництво об'єктів нафтопереробки.

Ще на ранньому етапі реалізації проекту стало очевидним, що система буде затребувана експлуатаційними службами заводу та службами капітального будівництва. Досить сказати, що її використання заощаджує до 30% робочого часу на пошук та обробку технічної інформації з будь-якого об'єкта. При інтеграції «СУПРІД» із системами нормативно-довідкової інформації, технічного обслуговування та ремонту обладнання, проектно-кошторисної документації та іншими актуальними інженерними даними стають доступними для оперативного та якісного обслуговування технологічного обладнання. Можливості системи дозволяють створити тренажер для служб експлуатації, що, безсумнівно, підвищить рівень підготовки їх фахівців. Для відділів капітального будівництва НПЗ система стане інструментом проектування на стадії дрібного та середнього ремонту. Такий підхід значно спрощує контроль за ходом реконструкції промислових об'єктів та підвищує якість ремонтів.

Передбачається, що вкладені в реалізацію "СУПРІД" інвестиції окупляться приблизно за 3-4 роки. Це стане можливим завдяки скороченню термінів проектування, більш ранньому переведенню установок зі стадії пуско-налагодження в промислову експлуатацію і, як наслідок, збільшенню обсягу готової продукції, що випускається. Ще один суттєвий плюс - прискорення підготовки та проведення робіт з технічного обслуговування та виконання реконструкцій та модернізацій установок за рахунок скорочення термінів перевірки експлуатаційними службами НПЗ нової проектної документації та своєчасного виявлення недоліків та помилок у роботі проектних та будівельних підрядників.

Програма впровадження «СУПРІД» розрахована на період до 2020 року. Вона буде використана для "оцифрування" як існуючих установок, так і при зведенні нових об'єктів. Наразі фахівці готуються до тиражування системи на Московському НПЗ.

Що таке «цифровий двійник»?

Цифровий двійник - це нове слово у моделюванні та плануванні виробництва - єдина модель, що достовірно описує всі процеси та взаємозв'язки як на окремому об'єкті, так і в рамках цілого виробничого активу у вигляді віртуальних установокта імітаційних моделей. Таким чином створюється віртуальна копія фізичного світу.

Застосування цифрового двійника, що є точною копією реального активу, допомагає швидко змоделювати розвиток подій залежно від тих чи інших умов та факторів, знайти найефективніші режими роботи, виявити потенційні ризики, вбудувати нові технології у існуючі виробничі лінії, скоротити терміни та вартість реалізації проектів. Крім того, цифровий двійникдопомагає визначити кроки щодо забезпечення безпеки.

Сучасні технологіїдають можливість побудувати цифрові двійники абсолютно будь-яких виробничих активів, чи то нафтопереробний завод чи логістична компанія. У майбутньому ці технології дозволять віддалено керувати всім виробничим процесом як реального часу. На базі цифрового двійника можна поєднати всі системи та моделі, що використовуються для планування та управління виробничою діяльністю, що підвищить прозорість процесів, точність та швидкість прийняття рішень.

Цифрового двійника можна розглядати і як електронний паспорт виробу, в якому фіксуються всі дані про сировину, матеріали, проведені операції, випробування та лабораторні дослідження. Це означає, що вся інформація, починаючи з креслень та технології виробництва та закінчуючи правилами техобслуговування та утилізації, буде оцифрована та доступна для зчитування пристроями та людьми. Такий принцип дозволяє відслідковувати та гарантувати якість продукції, забезпечувати її ефективний сервіс.

Нейронні сітки, цифрові двійники, штучний інтелект. Технології «Індустрії 4.0» змінять нафтову галузь до невпізнання

Архітектори цифрової доби

Зазвичай найтехнологічнішими прийнято вважати сфери інформаційні технологіїта біомедицини. До компаній традиційних галузей, що займаються, наприклад, металопрокатом чи видобуванням та переробкою нафти, ставлення зовсім інше. На перший погляд, вони здаються консервативними, але саме їх багато експертів називають головними архітекторами нової цифрової епохи.

Автоматизувати виробничі процеси індустріальні гіганти розпочали ще в середині 30-х років минулого століття. Протягом багатьох десятиліть комплекси апаратних та програмних засобів безперервно вдосконалювалися та ускладнювалися. Автоматизація виробничих процесів, наприклад, у нафтопереробці, просунулась далеко вперед. Роботу сучасного нафтопереробного заводу контролюють сотні тисяч датчиків та приладів, а постачання палива в режимі реального часу відстежується системами супутникової навігації. Щодня середній російський НПЗ виробляє понад 50 000 терабайт інформації. Для порівняння, 3 мільйони книг, що зберігаються в цифровому сховищі Російської державної бібліотеки, займають у сотні разів менше — «всього» 162 терабайти.

Це і є ті самі «великі дані», або Big Data, — потік, який можна порівняти з інформаційним завантаженням найбільших сайтів і соціальних мереж. Масив даних, що накопичився, є унікальним ресурсом, який може бути використаний в управлінні бізнесом. Але традиційні методи аналізу інформації цього вже не підходять. По-справжньому ефективно працювати з таким обсягом даних можна лише за допомогою технологій Індустрії 4.0. В умовах економічної парадигми, що змінюється, багатий виробничий «історичний досвід» — серйозна перевага. Великі дані є основою штучного інтелекту. Його здатність навчатися, розуміти реальність та прогнозувати процеси безпосередньо залежить від обсягу завантажених знань. При цьому промислові компанії мають потужну інженерну школу, активно займаються впровадженням і вдосконаленням нових технологій. Це ще одна обставина, яка робить їх ключовими гравцями нової економіки.

Найкраще за тиждень

Зрештою, вітчизняні промисловці знають ціну ефективності бізнесу. Росія - країна великих відстаней. Нерідко виробничі активи перебувають у великій відстані від споживачів. У умовах дуже непросто швидко реагувати на коливання ринку. Традиційні технологіїдозволяють заощаджувати не більше десятої частки відсотка. Тим часом, цифрові рішення вже сьогодні дозволяють скорочувати витрати до 10-15% на місяць. Факт очевидний: в епоху четвертої промислової революції конкурентоспроможним буде той, хто навчиться найефективніше застосовувати нові технології у розрізі накопиченого досвіду.

Петро Казначєєв, директор Центру сировинної економіки РАНХіГС: «Як перший крок у бік «інтегральної» системи штучного інтелекту в нафтогазі можна було б розглянути «розумне» управління та корпоративне планування. В даному випадку мова могла б йти про створення алгоритму оцифровування всієї ключової інформації про діяльність компанії – від родовища до бензоколонки. Ця інформація могла б надходити до єдиного автоматизованого центру. На основі цієї інформації за допомогою методів штучного інтелекту могли б робитися прогнози та рекомендації щодо оптимізації роботи компанії».

Лідер цифрової трансформації

Усвідомлюючи цю тенденцію, індустріальні лідери Росії та світу перебудовують бізнес-процеси, що складалися десятиліттями, впроваджують у виробництво технології Індустрії 4.0 на основі промислового інтернету речей, штучного інтелекту та Big Data. Найбільш інтенсивно трансформація відбувається у нафтогазовій індустрії: галузь динамічно «цифровізується», інвестуючи в проекти, які ще вчора здавалися фантастикою. Заводи, керовані штучним інтелектом і здатні прогнозувати ситуації, установки, що нагадують оператору оптимальний режим роботи — усе це сьогодні стає реальністю.

При цьому завдання-максимум полягає в тому, щоб створити систему управління видобуванням, логістикою, виробництвом та збутом, яка б об'єднала «розумні» свердловини, заводи та автозаправки в єдину екосистему. В ідеальній цифровій моделі, в той момент, коли споживач натискає на важіль заправного пістолета, аналітики компанії в оперативному центрі миттєво отримують інформацію про те, яка марка бензину заправляється в бак, скільки нафти потрібно видобути, поставити на завод і переробити, щоб задовольнити попит конкретному регіоні. Поки що нікому із російських та зарубіжних компаній не вдавалося побудувати таку модель. Однак далі за всіх у вирішенні цього завдання просунулась "Газпром нафта". Її фахівці сьогодні реалізують низку проектів, які мають стати основою для створення єдиної платформи управління переробкою, логістикою та збутом. Платформи, якої поки що немає ще в світі.

Цифрові двійники

На сьогоднішній день НПЗ «Газпром нафти» є одними із найсучасніших у галузі. Проте четверта промислова революція відкриває якісно нові можливості, одночасно висуваючи нові вимоги до автоматизації. Точніше, йдеться не так про автоматизацію, як про практично повне оцифрування виробництва.

Основою нового етапу стануть так звані цифрові двійники — віртуальні копії установок НПЗ. У 3D-моделях достовірно описані всі процеси та взаємозв'язки, що відбуваються у реальних прототипах. У основі лежить робота штучного інтелекту з урахуванням нейронних мереж. Цифровий двійник може пропонувати оптимальні режими роботи обладнання, прогнозувати його відмови, рекомендувати терміни ремонту. Серед інших його плюсів – здатність постійно вчитися. Нейросеть сама знаходить помилки, виправляє та запам'ятовує їх, покращуючи тим самим свою роботу та точність прогнозу.

Базою на навчання «цифрового двійника» служить масив історичної інформації. Сучасні установки нафтопереробки також складні, як організм людини. Сотні тисяч деталей, десятки тисяч датчиків. Технічна документація кожної установки займає приміщення розміром з актовий зал. Щоб створити «цифрового двійника», всю цю інформацію необхідно спочатку завантажити в нейронну мережу. Потім починається найскладніший етап - етап навчання штучного інтелекту розуміти установку. До нього входять показання датчиків та контрольно-вимірювальних приладів, зібрані за останні кілька років роботи установки. Оператор моделює різні ситуації, змушує нейронну мережу відповідати на запитання «що буде, якщо змінити один із параметрів роботи?» — наприклад, замінити один із компонентів сировини або збільшити енергопостачання установки. Нейросеть аналізує досвід минулих років і методом обчислення виключає з алгоритму неоптимальні режими і вчиться прогнозувати майбутню роботу установки.

Найкраще за тиждень

«Газпром нафту» вже повністю «оцифрувала» два промислові комплекси, задіяні у виробництві автомобільного палива — встановлення гідроочищення бензинів каталітичного крекінгу на Московському нафтопереробному заводі та установку, що працює на нафтопереробному заводі компанії в Києві. Випробування показали, що штучний інтелект здатний одночасно враховувати величезну кількість параметрів їх «цифрових двійників», приймати рішення та сповіщати про можливі відхилення в роботі ще до того моменту, коли неприємність загрожує перерости у серйозну проблему.

Водночас, «Газпром нафта» тестує комплексні рішення, які дозволять мінімізувати вплив людського фактора в масштабах цілого виробництва. Подібні проекти зараз реалізуються на бітумних заводах компанії в Рязані та Казахстані. Вдалі рішення, знайдені досвідченим шляхом, згодом можна буде масштабувати до рівня великих НПЗ, що дозволить створити ефективну цифрову платформу управління виробництвом.

Микола Легкодимов, керівник Групи консультування з перспективних технологій КПМГ у Росії та СНД:«Рішення, які моделюють різні вузли, агрегати та системи відомі та застосовуються досить давно, у тому числі й у нафтогазовій індустрії. Про якісному стрибку можна говорити лише тоді, коли досягнуто достатньої широти охоплення цих моделей. Якщо вдасться поєднувати ці моделі один з одним, об'єднати їх у цілий складний ланцюжок, то це дійсно дозволить вирішувати завдання на абсолютно новому рівні — зокрема, моделювати поведінку системи в критичних, невигідних і просто небезпечних умовах роботи. Для тих сфер, де переоснащення та модернізація обладнання обходяться дуже дорого, це дозволить заздалегідь апробувати нові компоненти».

Управління ефективністю

У перспективі весь ланцюжок доданої вартості в блоці логістики, переробки та збуту «Газпром нафти» буде об'єднаний єдиною технологічною платформою на базі штучного інтелекту. "Мозком" цього організму стане Центр управління ефективністю, створений рік тому в Санкт-Петербурзі. Саме сюди стікатиметься інформація від «цифрових двійників», тут вона аналізуватиметься і тут же, на основі отриманих даних, прийматимуться управлінські рішення.

Вже сьогодні, в режимі реального часу понад 250 тис. датчиків та десятки систем транслюють інформацію до Центру з усіх активів компанії, що входять до периметра блоку логістики, переробки та збуту «Газпром нафти». Щосекунди сюди надходять 180 тис. сигналів. Людині лише на перегляд цієї інформації знадобилося б близько тижня. Цифровий мозок Центру робить це миттєво: у режимі реального часу відстежує якість продукції та кількість нафтопродуктів по всьому ланцюжку - від виходу з НПЗ до кінцевого споживача.

Стратегічна мета Центру в тому, щоб, використовуючи технології та можливості Індустрії 4.0, радикально підвищити ефективність сегмента downstream. Тобто не просто управляти процесами — це можна робити і в рамках традиційних систем, а зробити ці процеси найефективнішими: за рахунок прогнозної аналітики та штучного інтелекту на кожному етапі бізнесу скорочувати втрати, оптимізувати процеси та запобігати збиткам.

Найближчим часом Центр має навчитися вирішувати кілька ключових завдань, що впливають на ефективність управління бізнесом. У тому числі прогнозувати майбутнє на 60 днів уперед: як поведеться ринок через два місяці, скільки нафти потрібно буде переробити, щоб задовольнити попит на бензин в актуальний момент часу, в якому стані буде обладнання, чи зможуть установки впоратися з майбутнім навантаженням і чи потрібен їм ремонт. При цьому в найближчі два роки Центр має вийти на 50% потужність і почати відстежувати, аналізувати та прогнозувати кількість запасів нафтопродуктів на всіх нафтобазах та ТЗК компанії; в автоматичному режимімоніторити понад 90% параметрів виробництва; аналізувати надійність понад 40% технологічного обладнання та розробляти заходи, що попереджають втрати нафтопродуктів та зниження їх якості.

До 2020 року "Газпром нафта" ставить за мету вийти на 100% можливостей Центру управління ефективністю. Серед заявлених показників – аналіз надійності всього обладнання, попередження втрат за якістю та кількістю продукції, передиктивне управління технологічними відхиленнями.

Дар'я Козлова, старший консультант VYGON Consulting:«Загалом інтегровані рішення дають суттєвий економічний ефект для галузі. Наприклад, за оцінками Accenture, економічний ефект від цифровізації може становити понад 1 трлн доларів. Тому коли йдеться про великі вертикально-інтегровані компанії, то впровадження інтегрованих рішень дуже виправдане. Але воно й виправдане для невеликих компаній, оскільки підвищення ефективності може звільнити їм додаткові кошти рахунок зниження витрат, збільшити ефективність управління оборотним капіталом тощо. д. ».

Обговорити 0

Є спосіб краще. Виявлення шляхів підвищення ефективності процесів конструкторсько-технологічного проектування

Аарон Френкель, Ян Ларссен

Виробництво виробу - безсумнівно, найважливіша частина всіх процесів життєвого циклу. На цьому етапі ідеї перетворюються на реальність. Більш того, без скоординованих процесів проектування та виготовлення, що гарантують успішне складання виробу в цеху, ідеї так і залишаться лише красивими кресленнями або не будуть реалізовані повною мірою. Багато років методи конструювання та розробки технологічних процесів залишалися незмінними, зберігаючи всі традиційні недоліки, що призводять до зростання собівартості та термінів. Враховуючи, що сьогодні інновації стали життєво необхідними для виживання машинобудівних підприємств, компанія Siemens PLM Software проаналізувала процеси підготовки виробництва з метою виявлення шляхів їхньої подальшої оптимізації. У цій статті Аарон Френкель (Aaron Frankel), старший директор з маркетингу рішень для машинобудування, та Ян Ларссен (Jan Larsson), старший директор з маркетингу в Європі, на Близькому Сході та в Африці компанії Siemens PLM Software, обговорюють, які джерела неефективності необхідні усунути, щоб впровадити концепцію «цифрового двійника виробу», і як це вплине на способи випуску виробів.

Чудова симфонія

Якщо ви опинитеся на сучасному підприємстві, то побачите приголомшливу симфонію праці людей, роботів і верстатів, рух матеріалів та деталей — і все це робиться з точністю до секунди, щоб не відстати від графіка. Картина виходить просто фантастична.

Але за лаштунками ми побачимо застарілі процеси конструкторсько-техноло-гічної підготовки виробництва. Ми не збираємось когось критикувати. Розробка конструкції виробу - саме собою чимало досягнення. Проектування може бути дуже складним завданням. У деяких випадках виріб складається з мільйонів деталей, а над його створенням працюють тисячі співробітників та партнерів, причому нерідко у всьому світі. Більше того, у таких найважливіших галузях, як електронна промисловість (швидші процесори, мініатюризація), автомобілебудування (питання екологічності та зниження викидів) та авіаційно-космічна галузь (екологічність і впровадження композитних матеріалів), спостерігається постійне прагнення до оптимізації та виробів. З урахуванням високої складності розв'язуваних завдань цілком зрозуміло небажання відходити від перевірених практично процесів підготовки виробництва. Однак при цьому наші замовники повідомляють про загальні для всіх проблем при проектуванні та виготовленні продукції, які в ряді випадків призводять до дорогих затримок.

Загальні проблеми

Одна з найбільш серйозних труднощів, яку ми спостерігаємо, полягає в тому, що конструктори та технологи застосовують різні системи. На практиці це призводить до того, що конструктори передають свої розробки технологам, які намагаються створювати технологічні процеси комп'ютерні системидо яких вони звикли. За такого сценарію, а він зустрічається дуже часто, відбувається розсинхронізація інформації, що ускладнює контроль над ситуацією. Крім того, зростає можливість виникнення помилок.

Проблеми регулярно виникають і під час розробки цехових планувань. Їх причина у тому, що планування зазвичай створюються як двомірних поверхових планів і паперових креслень. Це тривалий та трудомісткий процес. Двовимірні креслення — важлива складова процесу, але вони не мають потрібної гнучкості. Нерідко трапляється, що перестановка обладнання цеху не фіксується на кресленні. Проблема особливо загострюється при роботі на ринках, що швидко змінюються (наприклад, побутової електроніки), коли потрібне постійне розширення і модернізація виробничих систем. Чому? Тому що у двомірних планувань відсутні інтелектуальність та асоціативність. Вони не дозволяють технологам дізнатися, що саме відбувається в цехах, і швидко ухвалити розумні рішення.

Після створення планування розробляється технологічний маршрут. Зазвичай, потім він проходить етап контролю. Тут лежить ще одна суттєва перешкода зростанню ефективності. Технологам, щоб оцінити характеристики обладнання, зазвичай доводиться чекати, доки воно не буде встановлено. При цьому якщо характеристики виявляються нижчими за очікувані, то розробляти альтернативну технологію буває вже пізно. Наш досвід показує, що така ситуація призводить до значних затримок.

Нарешті, замовники повідомляють про ще дві проблеми, що виникають наприкінці циклу підготовки виробництва. Це оцінка продуктивності окремих операцій та всього технологічного процесу в цілому.

Через високу складність сучасного виробництва та нерідку відсутність координації між різними системами технологічного проектування виявити, які саме операції чи виробничі ділянки викликають затримки роботи всієї лінії, виявляється непросто. А коли справа доходить до виготовлення виробу, замовники повідомляють, що оцінити продуктивність і ступінь відповідності реальних процесів запланованим, як правило, вкрай складно. І знову проблема полягає у високій складності, а також у відсутності зворотного зв'язку між виробництвом, конструкторами та технологами.

Цифровий двійник

Цифровий двійник є віртуальною копією реального об'єкта, яка поводиться так само, як реальний об'єкт. Не заглиблюючись тут у технічні подробиці наших продуктів, досить сказати, що наші засоби керування життєвим циклом виробу (PLM) забезпечують створення повноцінної цифрової платформи. Вона підтримує застосування цифрових двійників, що точно моделюють наскрізні процеси проектування та виготовлення виробів.

Що все це означає практично? Давайте ще раз подивимося на перераховані вище етапи і покажемо основні можливості, що надаються новим підходом.

Конструювання

У системі NX (та інших CAD-системах) створюється модель виробу, що передається Teamcenter в 3D-форматі JT. За лічені секунди програма створює тисячі різних віртуальних виконань виробу, що точно відповідають реальній продукції. При цьому для виявлення потенційних проблем застосовують технології обробки великих даних, конструкторсько-технологічна інформація (PMI), що міститься в моделях (допуски, посадки, зв'язки між деталями і вузлами), а також базовий опис технологічного процесу. Цей підхід вже був перевірений на практиці при створенні електронних виробів, що випускаються нашою компанією. Наприклад, ми змогли відразу встановити, що різьбові отвори на роз'єм відеовиходу неточно збігаються з отворами під гвинти на друкованій платі. Якби помилка залишилася непоміченою, це призвело б до гарантійних претензій від замовників: роз'єм міг би відокремитись від друкованої плати. Виявлення помилок у конструкції на ранніх етапах суттєво заощаджує час і гроші як при розробці технології, так і в ході виробництва.

Проектування технологічних процесів

Цифровий двійник дозволяє покращити спільну роботу конструкторів та технологів, оптимізувати вибір місця та технології виготовлення, а також виділення необхідних ресурсів. Розглянемо приклад внесення змін до процесу складання. Використовуючи наші програмні засоби, інженери-технологи на основі нової конструкторської специфікації додають нові операції до робочої 3D-моделі технологічного процесу. Можна моделювати будь-яку виробничу систему, перебуваючи у будь-якій точці земної кулі: скажімо, технологи в Парижі готують виробництво на заводі в Ріо. Володіючи інформацією часу на кожну додану операцію, технологи перевіряють, чи новий технологічний маршрут відповідає заданим показникам продуктивності. Якщо це не так, то технологічні операції замінюються або переставляються. Потім знову виконується чисельне моделювання, доки обраний технологічний маршрут не задовольнятиме вимог. До нового технологічного процесу негайно одержують доступ усі розробники, щоб його затвердити. Якщо виявляються якісь проблеми, то конструктори та технологи разом працюють над їх усуненням.

Цехові планування

Працюючи над плануваннями, ми рекомендуємо створювати цифровий двійник, що містить механічне обладнання, системи автоматизації та ресурси, причому чітко пов'язані з усією «екосистемою» конструкторсько-технологічної підготовки виробництва. За допомогою набору PLM-інструментів технологічні операції можна міняти місцями шляхом перетягування. Так само легко виконується розміщення обладнання та персоналу на виробничій лінії та моделювання її роботи. Це дуже простий, але в той же час виключно ефективний спосіб створення і редагування технологічних процесів. При внесенні змін у конструкцію, що вимагають застосування нового промислового робота, фахівці з чисельного моделювання перевіряють, наприклад, чи можливо встановити робот таких габаритів, не зачепивши конвеєр. Розробник цехових планувань вносить необхідні поправки та готує повідомлення про зміни, на підставі якого відділ закупівель закуповує нове обладнання. Такий аналіз наслідків змін дозволяє уникнути помилок і, при необхідності, відразу повідомляти постачальників.

Контроль технологічних проектних рішень

На етапі контролю цифровий двійник застосовується для віртуальної перевіркипроцесу збирання. Віртуальне моделювання та кількісний аналіз дозволяють оцінити всі фактори, пов'язані з ручною працею на складання, та виявити такі проблеми, як незручна поза робітника. Це дає можливість уникнути втоми та отримання виробничих травм. На основі результатів моделювання створюються навчальні відеоролики та інструкції.

Оптимізація продуктивності

Цифровий двійник застосовується для статистичного моделювання та оцінки проектованої технологічної системи. З його допомогою легко встановити, що слід застосовувати – ручну працю, роботів або комбінацію роботів та робітників. Можна виконати чисельне моделювання всіх процесів — до енергоспоживання окремого верстата, щоб максимально оптимізувати технологію. Аналіз показує, скільки деталей виготовляється кожної операції. Це гарантує, що продуктивність реальної виробничої лінії відповідатиме заданій.

та реальними світами. Це дозволяє порівняти конструкторський проект із реально виготовленим
виробом. На малюнку показано, як технології роботи з великими даними застосовуються
для збору поточної інформації щодо якості продукції, що передається для аналізу
в цифровий двійник, що зберігається в системі Teamcenter

Виготовлення виробу

Цифровий двійник забезпечує Зворотній зв'язокміж реальним та віртуальним світом, що дозволяє оптимізувати процеси виготовлення виробів. Технологічні інструкції передаються прямо до цеху, де оператори обладнання отримують їх разом з відеороликами. Оператори передають конструкторам виробничі дані (наприклад, відомості про наявність зазору між двома гвинтами, що кріплять панель), а інші автоматизовані системи збирають відомості про продуктивність. Потім відбувається порівняння конструкторського проекту та реально виготовленого виробу, при цьому відхилення виявляються та усуваються.

Нові підходи до роботи

Застосування цифрового двійника, що є точною копією справжнього виробу, допомагає швидко виявити потенційні проблеми, прискорює підготовку виробництва та скорочує собівартість. Крім того, наявність цифрового двійника гарантує можливість виготовлення спроектованого конструкторами виробу; всі технологічні процеси підтримуються в актуальному та синхронізованому стані; розроблені технології виявляються працездатними, а виробництво функціонує точно за планом. Цифровий двійник дозволяє перевірити, як можна вбудувати нові технології у існуючі виробничі лінії. Це усуває ризики, що виникають при закупівлі та монтажі обладнання.

Машинобудування - одна з найпередовіших галузей світової промисловості, де вже давно застосовуються перевірені на практиці, але застарілі підходи до технологічної підготовки виробництва. Настав час привнести дух інновацій, що відкриває шлях до успіху при розробці та виготовленні виробів. Час спробувати щось нове!

Нещодавно Герман Греф, президент Ощадбанку, сказав, що через 5 років штучний інтелект замінить багатьох людей: 80% рішень прийматимуть машини, і це призведе до того, що роботи втратять десятки тисяч людей.

Експерт з машинного навчання та штучного інтелекту Педро Домінгос йде ще далі: він припускає, що люди обзаведуться комп'ютерною психологічною моделлю своєї особистості. Якою вона буде?

Секс, брехня та машинне навчання

Цифрове майбутнє починається з усвідомлення факту: взаємодіючи з комп'ютером - чи це ваш власний смартфон або віддалений за тисячі кілометрів сервер, - ви щоразу робите це на двох рівнях. Перший – бажання негайно отримати те, що вам потрібно: відповідь на запитання, бажаний товар, нову кредитну картку. На другому рівні, стратегічному та найважливішому, ви розповідаєте комп'ютеру про себе.

Чим більше ви його вчите, тим краще він вам служитиме або маніпулюватиме вами.

Яку модель вашої особи ви хочете запропонувати комп'ютеру? Які дані можна йому надати, щоб він побудував цю модель? Ці питання треба пам'ятати щоразу, коли ви взаємодієте з алгоритмом машинного навчання - так само як при спілкуванні з людьми.

Цифрове дзеркало

Подумайте про всі свої дані, записані у всіх комп'ютерах світу. Це електронні листи, документи MS Office, тексти, твіти, акаунти на Facebook та LinkedIn, історія пошуку в інтернеті, кліки, завантажені файли та замовлення, кредитна історія, податки, телефон та медична карта, інформація про водіння, записана в бортовому комп'ютерівашого автомобіля, карта переміщень, зареєстрована вашим мобільним телефоном, всі фотографії, які ви коли-небудь робили, короткі появи в записах камер стеження.

Якби майбутній біограф мав доступ тільки до цього «вихлопу даних» і ні до чого більше, яка б картина у нього склалася? Ймовірно, досить чітка.

Уявіть, що ви взяли всі свої дані та віддали їх справжньому Верховному алгоритму майбутнього, в якому вже є знання про людське життя, якому ми можемо його навчити. Він створить вашу модель, і ви зможете носити її на флешці у кишені. Безумовно, це буде чудовий інструмент самоаналізу – як подивитися на себе у дзеркало. Але дзеркало було б цифрове і показувало б не лише вашу зовнішність, а й усе, що можна дізнатися, спостерігаючи за вами. Дзеркало могло б оживити та поговорити.

Користь цифрового двійника

Що ви захотіли б зробити, які завдання доручити своїй цифровій половинці? Ймовірно, перше, що ви захотіли б від своєї моделі, - доручити їй домовлятися зі світом від вашого імені: випустити її в кіберпростір, щоб вона шукала вам будь-яку всячину.

Зі всіх книг у світі вона порекомендує десяток, які ви захочете прочитати в першу чергу, і поради будуть такими глибокими, що Amazon і не снилися. Те саме станеться з фільмами, музикою, іграми, одягом, електронікою, чим завгодно. Зрозуміло, ваш холодильник завжди буде сповнений. Модель стане фільтрувати вашу електронну та голосову пошту, новини на Facebook та оновлення на Twitter, а коли це доречно, відповідатиме замість вас.

Вона подбає про всі набридливі дрібниці сучасного життя, наприклад про перевірку рахунків за кредиткою, про оскарження неправильних транзакцій, про планування розкладу, оновлення підписок та заповнення податкової звітності. Вона підбере вам ліки, звіриться з лікарем і замовить їх в інтернет-магазині.

Модель підкаже, хто вам сподобається. А після того, як ви познайомитеся і сподобаєтеся один одному, ваша модель об'єднається з моделлю вашої обраниці і вибере ресторани, які вам можуть сподобатися. І тут стає справді цікаво.

Суспільство моделей

У майбутньому, що дуже швидко насувається, ви опинитеся не єдиною людиною з «цифровою половинкою», яка цілодобово виконує ваші доручення. Подібна модель особистості з'явиться у кожного, і моделі постійно спілкуватимуться один з одним.

Якщо ви шукаєте роботу, а компанія X – співробітників, то її модель проводитиме співбесіду з вашою. Їхня «розмова» багато в чому нагадає справжню, «живу», - ваша модель буде добре проінструктована, наприклад, вона не стане видавати про вас негативну інформацію, - проте весь процес займе всього частку секунди.

У світі Верховного алгоритму "мої люди зв'яжуться з вашими" перетвориться на "моя програма зв'яжеться з вашою програмою". У кожної людини буде почет роботів, покликаний зробити більш легким і приємним його шлях по світу. Угоди, переговори, зустрічі – все це буде організовано, не встигнете ви ворушити пальцем.

Ваша цифрова половинка виявиться схожою на гідропідсилювач керма: життя піде туди, куди хочете, але з меншими зусиллями з вашого боку.

Це не означає, що ви опинитеся в «фільтруючому міхурі» і бачитимете тільки те, що вам гарантовано сподобається, без якихось несподіванок. Цифрова особистість виявиться набагато розумнішою, у неї буде інструкція залишати місце для шансу, давати вам стикатися з новим досвідом, шукати щасливих випадків.

У міру вдосконалення моделей взаємодія буде все більш схожою на те, що склалося б у реальному світі, проте відбуватися воно буде in silico і в мільйон разів швидше. Кіберпростір завтрашнього дня перетвориться на дуже великий паралельний світ, який вибиратиме все найперспективніше, щоб випробувати в реальності. Це буде схоже на нову, глобальну підсвідомість, колективний «Ід» людства, або «Воно».

Сьогоднішній світ примітний тим, що теорії розуму почали з'являтися у комп'ютерів. Поки що ці теорії все ще примітивні, але вони швидко розвиваються, і нам доведеться з ними працювати не менше, ніж з іншими людьми, щоб отримати бажане.

За матеріалами книги «Верховний алгоритм»

Інтерес до теми дигіталізації виробництва виявляє дедалі більше підприємств. В цьому змогли переконатись організатори регіональної науково-технічної конференції «Дигіталізація виробничих процесів. Застосування промислового програмного забезпечення для побудови цифрових підприємств, що пройшла нещодавно в Самарі.

Її ініціатором стала група компаній «СМС-Автоматизація», відома як універсальний інтегратор, що спеціалізується на створенні та підтримці систем промислової автоматизації, спільно з департаментом «Цифрове виробництво» фірми «Сіменс» - одного з найбільших світових концернів у галузі автоматизації та електротехнічної продукції, з якою самарських розробників пов'язує понад два десятки років плідної співпраці.

Форум виробничників та розробників інформаційних системпідтримало і міністерство промисловості та технологій Самарської області. Його фахівці неодноразово відзначали успіхи групи компаній у сфері промислової автоматизації та побудови великих інформаційних систем.

Представників промислових підприємств Самарської області познайомили з концептуальними основами та конкретними інструментами для побудови ефективного цифрового виробництва. Промислова автоматизація – лише частина дигіталізації, чи цифровізації, як її ще називають. Дигіталізація - це автоматизація процесів по всьому життєвому циклі вироби, устаткування, підприємства. У неї вписуються і проект, його функціонування, і модернізація.

Велику зацікавленість учасників конференції викликала доповідь голови ради директорів Групи компаній «СМС-Автоматизація» Андрія Сидорова «Індустріальне програмне забезпеченняяк інструмент дигіталізації». «Ми стоїмо на порозі інтелектуалізації систем керування, – зазначив Андрій Сидоров (на нижньому фото). – Зараз виробники обладнання на Заході змінюють модель виробництва. У устаткування починає з'являтися цифровий двійник. Зміна моделі бізнесу призведе до того, що важливим фактором при виборі постачальника буде наявність цифрового двійника».

Цифровізація - це навіть відпрацювання ситуацій на віртуальних цифрових моделях, що дозволяє економити гігантські кошти. «Сіменс» вже зараз на своєму майданчику з дигіталізації, не чекаючи надходження верстата для виробництва деталей, отримавши його віртуальний образ, підключає до нього віртуальних роботів і починає налагодження технологічних процесів, не гаючи часу.

Теми, що порушуються експертами, пов'язані із застосуванням конкретних інструментів цифрового виробництва, були з інтересом сприйняті учасниками конференції, викликали чимало питань та дискусій. Крім доповідей, увагу гостей конференції привернули демостенди з практичними прикладами здійснення принципів дигіталізації в реалії АСУТП промислових підприємств Росії. Окрема увага на конференції була приділена питанням інформаційної безпекисучасних систем автоматизації Знайомство з актуальними тенденціями розвитку підприємств у рамках концепції «Індустрія 4.0», на думку експертів, може стати додатковим інструментом у процесі підвищення конкурентоспроможності в епоху Індустрії 4.0.

Мобільні пристрої