Что такое умная фабрика?

В какой-то степени автоматизация всегда была характерна для промышленных предприятий, и даже высокие уровни автоматизации не являются чем-то новым. Тем не менее, термин «автоматизация» предполагает выполнение одной отдельно взятой задачи или одного процесса. Исторически сложилось так, что ситуации, в которых машины (оборудование) принимали «решения», имели в своей основе автоматизацию и были линейными, например, это могло быть открывание клапана или включение и выключение насоса на основании определенного набора алгоритмов и условий. В связи с применением искусственного интеллекта (ИИ) и возрастающей сложностью киберфизических систем, которые могут объединять физические машины и бизнес-процессы, автоматизация все чаще подразумевает сложные решения по оптимизации, которые, как правило, должны принимать люди. Кроме того, умная фабрика предполагает интеграцию решений и аналитики в производстве с остальной частью цепочки поставок и более масштабными предприятиями через взаимосвязанную среду IT/OT (информационные технологии/операционные технологии). Реализация этих условий может коренным образом изменить производственные процессы и повысить эффективность взаимодействия с поставщиками и потребителями. Таким образом, умные фабрики выходят за рамки простой рутинной автоматизации.

Умная фабрика – это гибкая система, которая может самостоятельно оптимизировать производительность более широкой сети, самостоятельно адаптироваться к новым условиям и учиться на них в реальном или близкому к реальному времени, а также автономно запускать все производственные процессы. Умные фабрики могут работать в рамках четырех стен завода, но также они могут подключаться к глобальной сети схожих производственных систем, и даже к сети цифрового снабжения в более широком смысле.

Тем не менее, важно отметить, что, учитывая быстрые темпы технологического развития, умная фабрика, определенная и описанная в данной статье, не должна рассматриваться как «конечное состояние». Скорее, она представляет собой непрерывную эволюцию, непрерывный путь к созданию и поддержанию гибкой системы обучения, а не конечное решение по модернизации завода, как это применялось в прошлом.

Умная фабрика – это гибкая система, которая может самостоятельно оптимизировать производительность более широкой сети, самостоятельно адаптироваться к новым условиям и учиться на них в реальном или близкому к реальному времени, а также автономно запускать все производственные процессы.

Истинная сила умной фабрики заключается в ее способности развиваться и расти вместе с меняющимися потребностями организации – будь то изменение спроса клиентов, выход на новые рынки, разработка новых продуктов или услуг, более предсказуемых и оперативных подходов к осуществлению операций и технического обслуживания, внедрение новых процессов или технологий, или изменения в производстве, происходящие практически в реальном времени. Благодаря более мощным вычислительным и аналитическим возможностям (наряду с построением более масштабных экосистем интеллектуальных, связанных активов) умные фабрики могут позволить организациям адаптироваться к изменениям такими способами, которые было бы трудно (или даже невозможно) использовать в прошлом. Далее мы более подробно рассмотрим характерные особенности умного производства.

Отличительные особенности умного производства

Поскольку многие производители сталкиваются с многочисленными организационными и общесистемными изменениями, сильно влияющими на их деятельность, умная фабрика предлагает механизмы, которые могут успешно решить некоторые из этих проблем. Благодаря возможности в режиме реального времени адаптироваться к данным и учиться на их основе, умная фабрика может быстрее реагировать на изменения, прогнозировать различные сценарии, а также избежать простоев в работе и других проблем с производительностью.

Одна из лидирующих компаний-производителей электроники приняла решение, не прекращая производство кондиционеров, создавать умную фабрику. В рамках этой инициативы компания использовала полностью автоматизированную систему производства, 3D-сканеры, технологии Интернета вещей (IoT) и интегрированное управление станками. Такая автоматизация принесла свои плоды: для клиентов сократилось время выполнения заказа, произошло снижение общих затрат, производственные мощности улучшились на 25%, и на 50% сократилось количество бракованной продукции.

На рисунке изображена умная фабрика и некоторые ее основные функции: обеспечение связей, оптимизация, прозрачность, проактивность и гибкость. Каждая из этих функций влияет на принятие более обоснованных решений и может помочь организациям в улучшении их производственного процесса. Важно отметить, что никакие две отдельно взятые умные фабрики, вероятно, не будут выглядеть одинаково, и производители могут расставлять приоритеты, делая акцент на различных областях и функциях, наиболее соответствующих их конкретным потребностям.

Возможно, самая важная особенность умной фабрики – подключенность. Для генерирования данных, необходимых для принятия решений в режиме реального времени, умные производства требуют наличия связей между основными процессами и объектами. На действительно умной фабрике оборудование оснащено интеллектуальными датчиками, поэтому системы могут непрерывно получать наборы данных как из новых, так и из традиционных источников, обеспечивая постоянное обновление данных и отражение текущих условий. Интеграция данных из производственных и коммерческих систем, а также информации, поступающей от поставщиков и клиентов, позволяет получить целостное представление о процессах, происходящих в цепочке поставок и по восходящей, и по нисходящей, что повышает общую эффективность производственной сети.

Пять ключевых особенностей умной фабрики
Пять ключевых особенностей умной фабрики

Оптимизированное умное производство позволяет выполнять операции с высокой надежностью и минимальным ручным вмешательством. Автоматизированные рабочие процессы, синхронизация активов, улучшенное отслеживание процессов и планирование, а также оптимизированное энергопотребление, присущие умной фабрике, могут повысить производительность, время безотказной работы и качество, а также снизить затраты и потери.

Данные, получаемые на умной фабрике, прозрачны: визуализации данных в режиме реального времени могут преобразовывать данные, полученные с технологического процесса и готовых или ещё находящихся в процессе производства продуктов, и преобразовывать их в ценные знания как для людей, так и для автономного принятия решений. Прозрачная сеть может обеспечить лучшую наглядность/отслеживаемость процессов по всему объекту и гарантировать, что организация может принимать более точные решения, предоставляя такие инструменты, доступ на основе ролей, отправка оповещений и уведомлений, а также отслеживание и контроль в реальном времени.

В проактивной системе и сотрудники, и сами системы могут не просто реагировать на возникшие проблемы постфактум, а предвидеть/прогнозировать события и действовать на упреждение. Эта функция применима к выявлению неисправностей, пополнению запасов, обнаружению и упреждающему решению проблем с качеством, а также отслеживанию проблем безопасности и технического обслуживания. Способность умной фабрики прогнозировать будущие результаты на основе ранее полученных данных и данных, поступающих в реальном времени, может улучшить время безотказной работы, производительность и качество, а также предотвратить проблемы с безопасностью. В систему умной фабрики производители могут интегрировать, к примеру, технологию цифровых двойников, получая возможность оцифровывать операции и выходить за рамки автоматизации и интеграции на уровень возможностей прогнозирования.

Гибкость позволяет умной фабрике адаптироваться к изменениям графика и самого продукта с минимальным вмешательством. Также, в зависимости от того, какой производится продукт, усовершенствованные умные фабрики могут самостоятельно настраивать оборудование и подачу материалов, планировать изменения, а затем отслеживать влияние этих изменений в режиме реального времени. Кроме того, гибкость системы позволит увеличить время безотказной работы и прибыль фабрики за счет минимизации вносимых изменений благодаря гибкому планированию.

Все эти функции обеспечивают производителям большую прозрачность в отношении их активов и систем и позволяют им справляться с некоторыми проблемами из тех, с которыми сталкиваются более традиционные производственные структуры, что в конечном итоге приводит к повышению производительности и более оперативному реагированию на колебания условий со стороны поставщиков и клиентов. Например, компания по производству одежды, аксессуаров и обуви исследует способы решения некоторых проблем, с которыми обычно сталкиваются производители, включая международную фрагментацию производства и быстро меняющийся спрос, путем создания по одной новой умной фабрике в Европе и Северной Америке. Традиционные производства и цепочки поставок могут столкнуться с проблемой того, как идти в ногу с постоянно меняющейся модой. Расположенные близко к точке потребительского спроса, новые умные фабрики могут лучше адаптироваться к новым тенденциям и позволяют обуви быстрее попадать к покупателям – по некоторым оценкам этот цикл занимает менее недели, по сравнению с двумя-тремя месяцами на традиционных фабриках. Обе умные фабрики будут использовать множество цифровых и промышленных технологий, включая цифровых двойников, цифровое проектирование, оборудование для аддитивного производства и автономных роботов. Компания планирует использовать уроки, извлеченные по результатам организации двух первых умных фабрик, поскольку она масштабирует свою деятельность, осваивая и другие регионы, такие, как Азия.