Формирование «умных фабрик» для развития промышленных предприятий региона

Четвертая промышленная революция разворачивается на наших глазах [1]. Она представляет совершенно новый подход к производству, основанный на повсеместном внедрении цифровых технологий, массовой автоматизации всех бизнес-процессов и распространении искусственного интеллекта [2, 3, 4, 5 и др.]. За счет указанной трансформаций происходит повышение производительности и конкурентоспособности предприятий, появление принципиально новых товаров и услуг и др. [6, 7]. Центральное место в цифровой экономике занимает высокотехнологичная промышленность, которая должна отвечать мировым трендам и соответствовать требованиям глобальной конкурентоспособности. Для выполнения этих условий происходит объединение материального и виртуального миров [8, 9].

Фабрики будущего

Ключевую роль в цифровой экономике будут играть т.н. «фабрики будущего» (рисунок 1). Фабрика будущего – понятие относительно молодое. Умное производство, как и Интернет вещей, лежит в основе Индустрии 4.0. Так как понятие «умное производство» не имеет однозначной трактовки, то делаются попытки разделить его на различные составляющие. Мы придерживаемся подхода, предложенного координатором проектов в сфере информационно-коммуникационных технологий

ГРНТИ 06.35.51

Людмила Алексеевна Грезина – аспирант Юго-Западного государственного университета (г. Курск).

Контактные данные для связи с авторами: 398500, г. Липецк, ул. Ленина, 18 (Russia, Lipetsk, Lenina str., 18).

Европейского союза Э. Филосом, который разделил рассматриваемые фабрики на три типа – цифровые (digital), умные (smart), виртуальные (virtual).

Рис. 1. Классификация «фабрик будущего»

Главной задачей цифровой фабрики является разработка моделей выпускаемых продуктов с использованием средств цифрового проектирования и моделирования. В рамках реализации цифровых фабрик планируется ограничить требования обязательного предоставления на бумажном носителе конструкторской документации, оформленной надлежащим образом. Это полностью безбумажное производство. Основные цифровые инструменты, которые используются на таких фабриках: 3D-принтеры, станки с ЧПУ, САПР (системы автоматизированного проектирования) и др.

Умные фабрики способны производить продукцию почти или вовсе без участия человека. Данный вид фабрик создается для серийного выпуска продукции. Достигается это за счет высокой автоматизации и роботизации производства. Взаимодействие машин между собой обеспечивает Интернет вещей. Все активы предприятия снабжены датчиками и связью. Информация от датчиков поступает в автоматизированную систему управления, а обрабатывать такой поток информации помогает Big Data – технология обработки больших данных. Основные цифровые технологии, которые используются на умных фабриках: Big Data, IIoT – промышленный интернет вещей, MES – система управления автоматизированными процессами, APS – синхронное планирование производства и др.

Виртуальная фабрика представляет собой симбиоз цифровых и умных фабрик. В виртуальную фабрику включены такие стейкхолдеры, как поставщики материалов и услуг. На такой фабрике используется несколько автоматизированных систем управления глобальными цепочками поставок и производственным процессом. Такие системы позволяют разработать и использовать виртуальную модель всех бизнес-процессов, проходящих не только на предприятии, но и на уровне распределенных производственных активов, вплоть до послепродажного обслуживания. Основные цифровые продукты, которые используются на виртуальных фабриках: ERP – планирование ресурсов предприятия, CRM – система взаимоотношения с клиентами, SCM – управление цепочками поставок.

Новые технологии и их реализация в промышленности

Фабрики будущего, рассмотренные выше, это – часть экосистемы [10]. Подобные экосистемы должны быть органично встроены в глобальную цепочку создания ценности, в которой уже присутствуют аналитика, логистика, сбыт, утилизация и др. По оценкам специалистов, объём рынка цифровых фабрик к 2035 году достигнет 740 млрд долларов, а рынок умных фабрик к этому же времени составит 1,35 трлн долларов.

На данный момент реализуются многочисленные проекты, которые максимально приближены к концепции умных фабрик. Но перевод существующих предприятий на новые принципы работы производится постепенно и с учетом всех имеющихся активов, чаще всего с использованием инструментария бережливого производства. В качестве примера приведем возможный состав инвестиционных проектов Курской области, направленных на развитие промышленности, которые можно реализовывать в рамках реализации новой концепции «умных фабрик»:

• •    ООО НПО «Композит» – площадка для увеличения мощности производства трубопроводов и гусеничных лент. Постройка производственных зданий и сооружений со всеми необходимыми коммуникациями;

• •    ОАО «Электроагрегат» – разработка и организация серийного производства генераторов мощностью 900, 1250, 1600 кВт;

• •    АО «Концерн Росэнергоатом» – комплекс переработки радиоактивных отходов Курской АЭС;

• •    ПАО «Михайловский ГОК» – строительство дробильно-конвейерного комплекса на юговосточном и северо-восточном бортах карьера с годовым объёмом переработки рудной массы 40 000 тыс. тонн в год для обеспечения ежегодного производства магнетитового концентрата не менее 17 млн тонн в год;

• •    ООО «ИСТОК+» – модернизация производства стартерных свинцово-кислотных батарей. Модернизация действующего производства стартерных автомобильных аккумуляторных батарей путем приобретения и установки нового современного высокопроизводительного оборудования, а также модернизации инфраструктуры завода.

Выделяют ряд этапов, которые необходимо пройти для реализации концепции «умных фабрик» и последующего перехода к концепции виртуальных фабрик (рисунок 2). Следует отметить, что в Российской Федерации в рамках Национальной технологической инициативы (НТИ) утверждена 14 февраля 2017 года дорожная карта «Технет» (см.: . Данный план мероприятий разработан для применения «сквозных технологий», новых производственных технологий. К новым производственным технологиям в рамках концепции НТИ относятся: цифровое проектирование и моделирование, технологии виртуальной и дополненной реальности, робототехника, промышленный интернет вещей (IIoT), большие данные (Big Data), искусственный интеллект и др. Ключевое значение в рамках «Технет» отводится созданию фабрик будущего.

Для того, чтобы формировать фабрики будущего используя передовые технологии, необходимо иметь место, где их можно опробовать на практике в реальных условиях. Для этого в рамках «Тех-нет» разработано три испытательных полигона:

• •    «Университетский» – испытательный полигон для генерации фабрик будущего на базе Института передовых производственных технологий СПбПУ;

• •    «Производственный» – полигон для генерации как прообраз «умных фабрик» с высокой степенью автоматизации и роботизации трудоемких производственных процессов на базе НПО «Сатурн»;

• •    «Сертификационный» – на базе Сколковского института науки и технологий и МГУ им. М.В. Ломоносова для отработки современных подходов к сертификации материалов и изделий с высокой долей «цифровой сертификации».

Цифровые фабрики будут наиболее распространены в цифровой экономике. Чтобы они гармонично вписались в существующую цифровую экосистему, необходимо решить ряд задач, приведенных на рисунке 3. При этом, отметим, что задача формирования фабрик будущего важна для всех регионов.

Например, в Курской области имеются крупные промышленные предприятия, инициирующие ряд инвестиционных проектов, которые могут стать прообразами фабрик будущего (рисунок 4). На рисунке 4 приведена инвестиционная карта Курской области, на которой отмечено количество инвестиционных площадок и проектов в регионе. Отметим, что несмотря на то, что машиностроительная отрасль является одной из ведущих в регионе (является пропульсивной отраслью), на базе которой и возможно развитие фабрик будущего, тем не менее количество инвестиционных проектов, связанных с ней, крайне мало.

Рис. 2. Этапы перехода предприятия для реализации концепции «умная фабрика»

Реализация данных задач необходима для создания цифровых фабрик

Образование: формирование прикладных магистратур. Обучение в ходе выполнения реальных НИОКР

Формирование цифровой инфраструктуры. Создание испытательных полигонов для тестирования и применения технологий

Нормативное регулирование: совершенствование стандартизации и сертификации новых материалов и изделий

Рис. 3. Необходимые задачи для реализации концепции цифровых фабрик

Заключение

Основные препятствия на пути цифровизации промышленности руководители предприятий, как показывают проводимые опросы, видят в высокой стоимости проектов по цифровой трансформации, изначально низком уровне автоматизации, также проявляется недоверие к технологиям со стороны персонала. Преодоление данных проблем возможно за счет обучения персонала в цифровой сфере, повышения его компьютерной квалификации. Также желательным является предоставление финансовых льгот производствам со стороны государства.

Пандемия 2019 года оказала сильное влияние на промышленность. Обнажились проблемы цифровой незрелости компаний. Сложившиеся обстоятельства заставили пересмотреть отношение к важности внедрения технологий, и ускорили процесс перехода от этапа «автоматизации» к этапу «цифровизации».

Рис. 4. Инвестиционная карта Курской области (2021 г.; см.:

Российская промышленность — консервативная отрасль, внедрение инноваций здесь происходит постепенно. Одни компании ждут от передовых производств положительный отзыв об использовании «умных» технологий, другие компании ограничены в финансовых ресурсах и боятся инвестировать. Но за «цифрой» – будущее. Отказ руководителей от технологических преобразований тормозит процесс развития IIoT в России и является угрозой утраты конкурентоспособности страны, дальнейшего снижения технологического суверенитета.