В фокусе
Читать
ГлавнаяРубрикиИУС для промышленных предприятий и инфраструктурных объектовФабрики будущего: какие технологии помогут развитию российской промышленности
19.03.2019

Фабрики будущего: какие технологии помогут развитию российской промышленности

Чем отличаются фабрики будущего от сегодняшних индустриальных предприятий? Подходом к производственному процессу. Большая часть трудоемкой работы поручается искусственному интеллекту, а участие человека минимизируется. На таких фабриках используются 3D-принтеры, генеративный дизайн и технология интернета вещей. За счет этого существенно повышается качество и снижается время производства высокотехнологичных изделий.

Игорь Бобков, технический эксперт по направлению «Цифровое производство» в Autodesk, рассказывает о фабриках будущего и технологиях, которые там используются.

Фабрики будущего являются неотъемлемой частью индустрии 4.0. Для России наступление этой эпохи стало хорошим стимулом реализовать свой потенциал в рамках глобальной экономической конкуренции.

В этом случае бездействие может быть чревато заметным снижением доли российского несырьевого экспорта на международном рынке, неспособностью конкурировать с зарубежными аналогами и отставанием от стран, которые уже инвестируют значительные средства в собственное технологическое оснащение.

Итак, фабрики будущего представляют собой подход, в основе которого лежит идея максимальной цифровизации производства при минимальном использовании человеческих ресурсов для получения «умной» продукции.

Эта концепция обсуждалась на протяжении последних 30 лет, однако окончательно была сформулирована только на выставке в Ганновере в 2011. Согласно аналитике McKinsey, работа умной фабрики может, например, повысить производительность на 3-5% и сократить время выхода изделия на рынок на 20-50%.

Сегодня в создании фабрик будущего лидируют пять стран – США, Германия, Франция, Великобритания и Швеция. Впрочем, Россия старается не отставать.

Фото: Unsplash

В 2017 году была утверждена дорожная карта «Технета» по направлению передовых производственных технологий в рамках Национальной технологической инициативы (НТИ). Особое внимание в ней уделяется развитию фабрик будущего.

Учитывая, что сейчас доля России составляет лишь 0,28% от мирового рынка умных фабрик (при том, что он оценивается в $773 миллиарда), разработка «Технета» выглядит более чем своевременной мерой – по прогнозам, она позволит увеличить эту цифру до полутора процентов к 2035 году.  

Искусственный интеллект для инженера

Изготовление современной продукции на умных фабриках невозможно без соответствующих систем цифрового проектирования. Одна из них – технология генеративного дизайна на базе искусственного интеллекта, позволяющая автоматически разрабатывать изделия и изменять их свойства.

Инженер должен задать всего лишь исходные условия – материал, нагрузку, производственные ограничения. С помощью этих данных система сама прорабатывает множество вариантов, возвращая ответы в виде готовых решений.

Сегодня технология в основном востребована в тех отраслях, где есть потребность снижения массы изделий, – например, в военной промышленности, аэрокосмической отрасли, судостроении, медицине, железнодорожном транспорте, атомной и автомобильной индустриях.

Например, генеративный дизайн применялся для разработки концепта посадочного модуля, созданного Autodesk вместе с лабораторией ракетных двигателей NASA. Он получился легче традиционных на 35% – это крайне важно, учитывая, что при отправке в космос в нем необходимо разместить как можно больше научного груза.

Фото: Unsplash

Для производства модуля использовались сразу три технологии: внутренняя структура была напечатана алюминием на 3D-принтере, для корпуса применяли литье, для стоек, держащих конструкцию, – фрезерование.

Еще один яркий пример – крепление сиденья автомобиля, созданное компанией General Motors. Программа разработала более 150 подходящих вариантов конструкции, основанных на установленных инженерами параметрах. Новая деталь оказалась на 40% легче и на 20% прочнее, чем оригинальная запчасть.

В России генеративный дизайн пока не используется настолько крупными компаниями. Многим он может показаться капиталоемким – зачастую изделия, спроектированные таким образом, можно произвести только с помощью аддитивного производства.

На долю России пока приходится лишь два процента 3D-принтеров, установленных в мире, и ситуация остается неизменной на протяжении нескольких лет. Очевидно, это связано с ограничениями, которые накладывает технология 3D-печати:

  •  

    ограниченный список материалов,

  •  

    небольшие размеры камер принтера, а также сопутствующие им материальные затраты (особенно если речь идет о печати металлом),

  •  

    доступность квалифицированного кадрового состава,

  •  

    наличие наработок и нормативных документов и необходимого опыта на нашем рынке.

Впрочем, некоторые российские предприятия, например представители аэрокосмической и строительной отраслей, уже ведут эксперименты с аддитивными технологиями – разрабатывают оборудование и собственные материалы.

Фото: Unsplash

Если же внедрять генеративный дизайн и 3D-печать в рамках создания фабрик будущего, а также при цифровизации уже существующих предприятий, эти вложения могут довольно быстро окупиться и принести выгоду в виде сокращения финансовых затрат и времени на разработку изделия.


Робот – друг человека на фабрике будущего

Впервые слово «робот» прозвучало в 1920 году – так чешский писатель назвал в своей пьесе искусственно созданного человека, предназначенного для использования на тяжелых и опасных производствах. Сегодня же роботы все чаще применяются для сварки или в качестве альтернативного варианта станка с ЧПУ для фрезерования или сверления и, кроме того, все больше «общаются» с окружающим миром.

Фото: Unsplash

Например, Эш, робот в технологическом центре Autodesk Pier 9, напрямую взаимодействует с людьми через систему VR. Для погружения в его среду используются VR-очки, а Эш с помощью компьютерного зрения может видеть окружающих, обрабатывать информацию о происходящих вокруг процессах и учиться выполнять поставленные задачи.

К сожалению, Россия пока не может похвастаться большим количеством роботов на предприятиях.

Согласно данным Yaskawa Robotics Europe, в России приходится лишь три робота на десять тысяч работников в промышленности, а в рейтинге стран Восточной Европы по плотности их внедрения мы находимся на шестом месте.

Несмотря на эту статистику, в 2017 году в России был отмечен рост по установке промышленных роботов на предприятиях. Он составил 84%. Учитывая низкую производительность труда и прогнозы снижения количества трудоспособного населения на шесть с половиной миллионов человек, к 2035 году вопрос роботизации становится одним из ключевых для нашей промышленности.


Связаться с изделием

Интернет вещей является ключевой технологией для успешного взаимодействия. Один из последних примеров его применения – фабрика будущего Autodesk (AMF) в Бирмингеме. Там представлены все технологии, которые нужны для организации умного производства.

На AMF имеется единый инструмент, который, используя промышленный интернет вещей, собирает и объединяет данные с различных частей производства и оборудования. Все это происходит в облачной среде. Команда может идентифицировать неэффективные процессы и разрабатывать решения, повышающие производительность.

Практически безграничные возможности облачных сервисов и доступность сравнительно недорогих датчиков позволяют собирать данные с изделий, анализируя их работу. Используя эту информацию, производитель может совершенствовать продукт или оптимизировать те или иные его характеристики.

Такой подход использовал стартап Hack Rod, который производит сверхлегкие машины на облегченных каркасах футуристической формы. Исследователи взяли существующую модель машины, максимально оснастили ее датчиками, провели серию тест-драйвов в различных режимах и использовали полученные с сенсоров данные для оптимизации производительности автомобиля.

Фото: Unsplash

Они даже подключили к датчикам водителя с целью отслеживания его мозговой активности во время вождения. Особенности рельефа фиксировались камерами с запущенного беспилотника.

По завершении было получено 20 миллионов единиц данных о поведении автомобиля и силах, воздействующих на него в процессе испытаний.

Затем эти данные были использованы инструментом генеративного дизайна для разработки вариантов конструкций каркаса. В результате появилась новая подвеска автомобиля, конструкция которой была основана на данных, полученных с датчиков в ходе реальных испытаний.

Источник.

Версия для печати179 просмотров.
Оцените статью по: