Технологии «Фабрик Будущего. Цифровая экономика: как специалисты понимают этот термин Цифровая фабрика будущего

Фабрики Будущего - это определенный тип системы бизнес-процессов, способ комбинирования бизнес-процессов, который имеет следующие характеристики:

создание цифровых платформ, своеобразных экосистем передовых цифровых технологий. На основе предсказательной аналитики и больших данных платформенный подход позволяет объединить территориально распределенных участников процессов проектирования и производства, повысить уровень гибкости и кастомизации с учетом требований потребителей;

разработка системы цифровых моделей как новых проектируемых изделий, так и производственных процессов. Цифровые модели должны обладать высоким уровнем адекватности реальным объектам и реальным процессам (конвергенция материального и цифрового миров, порождающих синергетические эффекты);

цифровизация всего жизненного цикла изделий (от концепт-идеи, проектирования, производства, эксплуатации, сервисного обслуживания и до утилизации). Чем позже вносятся изменения, тем их стоимость больше, а потому центр тяжести смещается в сторону процессов проектирования, в рамках которых закладываются характеристики глобальной конкурентоспособности или высокие потребительские требования.

На этапе формирования Фабрик Будущего происходит и формирование новых ключевых компетенций, например:

быстрая кастомизация отклика на запросы Рынка или Заказчика;

использование системных подходов (системный инжиниринг), когда необходимо в каждый момент времени держать в поле зрения всю систему, все ее взаимодействующие компоненты;

формирование многоуровневой матрицы целевых показателей и ограничений как основы нового проектирования, значительно снижающего риски, объемы натурных испытаний и объемы работ, связанных с «доводкой изделий и продукции на основе испытаний»;

разработка и валидация («сравнение с экспериментами») математических моделей с высоким уровнем адекватности реальным объектам и реальным процессам - так называемые «умные» модели;

управление изменениями на протяжении всего жизненного цикла;

«цифровая сертификация», основанная на тысячах виртуальных испытаний как отдельных компонентов, так и всей системы в целом.

Фабрики будущего. Ключевые понятия

Цифровые фабрики (Digital Factory) - системы комплексных технологических решений, обеспечивающие в кратчайшие сроки проектирование и производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения от стадии исследования и планирования, когда закладываются базовые принципы изделия, и заканчивая созданием цифрового макета (Digital Mock-Up, DMU), «цифрового двойника» (Smart Digital Twin), опытного образца или мелкой серии («безбумажное производство», «всё в цифре»). Цифровая фабрика подразумевает наличие «умных» моделей продуктов или изделий (машин, конструкций, агрегатов, приборов, установок и т. д.) на основе новой парадигмы цифрового проектирования и моделирования Smart Digital Twin - [(Simulation & Optimization) Smart Big Data]-Driven Advanced (Design & Manufacturing).

«Умные» фабрики (Smart Factory) - системы комплексных технологических решений, обеспечивающие в кратчайшие сроки производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения от заготовки до готового изделия, отличительными чертами которого является высокий уровень автоматизации и роботизации, исключающий человеческий фактор и связанные с этим ошибки, ведущие к потере качества («безлюдное производство»). В качестве входного продукта «Умных» фабрик, как правило, используются результаты работы Цифровых фабрик. «Умная» фабрика обычно подразумевает наличие оборудования для производства - станков с числовым программным управлением, промышленных роботов и т. д., а также автоматизированных систем управления технологическими процессами (Industrial Control System, ICS) и систем оперативного управления производственными процессами на уровне цеха (Manufacturing Execution System, MES).

Виртуальные фабрики (Virtual Factory) - системы комплексных технологических решений, обеспечивающие в кратчайшие сроки проектирование и производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения за счет объединения Цифровых и (или) «Умных» фабрик в распределенную сеть. Виртуальная фабрика подразумевает наличие информационных систем управления предприятием (Enterprise Application Systems, EAS), позволяющих разрабатывать и использовать в виде единого объекта виртуальную модель всех организационных, технологических, логистических и прочих процессов на уровне глобальных цепочек поставок (поставки => производство => дистрибьюция и логистика => сбыт => послепродажное обслуживание) и (или) на уровне распределенных производственных активов.

Фабрики будущего. Испытательные полигоны (Testbeds)

Для того чтобы формировать Фабрики Будущего, отбирая и комплексируя различные лучшие в мире технологии с добавлением собственных кросс-отраслевых интеллектуальных ноу-хау, необходимо иметь место, где их можно было бы опробовать на практике, в среде, отвечающей реальным условиям. Для этих целей дорожной картой «Технет» в 2017-2019 гг. предусмотрен запуск трех испытательных полигонов (TestBeds):

Испытательного полигона для генерации Цифровых, «Умных», Виртуальных Фабрик Будущего на базе первого в России Института передовых производственных технологий (ИППТ) СПбПУ;

Экспериментально-цифровых центров сертификации на базе Сколковского института науки и технологий и МГУ им. М.В. Ломоносова

)
Тема 2. Цифровая экономика
Тема 2.1 Маркетинг и современные информационные технологии (презентация , конспект , самостоятельная работа)
Тема 2.2 Цифровой след потребителя (презентация , конспект)
Тема 3. Концепция Фабрик Будущего
Тема 3.1 Современные технологические тренды и предпосылки, ведущие к созданию Фабрик Будущего (презентация , конспект)
Тема 3.2 Архитектура Фабрик Будущего. Цифровая - Умная - Виртуальная Фабрики (презентация , конспект)
Тема 4. Цифровое проектирование. Цифровая фабрика.
Тема 4.1 Компьютерный инжиниринг, возможности цифрового проектирования (презентация , конспект)
Тема 4.2 Построение Цифровой фабрики (презентация , конспект)
Тема 5.Аддитивные технологии
Тема 5.1 Обзор существующих технологий (презентация , конспект)
Тема 5.2. Перспективы использования 3D-печати для Фабрик Будущего (презентация , конспект)
Тема 6. Новые материалы
Тема 6.1 Композитные материалы (презентация , конспект)
Тема 6.2 Мета, наноматериалы и суперсплавы (презентация , конспект)
Экзамен по модулю 1

Модуль 2
Тема 7. Инструменты цифровой трансформации компании
Тема 7.1 Понятие цифровой трансформации (презентация , конспект)
Тема 7.2 Интернет вещей и технологии работы с Big Data (презентация , конспект , самостоятельная работа)
Тема 7.3 Облачные решения для цифровой трансформации (презентация , конспект)
Тема 8. Управление цифровой компанией (презентация , конспект)
Тема 9. Умная фабрика
Тема 9.1 Концепция «Умной» Фабрики (презентация , конспект)
Тема 9.2 Системы управления умным производством (презентация , конспект , самостоятельная работа)
Тема 9.3 Введение в робототехнику (презентация , конспект)
Тема 10. Виртуальная фабрика
Тема 10.1 Концепция Виртуальной Фабрики (презентация , конспект)
Тема 10.2 Построение логистических сетей для Виртуальной Фабрики (презентация , конспект)
Экзамен по модулю 2
Итоговая аттестация. Прокторинг

Курс состоял из 10 тем, а некоторые темы состояли из подтем, содержание которого я описал выше. По каждой подтеме необходимо просмотреть видеолекции и сдать тесты. К каждой видеолекции выложены конспекты лекций и презентации к ним в формате pdf-файлов. Также в составе некоторых тем присутствуют практические и самостоятельные работы, для сдачи которых необходимо также пройти тестирование. Курс делится на два модуля, по которым нужно сдать экзамены тоже в виде тестов, но на этот раз время на сдачу ограничено в размере одного часа. У каждого контрольного задания (тест, практическая работа) есть срок выполнения (дедлайн), по истечении которого даже правильные ответы система принимать не будет! В расписании курса указан дедлайн каждого задания, который варьируется от двух до четырех недель в зависимости от его сложности. И в заключении необходимо сдать общий итоговый экзамен с прокторингом – механизмом контроля за честным выполнением проверочных работ и экзаменов.

Экзамен с прокторингом представляет собой тестирование, во время которого за вами через вебкамеру с микрофоном следит человек - проктор, также он следит и за вашим рабочим столом на вашем компьютере (для этого вам необходимо будет открыть доступ к нему на время сдачи). Во время данного экзамена пользоваться никакими материалами нельзя. Также запрещено куда-нибудь уходить, с кем-либо общаться во время экзамена, уводить взгляд с экрана компьютера. Общение с проктором происходит через чат. Для сдачи экзамена с прокторингом необходимо предварительно записаться. На данном курсе это можно было сделать с 4 декабря по 28 декабря с понедельника по пятницу с 9.00 до 23.00 и в субботу с 9.00 до 12.00. Для сдачи итогового экзамена необходимо на компьютер установить google chrome и расширение к нему Examus .

Когда я сдавал экзамен проктор потребовал от меня, чтобы я поднял мой ноутбук и показал ему весь свой стол, за которым я сидел, а также включить люстру, так как ему было темно и не видно, хотя у меня были включены лампа и торшер. Также для идентификации личности необходимо показать свой паспорт на вебкамеру и его сфотографировать и фото отправить.

После успешного освоения данного курса по почте высылают удостоверение о повышении квалификации. Данный курс я прошел полностью бесплатно. Система оценивания 100-балльная. Чтобы получить удостоверение о повышении квалификации, необходимо было набрать не менее 40% по практическим заданиям и не менее 60% по промежуточным тестам, тестированию по модулям и экзамену. К примеру, на экзамене с прокторингом я набрал 95 баллов. Для общения предусмотрен форум, где можно задать команде курса вопросы, высказать ей свое мнение по теме, обсудить материал с другими слушателями и помочь им в его понимании.

Для желающих зачесть пройденный онлайн-курс при освоении образовательной программы бакалавриата или специалитета в вузе предусмотрена уникальная для России возможность получения сертификатов, электронная версия которого размещается на сайте Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого: http://open.spbstu.ru/02-cert/

В общем виде сертификат выглядит так:

Приложение к нему:

О курсе

Курс разработан Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого, Центром НТИ «Новые производственные технологии» на базе ИППТ СПбПУ совместно с мировым лидером в области ERP-систем SAP, ведущим отечественным Инжиниринговым центром CompMechLab при поддержке Северо-Западного регионального центра компетенций в области онлайн-обучения.

Предлагаемые в курсе материалы уникальны, публикуются в такой системной подаче впервые.

Из википедии:

Алексе́й Ива́нович Боровко́в (род. 7 июня 1955, Ленинград) - советский и российский ученый в области вычислительной механики и компьютерного инжиниринга, член-корреспондент Российской инженерной академии и Международной академии наук высшей школы (МАН ВШ), Почетный работник сферы образования Российской Федерации (2017).

Область научных интересов - вычислительная механика и компьютерный инжиниринг (Computer-Aided Engineering), мульти- и трансдисциплинарные компьютерные технологии для решения промышленных задач, передовые производственные технологии.

По инициативе А. И. Боровкова в 1987 году на кафедре «Механика и процессы управления» физико-механического факультета Политехнического университета организована учебная и научно-исследовательская лаборатория «Вычислительная механика» (Computational Mechanic Laboratory - CompMechLab), заведующим которой он стал. На базе УНИЛ «Вычислительная механика» затем были созданы Центр наукоемких компьютерных технологий (Centre of Excellence - первый в СПбПУ центр превосходства, 2003 г.), высокотехнологичная инжиниринговая spin-out компания ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (2006 г.), малое инновационное предприятие ООО «Политех-Инжиниринг» (2011 г.) и Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» СПбПУ (2013 г.).

В настоящее время группа компаний функционирует под общим брендом CompMechLab® (CML).

А. И. Боровков - лидер мегапроекта федерального значения по созданию Фабрик Будущего в России, представленного и поддержанного на расширенном заседании экспертного совета 21 июля 2016 года.

Научно-исследовательская, просветительская, инновационная и предпринимательская деятельность А. И. Боровкова многократно получала высокую оценку экспертного сообщества и была отмечена разнообразными частными, общественными и государственными премиями, среди которых: премия Правительства Санкт-Петербурга «За выдающиеся достижения в области высшего профессионального образования» - цикл работ «Подготовка конкурентоспособных специалистов нового поколения, обладающих компетенциями мирового уровня» в научной области «Механика, машиностроение, вычислительная механика и компьютерный инжиниринг» - в номинации «Научные достижения, способствующие повышению качества подготовки специалистов и кадров высшей квалификации» (2008); XI независимая бизнес-премия «Шеф года», реализуемая федеральной группой деловых проектов Chief Time и журналом «Человек Дела» (2017) и многие другие.

В 2017 году ООО Лаборатория «Вычислительная механика» (головная компания CompMechLab®) стала лауреатом национальной промышленной премии Российской Федерации «Индустрия».

ООО Лаборатория «Вычислительная механика» разработала цифровую мультидисциплинарную кросс-отраслевую платформу для создания глобально конкурентоспособной продукции нового поколения CML-Bench . Платформа CML-Bench предназначена для автоматизации ключевых инженерных процессов, связанных с мгновенной кастомизацией, цифровым проектированием, моделированием, виртуальными испытаниями и подготовкой всей необходимой производственной документации, посредством трансдисциплинарного и надотраслевого компьютерного инжиниринга. Платформа CML-Bench является основой для создания Цифровых Фабрик Будущего – систем комплексных технологических решений по производству продуктов от этапа формализации базовых принципов изделия до этапа создания «умного» цифрового двойника на основе цифрового проектирования и моделирования с применением передовых производственных технологий.

Компания работает на мировом технологическом фронтире с компаниями-лидерами в своих отраслях, что позволяет постоянно наращивать уровень своих компетенций и сохранять глобальную конкурентоспособность уже на протяжении 10 лет. В своей работе компания применяет уникальную собственную разработку – CML-Цифровую платформу CML-Bench, которая лежит в основе CML-Экспертной интеллектуальной системы CML-AI – «интеллектуального помощника» системного инженера. Это делает возможным интеграцию на одной виртуальной площадке широкого арсенала лучшего мирового программного обеспечения для решения мультидисциплинарных инженерных задач, инфраструктуры суперкомпьютерных вычислительных мощностей и инженеров с компетенциями мирового уровня.

Портфель продуктов ООО Лаборатория «Вычислительная механика»:

Создание «цифровых двойников» изделий и процессов;
- Цифровое проектирование и моделирование узлов и агрегатов, изделий и технологических процессов их производства;
- Проведение виртуальных испытаний конструкций и изделий;
- Исследования свойств материалов, ресурса конструкций, оценка технологических процессов;
- Проектирование и исследование изделий из композиционных материалов и композитных структур;
- Проектирование изделий под заданную технологию производства: литье, штамповка, фрезеровка, аддитивное производство.

Сотрудники CompMechLab® имеют многолетний успешный опыт выполнения работ по заказам: отечественных высокотехнологичных компаний: госкорпораций “Ростех”, “Росатом”, “Роскосмос”, “Газпром”, “Концерн ВКО “Алмаз-Антей”, Объединенная авиастроительная корпорация, Объединенная двигателестроительная корпорация, Объединенная ракетно-космическая корпорация, Объединенная судостроительная корпорация, а также компаний Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С.П. Королёва, АВТОВАЗ, КАМАЗ, “Силовые машины”, “Северсталь”, “ВСМПО-АВИСМА”, ФГУП НАМИ, АО «Климов» и многих других зарубежных высокотехнологичных компаний: ABB, Airbus, Alcoa, Boeing, BMW Group (BMW, MINI, Rolls-Royce), Daimler, Ferrari, General Electric, General Motors, LG Electronics, Samsung, Schlumberger, Siemens, Volkswagen Group (Audi, Bugatti Automobiles, Porsche, Volkswagen), Weatherford и др. С 2017 года CompMechLab ведёт активную работу с китайскими автопроизводителями. В числе заказчиков такие компании как BAIC Corp, Chery Automobile Corporation, а также Центральный Китайский автомобильный институт China Automotive Technology and Reseach Center (CATARC). В числе компаний, включившихся в создание Цифровых Фабрик Будущего в партнёрстве с CompMechLab, предприятия российской автомобильной промышленности – ГНЦ РФ ФГУП НАМИ (в рамках реализации проекта государственного значения «Единая модульная платформа» («Кортеж»)), ПАО «УАЗ» (в рамках реализации проекта по созданию внедорожника нового поколения), производитель современных автобусов – ООО «Бакулин Моторс Групп», двигателестроительное предприятие ПАО «ОДК-Сатурн» (входит в Объединённую двигателестроительную корпорацию) и АО «Средне-Невский судостроительный завод» (входит в Объединенную судостроительную корпорацию); высокотехнологичные предприятия Республики Татарстан – АО «НПО «ОКБ им. М.П. Симонова», АО «Казанское моторостроительное производственное объединение», ОАО «Казанский вертолетный завод», ПАО «КАМАЗ»; на данный момент отобраны наиболее актуальные отраслевые и корпоративные проблемы-вызовы для создания Фабрики Будущего с Объединенной авиастроительной корпорацией (ОАК).

ООО Лаборатория «Вычислительная механика» работает на мировом технологическом «фронтире», с компаниями-лидерами в своих отраслях, что позволяет перманентно наращивать уровень своих компетенций и сохранять глобальную конкурентоспособность уже на протяжении 10 лет. Компания в своей работу применяет уникальную собственную разработку – CML-цифровую платформу CML-Bench, которая лежит в основе CML-интеллектуальной систему CML-AI –« интеллектуального помощника» системного инженера. Это делает возможным интеграцию на одной виртуальной площадке широкого арсенала лучшего мирового программного обеспечения для решения мультидисциплинарных инженерных задач, инфраструктуры суперкомпьютерных вычислительных мощностей и инженеров с компетенциями мирового уровня.

Все ли слушатели курсов могут похвастаться, что куратором их курса был такой человек, как Боровков А.И.!?

Если вы являетесь руководителем компании или инженером, то я рекомендую пройти курс "Технологии «Фабрик Будущего»". Использование передовых производственных технологий и цифровая трансформация компании повысит производительность труда и рентабельность компании. Именно технологии, описанные в данном курсе, смогут повысит темпы роста российской экономики и повысить уровень жизни населения.

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.

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.