Обзор, проблемы и тенденции использования технологий индустрии 4.0 в авиастроении

Современная промышленность находится под сильным влиянием глобализированного рынка, который ищет сочетание повышенной производительности, высокого качества продукции, гибкости, сокращения жизненного цикла продукта и цифровизации процессов [1]. Индустрия 4.0 (далее – I4.0) – это новая технологическая эра, сфера действия которой включает технологии искусственного интеллекта, моделирования, автоматизации, робототехники, Интернета вещей, систем сбора данных, датчиков, облака, дополненной реальности, аддитивного производства и прочие [2]. Ее технологии ориентированы на интеллектуальные системы, которые непрерывно получают и обрабатывают данные, обмениваясь информацией между машинами и системами.

Как и в других областях производства, в самолетостроении I4.0 – возможность максимизировать конкурентоспособность. С ростом доступности цифровых технологий авиастроительные компании сосредоточились на исследованиях и разработках по интеллектуализации производственных процессов. Самолетостроение является одним из важнейших секторов производства товаров длительного пользования с высокой добавленной стоимостью. Внедрение технологий I4.0 в цехах по производству самолетов позволяет достигнуть более высокого уровня автоматизации, эффективности и гибкости во всех процессах [3].

Однако авиастроение – это отрасль, в которой затраты на разработку новых продуктов чрезвычайно высоки по сравнению с другими промышленными сегментами. Из-за этого внедрение цифровых технологий I4.0 может показаться дорогим в краткосрочной перспективе. С другой стороны, технологии помогают производителям самолетов избегать ошибок, которые увеличивают затраты на разработку продукта, поэтому технологии I4.0 будут экономически целесообразны в долгосрочной перспективе [4]. Новые технологии важно внедрять с осторожностью, контролируя, чтобы они обеспечивали окупаемость инвестиций с учетом специфики промышленного сектора.

Целью работы является изучение проблем и тенденций использования технологий I4.0 в авиастроении. Для её достижения были использованы структурно-функциональные и теоретические методы исследования: анализ, обобщение и синтез литературы в области технологического развития самолетостроения.

Четвертая промышленная революция основана на четырех фундаментальных технологических столпах: Интернете вещей, промышленном Интернете вещей, облачном и интеллектуальном производстве, которые помогает преобразовывать полностью оцифрованный производственный процесс в интеллектуальные фабрики [5]. Технологии I4.0 позволяют интегрировать области и процессы компании, которые ранее были изолированы, в непрерывный, автоматизированный и оптимизированный производственный поток, что приводит к большей эффективности отношений между поставщиками, производителями и клиентами, человеком и машиной [6]. Эволюция и внедрение технологий I4.0 также могут стать важным фактором повышения устойчивости производственной промышленности.

I4.0 включает несколько ключевых технологий, таких как сетевое взаимодействие, доступность больших объемов данных, настраиваемые производственные мощности, взаимосвязанные сети микросенсоров, интеллектуальная визуализация информации в удаленных операциях и автоматизация, которые подходят для использования в авиастроении [7]. По прогнозам, ключевыми технологиями производства и обслуживания самолетов станут аддитивное производство и дополненная реальность. При этом в отрасли необходимо не только внедрять комбинацию цифровых технологий в процессы производства и проектирования самолетов, но и поддерживать сотрудничество между проектированием и производством. Для этого децентрализованное проектирование в режиме реального времени и информация о производстве должны собираться, анализироваться и интегрироваться интеллектуальной системой управления, что позволит оптимизировать весь продукт.

Теоретически все возможности I4.0 должны помочь каждой компании аэрокосмической промышленности достигнуть большего успеха и высоких финансовых целей. Однако по оценкам 29% инициатив цифровой трансформации в аэрокосмической промышленности полностью провалились, 69% компаний довольствовались промежуточными результатами, которые не достигли цели, и только 3% всех инициатив были успешными [8]. 70% корпоративных программ цифровой трансформации проваливаются из-за отсутствия финансовой поддержки, цифровой грамотности или осведомленности. Это может представлять большую проблему для авиастроительных компаний, поскольку I4.0 отличается стремительностью изменений, и чем раньше компания начнет внедрять новые технологии, тем более высоких результатов она сможет достигнуть. Поздняя адаптация к изменениям может стоить больших затрат или поставить под угрозу существование компании.

В отличие от предыдущих промышленных революций, которые оказали значительное влияние на процесс производства, I4.0 имеет более широкое влияние, затрагивая не только производство, но и инженерные процессы [9]. Поэтому для повышения производительности наибольший потенциал имеет модернизация интеллектуальной работы и процессов принятия решений, которую можно ускорить путем сотрудничества на всех уровнях. В авиастроении цифровизация означает в первую очередь улучшение хорошо зарекомендовавших себя систем. Компании, внедряющие технологии I4.0 в свои процессы, выигрывают от того, что заменяют ручное и физическое тестирование своих продуктов тестированием с помощью программного обеспечения для моделирования, которое сокращает расходы и позволяет экономить время. К примеру, компания «Airbus», производящая самолеты, провела симуляцию для сборки своего самолета «A350», чтобы убедиться, что новая конструкция и материалы не приведут к ненужным затратам [10]. Результат показал, что стоимость всей разработки была сокращена вдвое по сравнению с компаниями-конкурентами.

Авиастроительные компании могут использовать всю собранную информацию о датчиках и системах для создания новых, более эффективных и дешевых бизнес-моделей: экономии топлива, организации планов полетов, которые подходят большему количеству клиентов и прочего [11]. Такие вспомогательные технологии, как большие данные, облачные вычисления, коллаборативные роботы, аддитивное производство, искусственное зрение и дополненная реальность, внедряются для улучшения архитектуры создания стоимости за счет повышения эффективности и улучшения производительности - сокращения затрат, времени, сбоев, обучения сотрудников. Такой подход - первый шаг для традиционных промышленных предприятий к принятию I4.0 без значительных рисков.

Поскольку I4.0 стирает границы между реальным и цифровым мирами, привычный подход к кибербезопасности, в рамках которого хватало брандмауэров, системы обнаружения вторжений и защиты от вирусов, быст- ро устаревает [12]. С ростом цифровизации авиастроительные компании стали более подвержены риску, поскольку им требуется внедрять улучшенные системы кибербезопасности, чтобы защищать данные, которые хранятся в цифровом виде. Это автоматически повышает общую безопасность компании. По мере увеличения потребности в создании высоких уровней цифрового доверия возрастает значимость прозрачности и неотказуемости, которые обеспечивают проверку целостности и происхождения собственных и сторонних данных. Надежные решения по управлению рисками и целостности данных могут помочь компаниям избегать нарушений и эффективно управлять операционными сбоями.

Современные самолеты оснащаются датчиками, которые фиксируют до 300 000 параметров в зависимости от длины полета и типа аппарата [13]. По прогнозам, обмен данными в авиации вырастет на 14% в течение следующих нескольких лет. Технологии больших данных позволяют работать с быстро растущими объемами сведений в разнообразных формах, взаимосвязи которых усложняются, извлекать из них ценность, выполнять вычисления и анализ. Расширенная аналитика ис- пользуется для мониторинга состояния самолета в реальном времени и заблаговременного выявления сбоев системы. Более строгие схемы технического обслуживания приводят к повышению безопасности полетов.

Моделирование применяется для тестирования конструкций продуктов, систем и конфигураций устройств [14]. Симуляция опасных условий полета используется для учебных сценариев, которые неэффективны, не- воспроизведения в реальных условиях. Технологии моделирования позволяют предприятиям соответствовать тенденции массовой настройки вместо массового производства, повышающей прибыльность производства.

Дополненная реальность в авиационной промышленности помогает инженерам в разработке новых технологий, улучшении существующих систем за счет использования трехмерных чертежей и моделей, наложенных на реальное оборудование, и симуляций проектов [15]. Эти технологии улучшают коммуникацию при проектировании продукта и разработке производства, помогают в раннем обнаружении и избежании ошибок проектирования, сокращают количество физических прототипов, экономят временные и финансовые ресурсы.

Виртуальная реальность в авиастроении позволяет снижать затраты на проектирование и производство, поддерживать качество продукции и решать технологические компромиссы [16]. Чтобы захватить физическое движение и обеспечить приятный опыт виртуальной реальности, она должна быть интегрирована с жизнеспособными сценариями использования и сбором данных в реальном времени.

Таким образом, технологии I4.0 облегчают процессы производства и обслуживания клиентов, способствуют экономическому росту авиастроительных компаний. Старые бизнес-модели еще эффективны, но недостаточно и ненадолго, поэтому компаниям важно переводить свои бизнес-процессы на платформу цифровизации, чтобы соответствовать изменениям и оставаться конкурентоспособными.

возможны, рискованны или дорогостоящи для