Сложность механизмов, новых объектов и материалов с каждым годом повышается. Если еще в 80-е годы автовладельцы могли самостоятельно собрать и разобрать автомобиль, то сейчас найти поломку зачастую нельзя даже в сервис-центре. Требования к инженерам и конструкторам постоянно растут, а ошибки поджидают на каждом этапе работы.
Современные технологии дают возможность переносить большинство инженерных процессов в виртуальную реальность. Это позволяет смоделировать различные условия, в которых механизму придется работать.
В виртуальности можно за секунды проводить тысячи тестовых испытаний и изменять материалы, из которых состоят те или иные детали конструкции. Можно даже работать с теми материалами, которых пока нет в реальной жизни.
Такие инновации дали возможность превращать обычные фабрики и заводы в «фабрики будущего», где продукция будет производиться во много раз лучше, дешевле и быстрее, чем это делается сегодня на традиционных производствах.
В развитии таких фабрик заинтересованы уже на государственном уровне: недавно правительством была утверждена дорожная карта «Технет», и, согласно этому плану, к 2035 году в стране должны быть созданы как минимум 40 «фабрик будущего». Кроме того, появятся новые решения, которые позволят сделать отечественные компании более конкурентоспособными в высокотехнологичных отраслях промышленности. Это даст возможность российским предприятиям выйти на глобальные рынки.
Цифровой двойник
Цифровой двойник — информационная сущность, которая находится в виртуальном пространстве параллельно с живым объектом. Такие двойники «строят» параллельно с возведением самих объектов, поэтому в процессе проектирования, испытаний и тестовой эксплуатации эта система наполняется и изменяется.
«Цифровой двойник», например атомной электростанции, включает в себя не просто 3D-модель здания, а всю информацию о блоках, из которых она построена, приборах и их производителях вплоть до последнего винтика. Экосистема содержит многочисленные документы, например регламентную и сертификационную документацию и договоры с поставщиками всех комплектующих. Это удобно, ведь комплексное хранение всех данных помогает оперативно управлять состоянием предприятия, будь то атомная станция или завод по переработке нефти, находящийся за тысячи километров.
Photo by h heyerlein on Unsplash
Платформа 3DEXPERIENCE
Платформа 3DEXPERIENCE позволяет в реальном времени анализировать то, что происходит с конструкцией и производством, и предугадывать, как они будут вести себя в будущем.
С помощью цифровых макетов, созданных в CATIA и DELMIA, можно увидеть всю картину производства или строительства. Это повышает вероятность успеха создания работоспособного объекта и уменьшает число ошибок. Экосистема позволяет решать проблемы как на этапе расчетов и моделировании объектов и систем, так и при их строительстве и эксплуатации.
Photo by rawpixel.com on Unsplash
Решения Dassault Systèmes для проектирования систем дают разработчикам и инженерам платформу, работа в которой сокращает сроки создания. Комплекс использует единый подход к проектированию, который уменьшает объем затрат на разработку.
Платформа находит свое применение в различных отраслях. В частности, среда Cabletray 3D предназначена для разработки трехмерных электрических кабельных сетей, а библиотека Systems Cooling Library необходима при разработке систем охлаждения.
Системный инжиниринг
Понятие «системного инжиниринга» появилось всего 10-15 лет назад. Этот подход возник как ответ на усложнение современных технических устройств. В системном инжиниринге физический образ объекта связывается с множеством данных о системах, которые в него входят, и о том, как эти системы взаимодействуют друг с другом.
Например, мы проектируем новую подводную лодку. На простой модели мы можем увидеть, как ее детали связаны между собой, однако, как лодка будет вести себя в боевых условиях, понять невозможно, ведь она состоит из совокупности целого ряда систем: одна из них отвечает за жизнеобеспечение, другая — за запуск торпед, третья — за подводную навигацию и так далее. Эти системы должны работать взаимосвязано, они, так или иначе, влияют одна на другую, хотя каждая из них разрабатывается отдельным конструкторским бюро.
Раньше конструкция подводных лодок или других сложных изделий была проще, поэтому один главный инженер мог охватить всю их структуру. Теперь же объекты настолько сложны, что один человек просто не в состоянии переварить всю информацию, учесть все условия, в которых будет находиться конструкция.
Согласно концепции «Технет», решать новые мультидисциплинарные задачи, с которыми столкнулось современное производство, в будущем предстоит людям новых специальностей, например системным инженерам, обладающим знаниями на стыке сразу нескольких высокотехнологичных областей.
Виртуальные испытания
Виртуальные испытания нужны прежде всего, чтобы уменьшить общее количество «реальных» тестов при создании объектов или механизмов. С помощью виртуальных испытаний высвобождаются денежные и временные ресурсы, которые можно потратить на конструирование новых изделий.
Хороший пример можно найти в автомобилестроении. Перед тем как запустить новую модель в производство, необходимо проверить ее безопасность. Для этого нужны тысячи краш-тестов, в том числе отдельных элементов — как крупных вроде кузова, так и небольших. Каждое такое испытание требует уничтожить десятки образцов, отнимает массу времени, поэтому базовое тестирование можно проводить в виртуальной среде. Для этого достаточно смоделировать те или иные усилия, которые влияют на деталь в момент аварии, а компьютер сам посчитает возможные последствия.
Таких виртуальных испытаний можно проводить тысячи, даже десятки тысяч. Основная их цель — не делать нерабочие прототипы, а реальные тесты проводить только на последних двух-трех удачных объектах.
Photo by Eddie Kopp on Unsplash
Комплекс Simpoe-Mold помогает снизить потребности в дорогостоящих и трудоемких физических испытаниях. Решение дает инженерам возможность прогнозировать и предотвращать появление дефектов на ранних этапах проектирования, что исключает переделку брака и в целом повышает качество деталей.
Кроме того, с помощью продуктов от SIMULIA возможно оценивать усталость и износоустойчивость для прогнозирования и анализа жизненного цикла конструкций и материалов, а также учитывать затраты на производство.
CATIA для технологии 3D-печати
CATIA представляет Function Driven Generative Designer — комплексный набор приложений для освоения и создания органических форм для технологии 3D-печати. Такая система позволяет существенно сократить конечную стоимость продукта.
Пользователи комплекса получают доступ к системе сбора всех данных. Программный продукт оказывает помощь конструкторам на этапе моделирования детали, дает возможность с легкостью выполнить проверку перед переходом к производству.
Аддитивные технологии
Метод 3D-печати уже хорошо известен на рынке и активно используется в разных сферах. Однако когда речь заходит об использовании деталей, изготовленных таким способом, в реальных механизмах, например в автомобилях, то конструкторам стоит учитывать, что точность таких деталей будет недостаточна. Дело в том, что во время печати детали деформируются относительно изначальной модели, а прочность изделия снижается.
С помощью современных инструментов проектирования, в частности, с помощью виртуальных испытаний, можно не только понять, как должна в теории выглядеть напечатанная деталь, но и просчитать заранее, с какими дефектами она будет изготовлена в реальной жизни.
Для этого конструктору нужно скорректировать изначальную модель, исходя из условий, в которые она попадет в процессе печати. Это очень похоже на виртуальный краш-тест, только материалы в ходе испытания подвержены воздействиям со стороны самого принтера.
Разработка новых материалов
Современные технологии дали инженерам инструменты, которые позволяют моделировать не только конструкции, но и молекулы материалов. Так можно совершенствовать, к примеру, автомобильные масла. В них можно добавлять многочисленные присадки, которые будут, например, защищать детали машины от коррозии.
Компании каждый год выпускают на рынок десятки видов масел, но для того чтобы их пустить в производство, надо провести десятки тысяч испытаний с новыми материалами. Для реальных исследований, чтобы смешивать разные компоненты и их испытывать, нужно много времени и ингредиентов.
Это же касается и более сложных материалов, в том числе конструкционных, необходимых для 3D-печати и даже лекарств. Благодаря виртуальному конструированию новых веществ и виртуальным тестам работы даже в фармакологии могут проходить быстро и со значительно меньшими затратами.
Кроме того, система экономит и человеческий ресурс, так как позволяет записывать характеристики получающихся материалов, не останавливая процесс экспериментов, что существенно облегчает работу лаборантов.
Создание новых материалов, в том числе передовых суперсплавов, полимеров и композиционных материалов относятся, согласно дорожной карте «Технет», к «сквозным технологиям» — передовым производственным технологиям будущего.
МОСКВА, 16 июн - РИА Новости, Анна Урманцева . В 1995-ом году американский информатик Николас Негропонте (Массачусетский университет) ввел в употребление термин "цифровая экономика". Сейчас этим термином пользуются во всем мире, он вошел в обиход политиков, предпринимателей, журналистов. В прошлом году один из главных докладов Всемирного банка содержал отчет о состоянии цифровой экономики в мире (доклад вышел под названием "Цифровые дивиденды").
Однако до сих пор содержание этого понятия остается размытым, четкого определения нет и в докладе ВБ. В этом материале РИА "Наука" собраны наиболее общие представления о том, что представляет собой цифровая экономика.
Для начала, стоит вспомнить определение обычной "аналоговой" экономики - это хозяйственная деятельность общества, а также совокупность отношений, складывающихся в системе производства, распределения, обмена и потребления. Использование компьютера, интернета, мобильных телефонов уже можно считать "потреблением", в этом случае цифровую экономику можно представить как ту часть экономических отношений, которая опосредуется Интернетом, сотовой связью, ИКТ.
Доктор экономических наук, член-корреспондент РАН — Владимир Иванов дает наиболее широкое определение: "Цифровая экономика - это виртуальная среда, дополняющая нашу реальность".
Действительно, наверное, все наши действия в компьютерной виртуальной реальности можно отнести к системе производства, распределения, обмена или потребления. Но, конечно, виртуальная реальность, как таковая, появилась отнюдь не с созданием компьютера. Вся мыслительная деятельность человека может быть отнесена к ней. Кроме того, деньги - главный инструмент экономики, — также порождение виртуальности, так как являются придуманным "мерилом" стоимости товаров и услуг. А вот с изобретением компьютера удалось "оцифровать" деньги, что, несомненно, упростило товарно-денежные отношения, привело к огромной экономии времени и повышению безопасности операций.
Мещеряков Роман — профессор РАН, доктор технических наук, проректор по научной работе и инновациям Томского государственного
университета систем управления и радиоэлектроники считает, что к термину "цифровая экономика" существует два подхода. Первый подход "классический": цифровая экономика — это экономика, основанная на цифровых технологиях и при этом правильнее характеризовать исключительно область электронных товаров и услуг. Классические примеры - телемедицина, дистанционное обучение, продажа медиконтента (кино, ТВ, книги и пр.). Второй подход — расширенный: "цифровая экономика" — это экономическое производство с использованием цифровых технологий.
"В настоящее время, — поясняет Роман Мещеряков, — некоторые эксперты считают, что надо расширять это понимание и включать в него цепочку товаров и услуг, которые оказываются с использованием цифровых технологий, в том числе такие понятия как: интернет вещей, Индустрия 4.0, умная фабрика, сети связи пятого поколения, инжиниринговые услуги проторипирования и прочее".
Действительно, раньше виртуальная часть мира, которая располагалась в мыслительной реальности человека, не была производительной силой, не была той средой, где создаются новые идеи и продукты.
Теперь виртуальная часть совмещена с реальной: можно создать "основанный на реальных событиях" мир, который сам же будет "экономикой в экономике".
Достоинство этого мира в том, что там можно делать что угодно. Это важно не только в том случае, когда появляется возможность создания онлайн-игры, где можно прыгать вверх на высоту многоэтажного дома, путешествовать по космосу без скафандра и многократно умирать, — это важно для испытания, совершенствования, апробирования новых продуктов. Таким образом, цифровая экономика получила шикарный шанс обогнать "аналоговую", которая обязана каждый раз проводить краш-тест, ломая машины в реальности, а не в виртуальной среде.
Александра Энговатова — кандидат экономических наук, доцент кафедры экономики инноваций экономического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, — дает такое определение: "Цифровая экономика — это экономика, основанная на новых методах генерирования, обработки, хранения, передачи данных, а также цифровых компьютерных технологиях".
"В рамках данной экономической модели, — подчеркивает Александра Энговатова, — кардинальную трансформацию претерпевают существующие рыночные бизнес-модели, модель формирования добавочной стоимости существенно меняется, значение посредников всех уровней в экономике резко сокращается. Кроме того, увеличивается значение индивидуального подхода к формированию продукта, — ведь теперь мы можем смоделировать все, что угодно."
Обобщая, можно сказать, что цифровой экономикой можно охватить все то, что поддается формализации, то есть, превращению в логические схемы. А жизнь сама найдет возможность вписать это "нечто" в систему производства, распределения, обмена и потребления.
Задача - работа в области высокотехнологичной промышленности, увеличение ее экспортного потенциала с выходом на глобальные рынки.
По словам участников процесса, ожидается прорыв в сфере научно-технического развития РФ.
О том, что такое фабрика будущего, рассказал председатель комитета по промышленной политике и инновациям Санкт-Петербурга Максим Мейксин.
Цифровой двойник
- Что представляет собой новая концепция и почему на неё возлагаются такие надежды?
Существует два способа выпуска продукции: классический, когда опытный образец изготавливают по чертежу, и новый подход, при котором будущее изделие формируется в виде цифрового двойника. Процесс испытания, например, автомобиля и его сборку с учетом результатов испытаний можно имитировать в цифровой программе. Технологии производства отрабатываются на компьютерной модели. И само производство выглядит иначе, чем классическое, потому что цифровой двойник позволяет прогнозировать свойства будущего изделия, добиваться нужного качества. В какой-то момент двойник начинает «обучать» своего прототипа, реальный объект: на основе работы цифрового аналога, скажем, самолета, можно сделать прогноз его эксплуатационной надёжности. То же и с производством лекарств, цифровые двойники которых позволят рассчитать нужную молекулу не опытным многолетним путем, а гораздо более коротким математическим и просчитать воздействие на человеческий организм.
- То есть цифровой двойник станет ключевым понятием при создании нового типа промышленности?
Наша задача показать предприятиям, как нужно мыслить в новой парадигме, в формате цифровых фабрик, которые открывают широкие возможности. Чтобы не догонять промышленных лидеров, а добежать первыми в этой конкурентной гонке, срезав угол, создав цифровую промышленность, которая посредством цифровых двойников позволит реализовать самые перспективные идеи на высоком уровне. Здесь очень важна работа, которую ведет Политехнический университет. Для реализации проекта «Фабрика будущего» в Петербурге создан проектный офис под руководством губернатора.
Когда революция лучше эволюции
- Насколько готовы петербургские предприятия к такой перестройке?
На уровне Министерства промышленности и торговли создана специальная группа, занимающаяся оценкой готовности к работе в новом формате. Около 25 предприятий Петербурга заявили о такой готовности. Среди них Средне-Невский судостроительный завод, который строит цифровую верфь. Это будет хорошее конкурентное преимущество, многоуровневое, когда суда станут производиться, исходя из расчетных проектов цифровых моделей. Управление судами и контроль за ними также будет осуществляться при помощи программных продуктов. Облегчается целый ряд технологических операций, как производственных, так и управленческих, повышается производительность труда. Переход на цифровые фабрики - огромный шаг вперед.
- Получается, мы стоим на пороге новой научно-технической революции?
Точнее, четвертой промышленной. Есть два пути развития - эволюционный и революционный. До сегодняшнего дня наша промышленность развивалась эволюционным путём, серьёзно отставая в ряде отраслей, хотя в каких-то областях мы являемся безусловными лидерами. Поэтому выбор такой: либо закупать новое современное оборудование в соответствии с существующими стандартами, окупаемость которого 5-10 лет, либо переходить на цифровую платформу. Во втором случае мы можем дойти до цели быстрее конкурентов, не придётся окупать средства, вложенные в оборудование, мы в этом смысле свободны. У России есть шанс занять лидирующее место на глобальных рынках.
- Какова судьба предприятий, которые не перейдут на цифровые технологии?
Ещё недавно все знали такого мирового производителя, как «Кодак». Компания обеспечивала 80% мировой потребности в фотоплёнке и фотобумаге. Сейчас этой компании нет, плёнка мало кому нужна. Таких примеров много. Те предприятия, которые не будут переходить на новый формат работы, к сожалению, обречены. Задача правительства Санкт-Петербурга - помочь компаниям вписаться в новые условия, стать высокотехнологичными, превосходящими своих партнёров в конкурентной гонке.
А автор кто?
- Это просветительская функция?
Скорее, это роль проводника, указывающего направление. Суть в том, чтобы Центр НТИ и предприятия встретились и начали совместное движение вперёд. Мы готовы предоставить заинтересованным компаниям пакеты сформированных решений, вытекающих из опыта тех предприятий, которые уже идут этим путём. Например, из практики работы Совета по конверсии можно извлечь немало полезного. Мы сейчас упаковываем нужные предложения в некий набор рекомендаций: например, как оптимизировать затраты при переходе на выпуск конкурентного продукта.
Цифровая фабрика - это когда к работе на стадии проектирования могут привлекаться представители разных компаний, наиболее компетентных в той или иной области. Кому в таком случае будут принадлежать авторские права?
Идея в том, что в мире много профессиональных команд, умеющих решать те или иные задачи. Компиляция результатов их работы, создание общего продукта гораздо удобней, чем заказ, выполняемый в рамках одной компании. Если есть возможность привлекать разные проектные команды, то получаются более качественные решения. Проблем с авторскими правами здесь не вижу, потому что всё равно остаётся заказчик, который оплачивает работу. Всё покупается в одном пакете вместе с правами.
Какие новации, появившиеся в Петербурге, можно назвать наиболее интересными? Проектами, опережающими время?
Их много. В сентябре со стапеля Балтийского завода сошёл первый серийный атомный ледокол «Сибирь» проекта 22220 - самый большой и мощный в мире. Совокупный потенциал судостроительной и радиоэлектронной промышленности позволяет нашему городу стать одним из центров создания беспилотного морского транспорта. Крупным экспортёром инновационной продукции стал концерн «Гранит-Электрон», выпустивший уникальные системы наклонного бурения для нефтегазовой промышленности. Годовой объем его экспорта составил 2,5 миллиарда рублей. В 2017 году Петербург занял первое место в рейтинге инновационных регионов Российской Федерации. По данным Национального рейтинга «Техуспех-2017», в топ-100 российских инновационных компаний вошли 15 предприятий Петербурга, лидеров фармацевтики, машиностроения, электроники и инжиниринга.
14.08.2017, Пн, 17:22, Мск , Текст: Игорь Королев
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.
В 2025 г. в России появится 40 «фабрик будущего»
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».
| Наименование целевых показателей | Единица измерения | Текущее значение | 2017 | 2018 | 2019 | 2025 | 2035 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Доля России на мировых рынках «Фабрик будущего» в сегменте инжиниринга и конструирования | % | 0,28% | 0,3% | 0,4% | 0,5% | 0,9% | 1,5% |
| 2 | Количество компаний-поставщиков услуг по созданию «Фабрик будущего» в рейтинге топ-50 технологических газелей РФ | Ед. (накоп.) | 0 | 0 | 1 | 3 | 10 | 20 |
| 3 | Позиция России в Global Manufacturing Competitiveness Index (или сопоставимый) | Место | 32 | 33 | 30 | 28 | 20 | 10 |
| 4 | Объем экспорта продукции, полученной с использованием ППТ | Тыс. руб. | - | - | - | 1 500 000 | 80 000 000 | 800 000 000 |
| 5 | Число созданных «Фабрик будущего» «Технет» | Ед. (накоп.) | 0 | 0 | 3 | 5 | 17 | 40 |
| 6 | Число созданных испытательных полигонов (TestBeds) «Фабрик будущего» | Ед. (накоп.) | 0 | 2 | 3 | 4 | 10 | 25 |
| 7 | Количество экспериментально-цифровых центров (лабораторий) сертификации в России | Ед. (накоп.) | 0 | 0 | 1 | 3 | 10 | 15 |
| 8 | Число специалистов, прошедших программы подготовки и переподготовки по передовым производственным технологиям | Чел. (накоп.) | не менее 30 | >200 | 1 000 | 2 000 | 20 000 | 50 000 |
Источник: CNews Analytics
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.
