В мире множатся заводы-двойники

Это направление теперь активно развивают не только небольшие специализированные компании, как было еще недавно, но и крупные промышленные концерны, такие, как GE и Siemens. Их можно понять. Самостоятельно разработав и внедрив цифровые решения для себя, хочется заработать на том же самом еще раз и еще раз.

На своих же предприятиях концерны внедряют их уже давно. У GE на Hannover Messe крупная экспозиция, посвященная цифровизации,  была в прошлом году, а в этот раз ее можно увидеть на стенде Siemens площадью 3500 квадратных метров. Свои решения в области дигитализации есть и у таких компаний как Schneider Electric, ABB, IBM, Cisco, Hewlett Packard, Bosch. Однако в отличие от GE и Siemens, они менее активно продвигают это направление, и, как правило, более сконцентрированы на отдельных решениях, а не на полноте охвата.

Еще лет десять-двадцать назад под цифровой экономикой понимали только экономику, связанную с интернетом. В России же до недавнего времени на слуху были только интернет сервисы и финтех, и мало кто из широкой публики слышал про цифровое производство, аддитивное производство, цифровых двойников (Digital Twin), а из всего спектра возможностей интернета вещей (IoT) люди знали только про холодильники, которые самостоятельно заказывают недостающую еду. Впрочем, наступление Эпохи Цифры энтузиасты предсказывали с радостью, а их противники со страхом еще в конце 1990-х, а потом случился кризис доткомов.

До кризиса интернета вещей еще далеко

По оценке PricewaterhouseCoopers, до 2020 года емкость мирового рынка IoT-решении? может превысить 1,2 трлн долл США. Кстати, свой центр компетенций в области есть и у PricewaterhouseCoopers. «Мы верим в то, что IoT – это не только технология, но и основа новой производственной системы / производственной философии для компаний из разных индустрий» – пишет в исследовании «Интернет вещей (IoT) в России: технология будущего, доступная уже сейчас» Партнер PwC, руководитель практики Юрий Пуха.

С другой стороны, по прогнозу ИМЭМО РАН, который представил на Научном семинаре по цифровой экономике доктор экономических наук, член-корреспондент РАН Сергей Афонцев, при самом благоприятном раскладе к 2035 году вклад «Индустрии 4.0» в темпы роста ВВП составит не больше 0,25%. Однако надо понимать, что финансовая сфера, составляющая значительную часть мирового ВВП,  уже серьезно охвачена цифровыми технологиями. К тому же сроки внедрения новых технологий в реальном секторе достаточно существенны.

Собственно, что же из себя представляет эта сама промышленная цифровизация/дигитализация? Если посмотреть в общем, то с технической точки зрения в большинстве решений по цифровизации лежит промышленный интернет вещей (IoT), а с со стороны программного обеспечения основу составляют различные системы моделирования и системы анализа данных. Промышленные гиганты, вроде Siemens и GE, появившиеся на рынке промышленной цифровизации два года назад, сделали ставку на объединение всех решений на базе единых платформ.

В случае Siemens такое решение —  облачная IoT платформа Mindsphere, в случае General Electric — платформа Predix. Также есть свои IoT платформы у Google, Microsoft, Oracle и других. Есть и независимые открытые платформы, такие как MBED IoT Device platform и KAA. Смысл IoT платформы заключается в том, что в нее включены интерфейсы и способы сбора информации с датчиков, которые установлены на станках, системах проверки качества, в цехах, на транспортных системах и даже в конечной продукции. В настоящий момент распространены только системы сбора данных, а в перспективе, когда владельцы предприятий удостоверятся в безопасности таких каналов и системы управления, дело дойдет и до полного управления производством через IoT. Собранные данные хранятся в облаке платформы, для небольших компаний это могут быть общественные облака, для тех, кто готов доплачивать, — частные, а в некоторых случаях облако может физически располагаться на серверах предприятия и быть полностью закрытым для взаимодействия с внешним миром.

Дальше в игру вступают системы моделирования и обработки данных. Тут надо уточнить, что если  мы говорим о полной цифровизации жизненного цикла всего предприятия, то моделирование может начаться еще до того, как первый станок с датчиками на нем приехал на завод. Обработка данных может принимать самые разные виды, от синхронизации с полноценным цифровым двойником (Digital Twin) предприятия до систем анализа отдельных специфических аспектов производства. Так, председатель совета директоров системного интегратора «СМС-Автоматизация» Андрей Сидоров рассказал, что  примеры успешных проектов в промышленной автоматизации есть, например, у «Яндекса» — для ПАО ММК холдинг сделал систему на основе своих технологий анализа больших данных, которая позволила повысить эффективность отбраковки изделий на ранних стадиях.

Создание Digital Twin, или цифрового двойника, сейчас один из основных трендов в промышленной цифровизации, можно даже сказать, что это ее канонический пример. Нужно, однако, понимать, что под этим термином скрывается достаточно широкий список решений: от достаточно простых моделей, которые позволяют отслеживать в цифровом формате только основные параметры ключевых этапов производства, до полноценной динамического трехмерного образа всего предприятия, созданной с учетом моделирования основных физических и химических процессов всего цикла производства. Идеальная картинка предприятия Индустрии 4.0 в обязательном порядке включает максимально детального цифрового двойника.

Что-то у вас часто планы меняются

Собственно, как выглядит идеальное цифровое предприятие? Сначала, на этапе проектирования, создается цифровая модель конечной продукции. Дальше она проходит виртуальное тестирование, что сокращает сроки разработки и расходы на тестирование — нужно меньше тестовых образцов и тестов в реальном мире, ведь многие проблемы уже выявлены в виртуальном. Дальше происходит создание виртуальной модели будущего производства, и уже на этой модели проверяются различные конфигурации оборудования, отрабатывается логистика, и даже проводятся виртуальные пуско-наладочные работы. В результате, когда оборудование прибывает на завод, его можно запустить в эксплуатацию гораздо быстрее. Все уже рассчитано и оптимизировано, а также выявлена часть возможных проблем. Наиболее же совершенные виртуальные модели позволяют автоматически создавать программы для цифровых станков и помогают писать инструкции для рабочих.

Следующий этап — непосредственно производство. Датчики собирают всю информацию о происходящих процессов и передают ее в цифровой двойник. Это позволяет точно выявлять проблемные места: от неправильных настроек оборудования или нестабильного электропитания до идентификации конкретной некачественной детали в конкретной партии комплектующих. Также данные можно использовать для прогнозирования будущих проблем или для поиска возможностей оптимизации. На самом же виртуальном двойнике можно отрабатывать планируемые изменения или действия в кризисных ситуациях.

Даже выпуск продукции — еще не конец цифровой истории. На самой продукции также могут стоять датчики, подключенные к IoT платформе. Данные с них помогают в разработке новых образцов, оптимизации техобслуживания и помогают провести ремонт еще до того, как серьезная проблема возникла у потребителя, причем не по расписанию, а именно в тот момент, когда это нужно.

В идеале все решения отрыты для сторонних разработчиков, полностью совместимы между собой и защищены от злоумышленников. На практике же полная совместимость возможна только при использовании решений от одного поставщика, а безопасность закрытых систем выше, чем у открытых. Так что неудивительно, что решения от крупных производителей, покрывающие максимальный спектр потребностей, пользуются спросом.

Комплексные решения в своей основе и основных концепциях похожи друг на друга, хотя могут и существенно различаться в деталях. Одно из таких решений — набор программ Digital Enterprise Suite, которое в числе прочего было представлено на стенде Siemens. «Благодаря набору программ Digital Enterprise Suite мы помогаем как производителям продукции, так и машиностроителям осуществлять цифровую трансформацию, — говорит директор департамента «Цифровое производство» Siemens Ян Мрозик. — Это позволяет нам создавать комплексный виртуальный образ, так называемый цифровой двойник, самих продуктов и целых производственных процессов. Благодаря данным, получаемым через MindSphere, мы можем также непрерывно оптимизировать всю цепочку создания стоимости наших клиентов. Это относится не только к различным отраслям промышленности и традиционным методам производства, но и к новым технологиям, таким как аддитивное производство».

Из этих слов, да и из самого размаха экспозиции Siemens в Ганновере, очевидна заявка концерна на занятие существенной доли на рынке решений для цифровизации. На стенде есть примеры из аэрокосмической, автомобильной и пищевой промышленности, электроники и машиностроения, а также химической, целлюлозной и нефтегазовой отраслей. Также Siemens представила интегрированные решения для промышленных предприятий и инфраструктурные проекты в сфере электроэнергетики, с акцентом на интеллектуальное управление энергией с помощью MindApps.

Большинство решений Siemens опробовано на опыте цифровизации на собственных предприятиях. Например, на роботизированном заводе по производству электронных компонентов в немецком Амберге общий уровень автоматизации превышает 75%, гибкость производства позволяет менять рабочие планы около 5000 раз в год. Завод может производить на одних и тех же мощностях до 1000 различных образцов конечной продукции. Качество продукции поддерживается на уровне 99.9989%, что для производства электроники является очень хорошим показателем.

Довольно интересен факт, что сами представители Siemens рассматривают в качестве основного конкурента своей IoT платформе Mindsphere не Predix от General Electric, а Google Cloud Platform. Это весьма символично. При том, что полнота охвата у Predix выше, чем у Google Cloud Platform, а компетенции и опыт промышленной цифровизации General Electric ближе к Siemens, у Predix отсутствует такой важный момент как открытый программный интерфейс (API), который есть у продуктов Google и Siemens. Собственно, практически все крупные успешные проекты, связанные с цифровизаций различных аспектов бизнеса, обладают открытым API, что дает сторонним разработчикам, да и самими потребителям возможность разрабатывать собственные приложения, оптимизированные под конкретные задачи и обладающие нужными параметрами.

Кстати, цифровой двойник может быть не только у предприятий. Так в феврале 2018 года General Electric подписал контракт с американскими ВМС (US Navy) на конвертацию двух транспортных судов в «смарт корабли» (smart navy). Первый этап контракта подразумевает использование решения Predix Motor Fleet APM (Asset Performance Management) для детального анализа всех аспектов эксплуатации судов, с последующим созданием для них цифровых двойников.

Всё сложно

Аддитивное производство, при существенном снижении себестоимости, может перевернуть мир. Возможно, в далеком будущем получение пиццы по факсу перестанет быть расхожей шуткой, а превратиться в реальность. По утверждению Siemens, компания является единственным в мире поставщиком интегрированных программных и аппаратных решений, охватывающих все этапы аддитивного производства. Так это или нет, судить сложно. Рынок еще полностью не устоялся и критерии «охвата всех этапов» тоже не очевидны. Помимо Siemens решения в этой области поставляют ANSYS, EOS и ряд других компаний.

В случае ANSYS, которая уже более 30 лет занимается решением инженерных задач с помощью моделирования, программный пакет больше сконцентрирован на моменте разработки продукции, и в этом они действительно хороши. В пакете Siemens цифровая модель процессов отображается в единой интегрированной программной среде. Это означает, что у заказчика не будет проблем при передаче данных из одной программы в другую — например, из программы, в которой инженеры создают чертежи продукции, в программы для проведения виртуальных тестов и дальше на производство. Инструменты, необходимые для проектирования, моделирования, подготовки продукта и 3D-печати, объединяются в интегрированную систему, а доступ к ним может осуществляться с помощью унифицированного пользовательского интерфейса. Например, ответственный за производство сможет посмотреть чертежи у инженеров и наоборот. Теоретически все это позволяет добиться быстрого перехода от опытного и мелкосерийного производства к полностью индустриализированному серийному производству.

Очень важно понимать, что аддитивное производство — это не обычная печать деталей на 3D-принтере. В случае печати полной копии детали традиционной формы она получится более дорогой и все. Смысл аддитивности в том, что уже на моменте разработки создается деталь сложной формы, которую невозможно или очень дорого создать традиционными методами. Часто одна деталь сложной формы может заменить комплекс из десятка мелких деталей. Также промышленные принтеры могут ремонтировать такие детали или наращивать на стандартные детали дополнительные компоненты. Все это позволяет создавать продукцию с более высокими характеристиками.

У них не загуляешь

Помимо этого на стенде Siemens представлены решения для внедрения цифровизации в непрерывном производстве. Это производство красок, требующих длительной выдержки напитков, сложной многоступенчатой очистки или фильтрации, некоторые виды химпроизводств и другие.  Цифровизация в них позволяет стандартизировать качество продукции, да и саму продукцию. Многие сталкивались с тем, что при необходимости перекрасить часть стены во время ремонта невозможно подобрать точно такую же краску — в результате приходилось перекрашивать всю комнату. Да и качестве спиртных напитков в разных партиях часто «гуляет» даже при том же самом сырье. Цифровизация в данном случае позволяет контролировать процессы с точностью до самых малейших деталей, находить сбои и полностью повторять процесс предыдущих циклов.

Помимо, широко представленного в Ганновере Siemens, интересные решения в области цифровизации непрерывного производства есть у Oracle. Однако, Oracle Process Manufacturing MPS он же OPM Master Production Scheduling, сконцентрирован больше на бизнес-процессах и логистики, и охват технологических процессов весьма ограничен.

Кстати, вместе с неуклонно надвигающейся цифровизацией все острее встают вопросы кибербезопасности, которая, иногда, даже является сдерживающим фактором для тотальной дигитализации. Все крупные производители решений в этой области уделяют большое внимание кибербезопасности. На выставке в Ганновере прошла даже специализированная панельная дискуссия, посвященная этой теме, а на своем стенде Siemens не забыл продемонстрировать, что для своих продуктов использует концепцию «Глубокоэшелонированной защиты» в соответствии с требованиями МЭК 62443. В прошлом же году целая экспозиция компании Rohde & Schwarz Cybersecurity была сконцентрирована вокруг информационной безопасности цифровых предприятий.

Технологий цифровизации много, постоянно появляются новые, поэтому пока еще сложно оценить дальнейшие перспективы этого рынка. Захватят ли рынок крупные компании с серьезными компетенциями в области производства (GE, Siemens) или цифровые гиганты (Google, Microsoft) или выиграют специализированные небольшие компании — сказать сложно.

Даже сами представители отрасли не готовы делать прогнозы. Так, по мнению Андрея Сидорова из «СМС-Автоматизации», сейчас происходит расширение рынка промышленной автоматизации за счет вовлечения новых технологий, ориентированных на применение на всём жизненном цикле предприятия.  «Эти новые сегменты будут как-то делиться между традиционными и новыми игроками. Предсказать, какие компетенции будут ключевыми и определят успех тех или иных игроков, я не могу. Все меняется, создаются новые технологии, которых вообще не было. Поэтому корректного ответа на этот вопрос просто не существует. Имеют место разные тренды и, скорее всего, будет некий симбиоз».

Нюрнберг-Амберг-Москва