22.08.2024
Цифровые двойники роботизированных производств
Современная промышленность в развитых странах переходит в настоящее время от четвертого (Industry 4.0) к пятому технологическому укладу (Industry 5.0), который характеризуется, в том числе, возрастающей степенью автоматизации и роботизации, а также цифровым моделерегулируемым (modeldriven) способом управления производством. Такой подход обеспечивает возможность многокритериальной оптимизации процессов, что позволяет достичь максимальных показателей производительности, конкурентоспособности, а также энерго- и экономической эффективности в целом. Это в полной мере относится и к бизнесу по переработке пластмасс.
Для соответствия уровня качества выпускаемой предприятиями отрасли продукции общемировым стандартам, расширения как внутреннего, так и внешних рынков сбыта, отечественным заводам в настоящее время в первую очередь нужно гарантировать технологическую оснащенность своих производств в соответствии с современными трендами индустриального развития. В первую очередь это касается средств и систем цифровизации, автоматизации, роботизации производств. Причем именно в указанной последовательности, так как проекты модернизации действующих производств, или создания новых начинаются с цифрового реинжиниринга или инжиниринга. В рамках таких проектов сегодня, как правило, рассматриваются возможности максимальной автоматизации процессов операционной деятельности, а там, где достичь выполнения производственных задач без участия человека за счет установки средств автоматизации не представляется возможным, необходима роботизация (вплоть до создания полностью безлюдных производств).
На сегодняшний день вопросы модернизации и развития отечественных производств связаны еще и с проблемой серьезного санкционного давления на российскую экономику, что требует от промышленных предприятий при реализации таких проектов учитывать риски и внедрять преимущественно отечественные решения.
Поэтому отечественным предприятиям наиболее целесообразно осуществлять цифровой инжиниринг и реинжиниринг в среде отечественного программного обеспечения. На российском ИТ-рынке имеются производители не только отечественных САПР-программ, но и систем для создания цифровых двойников производства — это именно тот класс ПО, который необходим для успешной модернизации имеющихся и создания новых заводов.
Цифровой двойник предприятия
Отечественный программный продукт «Рациональное производство» — это платформа для создания цифровых двойников, имитационного моделирования и оптимизации производственно-технологических процессов, а также офлайн-программирования роботов и другого промышленного оборудования, причем на данный момент этот программный продукт отечественных аналогов не имеет.
Под цифровым двойником производства понимается компьютерная имитационная динамическая 3D-модель производственных процессов. Использование цифрового двойника позволяет создание (инжиниринг), модернизацию (реинжиниринг) и управление (менеджмент) современным производством осуществлять в моделерегулируемом режиме, что обеспечивает возможность многокритериальной оптимизации на всем протяжении цикла производства. Пример цифрового двойника показан на рис. 1.
В программном продукте имеется функционал для решения всего комплекса задач цифрового инжиниринга и реинжиниринга, а именно:
— создание планировки производственного объекта, будь то ячейка, линия, участок, цех или фабрика (в том числе альтернативные варианты планировок);
— подбор промышленного оборудования и его расстановка на площадке, выбор необходимых оснастки, инструментов, приспособлений. ПО поставляется с готовым каталогом промышленного оборудования, в котором уже имеются промышленные роботы, конвейеры, краны, станки и многое другое. При необходимости данный каталог всегда может быть дополнен пользователем. Использование этой электронной библиотеки оборудования существенно ускоряет и упрощает процесс инжиниринга;
— проектирование всех производственно-технологических процессов, их имитационное моделирование и оптимизация (рис. 2);
— сбор и анализ цифровой аналитики реализации производственных процессов, в частности расчет таких показателей производства, как мощность, пропускная способность, производительность, объем выпускаемой продукции. Пример сбора производственной аналитики в цифровом двойнике представлен на рис. 3.
Таким образом в цифровой среде проектируется новое производство или модернизируется действующее, причем с учетом возможности проработки в режиме имитационного моделирования альтернативных сценариев, проверки и апробации гипотез, отладки процессов, устранения ошибок и коллизий.
В частности, в условиях санкционных ограничений могут быть проработаны варианты различных альтернативных сценариев оснащения производства оте-чественным оборудованием, машинами из дружеских стран или системами, закупаемым по схеме параллельного импорта. Для каждого сценария могут быть рассчитаны основные технико-экономические параметры, а затем путем комплексного анализа показателей экономики и рисков выбран наилучший проект.
Аналогично могут быть смоделированы и комплексно оценены сценарии размещения новых производств в различных локациях. Причем реинжиниринг производства под разные локации в среде цифровых двойников реализуется максимально быстро и эффективно.
Причем цифровой двойник производства может использоваться предприятием не только на стадии его проектирования или модернизации, но и на протяжении всего жизненного цикла производственного комплекса.
Так на стадии ввода производственных объектов в эксплуатацию в цифровом двойнике может быть произведена виртуальная пуско-наладка оборудования, что повышает скорость и качество процессов монтажа и пуско-наладки оборудования в реальном производстве.
Офлайн-программирование
На стадии эксплуатации производства в среде цифровых двойников осуществляется офлайн-программирование роботов, конвейеров и другого промышленного оборудования. Очень важно, что цифровой двойник — это универсальное средство, в котором можно программировать оборудование различных производителей, как отечественных, так и иностранных. Причем, так как программный продукт «Рациональное производство» — это отечественная разработка, то никаких санкционных рисков у отечественных пользователей нет. Пример цифрового двойника роботизированной конвейерной линии производства изделий из пластмассы представлен на рис. 4.
Офлайн-программирование — это действенный инструмент повышения эффективности производства, так как позволяет существенно сократить время переналадки оборудования и повысить время его полезного использования, а также сделать производственные процессы более рациональными — более производительными, менее энергозатратными, обеспечивающими лучшее качество, что достигается за счет точности офлайн-программирования в среде цифровых двойников.
Именно цифровой двойник производства на стадии его эксплуатации является средством, которое делает производство рациональным: в ПО имеется функционал, который позволяет оптимизировать техпроцессы, в том числе с использованием аналитических инструментов научной методики организации труда, базирующейся на концепции бережливого производства (Lean Six Sigma).
Подводя итог, целесообразно отметить высокую значимость для оте-чественных предприятий индустрии производства пластмасс внедрения современных средств и технологий цифровизации, автоматизации и роботизации. Старт модернизации с создания цифровых двойников позволит повысить эффективность бизнеса и послужит прекрасным инструментом для проектирования и запуска последующих проектов в рамках программ автоматизации и роботизации для успешного перехода к укладу Industry 5.0.
Для соответствия уровня качества выпускаемой предприятиями отрасли продукции общемировым стандартам, расширения как внутреннего, так и внешних рынков сбыта, отечественным заводам в настоящее время в первую очередь нужно гарантировать технологическую оснащенность своих производств в соответствии с современными трендами индустриального развития. В первую очередь это касается средств и систем цифровизации, автоматизации, роботизации производств. Причем именно в указанной последовательности, так как проекты модернизации действующих производств, или создания новых начинаются с цифрового реинжиниринга или инжиниринга. В рамках таких проектов сегодня, как правило, рассматриваются возможности максимальной автоматизации процессов операционной деятельности, а там, где достичь выполнения производственных задач без участия человека за счет установки средств автоматизации не представляется возможным, необходима роботизация (вплоть до создания полностью безлюдных производств).
На сегодняшний день вопросы модернизации и развития отечественных производств связаны еще и с проблемой серьезного санкционного давления на российскую экономику, что требует от промышленных предприятий при реализации таких проектов учитывать риски и внедрять преимущественно отечественные решения.
Поэтому отечественным предприятиям наиболее целесообразно осуществлять цифровой инжиниринг и реинжиниринг в среде отечественного программного обеспечения. На российском ИТ-рынке имеются производители не только отечественных САПР-программ, но и систем для создания цифровых двойников производства — это именно тот класс ПО, который необходим для успешной модернизации имеющихся и создания новых заводов.
Цифровой двойник предприятия
Отечественный программный продукт «Рациональное производство» — это платформа для создания цифровых двойников, имитационного моделирования и оптимизации производственно-технологических процессов, а также офлайн-программирования роботов и другого промышленного оборудования, причем на данный момент этот программный продукт отечественных аналогов не имеет.
Под цифровым двойником производства понимается компьютерная имитационная динамическая 3D-модель производственных процессов. Использование цифрового двойника позволяет создание (инжиниринг), модернизацию (реинжиниринг) и управление (менеджмент) современным производством осуществлять в моделерегулируемом режиме, что обеспечивает возможность многокритериальной оптимизации на всем протяжении цикла производства. Пример цифрового двойника показан на рис. 1.
В программном продукте имеется функционал для решения всего комплекса задач цифрового инжиниринга и реинжиниринга, а именно:
— создание планировки производственного объекта, будь то ячейка, линия, участок, цех или фабрика (в том числе альтернативные варианты планировок);
— подбор промышленного оборудования и его расстановка на площадке, выбор необходимых оснастки, инструментов, приспособлений. ПО поставляется с готовым каталогом промышленного оборудования, в котором уже имеются промышленные роботы, конвейеры, краны, станки и многое другое. При необходимости данный каталог всегда может быть дополнен пользователем. Использование этой электронной библиотеки оборудования существенно ускоряет и упрощает процесс инжиниринга;
— проектирование всех производственно-технологических процессов, их имитационное моделирование и оптимизация (рис. 2);
— сбор и анализ цифровой аналитики реализации производственных процессов, в частности расчет таких показателей производства, как мощность, пропускная способность, производительность, объем выпускаемой продукции. Пример сбора производственной аналитики в цифровом двойнике представлен на рис. 3.
Таким образом в цифровой среде проектируется новое производство или модернизируется действующее, причем с учетом возможности проработки в режиме имитационного моделирования альтернативных сценариев, проверки и апробации гипотез, отладки процессов, устранения ошибок и коллизий.
В частности, в условиях санкционных ограничений могут быть проработаны варианты различных альтернативных сценариев оснащения производства оте-чественным оборудованием, машинами из дружеских стран или системами, закупаемым по схеме параллельного импорта. Для каждого сценария могут быть рассчитаны основные технико-экономические параметры, а затем путем комплексного анализа показателей экономики и рисков выбран наилучший проект.
Аналогично могут быть смоделированы и комплексно оценены сценарии размещения новых производств в различных локациях. Причем реинжиниринг производства под разные локации в среде цифровых двойников реализуется максимально быстро и эффективно.
Причем цифровой двойник производства может использоваться предприятием не только на стадии его проектирования или модернизации, но и на протяжении всего жизненного цикла производственного комплекса.
Так на стадии ввода производственных объектов в эксплуатацию в цифровом двойнике может быть произведена виртуальная пуско-наладка оборудования, что повышает скорость и качество процессов монтажа и пуско-наладки оборудования в реальном производстве.
Офлайн-программирование
На стадии эксплуатации производства в среде цифровых двойников осуществляется офлайн-программирование роботов, конвейеров и другого промышленного оборудования. Очень важно, что цифровой двойник — это универсальное средство, в котором можно программировать оборудование различных производителей, как отечественных, так и иностранных. Причем, так как программный продукт «Рациональное производство» — это отечественная разработка, то никаких санкционных рисков у отечественных пользователей нет. Пример цифрового двойника роботизированной конвейерной линии производства изделий из пластмассы представлен на рис. 4.
Офлайн-программирование — это действенный инструмент повышения эффективности производства, так как позволяет существенно сократить время переналадки оборудования и повысить время его полезного использования, а также сделать производственные процессы более рациональными — более производительными, менее энергозатратными, обеспечивающими лучшее качество, что достигается за счет точности офлайн-программирования в среде цифровых двойников.
Именно цифровой двойник производства на стадии его эксплуатации является средством, которое делает производство рациональным: в ПО имеется функционал, который позволяет оптимизировать техпроцессы, в том числе с использованием аналитических инструментов научной методики организации труда, базирующейся на концепции бережливого производства (Lean Six Sigma).
Подводя итог, целесообразно отметить высокую значимость для оте-чественных предприятий индустрии производства пластмасс внедрения современных средств и технологий цифровизации, автоматизации и роботизации. Старт модернизации с создания цифровых двойников позволит повысить эффективность бизнеса и послужит прекрасным инструментом для проектирования и запуска последующих проектов в рамках программ автоматизации и роботизации для успешного перехода к укладу Industry 5.0.