«Индустрия 4.0»: революция без потерь?

Опубликовано: 30 ноября 2015 г. в 12:29, 80 просмотровКомментировать

Вы работаете на заводе, но ходите туда довольно редко, выполняя свои обязанности в основном из дома. Для этого достаточно иметь мобильный гаджет и освоить несколько несложных операций, которые отправят нужные заготовки на последующую обработку: от самого начала и до полной готовности. Причем необработанные детали сами расскажут системе о том, что нужно с ними сделать. Вам остается только следить за правильностью принятия решений...

Так выглядят лишь один пример технологии производства недалекого будущего — «Индустрии 4.0». Шаг за шагом мир входит в новый, причем, революционный этап индустриального развития. Что же представляет собой решения 4.0 и возможна ли революция без потерь? Чтобы понять это, мы собрали за круглым столом представителей компаний, чья деятельность направлена на создание «умных» продуктов. Итак, мнениями делятся:

Что должны представлять собой решения, соответствующие требованиям «Индустрии 4.0»?

Александр БЕСПАЛОВ:

— «Индустрия 4.0» начинается с «умных» компонентов, предприятие в рамках данной концепции предполагает обмен данными между всеми участниками, задействованными в производственной цепочке: специалистами предприятия, ERP-системами, роботами, продуктами, другими системами. Продукты, изготавливаемые предприятиями в рамках «Индустрии 4.0», будут сами «говорить» оборудованию как, где и кем они должны быть изготовлены. Машины и производственные линии будут самостоятельно менять конфигурацию в зависимости от «запросов» продуктов на конвейерной ленте, а компоненты, системы управления, ERP-системы и персонал будут обмениваться данными о технологических процессах.

Герман ХАМЧИШКИН:

— Решения, соответствующие «Индустрии 4.0» представляют собой единый интегрированный процесс, в котором производственное оборудование и продукты являются активными системными компонентами, управляющими своими производственными и логистическими процессами. В нашем случае, а именно в производстве распределительных устройств, под концепцией «Индустрии 4.0» подразумевается эффективный инжиниринг, начиная от проектирования САПР, до изготовления готовой продукции и ввода в эксплуатацию.

Павел ЛИТВИНОВ:

— Семантически понятие Industry 4.0 употребляется, как синоним IIоТ (Industrial Internet of Things), который является производным понятием от IоТ — Интернета Вещей. В свою очередь, непосредственным предшественником IоТ является концепция Machine to machine (М2М), которую образно называют «Интернетом машин». В академических кругах чаще говорят о киберфизических системах (CPS), в которых объединены вычислительные и физические процессы. Сточки зрения практики, речь идет об интеграции информационных (IT) и операционных технологий (ОТ).

Такого рода IT-ОТ интеграция может проводиться в двух направлениях:

  1. бизнес приложения используют технологические данные;
  2. технологические задачи оптимизируются с учетом бизнес информации.

Если упростить, то «киберфизические системы» = «умные детали» + «умное предприятие». Ключевыми признаками и отличиями нового индустриального производства являются в первую очередь его модульность (ранее производственные мощности были скорее «монолитными»), оно становится распределенным в противовес существующему сейчас иерархическому подходу плюс практически все коммуникации между сенсорами, исполнительными механизмами и сборочными единицами станут беспроводными. Умные компоненты (детали) можно рассматривать как абстрактные объекты со следующими свойствами:

  • имеют стандартный интерфейс для обмена данными и уникальный адрес;
  • могут передавать и хранить информацию о своем состоянии и местоположении;
  • описываются моделями;
  • подразумевают достаточную автономность и универсальность.

Алексей КОРЖЕБИН:

— Давайте поймем, что подразумевают под термином «Индустрия 4.0». Более правилен, с моей точки зрения, более общий термин — «Интернет вещей» (Internet of things), или «Интернет всего» (Internet of everythings) как отражающий суть явления. То есть, исходя из этого термина, мы можем понять, что к существующей сети интернет будут подключены обычные вещи. Это коснется всего: бытовой техники, носимых устройств, автомобилей, зданий, и, конечно, промышленности и сельского хозяйства.

«Индустрия 4.0» — это применение Интернета Вещей в производстве. Если посмотреть примеры в промышленности, то представим станок, который сам будет получать новые программы работы из сети, анализировать свой износ и оперативно заказывать запчасти на складе и возможно самообучаться, чтобы выполнить работу лучше. В сельском хозяйстве — датчики в почве будут автоматически контролировать полив, с учетом прогноза погоды, и таких примеров можно придумать множество. Возвращаясь к поставленному вопросу, ключевой особенностью «Индустрии 4.0» станет то, что все элементы производственной цепочки (как оборудование предприятий, а также информационные системы предприятия — складского и логистического учета, бухгалтерии, управления и так далее) будут взаимодействовать между собой и другими системами и людьми для выполнения определенной цели как равные элементы, все более и более исключая человеческое вмешательство.

Какие разработки уже есть на рынке?

Александр БЕСПАЛОВ:

— Многие европейские страны вкладывают серьезные инвестиции в разработку подобных технологий. Немецкое правительство назвало «Индустрию 4.0» одним из наиболее приоритетных направлений, на развитие которого выделено порядка 280 миллионов евро. Концепция постепенно развивается и в Германии уже сейчас начинают действовать производства, соответствующие критериям «Индустрии 4.0». Подобные решения появляются и на российском рынке. Одна из таких технологий — инновационная коммуникационная система SmartWire-DT, разработанная компанией Eaton, заменяет старый способ монтажа соединений в шкафу управления, позволяя сделать это примерно на 85% быстрее и легче, чем классическим способом. По сути, это первый шаг на пути к «Индустрии 4.0»: технология позволяет интегрировать в одну систему все стандартные исполнительные компоненты. SmartWire-DT соединяет компоненты шкафа управления, что позволяет им сообщать о своем состоянии. Это значит, что теперь оператору не нужно открывать шкаф, чтобы узнать, в каком состоянии находится та или иная составляющая, система сама сообщит ему об этом. Система SmartWire-DT устойчива к некомпетентному обращению, меньшее количество компонентов и кабеля позволяет сделать шкаф управления более компактным, а это очень важно в условиях нехватки места. Основное преимущество использования SmartWire-DT для владельца бизнеса заключается в снижении совокупной стоимости владения: уменьшается срок окупаемости проекта, сокращаются операционные и капитальные затраты.

Мы постоянно расширяем номенклатуру интеллектуальных устройств, способных интегрироваться в SmartWire-DT. Наша последняя разработка — Т-образный ответвитель, с помощью которого можно расширить область применения системы за пределы шкафа управления. С этим элементом стало возможно подключать датчики и исполнительные механизмы непосредственно к коммутационной системе.

Герман ХАМЧИШКИН:

— На примере альянса предприятий Eplan, Rittal и Kiesling можно продемонстрировать единственное в мире решение от одного производителя, позволяющее производителям распределительных устройств оптимальным образом организовать весь процесс разработки и изготовления. При проектировании низковольтного распределительного устройства разработчик пользуется САПР-программой Eplan Electric Р8.

Создаваемые в программе электрические схемы становятся источником данных для последующего составления подробной документации и для дальнейших этапов проектно-конструкторских работ. Например, разработчик может построить виртуальный трехмерный прототип распределительного шкафа. ПО Eplan Pro Panel позволяет получить схему прокладки проводов и длину необходимых кабелей и проводов.

После завершения этапа компьютерного проектирования можно начинать изготовление реального распределительного устройства с использованием электрошкафов и компонентов фирмы Rittal. При этом ПО Eplan предоставляет ведомости материалов и списки заказов, которые можно передать, в систему учета движения сырья и материалов или систему закупок. Компоновка монтажной панели включает в себя множество шагов классической металлообработки: сверление отверстий, нарезание резьбы и фрезерование. Автоматизированный станок может сэкономить до 85% времени по сравнению с ручными операциями. Такие обрабатывающие станки поставляет фирма Kiesling, которая также принадлежитк группе компаний Rittal International.

Таким образом, клиент получает преимущества целостного решения и повышение продуктивности при производстве распределительных устройств.

Павел ЛИТВИНОВ:

— Проще перечислить каких разработок на рынке нет! В иерархии уровней, где сенсоры и исполнительные механизмы находятся внизу, облачные сервисы, реализующие управление и аналитику в реальном времени — вверху, а между ними шлюзы и концентраторы данных — производители за последние несколько лет выпустили сотни устройств, программных решений и сервисов, готовых к использованию в новой «Индустрии 4.0».

Алексей КОРЖЕБИН:

— Как сказал известный американский фантаст Уильям Гибсон, «будущее уже здесь, просто оно еще не так широко распространено». Все компоненты для «Индустрии 4.0» уже существуют, от датчиков и роботов, до «облаков» и «искусственного интеллекта». Вопрос, скорее, перехода количества в качество. Приведу несколько примеров. Dr. Watson — система искусственного интеллекта, разрабатываемая IBM. Уже сейчас она сделала несколько десятков самостоятельных открытий в медицине и, вполне вероятно, что в будущем подобные системы смогут заменить так называемый «офисный планктон», решая вопросы консультирования клиентов, делопроизводства и бухгалтерии. Еще примеры. Компания «Мегафон» запустила «электронную девушку» из службы поддержки по имени Елена, которая является виртуальным оператором и отвечает на голосовые запросы клиентов. Робот Baxter интересен тем, что его не нужно программировать, а нужно просто показать, что нужно сделать и все — он заменит на сборочной линии низкооплачиваемых рабочих. Робот умеет распаковывать-запаковывать, полировать, шлифовать, перемещать и прочие несложные действия. При этом не берет больничных, не требует выходных и отпусков и работает 24 часа в сутки.

Как изменится промышленность с внедрением таких технологий?

Александр БЕСПАЛОВ:

— Использование интеллектуальных устройств позволит создать новый мир производства, в котором заказчик будет получать новую продукцию максимально быстро и в том виде, в котором ему хочется. Будут разработаны новые, более гибкие производственные системы, участники которых будут обмениваться информацией через Интернет. Гибкость производственного процесса позволит производить каждую единицу продукта или устройства под конкретного потребителя по себестоимости единицы продукции из большой партии. Это значительно поможет в ситуации, когда потребности каждого конкретного покупателя максимально удовлетворяются путем производства продукта с уникальными характеристиками. Наряду с уменьшением стоимости систем управления процессом, возможным благодаря перемещению вычислений в облако, а также прогнозированию потребления, которое, в свою очередь, станет возможным благодаря технологиям обработки big data, это позволит изменить и удешевить всю цепочку производства и поставки продуктов или устройств.

Герман ХАМЧИШКИН:

— Переход к «Индустрии 4.0» позволит значительно сократить издержки в производственных процессах, ускорить работу и увеличить гибкость. Наряду с экономией времени и затрат автоматизированные решения обеспечивают предотвращение ошибок и, тем самым, способствуют повышению качества готового продукта. Что касается производства распределительных устройств, то мы видим большой потенциал для повышения эффективности. По всей цепочке создания стоимости при производстве распределительных устройств, от электротехнического проектирования с помощью САПР-приложений и логистики при закупке материалов до изготовления и монтажа, можно достичь значительной экономии времени и средств за счет автоматизации процессов.

Павел ЛИТВИНОВ:

— С развитием сети Интернет и беспроводных технологий мы получили «коммуникации в любое время», смартфоны и планшеты позволили реализовать принцип «коммуникации в любом месте». Новые технологии добавляют новое измерение и третью степень свободы в пространстве коммуникаций — «коммуникации с любой сущностью» будь то компьютеры, люди или устройства. Также принципиально новым явлением становится «самостоятельный» обмен данными или информацией между устройствами различных типов.

В двух словах очень трудно изложить как изменится технология производства, насколько масштабные и интересные будут последствия новой индустриальной революции. Перспективы проще и нагляднее раскрывать со стороны потребителя и бизнеса. Новые бизнес-модели появляются как результат развития технологий и открывают широкий спектр получения прямых и косвенных доходов для предпринимателей. Например, массовая кастомизация. В будущем появится возможность создавать индивидуальные продукты для каждого клиента, исходя из его требований и даже предпочтений. Слишком дорогое решение для традиционного товарного производства, становится возможным и рентабельным. Автоматизированный распределенный и самонастраиваемый цикл позволит свести к нулю необходимость иметь товарные складские запасы: многие товары будут запускаться в производство только после того, как вы сделаете заказ в интернет-магазине в точном соответствии с параметрами этого заказа. При этом количество опций для каждого изделия начнет стремиться к бесконечности.

Алексей КОРЖЕБИН:

— Я думаю, изменится и сильно. Даже сложно предположить как, потому что мы потеряем контроль над этими изменениями, а сейчас происходит принципиальный скачок в развитии. Если посмотреть назад, то историю человечества до сегодняшнего момента можно разделить на два периода: когда человек брал у природы продукты потребления через охоту и собирательство (присваивающее хозяйство), и когда 10 тысяч лет назад произошла, так называемая, «неолитическая революция», в результате чего человек перешел к производящему хозяйству — скотоводству и земледелию — то есть, сам стал создавать различные продукты, в том числе и машины. Переход к производящему хозяйству создал нашу цивилизацию и культуру. От цивилизаций древнего Египта и Шумера до нашего пост индустриального мира — все это плоды производящего типа экономики. Сейчас мы стоим на пороге новой революции, принципиального изменения нашей жизни, когда машины будут производить другие машины. Человек становится не нужен в этих экономических отношениях. И это затронет не только промышленность, но и всю нашу цивилизацию. А как изменятся промышленность и экономика, которая будет развиваться в перспективе без человеческого участия, сказать совсем сложно.

Но с другой стороны, все новое — это хорошо забытое старое. В истории было похожее общество — Римская империя. Там вся экономика строилась на рабском труде. Раб не считался человеком, а был вещью, движимым имуществом. Заменим раба на робота — и вот картина того, что нас ждет. «Хлеб» нам обеспечат роботы, «зрелища» — виртуальная реальность и системы телеприсутствия (представьте окно skype на всю стену). Большие мегаполисы как центры экономики станут не нужны, системы автоматизации зданий позволят строить дома в любой местности и питать их за счет альтернативных источников энергии, населению не нужно будет ездить на работу, и поэтому, я думаю, будет глобальный исход из городов в семейные усадьбы. Кстати, это хорошо описали фантасты классической школы — К. Саймак («Город») и А. Азимов («Обнаженное солнце»).

Сколько времени требуется на переход?

Александр БЕСПАЛОВ:

— В Европе, в частности, в Германии, «Индустрия 4.0» может быть интегрирована в производство через 10-15 лет. Повышенный интерес к этой теме, помимо европейских стран, наблюдается также в Китае и США. 15% немецких предприятий уже используют элементы «Индустрии 4.0» в своем производстве. Есть заводы, которые успешно предлагают не только компоненты «умной» промышленности, но и модели фабрик, например, в Германском научно-исследовательском центре искусственного интеллекта в Кайзерслаутерне. Первые предприятия на основе киберфизических принципов начнут работать через 2-3 года. Заводы, которые будут полностью отвечать принципам «Индустрии 4.0», начнут функционировать не раньше, чем через пять лет.

В России скорость оснащения предприятий технологиями в рамках «Индустрии 4.0» зависит от руководства предприятий и позиции государства. Для многих из них проблема модернизации производства является вопросом первой важности. Технологии, позволяющие совершить рывок, появляются постепенно, некоторые решения, близкие концепции «Индустрии 4.0», доступны в России уже сейчас. Все зависит в большой степени от решений «на местах».

Герман ХАМЧИШКИН:

— Уже сейчас крупнейшие корпорации инвестируют в развитие и внедрение «Индустрии 4.0». Очевидно, что поэтапное внедрение в разные сферы промышленности позволит ускорить и структурировать процесс перехода.

Павел ЛИТВИНОВ:

— В Германии этот процесс стартовал два года назад и уже есть первые успешные примеры и результаты. Все промышленно развитые страны будут вынуждены включиться в эту гонку, поскольку «новое» производство будет выигрывать в конкурентной борьбе у «старого». Раз мы поднимаем и обсуждаем эту тему сегодня, а не два года назад, то можно предположить, что Россия сейчас имеет небольшое отставание, но ничто не мешает его сократить.

Алексей КОРЖЕБИН:

— В 2008 году количество подключенных устройств сравнялось с численностью человечества. Сейчас это количество вдвое превосходит численность людей, к 2020 году планируется, что оно будет в 10 раз больше, чем людей и достигнет 50 млрд устройств. То есть, в интернете будут в основном общаться «вещи». Экономические отношения, конечно, не изменятся так быстро, но многие эксперты предполагают, что это займет около 20-30 лет. По прогнозам, в 2045 году будет так называемая точка сингулярности, фазовый переход к новой цивилизации. Если прогнозы кажутся чересчур смелыми, вспомните 1985 год: не было мобильной связи, интернета. И в голову не могло прийти, что можно скачать фильм, посмотреть пробки в реальном времени (правда и пробок не было), купить электронный билет на самолет или узнать ответ на любой вопрос в поисковике. Россия, я думаю, будет идти в ногу с передовыми странами, а, может, и обгонит их в разработках.

Можно ли назвать «Индустрию 4.0» революцией без потерь (рост безработицы; экспансия транснациональных корпораций и др.)?

Александр БЕСПАЛОВ:

— Действительно, несмотря нато, что для обслуживания производства, организованного согласно «Индустрии 4.0», не нужен большой штат специалистов, роль человека в производстве и реализации новой концепции, можно сказать, возрастет. Люди будут необходимы для контроля производства. Кроме того, специалисты будут необходимы для разработки и поддержания принципиально нового оборудования и ПО.

Появится большой перечень новых профессий, связанных с контролем, разработкой новых систем и решений.

Герман ХАМЧИШКИН:

— Использование новых технологий повышает гибкость в жестких производственных условиях. То же самое касается рабочих процессов, планирования человеческих ресурсов, управление логистикой. Несмотря на возможное исключение человека из участия во многих автоматизированных процессах все же мы не видим возможности полного отстранения человека от производственной цепочки. Однако Четвертая промышленная революция позволит улучшить не только качество, но и скорость производственных процессов.

Павел ЛИТВИНОВ:

— Точнее было бы говорить не о революции, а об эволюции технологий: облачных (cloud), искусственного интеллекта (IA, RTI), больших данных (Big Data), Интернета вещей (1оТ) и прогрессе в развитии микропроцессоров в части снижения размеров, стоимости и энергопотребления и т.д., которые в своем развитии сделали технически возможным и экономически целесообразным создать «Умное предприятие».

Хорошо известно, что у каждой медали есть оборотная сторона, но процесс запущен и его уже не остановить. Можем ли мы себе представить отказ от использования мобильных телефонов или сети Интернет? Тот вред, который они могут нанести, компенсируется развитием новых технологий и решений. Очевидно, что в промышленности использование беспроводных технологий увеличивает уязвимость. Конечно, различные производители уже готовы предложить решения по обеспечению кибер-безопасности, но их эффективность сильно зависит от ресурса, атакующего и его мотивации. В случае значительного ресурса и высокой мотивации — гарантированной защиты пока не существует. Что касается роста безработицы, эти опасения возникают при каждой промышленной революции (вспомним луддитов). И каждый раз в долгосрочном промежутке оказываются беспочвенными — меняется структура занятости, список престижных и востребованных профессий и т.п.

Алексей КОРЖЕБИН:

— Как и я писал выше, конечно, такое типовое изменение экономики не может быть без потерь. Думаю, человечество в большинстве своем не будет участвовать в экономической деятельности. Просто для мотивации развития общества нужно будет придумать цели и оплачивать различными бонусами нужное поведение. Главное не повторить ошибку российских императоров, которые после освобождения дворян от обязательной государственной службы в 1762 году не мотивировала их, в результате чего, за пару-тройку поколений от героев Суворова и Кутузова, Пушкина и Лермонтова мы получили Обломова и «Вишневый сад». Кстати, что тоже интересно, имеют шанс вернуться на новом уровне коммунистические идеи, где «каждому по потребностям от каждого по способностям». 

Тимур ЖЕМЛИХАНОВ

Источник: Тимур Жемлиханов, материал опубликован в журнале «Электротехнический рынок», №№5-6 (65-66), 2015

Рекомендуем почитать

Комментировать

    Еще никто не оставил комментариев.

Для того чтобы оставлять комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо авторизоваться на сайте.