Цифровые фабрики Индустрии 4.0. Осязаемые прототипы нового технологического уклада
источник: umnpro.ru
В 1955 году в экономике США произошло примечательное событие: затраты на информационные технологии впервые превысили затраты на материальное производство. Уже в 1960-1970-х годах формируется теория постиндустриального, информационного общества с глубокими технологическими, экономическими, политическими и культурными изменениями общества того времени. Какие же основные факторы способствовали зарождению такой теории?
ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПОСТИНДУСТРИАЛЬНОЙ ЭКОНОМИКИ
Совершенствование информационных и производственных технологий, развивающаяся механизация и автоматизация производств – все это способствует сокращению количества персонала, отвечающего за рутинные технологические операции материального производства. Вместе с этим растет потребность в высококвалифицированных кадрах, способных программировать работу механизмов и информационных систем.
Высокие требования, предъявляемые к квалификации и интеллекту таких сотрудников, стимулируют целый пласт перемен в структуре общества и, что важно, в образовательной сфере. Все большее влияние на экономику начинают оказывать не материальные средства производства для массового выпуска товаров, а высокоинтеллектуальная разработка сложных устройств и изготовление специальной и уникальной продукции небольшими партиями.
Современные производства с легкостью справляются с тиражированием продукции практически любого уровня сложности, а вот с обеспечением все возрастающего спроса на производство инновационных продуктов, а также товаров и услуг индивидуального назначения пока есть проблемы.
Общественное и экономическое развитие сегодня подошло к зарождению элементов промышленности будущего, для которой основную ценность будет представлять интеллект систем, механизмов, товаров и услуг, способный самостоятельно принимать решения в зависимости от многочисленных факторов взаимодействия со средой и человеком.
Концепция назревающей четвертой промышленной революции, или, как ее называют, «Индустрия 4.0», получила свое начало в 2011 году благодаря политикам, бизнесменам, ученым и промышленникам Германии и была провозглашена главной составляющей развития страны в области высоких технологий. Цель, которую ставили перед собой разработчики этой концепции, – повышение конкурентоспособности страны в промышленности посредством тесной интеграции киберфизических систем на предприятиях и за их пределами. В результате воплощения этой концепции, по мнению разработчиков, должно происходить взаимодействие между производственными мощностями и произведенными ими товарами без непосредственного участия человека, причем с самоадаптацией под новые запросы потребителей. Взаимодействие должно быть настолько глубоким и автоматизированным, что у каждого потребителя товаров или услуг появится возможность практически напрямую контролировать производство своего заказа. Впоследствии концепция получила свое развитие в США, Китае и других странах.
Сегодня определены девять драйверов, оказывающих основное влияние на развитие концепции «Индустрии 4.0». В их числе:
самоуправляемые роботы; аддитивное производство; дополненная реальность; компьютерная имитация оборудования, материалов и технологий; горизонтальная и вертикальная системная интеграция; промышленный «Интернет вещей»;«Туманные» вычисления; информационная безопасность;«Большие данные» и аналитика.
Можно заметить, что многие из драйверов уже сегодня активно используются при создании продуктов и услуг. Тем не менее, для полного воплощения новой концепции производства требуется их дальнейшее совершенствование и их синергетическое функционирование. Аддитивному производству, как одному из драйверов развития «Индустрии 4.0», также требуются значительные качественные и количественные изменения, но в первую очередь ему необходима интеграция в автоматизированное безлюдное производство.
НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Сейчас остается все меньше скептиков в том, что касается перспектив развития аддитивного цифрового производства. Крупные авиационные, автомобильные, оборонные, приборостроительные предприятия, медицина, включая стоматологию, образование, частный бизнес, всевозможные бизнес-инкубаторы, сервисные бюро уже по достоинству оценили преимущества использования 3D-печати и активно встраивают ее в свои рабочие процессы. Наиболее успешные компании даже приняли у себя внутренние стандарты на использование аддитивных технологий и материалов.
Представьте себе, что при производстве деталей 3D-печатью больше не потребуется длительной разработки технологии, использования многоосевых станков со сложнейшим программированием работы, высококвалифицированного персонала, проектирования и использования оснастки, наличия литьевого цеха для заготовок, обязательного контроля заготовок и готовых деталей, сложной логистики и т.п. Аддитивные технологии в совокупности с другими составляющими «Индустрии 4.0» способны значительно сократить сроки логистических операций, тогда как сейчас процессы традиционной механообработки занимают в среднем менее 5% производственного цикла, а 95% приходится на внутризаводскую и внешнюю логистику.
Ожидается, что цифровое производство сменит в ближайшие 20 лет некоторые виды массового производства, особенно с высокой конечной стоимостью продукции. Согласно концепции «Индустрии 4.0», производства будущего не будут иметь большую номенклатуру парка оборудования. Они будут строиться на основе гибких производственных ячеек в составе киберфизических систем. Ячейки и системы будут адаптироваться под конкретный заказ путем перепрограммирования, смены производственных модулей, оснастки, инструмента, материалов, перенаправления логистических потоков – и все это будет происходить в максимально короткие сроки. Такие производственные центры будущего будут иметь развитую сеть, строиться буквально полным техническим и технологическим клонированием и приближены к основным точкам потребления продукции.
источник: umnpro.ru
Как показывает успешный опыт использования аддитивных технологий в промышленности, зачастую удается сократить технологический процесс производства в несколько раз, при этом сложность изделий может быть повышена с одновременным сокращением количества деталей в сборке, ведь 3D-печать позволяет строить детали без оглядки на конструктивные и технологические ограничения, присущие традиционным подходам. Так, например, принципы бионического проектирования с использованием конечно-элементного анализа (от англ. Finite Element Analysis, FEA) уже сейчас активно используются для облегчения деталей авиационной техники (рис. 2).
Отдельное внимание следует уделить широкому спектру используемых материалов: это композиты, металлы, керамика, термопластики, фотополимеры и многие другие. Со временем каждая технология будет иметь неограниченный перечень материалов, а их композитный состав будет автоматически определяться расчетной программой в зависимости от назначения и условий эксплуатации конечного изделия.
Сегодня большая часть производителей 3D-принтеров и аддитивных систем все еще предлагает отдельные средства производства, не способные встраиваться в технологический поток с использованием киберфизических систем. Другими словами, это один, два или три принтера, обслуживаемых одним оператором. В обязанности оператора входит подготовка принтера к работе, подготовка рабочего органа к печати тем или иным материалом, подготовка и загрузка программы, смена материала, а зачастую и трудоемкая постобработка.
Ограничением массового распространения «металлических» SLS/SLM/EBM-технологий является достаточно высокая стоимость оборудования и зависимость от материалов (переход на другой материал требует полной очистки рабочих органов установки), что не дает возможности быстрой перенастройки на другое изделие. Плюс к этому – последующее слесарное удаление элементов поддержки, термообработка. Тем не менее, производители уже начали решать проблему быстрой смены материала, о чем мы расскажем далее.
Технологии SLA/MJM/DLP/PolyJet обычно сложно использовать для конечных изделий ввиду особых свойств материалов. Использование технологий с песчано-полимерными, керамическими и гипсовыми смесями имеет достаточно ограниченные сферы применения. Технология FDM и подобные ей (например, APF) используют термопластики промышленного класса и представляются наиболее выигрышными по совокупности свойств (в тех случаях, когда для будущих изделий может быть использован пластик, а не металл): стоимость оборудования, свойства и скорость замены материалов, способность автоматизированного удаления материала поддержки. К недостаткам технологии FDM можно отнести слоистую структуру поверхности. Поэтому изготовленные по этой технологии детали сразу использовать без их доработки удается не всегда. Конечно, есть и другие новые технологии, использующие аддитивный способ изготовления деталей, но многие из них пока не являются по-настоящему отлаженными коммерческими продуктами.
НАСКОЛЬКО РЕАЛЬНО ОРГАНИЗОВАТЬ «ЦИФРОВУЮ ФАБРИКУ»?
Давайте поразмышляем о дальнейшем совершенствовании аддитивных технологий до уровня полноценного встраивания в «Индустрию 4.0». Есть ли уже сейчас реальные примеры хотя бы на уровне концепции?
В качестве отправной точки реализации концепта цифровых аддитивных систем можно принять используемые на протяжении последних 30-40 лет гибкие производственные системы (ГПС), например, компании Fastems или сборочные производства любой ведущей автостроительной компании.
источник: umnpro.ru
Новая экономика организуется вокруг информационных сетей с горизонтальной и вертикальной интеграцией. Она основана на постоянном взаимодействии между узлами – локализованными производствами, называемыми FabLab (от англ. Fabrication Laboratory), – сертифицированными лабораториями, в которых «под одной крышей» собрано разнообразное основное и вспомогательное оборудование, позволяющее быстро «печатать» детали для компаний, ориентирующихся на инновации, а также выполнять индивидуальные заказы для частных лиц. Возможности таких лабораторий позволяют использовать различные технологии и материалы, но называть их полноценными ГПС пока рано.
Уровень автоматизации, к которому человечество пришло в 1980-х годах, потребовал роста числа управленческих решений на одно производственное действие в 10 000 раз! В то же время внедрение принципов автоматизации и роботизации продвинуло промышленность с тех пор не более чем в 100 раз. Потенциально повышение уровня вычислительной техники позволяет ожидать гораздо большего – для этого достаточно вспомнить, насколько далеко с уровня 1980-х годов продвинулась вычислительная техника.
Понять, сформировать, интегрировать различные технологические решения в единый производственный организм, который бы работал без участия человека, – вот та проблема, которую уже решают некоторые производители-интеграторы аддитивных технологий.
АДДИТИВНЫЕ ПРОИЗВОДСТВА – ПРООБРАЗЫ ЦИФРОВЫХ ФАБРИК БУДУЩЕГО
Concept Laser
источник: umnpro.ru
На проходившей в прошлом году во Франкфурте-на-Майне выставке Formnext компания Concept Laser с технологией SLM представила новую архитектуру оборудования и производства. Уникальная разработка подтверждает твердую нацеленность компании на воплощение концепции «Аддитивной фабрики будущего» («AM Factory of Tomorrow»), призванной вывести аддитивное производство на более высокий уровень качества, гибкости и эффективности (рис. 4). Принципиально новый подход к проектированию компонентов процесса открывает широкие перспективы для модульной интеграции производственных технологий на предприятиях. Это означает, что промышленное производство будет быстрее и рентабельнее. Уже в конце этого года Concept Laser представит свои первые коммерческие установки.
Как правило, производители металлических аддитивных систем предлагают решения без возможности интеграции своего оборудования в общий производственный процесс. Новая архитектура оборудования Concept Laser предусматривает продуманную автоматизацию основных технологических операций: подготовку оборудования к печати, печать и постобработку. По словам Флориана Бекманна (Florian Bechmann), возглавляющего отдел исследований и разработок компании Concept Laser, «по существу, речь идет о разделении систем аддитивного производства на любое число свободно комбинируемых модулей для независимой подготовки оборудования к печати, печати изделия, обработки напечатанного изделия. Параллельные процессы загрузки порошка и выгрузки готовых изделий повышают эффективное время печати, тем самым существенно сокращая «простои» машин, ранее функционировавших автономно. Здесь кроется огромный потенциал повышения эффективности производственной цепочки. Для промышленного серийного производства этот принципиально новый подход, резко отличающийся от привычных «количественных» концепций оборудования, означает возможность сделать очередной шаг вперед».
Инженеры Concept Laser смогли распараллелить процесс подготовки и саму печать «на уровне оборудования». Аддитивное производство в понимании Concept Laser уже может выходить на режим 24/7. Установки интегрируются с традиционными станками с ЧПУ для «гибридного» производства, а также для последующей постобработки.
источник: umnpro.ru
В основе новой производственной архитектуры лежит модульное разделение функций подготовки, производства, демонтажа, постобработки и хранения деталей (рис. 5). В зависимости от задач, размеров помещения можно комбинировать модули таким образом, чтобы обеспечить максимальную производительность работы со всем спектром доступных на сегодняшний день порошковых металлов с одновременным снижением производственных затрат. Имитационное моделирование производственных сценариев подтвердило, что площади, занимаемые оборудованием, работающим только по традиционным технологиям, реально сократить на 85%. А использование в установках нескольких лазеров увеличивают общую производительность системы. «Благодаря одновременному использованию до четырех лазеров значительно выросла скорость построения деталей. Мы также увеличили габариты области построения. На примере нашей концепции мы хотим показать, как принципы Четвертой промышленной революции способны изменить аддитивное производство и приблизить будущее. Здесь кроется огромный потенциал по повышению эффективности предприятий и оптимизации технологий под задачи серийного производства», – поясняет Ф. Бекманн.
Additive Industries
MetalFAB1 – настоящий промышленный «комбайн» от голландской компании Additive Industries. Он состоит из «металлического» 3D-принтера, печи для снятия с детали структурных напряжений, автоматизированной сменной платформы для построения, хранения и выдачи готовых деталей (рис. 6).
источник: umnpro.ru
Количество модулей может достигать одиннадцати или более в зависимости от задач заказчиков. В совокупности с одновременной работой нескольких лазеров, модульной структурой, Additive Industries предлагает настоящий аддитивный мини-завод полного цикла для удовлетворения запросов наиболее требовательных заказчиков из авиационной, космической, медицинской, автомобильной промышленности, а также для инструментального производства. По оценке производителя, MetalFAB1 в 10 раз превосходит средний уровень подобных систем на рынке по повторяемости, производительности и гибкости.
XJET
источник: umnpro.ru
Новая технология металлической 3D-печати от израильской компании XJET способна перевернуть представление о многофакторности процесса аддитивного производства деталей из металла.
Наночастицы порошка в технологии от XJET помещаются в жидкий композитный раствор. По аналогии с процессом PolyJet (о котором мы уже не раз писали на страницах «Умпро») струйные головки выпрыскивают этот раствор, формируя деталь по заранее рассчитанной программе. Высокая скорость процесса, его безопасность, быстрая и простая загрузка материала картриджами, а также возможность автоматизации операций по удалению материала поддержки позволяет встраивать XJET в цифровые фабрики будущего.
Заканчивая рассказ о производителях металлических аддитивных принтеров и их решениях, хотелось бы упомянуть о некоторых потенциальных и практически состоявшихся событиях в отрасли аддитивных производств. Самое важное из них – ближайшие планы американской корпорации General Electric по приобретению двух компаний, известных своими промышленными 3D-принтерами: шведской Arcam Group AB и немецкой SLM Solutions Group AG. Сделка может состояться уже в октября этого года, ее стоимость составит 1,4 млрд долларов. Уже сейчас в корпорации успешно функционирует автоматизированная производственная линия по 3D-печати форсунок для двигателей LEAP-1A.
Есть и другие примеры тесного сотрудничества крупнейших корпораций с производителями аддитивного оборудования. Английский Rolls-Royce имеет тесные связи с компанией Renishaw – производителем SLM-установок. В США же самая крупная аэрокосмическая и оборонная компания Lockheed Martin ведет плотную работу с компаниями Sciaky Inc., Norsk Titanium, а также с Sandia National Laboratories, где ранее были заложены основы технологии металлической 3D-печати Optomec.
Такие шаги говорят о планомерной консолидации крупнейших промышленных корпораций с разработчиками и поставщиками оборудования для аддитивных технологий с целью создания производств будущего с технологиями полного цикла.
ARBURG
Компания ARBURG известна, прежде всего, своим широким модельным рядом термопластавтоматов (ТПА). Тем не менее, осознавая важность и перспективность аддитивных технологий, их место в «Индустрии 4.0» ARBURG с недавнего времени подключилась к направлению аддитивного производства, выпустив 3D-принтер Freeformer, работающий по оригинальной технологии ARBURG Plastic Freeforming (APF). В целях компании – разработать «умный завод», который будет характеризоваться высоким уровнем гибкости, эффективности и использования ресурсов (рис. 8).
источник: umnpro.ru
Freeformer может работать с гранулированным термопластиком, благодаря чему открываются широкие возможности по использованию для производства деталей множества видов пластмасс. Еще один плюс системы – возможность использования в одной модели нескольких материалов. Правда, на данный момент технология не может похвастаться производством сложных деталей, с которыми легко справляется технология FDM.
Тем не менее в Германии считают технологию APF способной в будущем составить серьезную конкуренцию нынешним лидерам аддитивной отрасли. В линию «умного завода» по выпуску кастомизированной продукции, в понимании ARBURG, помимо ТПА должны быть интегрированы роботизированные системы (с 7-осевым роботом) и такие периферийные устройства, как 3D-принтеры. В результате после ТПА деталь перемещается роботом в принтер для нанесения на изделие индивидуальной маркировки кодов DM (Data Matrix) и другой пользовательской информации. Это гарантирует, что детали будут идентифицированы в любое время с помощью сканера, а цеховая логистика будет полностью контролироваться компьютерной системой предприятия. Клиенты же получат уникальное изделие, например, с индивидуальным именем пользователя, логотипом компании, а также прочими элементами, улучшающими эргономику и подчеркивающими индивидуальность.
Stratasys
На выставке IMTS (International Manufacturing Technology Show), прошедшей в сентябре в Чикаго, компания Stratasys анонсировала стратегию развития своих продуктов, ориентированных на промышленный сектор. Были продемонстрированы два концепта на основе многоосевых роботехнических комплексов Kuka с головками, печатающими по технологии послойного наплавления полимерной нити (FDM). Новые продукты компании обладают увеличенной скоростью экструзии, более качественной печатью, возможностью быстрой смены материалов, а также способностью изготавливать детали почти любой длины.
источник: umnpro.ru
Демонстратор с рабочим названием «Infinite-Build 3D» (рис. 9) предназначен для использования в авиационной, космической, автомобильной промышленности, а также в тех производствах, которые нуждаются в крупногабаритных, легких, изделиях из термопластиков с высокой повторяемостью механических свойств. Его особенностью является производство деталей, практически неограниченных по длине. Если раньше заказчику приходилось идти на компромисс при приобретении оборудования для изготовления деталей с габаритами, превышающими камеру построения, а потом осуществлять склейку частей в единое цельное изделие, то с предлагаемым решением эта проблема полностью решается.
источник: umnpro.ru
Второй аппарат под названием «Robotic Composite 3D» (рис. 10) состоит из промышленного 5-осевого робота-манипулятора Kuka и 3-осевой платформы построения (суммарно восемь осей). С его помощью можно наносить слои термопластика в любом направлении поворота платформы, что позволяет повысить прочность конечных изделий. По утверждениям представителей компании, здесь также возможно нанесение углеволоконных материалов с получением геометрии, недостижимой у других производственных систем композитной выкладки. Примечательно, что материал поддержки здесь уже не нужен. Компания Stratasys в концепте значительно увеличила размеры изготавливаемых деталей, а также скорость в 10 и более раз по сравнению с ее промышленной установкой Fortus 900 mc.
Стоит отметить непосредственное и активное влияние на подобные проекты корпорации Boeing, определяющей общие требования к технологиям для производства мелкосерийных кастомизированных деталей, компании Ford Motor, планирующей использование инновационных методов производства на своих предприятиях, а также Siemens, обеспечивающей программную интеграцию решений Stratasys.
Несомненно, Stratasys является показательным примером компании, задающей тренд в области аддитивных технологий будущего и способной завоевать достойное место в «Индустрии 4.0».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы живем во время значительных перемен в экономике, промышленности, образовании и медицине. Сегодня развитие цифровых технологий задает прототип нашего уже близкого будущего – насыщенного думающими устройствами в цифровых фабриках и за их пределами, способными выполнять рутинные операции самостоятельно без участия человека. Запланированные действия по консолидации крупнейших корпораций с лидерами 3D-печати подтверждают важность и неизбежность лидерства аддитивных технологий по отношению к традиционным подходам. В мире инноваций выиграют те производственные компании, которые будут иметь гибкое оборудование и технологии, способные мгновенно перестраиваться под новые задачи. Это зарождение нового технологического уклада «Индустрии 4.0».
suare 10 Января 2019
Нынешнюю промышленную революцию можно сравнить с Ренессансом в искусстве — их роднит в первую очередь антропоцентризм. Потребительский спрос становится ключевым фактором роста производства; соответственно, именно то общество, которое может дать всем своим гражданам или максимальному их числу возможность максимального потребления продукции и услуг, обретает максимальный потенциал роста.
Индустрия 4.0, как и интернет вещей, — это не новые технологии, но принципиально новый подход к определению свойств всех человеческих вещей, а также методам их производства и потребления.
Четвертая промышленная революция, или Индустрия 4.0, получила свое название в 2011 году в результате инициативы немецких бизнесменов, политиков и ученых, которые определили это явление как «средство повышения конкурентоспособности обрабатывающей промышленности Германии через усиленную интеграцию “киберфизических систем”, или CPS, в заводские процессы». И эта идея постепенно завоевывает мир. США последовали примеру Германии и создали некоммерческий консорциум Industrial Internet в 2014 году, которым руководят лидеры промышленности вроде GE, AT&T, IBM и Intel.
Содержание Индустрии 4.0Новая парадигма интегрирует в новое качество ряд наметившихся тенденций, а также порождает новые, среди которых следующие.
1. Децентрализация производства продуктов и ресурсов, а также гораздо более гибкое управление масштабом производства с целью снижения издержек.
2. Тотальное придание всем вещам функций искусственного интеллекта, превращение каждой вещи в потребителя и источник информации. Активное участие «умных» вещей в своем собственном конструировании, создании и ремонте.
3. Автоматизация услуг путем массового применения искусственного интеллекта — постепенное превращение всей индустрии услуг в отрасль, управляемую взаимодействием клиентского и сервисного искусственного интеллекта с активным использованием «больших данных» как источника информации для предсказания и планирования.
4. Быстрое сокращение участия человека во взаимодействиях между вещами.
5. Повсеместное создание институтов и инфраструктуры дополненной реальности и протоколов ее общения с «умными» вещами и девайсами.
6. Быстрое расширение «пассивного предпринимательства» населения за счет развития электронных торговых систем и использования тех или иных ресурсов домохозяйств и жителей.
7. Тотальное расширение технологии блокчейн** и аналогичных.
8. Развитие альтернативных сетей, подобных интернету, и их интеграция в инфраструктуру дополненной реальности.
В этой парадигме каждая вещь теперь должна быть способна на:
— самодиагностику системы, контроль структурной и функциональной целостности и диспетчеризирование риска собственного отказа;
— геопозиционирование (и позиционирование внутри сложных помещений) тем или иным способом; обеспечение возможности позиционирования других сложных вещей относительно себя или внутри себя;
— защиту доступа к своей системе от посторонних;
— сбор информации об окружающей среде;
— оповещение о налич
• Член экспертного совета Правительства России,
• Член правления фонда «Центр стратегических разработок «Северо-Запад»,
• Член экспертного совета Агентства стратегических инициатив,
• Советник генерального директора по стратегическому развитию союза «Агентство развития профессиональных сообществ и рабочих кадров «Молодые профессионалы (Ворлдскиллс Россия)»
• Член совета «Кластера инновационных технологий ЗАТО г.Железногорск»,
• Заведующий кафедрой стратегического планирования и методологии управления НИЯУ МИФИ,
• Главный эксперт НИУ ВШЭ.
14.08.2017, ПН, 17:22, Мск
В рамках проекта НТИ утверждена дорожная карта «Технет», посвященная внедрению ИТ-систем для управления и проектирования промышленных производств. В случае реализации мероприятий дорожной карты в России в 2025 г. появится 40 «Фабрик будущего» и 25 испытательных полигонов, а объем экспорта продукции, полученной с помощью передовых производственных технологий, достигнет 800 млрд руб. Для чего нужен «Технет»
Совет при Президенте России по модернизации экономики и инновационному развитию одобрил дорожную карту «Технет». Документ разработан в рамках проекта Национальной технологической инициативы (НТИ), реализуемой по поручению президента России Владимира Путина.
Руководителями рабочей группы «Технет» являются замминистра промышленности и торговли Василий Осьмаков и проректор по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Алексей Боровков.
Дорожная карта «Технет» направлена на формирование в России комплекса ключевых компетенций, обеспечивающих интеграцию передовых производственных технологий (ППТ) и бизнес-моделей для их распространения в качестве «Фабрик будущего» (Factories of the future). Мероприятия, описанные в документе, рассчитаны на период до 2035 г.
Что такое «Фабрики будущего»
Под «Фабриками будущего» понимаются системы комплексных технологических решений, обеспечивающих в кратчайшие сроки проектирование и производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения, которые, как правило, генерируются на основе испытательных полигонов (TestBeds).
Авторы документа отмечают, что уже сейчас Россия входит в топ-20 стран по количеству технологических заделов в области передовых производственных технологий и по количеству первых патентных заявок по ряду технологических направлений, включая 3D-печать, нанотехнологии и роботехнику.
К 2020-2030 г.г. глобальная индустрия перейдет к масштабированию использования передовых производственных технологий, которые сегодня еще относятся к неконвенциональным, прогнозируют авторы документа.
К 2035 г. цифровое и интеллектуальное производство станет массовым, произойдет изменение архитектуры рынков, цепочек поставок и переход к виртуальным распределенным производствам.
Основными трендами «Фабрик будущего» являются: комплексирование мультидисциплинарных и кросс-отраслевых передовых технологий, распространение универсальных межотраслевых платформенных решений, широкое распространение передовых производственных технологий, формирование нового неконвенционального пакета в развитых странах, радикальное удешевление и ускорение циклов разработки и производства и развитие системы распределенного производства.
Основным принципом реализации мероприятий дорожной карты «Технет» является преодоление разрыва между имеющимся заделом по производству целого ряда «best-in-class» продукции по ряду технологических комплексов ППТ и требованием к масштабируемости и серийности изготовления кастомизированных продуктов, изделий и решений. Для реализации данного принципа в документ были включены мероприятия, направленные на преодоление технологических барьеров, которые существуют на данный момент в промышленных секторах российской экономики.
Речь идет, прежде всего, об устаревших форматах организации технологических и производственных цепочек. «Фабрики будущего» станут ответом на вызов России, обещают авторы документа. Они обеспечат принципиально новые подходы к цифровому проектированию на основе полного математического моделирования и технологий оптимизации, виртуальные испытания (значительно снижают объемы дорогостоящих натурных испытаний), передовые производственные технологии и цифровое «умное» производство.
Какими бывают «Фабрики будущего»
«Фабрики будущего» бывают трех видов. Цифровая «фабрика» должна быть ориентирована на проектирование и производство продукции нового поколения: от стадии исследования и планирования, когда закладываются базовые принципы изделия, до стадии создания цифрового макета продукта (Digital Mock-Up, DMU), «цифрового двойника» (DigitalTwin) и опытного образца или мелкой серии. «Цифровая фабрика» снижает затраты на 10-50%, сокращает времея производства на 20-70%, приводит к росту прибыли на 10-50%.
«Умная фабрика» должна быть ориентирована на производство продукции нового поколения от заготовки до готового изделия по цене серийного производства текущего индустриального уклада. В качестве входного продукта «Умной фабрики» используется результат работы «Цифровой фабрики».
Отсутствие зависимости цены от признака серийности обеспечивается за счет увязанных общей системой управления и логистической системой отдельных модулей, обеспечивающих реализацию всех технологических переделов без участия человека. Внедрение «умной фабрики» приводит к 2-4-кратному сокращению времени производства и росту прибыли до двух раз.
Наконец, под «виртуальной фабрикой» подразумевается объединение «цифровых» и «умных» Фабрик в единую сеть либо как части глобальных цепочек поставок, либо как распределенных производственных активов.
Продукт «виртуальной фабрики» – это виртуальная модель всех организационных, технологических, логистических процессов территориально распределённых «цифровых» и «умных» производств, представленных для пользователя как единый объект. «Виртуальная фабрика» обеспечивает 2-4-кратный рост производительности, снижение затрат на 40%, сокращение числа единиц оборудования на 7-15%.
Из чего состоят «Фабрики будущего»
Составными технологическими направлениями «Фабрик будущего» являются: цифровое проектирование и моделирование (CAD, CAE, HPC, CAO); топографическая, топологическая, технологическая подготовка производства (CAM); технологии управления данными о продукте (PDM) и технологии управлениям жизненным циклом изделий (PLM); новые материалы, в том числе передовые сплавы, передовые полимеры и т.д; аддитивные технологии, включая 3D-принтеры; CNC-технологии и гибридные технологии (включая станки и технологии оборудования с числовым программным управлением); промышленная сенсорика; информационные системы управления предприятием (ICS, MES, ERP, EAS); Big Data и индустриальный интернет.
«Фабрики будущего», по сравнению с традиционными производствами, будут обладать следующими преимуществами: сокращение затрат на производство до 50%; сокращение времени производства в 2-3 раза; цифровизация производственных процессов на уровне до 95%; возможность прототипирования, проектирования новых процессов производства, существенно снижающей время выхода на рынок готовой продукции (time-to-market); повышенная предсказуемость производственных процессов.
Кроме того, «Фабрики будущего» обеспечат ряд достижений: безлюдное интеллектуальное производство не менее 50% технологических операций; переход к виртуальному управлению цепочками поставок (с использованием Big data и предикативной аналитики); соединение больших программных пакетов в единую систему, обеспечивающую управление производством; снижение количества дефектной продукции; повышенная кастомизация производственного процесса и использование новых материалов (приводят к облегчению конструкций до 50% и более).
Рынок «Фабрик будущего»: текущее состояние и прогнозы
Рынок Фабрик будущего состоит из нескольких компонентов. Рынок конструирования и инжиниринга в мире вырастет с $773 млрд в 2015 г. до $1,396 трлн, в России за аналогичный период — с $2,2 млрд до $10,9 млрд. Рынок систем и услуг ускоренной сертификации в 2035 г. составит $33,6 млрд в мире, в России — $160 млн. Рынок образовательных услуг в данной сфере в России составит в 2035 г. $50 млн.
Глобальный рынок технологий для компонентов Фабрик будущего увеличится с $368 млрд в 2015 г до $1,757 трлн. В 2035 г. объем сегментов данного рынка будет следующим: цифровое моделирование и проектирование — $74,8 млрд, станков с ЧПУ — $281,4 млрд, аддитивных технологий — $216,4 млрд, аппаратного обеспечения — $24,3 млрд, новых материалов — $145,4 млрд, промышленных роботов — $241,6 млрд, MES и ICS-систем управления производством — $366 млрд, информационные системы управления предприятием — $92,6 млрд, Big Data — $90 млрд, промышленный интернет — $255 млрд.
К секторам наибольшей благоприятности с точки зрения условий внедрения ППТ, которые будут определять спрос на технологии «фабрики будущего», относятся: производство машин и оборудования (ожидаемый рост — 226%), производство электрооборудования (233% роста к 2035 г. согласно данным ЦМАКП), химическое производство (230%) и т. д.
Спрос на компетенции участников «Технет» прежде всего будет формироваться в секторах ускоренного импортозамещения, где потребность в создании новых производственных мощностей позволит в краткосрочной и среднесрочной перспективе реализовывать пилотные проекты дорожной карты, а в долгосрочной – масштабировать накопленные знания и приложения в части создания современных производственных цепочек. В части наращивания производственных мощностей наиболее перспективными рынками внедрения ППТ являются сектор производства автомобилей, прицепов и полуприцепов с объемом потенциального импортозамещения $13,8 млрд.
«Технет»: планы в России
Согласно заложенному в дорожную карту плану мероприятий, в рамках разворачивания сети испытательных полигонов TestBeds в 2017 г. в России должны быть запущены виртуальный испытательный полигон для автомобилестроения и испытательный полигон для экспериментально-цифрового центра сертификации, а также сформулированы для Минпромторга требования и стандарты финансирования, аудита и отчетности для TestBeds.
В 2018 г. будут созданы: национальный центр тестирования, верификации и валидации отечественного и зарубежного ПО в области компьютерного и суперкомпьютерного моделирования, национальный сетевой центр реверсивного инжиниринга и прототипирования, первая цифровая фабрика для автомобилестроения и центр трансфера передовых производственных технологий и исследований в Китае.
В 2019 г. будет запущен виртуальный испытательный полигон для судостроения, кораблестроения и судового машиностроения и будет создана ИТ-платформа (по типу marketplace) размещения и конкурса заказов для подключения большого числа разнотипных игроков рынка к развитию, коммерциализации и широкому использованию ППТ. А в 2020 г. должны быть разработаны технологии проектирования и производства оптимизированных конструкций для высокотехнологичных отраслей и рынков.
В рамках создания глобальной сети российских «фабрик будущего» в 2018 г. будут разработаны форматы и требования к протоколам взаимодействия узлов данной сети и запущена «виртуальная фабрика» с использований технологий индустриального интернета.
В 2019 г. состоится запуск полигона «умной фабрики» первой очереди, а в 2021 г. будет открыта первая полноценная российская «фабрика будушего» в одной из стран БРИКС/ШОС.
В рамках проектов развития сертификации новых материалов, адаптивных технологий и конструкций нового поколения в 2017 г. будет запущено формирование международного консорциума в области сертификации. В 2018 г. будет создан объединенный экспериментально-цифровой центр сертификации и сетевой промышленный экспериментально-цифровой центр сертификации, также будут введены в опытную эксплуатацию на производстве композиционных материалов экспериментальные технические средства определения состояния полимерных конструкционных материалов в процессе производства продукции.
В 2020 г. будет создана сеть из не менее чем трех региональных пилотных центров сертификации продукции, полученной с использованием ППТ. К 2025 г. данная сеть будет интегрирована в международную систему сертификации продукции, получаемой с использованием ППТ.
В рамках работы по совершенствованию нормативно-правовой базы к 2018 г. будет принято не менее 20 стандартов в сфере сертификации ППТ. В 2019 г. будут сформированы уточненные описания передовых производственных технологий и методик расчета их использования в России. В 2020 г. будут разработаны унифицированные межотраслевые правила по обоснованию соответствия требованиям безопасности (сертификации) изделий, произведенных на цифровых фабриках.
В 2025 г. будут сформированы законодательные требования при проведении конкурсных торгов на поставку многоэлементных высокоответственных конструкций со сроком службы более 20 лет. Также к этому моменту будет принято не менее 125 стандартов в сфере сертификации ППТ.
В 2017 г. будет разработана архитектура банка натурных и виртуальных моделей, нормативно-методическая документация в обеспечение обращения с моделями и модуль базы данных материалов для автомобилестроения.
В 2018 г. будет разработан модуль базы данных материалов для авиастроения и создан пилотный банк данных натурных и виртуальных стандартов качества для сертификации продукции, получаемой с использованием различных технологий. В 2020 г. будет создана электронная система интерактивного справочника, содержащего характеристики материалов и элементов конструкций и технологических процессов их получения.
В 2025 г. создан банк данных натурных и виртуальных стандартов качества, охватывающий широкий спектр материалов, процессов, изделий, парка изделий, получаемых с помощью передовых производственных технологий, а также разработаны модули базы данных материалов для высокотехнологических отраслей промышленности.
Кроме того, запланировано создание системы профессионального образования для подготовки кадров «Технет». В том числе будет создана инфраструктура — сеть образовательных площадок (learning factories), направленных на формирование перспективных компетенций путем реализации и масштабирования смешанных (blended) и сетевых программ. В рамках работы learning factories будет организовано сотрудничество с промышленными компаниями, обучены сотрудники данных компаний, внедрены в их деятельность передовые производственные технологии и созданы дополнительные рабочие места.
Ожидаемые результаты
Реализация заложенных в дорожную карту мероприятий позволит России к 2035 г. увеличить долю на мировых рынках «фабрик будущего» в сегменте инжиниринга и конструирования с 0,28% до 1,5%. В стране будет создано 40 «фабрик будущего», 25 испытательных полигонов для них и 15 экспериментально-цифровых центров (лабораторий). Объем экспорта продукции, полученной с использованием ППТ, составит 800 млрд руб., а 50 тыс. специалистов пройдут подготовку и переподготовку по передовым производственным технологиям.
suare 11 Января 2019
Если честно, я нихрена не поняла, и новость прочитала на перемотке. Но чтобы выглядеть умной, поставлю +1
Добавил suare 5 минут назад
Ты быстро читаешь. Спасибо за "+". Надеюсь это было интересное чтение.
Будет дополнение про Путина. Надеюсь тебя это не сильно напряжет.
Эта тема бесит последние лет наверное 10-15, когда впервые появились эти идиотские термИны. Как экономика может быть «постиндустриальной» не смогут объяснить даже трижды академики, ибо этот термин абсолютно не имеет смысла. Индустрия — это фабрично-заводская промышленность с машинной техникой. Исчезли фабрики и заводы? Нет. Исчезла техника? Нет. Люди стали питаться цифрами и одеваться в цифры? Нет. Значит термины «постидустриальный» и «цифровая экономика» высосаны из пальца ради защиты диссертаций. Даже, если мы живем в мире «Матрицы», все равно существуют заводы по изготовлению новых и ремонту действующих роботов, а также фабрики, производящие питательные смеси для людей-батареек
Не в бровь, а в глаз. Цифровизация не каснётся глобального переформатирования применения средств производства, а каснётся переформатирования в первую очередь производственных сил или и то есть нас с вами.
Вы правильно заметили, что капитализм или его родовые пятна ни куда не уйдут и ни куда не денутся, следовательно по провидцу капиталистической эпохи К. Марксу, поскольку капитализм означает духовную смерть, а за ней и реальную физическую, то негативные процессы вымирания человечества с цифровизацией социальных и экономических отношений лишь ускорят невообразимо быстро эти негативные процессы.
России мало того, что надо прыгнуть в последний вагон уходящего поезда, надо ещё вместе с новыми поколениями закинуть весь духовный и культурный опыт, накопленный тысячилетиями.
А у нас в школе главенствует ИГО в виде ЕГЭ.
вы зря себя заочно ассоциировали с производственной силой. вполне вероятно что из присутсвтущих на этом сайте реальной производственной силой 21 века могут быть 2 из 10. остальные просто льстят себе и не верят в плохой для себя сценарий.
вопрос на который стоит ответить себе: что я/мой ребенок может дать обществу, так чтобы общество/владелец робофабрики захотело платить мне зарплату кормить и развлекать?
С тех пор, как ремесленное и мануфактурное производство было заменено на промышленное, других принципиальных изменений, кроме совершенствования средств производства и способов распространения и обработки информации не произошло, а также замещения источников энергии (тягловая сила, пар, газ-нефть, электричество). В противном случае, у нас до постиндустриальной должна быть, например, постмануфактурная и постпаровая экономика
Технологи́ческий укла́д (синонимы: англ. waves of innovation, англ. techno-economic paradigm, нем. Techniksysteme) — совокупность сопряжённых производств, имеющих единый технический уровень и развивающихся синхронно. Смена доминирующих в экономике технологических укладов предопределяет неравномерный ход научно-технического прогресса[1]. Ведущими исследователями данной темы являются Сергей Глазьев и Карлота Перес (англ.)русск… Термин «технологический уклад» относят к теории научно-технического прогресса.
История термина
Часть исследователей длинных волн Кондратьева уделила немало внимания изучению инновационного процесса. Уже Йозеф Шумпетер заметил, что развитие инноваций является дискретным во времени. Отрезки времени, в которые происходит всплеск инноваций, Шумпетер назвал «кластерами» (пучками)[2], однако больше закрепился термин «волны инноваций» (англ. waves of innovation)[3]. Дискретность научно-технических революций признавал также Саймон Кузнец (в рецензии 1940 года на книгу Шумпетера «Business Cycles»)[4].
В 1975 году западногерманский учёный Герхард Менш (нем.)русск. ввёл термин «технический способ производства» (нем. Techniksysteme). Менш интерпретировал кондратьевский цикл как жизненный цикл технического способа производства, описываемый логистической кривой. В работе 1978 года идеи Менша повторил восточногерманский экономист Томас Кучинский (нем.)русск.[5]. В 1970—1980 годах приверженец идеи о диффузии инноваций англичанин Кристофер Фримэн сформулировал понятие «технико-экономической парадигмы» (англ. techno-economic paradigm), которое впоследствии развила его ученица Карлота Перес (англ.)русск.[6].
Термин «технологический уклад» является используемым в отечественной экономической науке аналогом понятий «волн инноваций», «технико-экономической парадигмы» и «технического способа производства». Впервые он был предложен в 1986 году советскими экономистами Д. С. Львовым и С. Ю. Глазьевым в статье «Теоретические и прикладные аспекты управления НТП»
Пятый уклад опирается на достижения в области микроэлектроники, информатики, биотехнологии, генной инженерии, новых видов энергии, материалов, освоения космического пространства, спутниковой связи и т. п. Происходит переход от разрозненных фирм к единой сети крупных и мелких компаний, соединенных электронной сетью на основе Интернета, осуществляющих тесное взаимодействие в области технологий, контроля качества продукции, планирования инноваций.
Ядро технологического уклада:
1.электронная промышленность
2.вычислительная техника
3.оптико-волоконная техника
4. программное обеспечение
5. телекоммуникации
6. роботостроение
7. производство и переработка газа
8. информационные технологии
Ключевой фактор — микроэлектронные компоненты.
Преимущество технологического уклада, по сравнению с предыдущим, заключалось в индивидуализации производства и потребления, в повышении гибкости производства.
Хронология:
1. структура уклада: 1970 год — начало развития технологии, с 1983 года — период широкого распространения, с 2010 года — конец фазы быстрого роста[23] (Мировой финансово-экономический кризис);
2.сопутствующий К-цикл: начало — 1984—1991 годы, пик 2005—2008 годы[24];
3. распределение крупнейших компаний США по дате возникновения: начало фазы роста — 1953 год, пик № 1 — 1960 год, пик № 2 — 1981 год, дно 2002 год[25];
4. динамика выдаваемых патентов: начало фазы роста — 1991 год[28], пик 2010 год[27].
источник: ic.pics.livejournal.com
Прекрасная новость, но без сохранения в зеркале мира правильных образов у общества с экономикой беременной цифровизацией получится выкидыш, а мы отлетим в итоге в своём развитии к неолиту.
