Читать онлайн Денис Лямшев, Сергей Чуранов - Практика цифровизации промышленности. Выпуск 1

Редактор Василий Сергеевич Чуранов

Благодарности:

Денис Владимирович Лямшев

Анатолий Александрович Туманов

© Сергей Чуранов, 2024

© Анатолий Александрович Туманов, 2024

© Денис Владимирович Лямшев, 2024

ISBN 978-5-0064-4709-7 (т. 1)

ISBN 978-5-0064-4710-3

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

УДК004.67

ББК30.607

Ч-93

Авторы:

Чуранов С. А. – технический директор ООО «ИЦ Станкосервис» г. Смоленск;

Лямшев Д. В. – руководитель департамента развития систем управления дискретным производством ГК «Цифра», г. Москва;

Туманов А. А. – руководитель отдела обучения и документирования ООО «ИЦ Станкосервис» г. Смоленск.

Сборник содержит материалы, характеризующие ряд аспектов происходящих в настоящее время кардинальных изменений в промышленности, связанных с глубоким проникновением в реальное производство средств цифровой вычислительной техники и высокоскоростной телекоммуникации.

Первая статья дает обзор принципиально новых технологических средств и методов, и их позиционирование в контексте развития промышленности за XIX—XX века.

Во второй статье рассматриваются современные тенденции и проблемы внедрения средств автоматизации на примере предприятий машиностроительной отрасли. Особое внимание уделено решению вопросов непосредственного управления производственной деятельностью.

Третья часть сборника посвящена важности синхронного и оптимального использования на предприятии множества информационных систем разной направленности, годов выпуска и технологических основ их реализации. Отмечается важность согласованности данных на разных уровнях управления и решения проблем неоднозначности и неактуальности используемой информации.

Четвертая статья предлагает развернутую картину практических результатов, достигнутых за последнее десятилетие в области создания автоматизированных средств сбора и обработки данных о реальной работе промышленного оборудования, унифицированных как для новых, так и старых моделей оборудования и устройств управления оборудованием.

Последняя статья рассказывает о целевом использовании обработанных производственных данных и формировании на их основе аналитической информации, необходимой для эффективной эксплуатации промышленного оборудования на предприятиях дискретного производства.

УДК 004.67

ББК 30.607

© Авторы, 2024.

Цифровая трансформация промышленных предприятий (Digitalization) происходит в настоящее время по всему миру и означает четвертую промышленную революцию.

В Германии в 2011 г. в рамках немецкой инициативы Industrie 4.0 был впервые введен термин «Индустрия 4.0», который сегодня стал синонимом цифрового производства и четвертой промышленной революции.

Цифровое производство дает промышленным предприятиям шанс переосмыслить и кардинально перестроить существующие бизнес-процессы. Однако эта концепция не дает готовых ответов и не предлагает универсальных средств для решения всех проблем. Достижение поставленных целей возможно только за счет проведения согласованных друг с другом мер, основанных на технологиях Индустрии 4.0, которые будут рассмотрены в данной книге.

В России, где в большинстве своем уровень развития производства ниже, чем в развитых странах Запада, внедрение цифровых технологий имеет особенно важное значение.

Для начала рассмотрим, какими были предшествовавшие революционные изменения в промышленности.

Этапы развития промышленного производства

Считается, что уже прошли три промышленные революции, и сегодня мы находимся на этапе четвертой такой революции.

Чтобы понять сущность и специфические особенности всех промышленных революций, выделим двух «китов», на которых стоит промышленное производство:

– энергия, при помощи которой производится продукция;

– информация, применяемая в ходе производства продукции.

Для того, чтобы изготовить любой продукт, надо знать, как это сделать и приложить энергию для его изготовления. С тех пор как на земле появился Homo sapiens, человек разумный, информация «как» передавалась из уст в уста, на глиняных табличках, бересте, бумаге и т. д. А для непосредственного изготовления использовалась живая сила человека или животных. Так строились пирамиды и была подкована блоха. И все продолжалось много лет пока не грянула первая промышленная революция…

Первая промышленная революция

Это середина-конец XVIII века и это – изобретение паровой машины, внедрение механического производства продукции с использованием силы пара. Это также и первый этап индустриализации в текстильной промышленности и металлургии.

Человек все время своего существования постоянно пытался облегчить свой труд, для чего придумывал различные механизмы. Для приведения их в действие использовалась не только человеческая сила или сила животных. Например, для приведения в действие мельниц использовалась энергия ветра и воды

Что изменилось в середине XVIII века, почему изобретение паровой машины считается революцией?

Человек впервые научился вырабатывать из природных ресурсов энергию, необходимую для приведения в действие машин и механизмов, производящих продукцию.

Ветряная мельница будет работать только при наличии ветра, водяная мельница может находиться только у воды, и энергия, вырабатываемая ими, зависит от скорости ветра и течения воды.

А паровая машина (рис. 1) может быть установлена, где угодно, например, на производственной или мобильной площадке (паровоз, пароход). Главное, обеспечить ее природными ресурсами: дровами или углем.

При этом паровой двигатель обеспечивает непрерывную и равномерную выработку энергии, что критически важно для работы производства.

Рис. 1. Схема паровой машины

Вторая промышленная революция

Это уже вторая половина XIX – начало XX века и это открытие электрической энергии, внедрение ленточных конвейеров, поточное производство, целенаправленное разделение труда (рис. 2).

Рис. 2. Производственный цех начала XX века

Использование электроэнергии существенно изменило способ передачи энергии по сравнению с энергией пара. Появилась возможность передавать энергию на большие расстояния с минимальными потерями.

При этом электростанции строились рядом с источниками энергии: на крупных реках, недалеко от угольных бассейнов, а заводы в больших городах, где жили работники предприятий. Расстояние между ними не имело значения, поскольку электроэнергию научились передавать на большие расстояния без существенных затрат.

В результате массово стали строиться заводы и снабжающие их энергией электростанции. Соответственно изменилась технология производства продукции. Появились конвейеры, усилилось разделение труда. Одновременно резко возросла производительность труда за счет массового производства продукции.

Генри Форд говорил, что массовое производство было бы невозможно без электричества, потому что именно оно обеспечило работу множества станков и другого оборудования на конвейере.

Стоит отметить, что именно план электрификации ГОЭЛРО, предложенный В. И. Лениным, предопределил выход СССР в мировые индустриальные лидеры.

Таким образом, вторая промышленная революция произошла вследствие изменения способа получения и возможности передачи энергии в больших объемах и на любые расстояния.

Но при этом способы создания и передачи информации о производстве продукции не изменились. Человек (конструктор, технолог) разрабатывал технологию изготовления, передавал ее, как правило, на бумаге человеку, непосредственному изготовителю: станочнику, слесарю.

Технология производства закладывалась непосредственно в проектируемое оборудование. Перестройка конвейера на другой вид продукции была практически невозможна. так как станки имели узкую специализацию. Например, станки, выпускающие валы, не могли выпускать шестерни. Универсальные станки, позволяющие делать разнообразную продукцию, были малоэффективны. Фактически принципы, заложенные в технологию производства продукции начала и середины XX века не поменялись.

Третья промышленная революция

Примерно в 60-е годы XX века началось применение на промышленном производстве электронных устройств управления, внедрялись средства автоматизации и роботизации, а также информационные системы управления производственными процессами.

В этот период на производстве появился компьютер – электронно-вычислительная машина (ЭВМ), которая работает с информацией, может получать, хранить, и обрабатывать различные данные.

Человек создал машину, которая могла общаться с ним, для чего использовался цифровой язык, состоящий из нулей и единиц. Теперь человек мог передавать данные в машину и получать результаты в понятной ему форме. Это делалось для того, чтобы компьютер помогал решать определенные интеллектуальные задачи, которые ранее были посильны только человеку.

На основе компьютеров были созданы системы числового программного управления (ЧПУ) и программируемые логические контроллеры (ПЛК). Системы ЧПУ уже не просто умели управлять оборудованием, они стали своеобразными посредниками между человеком и станком (рис. 3). Впервые появилась возможность передавать на оборудование технологическую информацию о производстве детали, которая ранее была жестко связана с применяемым оборудованием.

Рис. 3. Токарный станок с ЧПУ

Теперь для работы станков с ЧПУ требуется не только энергия, но и информация, представленная в цифровом виде. При этом один станок теперь мог в автоматическом режиме изготавливать различные детали, в зависимости от «загруженной» в него управляющей программы, характеризующей технологии обработки. Выросли точность и качество обработки деталей, снизилось влияние на качество квалификации станочника: оно обеспечивалось соблюдением выполнения программы, написанной технологом.

Вместе с «умными станками» в практическую деятельность производственного предприятия прочно вошел компьютер. Были разработаны компьютерные программы и достаточно сложные информационные системы по подготовке и управлению производством.

Цифровизация расчетов превратила часы, дни или месяцы человеческого труда в секунды. К расчетам добавились обработка текстов и графический дизайн. В прошлое ушли логарифмические линейки и кульманы для подготовки чертежей.

Цифровизация упростила и автоматизировала работу. Это подняло производство на новый уровень, дало возможность заметно сокращать время внедрения новых технологических процессов, но все же не привело к резкому скачку производительности. Почему?

Дело в том, что все происходящие перемены на производстве в основном носили локальный характер.

Станки с ЧПУ работали по управляющим программам, которые передавались на станки при помощи ручного ввода или переносных носителей, например перфоленты.

Планово-управленческие программы и прочие информационные системы не имели оперативной связи с производственными подразделениями. Производственные и технологические данные от информационных систем недостаточно быстро доставлялись к производственным подразделениям – главным образом, на бумаге. Аналогично и данные о результатах производственной деятельности передавались в обратном направлении «на малой скорости». В результате на такую коммуникацию тратилось весьма большое время, не позволяющее существенно увеличить общую эффективность производства.