Как работает цифровое предприятие
От проектирования до технического обслуживания: цифровые технологии повышают производительность и экономят ресурсы на каждом этапе производственного цикла предприятия
Концепция «Индустрия 4.0» описывает тип промышленного предприятия, на котором и управленческие, и производственные процессы представлены в единой цифровой среде и логично связаны между собой. Благодаря такому подходу любой завод преобразуется в современный бизнес с возможностями, далеко выходящими за пределы его материальных ресурсов и ограничений, например производство может быстро перестроиться с выпуска огромных партий товара на небольшие партии кастомизированных изделий. Причем сделает это в кратчайшие сроки и с минимальными затратами.
Выход оборудования из строя, ошибки и брак, простаивание производства — на цифровом предприятии сводятся к минимуму, а безопасность и эффективность труда, рыночная гибкость всего предприятия, напротив, выходят на высочайший уровень.
Источник: Исследование KPMG «Цифровые технологии в российских компаниях», 2019 г.
Источник: PwC, «Всемирное исследование Digital IQ® за 2018 год»
За счет чего может быть достигнут такой эффект от использования цифровых решений? Все процессы на цифровом предприятии существуют в двух средах. Сначала производство моделируется в виртуальной среде, для этого создаются цифровые двойники отдельных продуктов и всего производства: они снижают затраты и увеличивают скорость и сложность на этапе разработки и испытаний. Потом модели переносятся в реальную среду, при этом цифровые решения позволяют контролировать производство на каждом этапе.
Siemens — один из немногих производителей программного обеспечения и технических решений в мире, который обладает полным пакетом инструментов для цифровизации всего жизненного цикла предприятия. Вот как это работает на практике.
Источник: Исследование Digital McKinsey «Цифровая Россия: новая реальность», 2017 г.
Разработка нового продукта на цифровом предприятии происходит в цифровой среде. Сначала в информационную базу вносят все сведения о пока еще не существующем продукте и свойствах, которыми он должен обладать. Конструкторы начинают работу над проектной документацией — тоже в электронном виде, например у Siemens для этого есть специальная система автоматизированного проектирования NX.
Когда проектная документация готова, время переходить к испытаниям будущего изделия. Это необходимо, чтобы выявить возможные ошибки проектирования, определить, будет ли продукт соответствовать требуемым от него параметрам. Система инженерного анализа Simcenter от Siemens позволяет сделать это в виртуальной среде на цифровых моделях. Благодаря такому подходу нет необходимости тратить время и ресурсы на изготовление нескольких прототипов продукта и организацию дорогостоящих натурных испытаний.
Решения Siemens способны смоделировать не только физико-технические характеристики будущего изделия, но и то, как продукт будет вести себя в различных средах и обстоятельствах. После серии таких испытаний становится понятно, готово ли изделие к запуску в производство или требует доработки.
В результате полностью цифрового проектирования и испытаний создан цифровой двойник продукта. В дальнейшем он используется при запуске промышленного производства и облегчает доработку и конструирование более совершенных версий. В цифровой макет удобно вносить изменения: он рассчитает, как они повлияют на свойства продукта, сделают ли его лучше, не вызовут ли ошибок в работе.
Источник: Исследование Digital McKinsey «Цифровая Россия: новая реальность», 2017 г.
Прежде чем начать промышленное производство нового продукта, нужно подготовить площадку. А для этого — спроектировать все параметры и этапы производственного процесса. На цифровом предприятии это также происходит в виртуальной среде. С помощью решений Siemens можно быстро и максимально точно смоделировать работу всех цехов на предприятии, полностью описать — в том числе с помощью 3D-моделей — каждый технологический узел и путь между ними. Цифровой двойник производственного процесса дает ответы на вопросы:
сколько сотрудников и оборудования потребуется для изготовления партии нового продукта; 
сколько времени уйдет на выполнение той или иной операции; 
по каким сценариям должен работать каждый станок, робот, экструдер, прокатный стан и другие виды оборудования, а вместе с ними и каждый сотрудник, чтобы все операции выполнялись максимально эффективно; 
какой объем сырья потребуется, чтобы не закупать лишнего и не создавать узких мест в производственной цепочке. Если на предприятии преобладают непрерывные производственные процессы (к ним относятся, например, операции в металлургии и нефтепереработке, в бумажной и химической промышленности, в электроэнергетике), для создания цифрового двойника можно использовать систему COMOS от Siemens.
Для моделирования дискретных процессов (их большинство в машиностроении, приборостроении, легкой промышленности, на предприятиях по выпуску мебели, в фармацевтике) лучше подходит система Tecnomatix от Siemens.
На виртуальной модели производства можно протестировать все рабочие режимы и внештатные ситуации, чтобы придумать план действий на случай их возникновения. Важно, что инструменты Siemens умеют моделировать не только процессы работы техники, но и то, как будет взаимодействовать с ней человек. Это позволяет заранее оценить на виртуальных моделях эргономичность всех операций и сделать их более удобными и безопасными.
На цифровом предприятии ручной труд сведен к минимуму — вместо него используют роботов и станки с числовым программным управлением (ЧПУ).
Япония Германия и США Китай Россия Данные: компания «Цифра», 2018 г.
Чтобы наладить выпуск новой продукции на производственных линиях, оборудованных станками с ЧПУ, нужно написать для них программный код. С помощью инженерной̆ платформы TIA Portal и продуктов NX CAM и Tecnomatix от Siemens это делается автоматически, на основе цифровых моделей оборудования, созданных на этапе проектирования производства.
Готовый код вносится в цифровую копию оборудования, после чего проводится еще одна серия тестов, помогающая выяснить, как оборудование будет работать в действительности. Так обнаруживаются и заранее устраняются ошибки, которые могут привести к неисправностям оборудования. Только после проверки код передается на машину, и начинается ее ввод в эксплуатацию.
Источник: Исследование Digital McKinsey «Цифровая Россия: новая реальность», 2017 г.
Оборудование на цифровом заводе не только управляется автоматически, но и оснащено огромным количеством всевозможных датчиков и контроллеров. С первой секунды работы каждого производственного участка эти датчики автоматически собирают информацию о состоянии оборудования. Этот процесс идет в режиме реального времени и непрерывно.
Данные аккумулируются, анализируются и помогают:
дорабатывать производственные сценарии; 
отслеживать и предупреждать технические неисправности; 
экономить сырье, электроэнергию, трудозатраты. В этой работе помогает прежде всего SCADA-система Siemens с открытой архитектурой — WinCC Open Architecture (WinCC ОА) — и ее облегченные модификации: WinCC Flexible и WinCC Classic. Они умеют работать с разными протоколами передачи данных, в том числе энергетических, и с несколькими временными метками.
Система анализирует информацию и представляет ее в нужном для пользователя виде. Например, в 3D или в форме отчетов, полностью отвечающих международным, государственным или отраслевым требованиям.
Чтобы не строить собственный ЦОД для хранения и обработки такого большого массива данных, цифровое предприятие может воспользоваться облачным решением. Одно из них — платформа Siemens MindSphere. Ее важное преимущество — открытая система, это значит, MindSphere может работать с оборудованием любого производителя. Безопасность и сохранность информации гарантирует многоуровневая система шифрования. А анализировать ее можно с помощью разнообразных приложений внутри облака MindSphere. Большинство из них узкоспециализированные, разработаны компаниями с экспертизой в различных промышленных отраслях.
Источник: Исследование Digital McKinsey «Цифровая Россия: новая реальность», 2017 г.
Цифровые копии производственного процесса и площадок помогают заранее и оптимально проводить профилактические осмотры и ремонты оборудования. Их график можно заблаговременно составить на основе технических характеристик при проектировании виртуальной модели — в системах COMOS или Teamcenter от Siemens.
Большие данные помогают и в этом. WinCC ОА, собирая информацию с датчиков, фиксирует степень износа оборудования. Это позволяет уточнять и корректировать план ремонтных работ. Система зафиксирует и любое — опасное или не очень — отклонение в работе оборудования, о чем немедленно сообщит. Таким образом количество аварий, которые грозят финансовыми и репутационными потерями, сводится к минимуму.