EMO 2015 (г. Милан, Италия, 5–10 октября 2015 г.) прошла на волне постепенного восстановления мировой экономики, в том числе в станкостроении. Выставка ЕМО для компаний — это возможность оценить технический прогресс в отрасли, фактор, который больше, чем любой другой, определяет развитие и конкурентоспособность промышленной системы.
Современные тенденции рынка — купить большое количество комплексных систем вместо автономных машин. Системная интеграция конечно не единственно значимое явление: рынок просит все больше и больше машин, способных обрабатывать новые материалы, такие, как углерод, титан, коробчатых из литого алюминия, композитных материалов и т.п. Рынок требует гибких, легко программируемых машин и систем машин.
В этом году выставка «EMO 2015» прошла под девизом — «Industrie 4.0» и «Digital Factory», что означает четвертую промышленную революцию и «цифровое производство». С этим девизом предлагался лозунг для основной идеи «EMO MILAN 2015» — «Давайте строить будущее». Какие новые идеи привнесли эти лозунги в систему производства и производственных отношений? Новые технологии все больше интегрируются в различных производственных процессах: инженерных, промышленной автоматизации, мехатроники и изменения технологий, обмен данными и т.п.
Основной позыв для четвертой промышленной революции — рост производительности труда.
До настоящего времени промышленные предприятия в основном следовали достаточно простой концепции, полностью сфокусированной на задачах автоматизации производства с помощью соответствующих устройств, которые должны быть соединены с центральным контроллером. Больше ничего не нужно для такой, без сомнения, очень эффективной концепции. Сеть всего лишь является транспортом для полевой шины на основе промышленного Ethernet — просто соединительное устройство. С точки зрения автоматизации это совершенно понятно и вполне достаточно.
Этапы индустриализации
Изобретение паровой машины в XVIII в. вызвало первую индустриальную революцию. Следующий качественный скачок произошел в промышленности в начале XX в. при переходе на электрификацию и конвейерное производство. С 60-х гг. прошлого века процессы на предприятиях начали кардинально меняться благодаря внедрению компьютеров. Сейчас наступил период стремительно нарастающей четвертой индустриальной революции, движущей силой которой является Интернет. «Сегодня все уже работают с Интернетом. И вот мы достигли той стадии, когда приступаем к внедрению Интернета в производство непосредственно на фабриках», — пишет Фриц Клоке (Fritz Klocke), директор ахенского Института производственных технологий (IPT).
Как будет выглядеть инфраструктура в «Индустрия 4.0»?
Инфраструктура «умной фабрики» в настоящее время проходит этап разработки и согласования. Ясно, что Ethernet будет использоваться и для информационных технологий и для систем автоматизации.
Использование киберфизических систем в рамках концепции «Индустрия4.0» кардинально меняет облик промышленного производства. Более того, сама эта концепция станет реальностью лишь тогда, когда информационный и реальный миры окажутся полностью соединенными.
«Индустрия 4.0» предъявляет совершенно новые требования к сетевым технологиям и технологиям соединения устройств — производство должно становиться более эффективным, гибким и мощным. Основной особенностью таких киберфизических систем является то, что функции управления перемещаются от центрального контроллера в саму систему. Это кардинальным образом меняет структуру производственных предприятий: строго иерархические системы уступают место децентрализованным. Планы и системы создаются в модульной форме, а задачи управления переносятся на саму систему. Сеть становится критически важным компонентом.
Цель цифровой фабрики — достижение полного планирования, постоянная оценка и улучшение всех основных структур, процессов и ресурсов реального завода.
А теперь, как это все может выглядеть?
Сегодня система CAD/CAM/CAE позволяет осуществить создание цифровой трехмерной детали, узла и всего изделия. В дальнейшем программисты-технологи создают цифровую технологию для производства изделий. Далее пишутся программы для изготовления на станках с ЧПУ. После этого осуществляется планирование производства, заказ материалов и инструмента, разработка логистики и т.п.
В цифровом производстве все системы предприятия объединены в единую сеть с высокоинтеллектуальными системами ЧПУ со значительным расширением функций, мощными компактными серверами, отвечающими за определенные задачи, через бесконтактную сеть на основе Wi-Fi. Вся эта сложная децентрализованная система позволяет параллельно решать круг задач производственного цикла, имеет связь с огромным количеством датчиков, с системой хранения инструмента, заготовок, с робокарами, транспортерами, роботами и другими устройствами, осуществляющими внутризаводскую логистику. Именно система является разработчиком техпроцессов, процессов планирования производства, программного обеспечения для всех устройств завода, цехов и участков, управления контрольно-измерительными устройствами, устройствами фиксации заготовок, специальными приспособлениями, диагностическими устройствами и т.п. Система является организующей от планирования и анализа деятельности с учетом перспектив развития, вплоть до снятия с рынка и управления цепью поставок, включая все процессы жизненного цикла продукта. Цель цифровой фабрики состоит в достижении полного планирования, постоянной оценке и улучшении всех основных структур, процессов и ресурсов реального завода.
Считается, что Цифровые предприятия по специальным промышленным сетям Интернет будут осуществлять внутрифирменную кооперацию, а также подключать другие фирмы к производственным процессам для снижения издержек производства, более полной загрузки оборудования и в конечном итоге достижения большей эффективности и конкурентоспособности.
На первый взгляд, все это похоже на фантастику. На самом деле сегодня в станкостроительном мире, кроме уже существующих станков и ГПС, разработаны устройства, которые могут осуществлять все поименованные выше функции.
Большое преимущество «Индустрии 4.0» состоит в том, что ее можно внедрять поэтапно. С киберфизическими системами существует возможность преобразовать предприятие без остановки его производства. Это предполагает оснащение необходимыми датчиками, установку системных компонентов с миниатюрными серверами и замену шинной системы. То есть можно начать с отдельных машин, а затем уже преобразовать весь завод. То, что говорится о четвертой промышленной революции, в действительности является эволюцией машин. Хотя «Индустрия 4.0» еще и не реализована в промышленных масштабах, но партнеры из научно-исследовательских организаций и промышленных секторов усиленно работают для того, чтобы воплотить его в реальность.
В мире «Индустрия 4.0» машины будут способны понимать свое окружение и общаться между собой по Интернет-протоколу. Предполагается, что первые предприятия новой промышленной революции начнут функционировать уже через пять лет.
Несмотря на то, что в настоящее время во многих компаниях, исследовательских центрах и университетах концепция «Индустрия 4.0» в фокусе внимания, общего определения этого понятия не существует.
На основе анализа публикаций дается определение «Индустрия 4.0» и выявляется шесть принципов проектирования систем в рамках данной концепции. Это интероперабельность, виртуализация, децентрализация, возможность работы в режиме реального времени, ориентация на предоставление услуг и модульность.
Исходная ситуация
Германия — страна, где в 2011 г. родилась концепция «Индустрия 4.0», является поставщиком промышленного оборудования и технологий для всего мира. Марка «сделано в Германии» всегда говорила о качестве и надежности.
Однако Китай, а теперь уже и другие развивающиеся страны активно осваивают новые технологии и предлагают свое оборудование. Причем данную ситуацию во многом создали сами западные страны, перенося свои производства в страны третьего мира — в результате они попали в зависимость от стран-фабрик. Теперь возникает задача по возращению самостоятельности и возрождения индустрии на родине.
США решают эту задачу, в том числе возобновлением добычи энергоресурсов на своей территории, чем создают предпосылки для возврата производств из Азии и Европы.
У Германии нет таких природных ресурсов, как в США, рабочая сила здесь дорогая и, кроме того, существует демографическая проблема, связанная со старением населения.
Чтобы оставаться лидером, необходимо поднять и без того высокую эффективность и максимально сократить использование в производстве человеческого труда. Такие задачи и призван решить проект «Индустрия 4.0».
Для производства возможность различных компонентов общаться через сеть открывает невероятные перспективы. В «умных фабриках» машины будут понимать свое окружение и смогут общаться по единому сетевому протоколу между собой, а также с логистическими и бизнес-системами поставщиков и потребителей. Производственное оборудование, получая сведения об изменившихся требованиях, сможет само вносить корректировки в технологический процесс. В результате производственные системы станут способны к самооптимизации и самоконфигурации, оборудование будет осуществлять самодиагностику, произойдет дальнейшее повышение гибкости и индивидуализации продукции.
Ожидается, что концепция «Индустрия 4.0» к 2025 г. будет широко применяться в производстве продукции в развитых странах. Однако специалисты утверждают, что это увеличит безработицу в Германии минимум на 5 млн. человек.
Зачем промышленному производству необходим такой высокий уровень сетевого взаимодействия интеллектуальных машин?
На современных предприятиях огромные объемы данных выдаются точками измерения, количество которых постоянно растет. С этим процессом легко справляются машины, и человек уже не может обрабатывать эти данные с той же скоростью, что и машины. Соответственно, будет целесообразно, если машины получат возможность взаимодействовать между собой в определенных областях производства. Многие процессы можно сделать более эффективными, гибкими и рентабельными посредством создания среды, оснащенной измерительным оборудованием. Сверхмалые и недорогие радиодатчики будут фиксировать свое окружение и обмениваться данными между собой по Wi-Fi. Датчики различного типа, как, например, датчики давления и температуры, электрооптические и инфракрасные датчики, будут функционировать совместно, создавая общую картину происходящего и определяя то, что происходит в их окружении.
Технологии и оборудование готовы участвовать в четвертой промышленной революции
Конечно, концепция «Индустрия 4,0», как продукт эволюционного развития, появилась в результате значительно возросшего уровня автоматизации оборудования, огромного опыта внедрения «безлюдных технологий», появлением современных разработок математического обеспечения, новых систем ЧПУ, различных датчиков и т.п. Например, в области создания «безлюдных технологий» передовые фирмы имеют заводы, работающие на таких принципах (например: Fanuc, Mazak Япония), а также участки и цеха, основанные на этих принципах.
Системы ЧПУ
В качестве примера приводится панель управления CELOS от DMG MORI.
Панель управления CELOS от DMG MORI упрощает и ускоряет процесс от идеи к готовому продукту. Приложения CELOS АРРs позволяют пользователю упростить процесс управления, документирования и визуализации сведений о технологическом процессе и о параметрах станка. CELOS объединяет цех и вышестоящие структуры предприятия и создает основу для полностью оцифрованного производства без использования бумажных носителей. CELOS совместима с системами PPS и ERP и может быть связана с приложениями CAD/CAM. CELOS открыта для ориентированных на будущее расширений для приложений CELOS APP.
CEL0S и «Индустрия 4.0»
«Индустрия 4.0» требует объединения в сеть всех станков, а также обмена цифровыми данными. Именно это осуществляет CELOS® посредством интеграции станков в структуру более высокого уровня. С помощью CELOS® оптимальным образом планируются производственные и технологические задачи.
CELOS® от DMG MORI с пятью новыми приложениями APP в 2015 г. — в общей сложности 16 приложений.
CELOS® от DMG MORI — это уникальная панель управления, обеспечивающая единый пользовательский интерфейс для всех новых высокотехнологичных станков DMG MORI.
CELOS® также прост в обслуживании, как и смартфон.
Через мультисенсорный экран CELOS® APP осуществляют управление, ведение документации и визуализацию данных по заданию, процессу и данных по станку.
Таким образом, CELOS® устанавливает новые стандарты и отвечает требованиям программы «Индустрия 4.0».
При помощи CELOS® получение готового изделия ускоряется на 30%. Затраты на оценку технологических значений, а также на поиск важной информации снижаются до 50%.
CELOS® обеспечивает прямой доступ к станкам и возможность намного лучше осуществлять их контроль.
Аналогичные системы разработаны фирмами Fanuc, Mazak и некоторыми другими.
Многооперационные, быстропереналаживаемые станки и роботы
ЭКО робот Fanuc (Япония), позволяющий совместную работу с человеком. Оснащен датчиками, следящими за безопасностью совместной работы.
Кроме подобных устройств, инструмент оснащается встроенными чипами, которые следят за состоянием инструмента, его характеристиками, исправностью и пр.
Имеется множество транспортных устройств (робокары, роботы, обеспечивающие загрузку и разгрузку станков, автоматические склады и т.п.).
Станки имеют системы диагностики, автоматической юстировки, могут работать в сети Internet и Ethernet, сообщать дистанционно о неисправностях и др.
Исходя из вышесказанного, можно сказать, что уже сейчас имеются предпосылки для перехода в следующее состояние, а именно в «Индустрия 4,0» и «Цифровое предприятие».
К глубокому сожалению, Россия оказалась на периферии мирового станкостроительного производства. В течение четверти столетия отрасль не имела средств на инвестиционную деятельность, что привело к катастрофическому сокращению числа производителей станков и кузнечнопрессовых машин.
Сегодня остатки станкостроения не способны ни по объему, ни по доле выпускаемого новейшего оборудования закрыть все потребности машиностроительных предприятий страны. Очень старое оборудование предприятий отрасли не позволяет конкурировать с ведущими странами в области станкостроения.
Государство увлеклось сырьевой направленностью страны и рассчитывало только на иностранные инвестиции, которых не может быть из-за двойного назначения создаваемых станкостроителями технологий. Сегодня несколько зарубежных фирм локализуют у нас производство станков (далеко не самых передовых), при этом основные технологии производства комплектующих изделий нам не предоставляются.
Руководство страны, обеспокоенное состоянием дел в отрасли и угрозами, связанными с утратой национальной технологической независимости, предприняло ряд мер, направленных на исправление ситуации в базовой отрасли:
Постановлением Правительства РФ № 531 от 1 июля 2011 г. принята подпрограмма «Развитие отечественной станкостроительной промышленности на 2011–2016 годы», первый этап ее реализован; принято Постановление Правительства РФ № 1224 от 24 декабря 2013 г. (ранее № 56), запрещающее ввоз импортного оборудования для нужд обороны и безопасности государства, если есть отечественные аналоги; принят целый ряд других документов. Но эффективность всех этих мер близка к нулю.
ВЫВОД
Анализ нынешнего состояния отрасли показывает, что Россия совершенно не готова к переходу к новому этапу «Индустрия 4.0». Более того, по многим позициям мы откатились к этапу «Индустрия 2.0», то есть к этапу начала производства станков с ЧПУ (конец 50-х гг. XX в.). Еще 25 лет назад страна, занимавшая по производству станков 2–3 место в мире, а по производству станков с ЧПУ 2-е место (24 000 штук в год, 26 000 штук в год — Япония), оказалась среди аутсайдеров. СССР был одним из лидеров создания «безлюдных технологий». Сегодня мы не можем произвести более 350 станков с ЧПУ, а линии не производим вовсе.
К сожалению, нынешнее кризисное состояние экономики не обещает станкостроителям ничего обнадеживающего.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Материалы международной станкостроительной выставки «EMO 2015» (Милан, Италия).
2. Фриц Вернер — руководитель производства Paul Horn GmbH.
3. Вальстер Вольфганг — один из ведущих в мире экспертов в области искусственного интеллекта. Индустрия 4.0. Производственные процессы будущего. Апрель 2014 г.
4. Хель Илья. Индустрия 4.0: Что такое четвертая промышленная революция? Апрель 2015 г.
Николай Петрович ЮДЕНКОВ —
директор по связям с промышленностью и госструктурами Ассоциации «Станкоинструмент», член-корреспондент Российской инженерной академии
В статье использованы иллюстрации из проспектов выставок EMO (Милан, Италия) и GIMTO (Токио, Япония).