15 технологий, которые надо реализовать российским заводам как можно быстрее, если они нацелены опередить иностранные предприятия в гонке конкурентоспособности четвертой промышленной революции

Как российским производствам подготовиться к новому технологическому укладу? Что именно позволяет иностранным компаниям производить промышленное оборудование качественнее, быстрее, дешевле?

В течение последних 10 лет мы с командой, реализуя крупные промышленные проекты, отвечали на эти вопросы, работая в семи странах мира (Великобритания, США, Германия, Япония, Италия, Украина, Россия) на десятках международных машиностроительных предприятиях. Благодаря этой работе, мы провели детальный анализ подходов и технологий для обеспечения высокой степени конкурентоспособности современного международного производственного предприятия.

Вот 15 технологий, которые необходимо реализовать российским заводам как можно быстрее, если они хотят догнать и перегнать иностранные предприятия в гонке конкурентоспособности четвертой промышленной революции.

1. Системы управления информацией предприятий, Enterprise Information Management: EIM = PLM+MES+ERP. Именно в такой связке, с взаимной передачей данных они работают в международных компаниях с 90-х годов прошлого века, образуя централизованный цифровой информационный хаб, используемый на всех стадиях жизненного цикла производственного проекта: для цифрового конструирования, в цифровом цеху, в цифровой цепи поставок, логистике и цифровой адаптации под потребителя продукта при продажах и сервисном обслуживании. В последнее время как один из важных компонентов EIM, активно развиваются системы класса MDC – Manufacturing Data Collection российских производителей, обеспечивающие мониторинг средств производства с числовым программным управлением и сбор данных о загруженности станков. Накапливать, упорядочивать и управлять информацией на всех этапах жизненного цикла изделий сегодня еще важно и для постепенного перехода через машинное обучение (machine learning) к полностью автоматическому производству.

Сегодня в России ежегодно создаются новые цифровые производства

2. Конвергенция цифрового и физического в разрабатываемом продукте уже в эскизном проекте — но сначала необходимо навести порядок в хранении конструкторской и технологической документации, реализовав компонент 1. Уже сегодня ведущие производители на этапе конструирования механического оборудования продумывают и закладывают в конструкцию выпускаемого продукта способы его взаимодействия через защищенный промышленный интернет вещей с цифровыми системами управления.

3. Систематизация, накопление и защита нематериальных активов (НМА) и интеллектуальной собственности. Не обязательно в форме патентов, обязательно в форме секретов производства и ноу-хау. Не забывайте интегрировать НМА в хозяйственную деятельность компании, фиксируя их оценку в бухгалтерском балансе. Здесь все просто: одним из основных выгодоприобретателей четвертой промышленной революции является собственник и поставщик интеллектуального капитала. Если вы развиваетесь как производитель и не оформляете свою интеллектуальную собственность, вы лишаете себя этих выгод. Сегодня лидирующие компании и государства борются за построение конкурентной экономики знаний (knowledge economics) с основой в виде производства интеллектуальных продуктов — технологий, патентов, ноу-хау. Обеспечивая интеграцию в хозяйственную деятельность нематериальных активов, российские компании могут быть глобальными промышленными гигантами, даже не имея собственных заводов.

4. Цифровой реверс-инжиниринг [1]. В качестве одной из наиболее успешных бизнес-стратегий международной экспансии машиностроительной компании сегодня на практике подтверждено развитие собственного сервисного центра за рубежом. Сервисная база или ремонтное предприятие создается рядом с потребителем, обученный персонал такой базы помогает ремонтировать изношенное оборудование потребителя через сканирование деталей и передает полученные в результате сканирования 3D модели к себе на домашнее предприятие для производства. В результате базы данных PDM систем международных глобальных производителей наполняются существующими составами изделий и конфигурациями работающего оборудования для последующего расширения производственных линеек этих глобальных компаний.

5. Инженерный анализ (CAE) как отдельное бизнес-направление, виртуальное прототипирование, численный виртуальный эксперимент, FEA и CFD. Цифровое моделирование работы выпускаемого вами оборудования также очень сильно влияет на сроки разработки и выпуска продукта. Различные способы моделирования – от физических процессов и отдельных сборочных единиц до технологических процессов и производства в целом широко используются во всех ведущих производственных предприятиях сегодня, обеспечивая их отраслевое лидерство [2]. Очень хорошо по этому поводу высказался вице-президент Тесла по производству: «современное производство – это интеллектуальная машина, производящая другие машины. Вы должны собрать все данные завода. Вам необходимо понять процессы и как вы можете их улучшить. Когда у вас будет достаточно информации, будет несложно смоделировать все предприятие от начала до конца и понять ключевые точки воздействия и настройки завода» [3].

6. Цифровые двойники (полная информационная модель) выпускаемого продукта, продвижение и продажи через виртуальную реальность (VR) и сервиса с помощью дополненной реальности (AR). Зайдите на сайт Caterpillar. Видите продуктовую линейку? Чтобы показать, как работает это оборудование, презентовать и продать его шейхам, CAT больше не везет грейдер в OAЭ. CAT передает 3D модель грейдера в свое представительство и те показывают в очках виртуальной реальности в VR эту модель потенциальному покупателю. Оцените экономию на логистике. С помощью AR сервис-инженеры CAT, обслуживающие на базе математической модели с предиктивной аналитикой тот же грейдер, могут осуществлять «точечный» ремонт в полном соответствии со всеми инструкциями и актуальным состоянием именно запросившего обслуживание грейдера. Оцените перспективы сервиса как бизнеса для САТ.

7. Энергоэффективность предприятий, сертификация их по стандартам LEED, BREEAM и сокращение эксплуатационных затрат на 25% и более. Это непосредственно влияет на себестоимость продукции этих предприятий и снижает риски энергозависимости предприятий, риски изменения законодательства и др.

8. Трансфер технологий. Если вы оснастили свое нефтяное месторождение комплексом иностранного промышленного оборудования, сразу же начинайте думать о его производстве здесь. Даже не так. Запланировав приобретение значительного объема иностранного оборудования для оснащения вашего нефтяного месторождения, сразу планируйте и реализуйте трансфер технологий производства этого оборудования в России. Иначе в ходе эксплуатации этого оборудования вы быстро разоритесь на его сервисе (от 100 евро в час — стоимость европейского инженера), а через пять лет обнаружите себя собственником устаревшего хлама. Причем ваши соседи по отрасли, закупив через пять лет относительно вас у той же компании похожее оборудование, станут собственниками машин на пять поколений старше и эффективнее вашего, поскольку обновление продуктовой линейки раз в год — реальная практика современного международного машиностроителя. С ускоренным развитием технологий цифрового производства и сокращением сроков выпуска продукции ТРАНСФЕР ТЕХНОЛОГИЙ сегодня стал единственной возможностью выживания даже не производителя, а заказчика и эксплуатанта оборудования. При этом предприятия, сформировавшие объёмы интеллектуальных активов в PDM системах, могут начинать задумываться об их капитализации, включая трансфер (экспорт) технологий в развивающиеся страны и продажу лицензий на нематериальные активы (ноу-хау и интеллектуальную собственность).

9. Аддитивное производство для модельных испытаний и прототипирования. У вас еще нет 3D принтера или партнеров-студии 3D печати? Тогда — смотрите компонент 5 о цифровом моделировании — вы не сможете быть такими же быстрыми в разработке и выпуске новых продуктов, как международные производители.

10. Профессиональное управление проектами. Для обеспечения поставки сложных видов оборудования в срок, с запланированным финансовым результатом и с требуемым заказчиком качеством, ведущие производственные предприятия создают корпоративные системы управления проектами, обращаясь к лучшим практикам современного управления проектами и комбинируя Agile и Waterfall подходы к реализации проектов.

11. Бережливое производство (lean) во всех его проявлениях и порядок в цехах с разработкой и внедрением сильной производственной системы. Огромное количество цехов в России – не отвечающие экологическим стандартам, неухоженные помещения с хаотично накиданным инструментом на верстаках под слоем стружки. Неужели кто-то думает, что в таких условиях возможно произвести конкурентоспособный продукт? Оптимизация планировки цеха, стандартизация производственного процесса, повышение эффективности работы оборудования – важные слагаемые роста производительности труда современного завода.

12. Выход подсистем системы управления информацией предприятий (PDM, MES, MDC) на автоматизированные рабочие места (АРМ) производственных участков. За 10 лет выросло поколение, для которых дисплей привычнее листа бумаги. Молодые слесари-сборщики будут эффективно работать с цифровым интерфейсом состава изделия на АРМ сборочных участков, пользуясь интерактивными электронными техническими руководствами. Операторы станков ЧПУ эффективно используют цифровые ассистенты выполняемых технологических процессов, включающих базы знаний нормативно-справочной информации. Управление производственными процессами, анализ их узких мест и ограничений, принятие управленческих решений на основе этого анализа начальник цеха ведет из главной диспетчерской, пульта управления производством, оборудованной дисплеем, на который поступают видеосигналы со всех производственных участков и информация об их производительности (пример – цех «Высота 239» ЧТПЗ).

13. Учебные производственные центры на вашем предприятии и развитие фаблаба в регионе работы предприятия. Популяризация цифрового производства через проведение мастерских с рассказом о работе современных инженеров, 3D печати, робототехники. Участие молодых цеховых специалистов в WorldSkills, EuroSkills. Европейское предприятие, открывшее завод в России, имеет несколько таких центров, оборудованных образцами продукции для проведения тренингов персонала и партнеров компании.

14. Цифровое управление логистикой, в том числе с использованием RFID индентификации, с контролем передвижения сырья и материалов, очень важно для обеспечения конкурентоспособности производства сегодня. Максимальная автоматизация управления складскими запасами, цифровые системы отбора материальных запасов со световой индикацией (умные полки, pick-by-light), когда информация по заданию на подбор материалов высвечивается на интегрированном в полку дисплее, при подключении к MES, на продвинутых производствах с умными командами на порядок увеличивают производительность при пропорциональном уменьшении затрат на логистику [3].

15. Кросс-отраслевая кооперация, взаимодействие с партнёрами в профессиональных ассоциациях, проведение аудита качества других компаний для организации технологического партнерства. Активизация обмена ресурсами, возможностями и потребностями в том числе через уже существующие онлайн-инструменты. Использование эффекта платформы, когда цифровые производители создают сети, соединяющие продавцов и покупателей, повышая доходы за счет эффекта масштаба [4]. Пример – кооперация компаний Hewlett-Packard, National Instruments, PTC и Flowserve [5, 6], которые объединились для совместного выпуска насосных агрегатов, управляемых и обслуживаемых с помощью технологий промышленного интернета вещей и предиктивной аналитики. Российский пример – кооперация Yandex Data Factory и Магнитогорского металлургического комбината, создавших с помощью алгоритмов машинного обучения математическую модель производства стали для оптимизации расхода ферросплавов и добавочных материалов [7].

Почему сегодня так важно опираться на эти работающие производственные технологии в гонке конкурентоспособности четвертой промышленной революции?

Давайте посмотрим на произошедшее в последние годы. В продукте и в средствах производства доказала свою эффективность радикальная конвергенция цифрового и физического. В разработке – если предприятие не выпускает новую модель продукта ежегодно в условиях быстрого и тесного цифрового мира, оно проигрывает конкурентам. В производстве – увеличились эффективные возможности для безлюдного производства, поэтому цеховой персонал постепенно замещается операторами цифровых технологических процессов, как десять лет назад токари и фрезеровщики начали замещаться операторами станков с ЧПУ. В сервисе продукта – распространяются технологии предиктивной аналитики как серьёзной конкурентной силы и связи продукта с его разработчиком (см. пример Тесла). Да, эти технологии рождены десятки лет назад. Но любая революция – это окончательное разрушение старой технологической платформы критической массой новых технологий, эволюционно развивающихся долгие годы. Наивно было бы предполагать, что промышленная революция происходит, когда абсолютно новая технологическая платформа в миг меняет цифру 3 на 4. Лучший пример революционного продукта, полученного эволюционным путем – Тесла и, если спроецировать технологическую новизну этого продукта (и средств его производства) на другие отрасли и продукты, становится ясно, что смена технологического уклада действительно происходит.

Промышленная революция происходит через трансформацию средств производства и продукта, разрабатываемого и производимого этими инструментами. Как следствие – кардинальный рост производительности труда, скорости выпуска продукта и его качества.

О любой технологии (IoT, AR, VR, Big Data) можно сказать «мы это делали 10, 20, 30 лет назад». Но не единичные практики создают промышленную революцию, а формирование (в том числе через отраслевую кооперацию, компонент 15, и образовательные инициативы, компонент 13) системы технологий, радикально влияющей на производительность труда, скорость выпуска продукции и создающей новые виды экономической деятельности. С этой точки зрения снобистская позиция «эти технологии -ничего нового, лишь маркетинговые названия» на наступление новой промышленной революции никакого влияния не оказывает.

Что нужно сделать, чтобы современные компоненты производственных систем и технологии заработали на российских производствах?

Нам необходимо оставить технологический снобизм, перенять опыт развития восточных предприятий и их руководителей, которые как губка впитывают лучшие мировые практики. Искать и работать с такими практиками на конференциях, форумах, референс-визитах в передовые производственные компании, в общении с инженерными и производственными консультантами. В организационной структуре наших предприятий необходимо обеспечить плотное сотрудничество подразделений ИТ и НИОКР с совместными разработками новых продуктов и модернизацией существующих. Работать с вендорами и интеграторами информационных систем, в свою очередь динамично развивающимися синхронно с технологиями и предлагающими комплексные решения автоматизации всего жизненного цикла производимой продукции.

Список источников:

1. Federico Rotini, Yuri Borgianni, Gaetano Cascini (auth.)-Re-engineering of Products and Processes How to Achieve Global Success in the Changing Marketplace -Springer-Verlag London (2012)
2. Zude Zhou, Shane (Shengquan) Xie, Dejun Chen (auth.)-Fundamentals of Digital Manufacturing Science-Springer-Verlag London (2012)
3. Reinventing production at Tesla, Manufacturing Leadership Journal, October 2016
4. Клаус Мартин Шваб, Четвертая промышленная революция.
5. Майкл Портер, Джеймс Хеппельман, Революция в конкуренции, Harvard Business Review, ноябрь 2014.
6. Майкл Портер, Джеймс Хеппельман «Революция в производстве» Harvard Business Review, октябрь 2015.
7. Решение YDF внедрено в опытно-промышленную эксплуатацию на ММК yandexdatafactory.com/ru/company/press/magnitogorsk-iron-steel-works-save-4-million-annually-data-analytics