Интеграция киберфизических систем в производственные процессы ознаменовала приход четвертой промышленной революции. Об этом процессе впервые заговорили в Германии в 2011 году как о средстве, существенно повышающем конкурентоспособность предприятий. Тогда же появился термин «Индустрия 4.0» как синоним четвертой промышленной революции.
Что же представляет собой «умное производство» на основе концепции Индустрии 4.0 сегодня и в чем его принципиальные отличия?
Традиционное производство состоит из нескольких последовательных процессов, которые слабо взаимодействуют друг с другом. На этапе подготовки производства зачастую получение данных об инструменте и режимах резания осуществляется вручную. Эта работа не только отнимает много времени, но и увеличивает риск ошибки. Например, создание модели инструмента для CAM-симуляции часто означает использование данных, которые берутся с простого чертежа, онлайн-ресурсов, каталогов и прочих источников.
На производстве эпохи четвертой промышленной революции все этапы создания продукта интегрированы в единое цифровое пространство и взаимодействуют между собой. Изготавливаемая деталь проектируется с помощью передовой аналитики на основе данных и опыта, полученных из совокупности источников. Виртуальная модель инструмента вместе со всеми необходимыми данными доступна на всех этапах процесса, что формирует идеальную цифровую среду, в точности повторяющую реальное производство; в результате симуляция и подготовка выполняются быстрее и точнее.
Основные преимущества современного «умного» производства перед традиционным — повышение стабильности работы станочного оборудования на 35% благодаря передовой аналитике данных и оптимизации процессов обработки, а также более эффективный съем металла благодаря возможности выбрать оптимальный инструмент и адаптировать траекторию и режимы резания к фактическим условиям обработки. Не меньше впечатляет возможность регистрировать и анализировать в реальном времени, а также хранить на 75% больше объема данных о процессе обработки для его оптимизации.
Дополнительным, но немаловажным достоинством выступает повышение экологичности в два раза за счет снижения затрат энергии, большая часть которой в дальнейшем используется для обработки.
В 2019 году ярким примером современного производства, которое соответствует концепции Индустрии 4.0, выступает завод по производству инструмента Sandvik Coromant в городе Гимо (Швеция).
Высокая степень автоматизации позволяет в полной мере использовать многочисленные преимущества цифровизации. Этот факт был отмечен на Всемирном экономическом форуме, где завод в Гимо был включен в список предприятий-маяков. Список подобных предприятий пополняется по итогам оценки более чем 1000 производителей в контексте успешного внедрения цифровых технологий и наличия ощутимых результатов их применения.
Согласно данным, представленным на ВЭФ, производственный цикл на заводе в Гимо реализован в виде цифрового потока, что позволило существенно повысить производительность труда. Одним из примеров такого подхода стала бесконтактная переналадка, осуществляющая автоматическое изменение шаблонов проектирования даже во время безлюдных смен. Традиционно изменение шаблонов проектирования производственных модулей производилось вручную, а операторы дневных смен готовили станки к работе в ночное время. Это отнимало время и ресурсы, а также накладывало ограничения в периоды безлюдных смен. Решением проблемы стало инвестирование в систему интеллектуальной автоматизации с высокоподвижными роботами, станками, инструментами и приспособлениями — всем тем, что позволило реализовать бесконтактную переналадку, не требующую контроля со стороны человека.
Начало цифровизации в Гимо было положено 30 лет назад, когда были внедрены системы параметрического моделирования на базе CAD/CAM, а несколько лет спустя они были подключены системе интеллектуальной автоматизации Sandvik Coromant. Таким образом был создан первый цифровой поток производственного процесса. Это явилось скорее эволюцией, чем революцией.
На сегодняшний день цифровые потоки реализованы в масштабе всего завода, начиная со складского учета и закачивая мониторингом производительности оборудования и предиктивным техническим обслуживанием. Стремление к инновациям всегда было приоритетным направлением работы Sandvik Coromant. В конечном итоге речь идет об использовании технологий для повышения эффективности производства и конкурентоспособности завода. А это, в свою очередь, позволяет добиться устойчивых результатов в будущем.
В Гимо цифровые технологии находят свое применение и в других областях, например, в области технического обслуживания. Сейчас все больше единиц оборудования оснащается датчиками, которые собирают данные по множеству параметров, количество которых неуклонно растет. Среди таких параметров: давление, температура, показатели вибрации и акустики. Эти данные подвергаются тщательному анализу, что позволяет выявлять проблемы и модели поведения до наступления вынужденного простоя.
Сейчас инженеры осуществляют сбор данных в масштабах всего производственного предприятия. Данные поступают от роботов, станков с ЧПУ и даже от режущего инструмента. После извлечения и анализа таких данных появляется полная картина текущего состояния оборудования. Эта информация, в свою очередь, позволяет прогнозировать и предотвращать отказы оборудования, а значит, способствует повышению эффективности работы завода в целом.
Помимо этого все большее распространение на предприятиях Sandvik Coromant получает аналитическая обработка данных в режиме реального времени, благодаря которой становится возможной более точная и своевременная настройка оборудования.
Следующий этап — это применение искусственного интеллекта и машинного обучения, когда машины будут использовать ретроспективные данные и осуществлять частичный самоконтроль.
Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 9-2019
