Проект по созданию фабрик будущего. Станок как сервис: от системы мониторинга к цифровой фабрике
А.И. Боровков, соруководитель рабочей группы "ТехНет" Национальной технологической инициативы, проректор по перспективным проектам, научный руководитель Института передовых производственных технологий, руководитель Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ;
О.И. Клявин, первый заместитель директора Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ;
В.М. Марусева, специалист Отдела технологического и промышленного форсайта Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ;
Ю.А. Рябов, главный специалист Отдела технологического и промышленного форсайта Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ;
Л.А. Щербина, руководитель Отдела технологического и промышленного форсайта Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" (CompMechLab ®) СПбПУ
Проф. А.И. Боровков - соруководитель рабочей группы "ТехНет" Национальной технологической инициативы (НТИ), проректор по перспективным проектам, научный руководитель Института передовых производственных технологий (ИППТ), руководитель Инжинирингового центра "Центр компьютерного инжиниринга" СПбПУ.
В рамках «дорожной карты» рабочей группы «ТехНет» (Передовые Производственные Технологии) Национальной технологической инициативы (НТИ) будет создана первая в России демонстрационная площадка (полигон, TestBed) Фабрики Будущего - Цифровая фабрика (Digital Factory) , предназначенная для:
- отработки взаимодействия всего спектра технологий цифрового проектирования и моделирования CAD / CAE / FEA / MBD / CFD / FSI / EMA / CAO / … / HPC / PDM / PLM & MBSE & (MES & ERP) разработки глобально конкурентоспособной и кастомизированной / персонализированной продукции нового поколения, в частности, “best-in-class” оптимизированных конструкций,
- обеспечения импортозамещения / экспортоориентированного импортоопережения зарубежной продукции
для высокотехнологичных отраслей промышленности и рынков Будущего, формируемых в рамках Национальной технологической инициативы.
Цифровая Фабрика будет сформирована на базе Инжинирингового центра “Центр компьютерного инжиниринга” (CompMechLab ®) и Института передовых производственных технологий (ИППТ) Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) , подразделения которых, обладают уникальным опытом реализации масштабных инженерных проектов по заказам ведущих российских и зарубежных высокотехнологичных компаний-лидеров на современных рынках.
Цифровая фабрика ИППТ СПбПУ создается с целью достижения качественно нового уровня процесса проектирования продуктов / конструкций и подходов к производству за счет эффективного применения всего комплекса мульти- и транс-дисциплинарных компьютерных технологий мирового уровня, которые носят принципиально кросс-отраслевой / кросс-рыночный характер:
- новая парадигма (Simulation & Optimization)-Driven Design как основа проектирования глобально конкурентоспособных продуктов нового поколения, предназначенных для высокотехнологичных рынков Настоящего и Будущего;
- принципы бионического дизайна, позволяющие радикально улучшить характеристики продуктов / конструкций (вес, стоимость, оптимальные размеры и форма и др.) при сохранении всех необходимых технический требований (жесткость, прочность, устойчивость, первая собственная частота, концентрация напряжений и др.), когда получаемые оптимальные решения могут напоминать структуры, встречающиеся в живой природе;
- конвергенция и синергия цифрового моделирования и проектирования, компьютерного / суперкомпьютерного инжиниринга, компьютерных технологий оптимизации и аддитивных технологий, что позволит создавать принципиально новые и глобально конкурентоспособные «best-in-class» оптимизированные продукты / детали / изделия / конструкции.
Применение передовых компьютерных технологий CAD (Computer-Aided Design) и CAE (Computer-Aided Engineering) , включая FEA (Finite Element Analysis) , MBD (MultiBody Dynamics), CFD (Computational Fluid Dynamics), FSI (Fluid-Structure Interaction), EMA (ElectroMagnetic Analysis), CAO (Computer-Aided Optimization) позволяет значительно сократить сроки разработки и вывода на глобальный рынок сложной продукции. Применение суперкомпьютерных технологий (HPC, High-Performance Computing) предоставляет возможность ещё больше ускорить этот процесс, особенно, для сверхсложных наукоемких и ресурсоемких мульти-дисциплинарных проблем.
Внедрение PDM (Product Data Management) и особенно SPDM-систем (Simulation Process and Data Management) помогает упорядочить информационные потоки (для которых, как правило, характерно наличие больших массивов данных (BigData), которые генерируются в процессе многовариантного предсказательного моделирования, проектирования / разработки продукта), систематизирует информацию и облегчает доступ к ней. Каждая из перечисленных выше технологий сама по себе оказывает положительное влияние на оптимизацию производственных процессов, а использование их в комплексе обеспечивает мощный синергетический эффект.
Инициативы по созданию Фабрик Будущего поддержаны, в частности, в странах Европейского Союза. В рамках программы технологического развития Horizon 2020 пилотные проекты Цифровых фабрик создаются на базе таких компаний, как: Volkswagen (автомобилестроение; Германия), Siemens (электроника, Siemens Electronics Works Amberg; Германия) AgustaWestland (вертолетостроение; Англия, Италия), Consulgal (строительство; Португалия) и др. Цифровые фабрики (Digital Factory) являются, с точки зрения общей архитектуры Фабрик Будущего (Factories of the Future), основой (неотъемлемой частью) для развития «Умных» (Smart) и Виртуальных (Virtual) фабрик.
Цифровая фабрика ИППТ СПбПУ предполагает создание и отладку технологических и производственной цепочек до уровней готовности TRL6-TRL-7 / MRL6 (Technology / Manufacturing Readiness Levels) , начиная от стадий исследования и планирования, когда закладываются базовые принципы конкурентоспособного продукта, и заканчивая созданием опытного прототипа изделия:
- “оцифровка” жизненного цикла продукта и приведение его в соответствие с матрицей целей (требования / ограничения: технологические, технические, экономические и т.д.) на его разработку;
- формирование базы поставщиков и требований к ним при создании “best-in-class” продуктов (для разных отраслей) - неотъемлемый элемент Виртуальной фабрики;
- проведение серии первичных расчетов с целью определения общих принципов проектирования и создания оптимальной конструкции на основе современной концепции (Simulation & Optimization)-Driven Design & Additive Manufacturing;
- конструкторские работы (CAD); компьютерный / суперкомпьютерный инжиниринг (CAE, HPC), все виды оптимизаций (CAO; многокритериальная, многопараметрическая, многодисциплинарная, топологическая, топографическая, оптимизация размеров и формы, наконец, робастная оптимизация);
- выбор технологии производства и подготовка к изготовлению прототипа (Computer-Aided Manufacturing, CAM; Computer-Aided Additive Manufacturing, CAAM );
- изготовление прототипа (аддитивное производство, многофункциональные обрабатывающие центры на базе станков с ЧПУ и др.).
Рис. 1. Модель Цифровой фабрики ИППТ СПбПУ
Кроме того, в рамках деятельности Цифровой фабрики ИППТ СПбПУ предполагается создание Национального центра тестирования, верификации / валидации (TVV*) отечественного и зарубежного программного обеспечения (ПО), виртуальных полигонов по валидации разработанных продуктов и сети испытательно-диагностических лабораторий. Данные направления, как и сама Цифровая фабрика, будут реализованы, в первую очередь, сотрудниками Инжинирингового центра “Центр компьютерного инжиниринга” (CompMechLab ®) СПбПУ (ИЦ “ЦКИ” СПбПУ) на базе Суперкомпьютерного центра “Политехнический” (СКЦ СПбПУ), пиковая производительность которого составляет ~ 1 ПетаФлопс.
Уникальные компетенции и опыт сотрудников ИЦ ЦКИ СПбПУ позволят проводить анализ конкурентоспособности и готовности к промышленной эксплуатации отечественного программного обеспечения в сравнении с передовыми зарубежными компьютерными технологиями. В условиях санкций в отношении России, курса государства на импортозамещение, и возрастающего спроса российских компаний на разработку отечественного инженерного программного обеспечения, создание независимого экспертного Центра тестирования инженерного ПО становится чрезвычайно актуальным.
Имеющиеся в ИЦ “ЦКИ” СПбПУ заделы для создания Цифровой Фабрики, созданные в процессе успешной реализации десятков проектов в интересах:
- ведущих зарубежных высокотехнологичных компаний (Airbus Group, Boeing, General Electric, General Motors, Daimler / Mercedes, BMW, Rolls-Royce, Audi, Porsche, Volkswagen, Schlumberger, Weatherford, Siemens, LG Electronics и др.);
- ведущих российских высокотехнологичных корпораций (Ростех, Газпром, Роскосмос / ОРКК, ОАК, ОДК, ОСК, Силовые машины, Северсталь и др.),
а также в рамках Проекта по разработке первой в России единой модульной платформы (ЕМП) линейки отечественных автомобилей премиум-класса для первых лиц государства, позволят уже в 2016 году запустить в тестовом режиме Цифровую фабрику в области автомобилестроения, где одним из важнейших блоков будет виртуальный полигон по валидации конструкций.
Отработанные в рамках Цифровой Фабрики ИППТ СПбПУ решения и технологии будут тиражированы и масштабированы на многие высокотехнологичные отрасли промышленности России, а в рамках Национальной технологической инициативы - будут способствовать развитию рынков Будущего и формированию Экономики Будущего - Цифровой Экономики.
Национальная технологическая инициатива (НТИ)
Ряд ключевых мероприятий в рамках конференции посвящались участию университетов в Национальной технологической инициативе (НТИ - это программа мер по формированию принципиально новых рынков и созданию условий для глобального технологического лидерства России к 2035 году). Проректор...
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.
Проект «Наставники: не рядом, а вместе!»
Лидер проекта: Александра Юрьевна Телицына, исполнительный директор MOO «Старшие Братья Старшие Сестры» .
Проект ориентирован на детей, находящихся в трудной жизненной ситуации. Адаптироваться и полноценно участвовать в жизни общества таким детям помогает индивидуальное общение с наставниками. Суть проекта - привлечение в качестве наставников успешных взрослых людей - деятелей культуры и спорта, представителей бизнеса и власти. В настоящее время в проекте принимают участие директора АСИ. Программа индивидуального наставничества дает детям возможность почувствовать уверенность в своих силах, развить лидерские компетенции, сориентироваться в выборе профессии.
АСИ окажет информационную и административную поддержку, поможет наладить коммуникацию с региональными органами власти с целью тиражирования проекта.
Проект «Этномир»
Лидер проекта: Руслан Фаталиевич Байрамов, президент Международного Фонда «Диалог Культур - Единый Мир» .
Культурно-образовательный центр «Этномир» в Калужской области за десять лет существования принял полтора миллиона гостей. Этнографический парк знакомит с жизнью, традициями и культурой народов России и мира. На аутентично воссозданных дворах размещены ремесленные мастерские, дома-гостиницы, музеи, рестораны традиционной кухни, сувенирные магазины; в Центре работают образовательные программы для детей, проходят фестивали, карнавалы, выставки, конференции, концерты, связанные с культурой разных стран и народностей.
В планах проекта - сделать «Этномир» креативным городом дружбы народов. Парк рассчитывает расширить свою территорию и увеличить посещаемость до 10 миллионов человек в год.
АСИ окажет консультационную и методологическую поддержку по созданию модельной программы дополнительного образования детей на базе культурно-образовательного центра «Этномир», а также содействие в развитии международных контактов.
Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab ® по материалам spbstu.ru , kremlin.ru , strf.ru , minpromtorg.gov.ru и собственной информации.
Что нужно для ускорения цифровизации промышленности?
На промышленных предприятиях России постепенно проходит апробация технологий «умного» производства и фабрик, новые цифровые проекты запускают компании из сегментов авиа-, двигателе- и судостроения .
На сегодняшний момент на государственном уровне утверждены планы по строительству 40 «Фабрик будущего». Вложения в проекты на первом этапе составят 15,6 млрд рублей и обеспечат 1,5%-ную долю на мировом рынке «умных» фабрик.
Какие smart-производства появляются в России? Что нужно для ускорения цифровизации промышленности?
Цифровой ВВП
Постепенно российская промышленность внедряет на своих предприятиях элементы «умного» производства, на государственном уровне разворачиваются программы по созданию «умных» фабрик.
Чтобы ускорить этот процесс, в 2017 году президиум Совета при президенте России по модернизации экономики и инновационному развитию утвердил дорожную карту рабочей группы «Технет». Документ представляет собой план мероприятий программы «Национальная технологическая инициатива», включает в себя развитие цифрового проектирования и моделирования, робототехники, Big Data и прочих технологий для управления и автоматизации промышленности.
Ключевое значение в дорожной карте «Технет» отводится формированию так называемых «Фабрик будущего» - технологических платформ и решений, объединяющих элементы цифровых, «умных» и виртуальных фабрик. Речь идет о применении цифрового проектирования и производства, проведении виртуальных испытаний.
Авторы дорожной карты отмечают: «Цифровая фабрика ориентирована на проектирование и производство продукции нового поколения, как правило, от стадии исследования и планирования, когда закладываются базовые принципы изделия, до стадии создания цифрового макета продукта, «цифрового двойника» и опытного образца или мелкой серии.
«Умная» фабрика рассчитана на производство продукции нового поколения от заготовки до готового изделия по цене серийного производства текущего индустриального уклада.
Виртуальная фабрика - это объединение цифровых и (или) «умных» фабрик в единую сеть либо как части глобальных цепочек поставок, либо как распределенных производственных активов ».
В 2015 году объем мирового рынка услуг «Фабрик будущего» составил 773 млрд долларов США, а доля России в нем - 0,28%. В 2035 году объем мирового рынка составит 1,4 млрд долларов США, а доля РФ в ней может составить 1,5%. По планам Минпромторга РФ, это произойдет за счет создания к 2035 году 40 «Фабрик будущего». Объем финансирования первого этапа программы до 2019 года - 15,6 млрд рублей, в том числе 8,5 млрд рублей из федерального бюджета.
Аналитики McKinsey Global Institute отмечают, что цифровизация российского производства к 2025 году ежегодно способна увеличивать объем ВВП страны на сумму от 1,3 до 4,1 трлн рублей. Применение цифровых технологий сократит сроки выхода продукта на рынок на 20-50% и повысит производительность за счет автоматизации на 45-55%.
Инвестиции в испытания
«Умные» системы появляются в авиастроении и вертолетостроении: в Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК) используется концепция виртуального конструкторского бюро, когда инженеры из нескольких конструкторских бюро и производственных площадок работают над проектированием модели самолета в единой цифровой среде. Технология применяется на «Гражданских самолетах Сухого», в « », « » и холдинге «Вертолеты России».
Авторы дорожной карты «Технет» прогнозируют, что лидером по реализации проектов «умных» фабрик в России станет « » (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию, Ярославская область), предприятие специализируется на разработке и производстве газотурбинных двигателей для авиации, энергетики и т. д.
Госкорпорация «Ростех» заявила о планах запустить испытательный полигон на ярославском предприятии, инвестиции оцениваются в сумму около 7 млрд рублей. В рамках проекта «Умная фабрика» появится система управления жизненным циклом изделия (PLM-управление), это позволит также организовать обмен информации с сервисными центрами.
«Итогом реализации проекта станет организация «умного» производства, формирование компетенций и технологических решений для тиражирования «Умных заводов», способных достойно конкурировать на мировом рынке », - заявил губернатор Ярославской области Дмитрий Миронов.
Ожидается, что за первые три года на «Умной фабрике», созданной в «ОДК-Сатурне», будут доведены до промышленного использования 20 технологий.
В ОДК добавили, что в 2017 году был запущен первый этап проекта на базе «ОДК-Сатурн» - акселератор технологических проектов в области передовых производственных технологий. Был отобран ряд проектов, обладающих высоким потенциалом внедрения в производство. Также разработаны образовательные программы для дальнейшей работы и привлечены первые инвесторы. В целом наиболее востребованы для реализации на полигоне технологические решения, касающиеся ряда сегментов. Речь идет об идеях в области математического моделирования, компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга, IoT и .
Тираж для верфи
При поддержке Национальной технологической инициативы объявлен проект на предприятии Объединенной судостроительной корпорации. На Средне-Невском судостроительном заводе (СНСЗ, расположен в Санкт-Петербурге) в ближайшие годы планируется запуск цифровой верфи. Будет создана база данных по всем компонентам, применяемым в судостроении, вместо натурных испытаний изделий начнут применять компьютерную «проверку» продукции.
Цифровизация позволит увеличить производственные мощности предприятия в два раза и повысить объемы экспорта. Стоимость проекта составит 350 млн рублей.
«Большую часть средств (245 млн рублей) предполагается получить из федерального фонда Национальной технологической инициативы, еще 105 млн рублей - собственные средства завода. Мы приступим к созданию цифровой верфи независимо от получения субсидии. Субсидия позволит ускорить процесс, но мы в любом случае будем работать над проектом », - заявил генеральный директор СНСЗ Владимир Середохо.
При успешной реализации проекта на СНСЗ модель планируется тиражировать на других российских верфях.
Госзаказ для smart-проектов
В корпорации «Пумори» (профиль компании - технологический инжиниринг) отмечают, что среди российских компаний интерес к «умному» производству увеличился. За последние три года спрос на smart-технологии вырос в 3-3,5 раза. Компания провела работу по внедрению систем автоматизации на более чем 100 предприятиях в российских регионах.
Также корпорация вывела на рынок комплексный продукт Smart Factory от японской станкостроительной компании OKUMA и собственную разработку систему инструментообеспечения TOOL-MANAGEMENT.
Армин Грюнвальд (Armin Gruenewald)
Любая отрасль - от автомобилестроения и авиационнокосмической промышленности до станкостроения и энергетики - зависит от качества конструкторскотехнологической подготовки производства и механообработки в цехах. Нередко детали и сборочные единицы изготавливаются небольшими подразделениями или независимыми компаниями, которые сталкиваются с ростом конкуренции и необходимостью применять новые материалы и технологии. На сложные цепочки поставок распространяются все более ужесточающиеся нормативные требования, а сроки разработки требуется постоянно сокращать.
Европейский изготовитель прессформ конкурирует с производителями, работающими на рынках с менее жесткими нормативными требованиями, а также с региональными компаниями. При этом оснастку приходится разрабатывать как можно быстрее, чтобы не отставать от сроков разработки изделий, - ведь длительность процессов сократилась наполовину. Например, раньше на создание новой модели автомобиля уходило девятьдесять лет, а теперь этот срок уменьшился до четырех. Соответственно сократились и сроки разработки деталей.
Для повышения эффективности производства нередко пытаются автоматизировать отдельные этапы при помощи различных систем, электронных таблиц и бумажных документов. Если автоматизация выполняется неверно, то в результате получаются разрозненные процессы, а бесценная информация и важнейшие производственные ноухау не используются должным образом. Подобный подход не повышает ни эффективности, ни конкурентоспособности предприятия.
Для выхода на новый уровень эффективности и победы в конкурентной борьбе машиностроительным предприятиям требуется новая концепция ведения бизнеса, в полной мере реализующая возможности, предоставляемые самыми современными технологиями. Единая интегрированная система создает интеллектуальные модели и процессы, объединяя этапы технологического проектирования и производства в рамках «цифровой цепочки», проходящей через все предприятие. Такой подход оптимизирует производственные процессы, снижает себестоимость и сокращает сроки выполнения заказов.
Вместо того чтобы сначала создать 3Dмодель в системе автоматизированного проектирования (CADсистеме), а затем осуществить импорт и экспорт в разные системы, следует создать цифровой двойник - точную виртуальную копию реального изделия. Этот двойник передается между службами предприятия без потери данных, помогая выпускать продукцию, полностью соответствующую требованиям заказчика.
Внедрение цифрового производственного процесса сразу же повышает производительность и эффективность работы даже небольших предприятий, а также способствует дальнейшему росту бизнеса. Дигитализация - это не только устранение ручного ввода данных и изменений модели на каждом этапе разработки. Применение единой системы и интеллектуальной модели обеспечивает поддержку параллельной работы специалистов. Например, подготовка контроля качества изготовления детали выполняется одновременно с разработкой управляющих программ в CAMсистеме. В результате происходит автоматизация всего процесса в целом при сохранении его гибкости.
Когда в конструкцию вносятся изменения, они автоматически передаются на все этапы процесса без ручного ввода данных. Предусмотрено сравнение геометрии 3Dмодели и готовой детали, измеряемой на координатноизмерительной машине (КИМ). При этом полученная информация отправляется обратно в CAMсистему. Это значительно упрощает поиск и устранение несоответствий. Создается замкнутый контур совершенствования конструкторскотехнологических проектных решений. Он повышает качество и производительность, а также сокращает сроки наладки оборудования. Качественные детали изготавливаются быстрее, что увеличивает число выполняемых заказов. Более того, при выполнении следующего заказа можно применить уже имеющиеся модели, доработав их под новые требования, что позволяет не начинать каждый раз проектирование с нуля. Повторное использование имеющихся на предприятии оптимальных рабочих процессов и ноухау - самый эффективный способ повышения производительности и качества.
Дигитализация не только автоматизирует выпуск деталей, точно соответствующих требованиям, но и упрощает внедрение новых цифровых технологий (промышленные роботы, аддитивное производство) даже на небольших предприятиях.
Раньше роботы в основном применялись для позиционирования и транспортировки заготовок, включая загрузку и выгрузку деталей на станках. Сегодня же они чаще используются и для выполнения механической обработки. Например, управляемый на основе цифровой модели робот способен точно просверлить сотни тысяч отверстий в крыле самолета. Но для этого необходима интеграция конструкторской модели с системами программирования роботов и станков ЧПУ и с технологическим оборудованием.
3Dпечать и другие виды аддитивного производства позволяют изготавливать детали, которые в прошлом было просто невозможно сделать, а также использовать новые материалы и конструкторские решения, улучшающие технические характеристики изделия, снижающие массу и упрощающие сборку. Однако внедрение подобных процессов требует перехода на совершенно другие методики проектирования, значительно отличающиеся от разработки деталей, изготавливаемых механообработкой. В частности, создаваемые для 3Dпечати детали отличаются минимальной материалоемкостью и при этом совершенно не похожи на привычные. При помощи методики генеративного моделирования инженеры создают сверхлегкие конструкции, не уступающие по своим характеристикам традиционным. Такие детали могут быть пустотелыми и иметь сложные «органические» формы. При этом необходимо избегать создания излишних поддерживающих элементов - их потребуется удалять, что может замедлить производство. Важнейшим аспектом становится наличие системы автоматизированного проектирования, способной выполнять топологическую оптимизацию традиционных конструкций. Методы аддитивного производства позволяют изготавливать такие изделия нового поколения с минимальными затратами на наладку и оснастку.
Цифровой завод - это бесшовное объединение важнейших этапов проектирования и изготовления деталей. Процессориентированный подход объединяет сотрудников, данные и производственные ресурсы. Он гарантирует изготовление изделий, отвечающих всем требованиям заказчика, а также увеличение прибыльности и эффективности.
Цифровой завод в действии
Чтобы воспользоваться всеми преимуществами цифрового производства, не обязательно быть промышленным гигантом. Австрийский изготовитель прессформ HAIDLMAIR начинал как небольшая кузнечная мастерская, но при этом компания постоянно внедряла новейшие технологии. Когда нынешний генеральный директор компании Марио Хейдлмар (Mario Haidlmair) унаследовал эту должность у своего отца, он выяснил, насколько неэффективным было использование разрозненных и нередко несовместимых систем для проектирования деталей и разработки управляющих программ. Внедрив решения от Siemens, компании удалось построить оптимизированный сквозной процесс, в рамках которого создается цифровой двойник каждой детали. «В отделе программирования станков с ЧПУ мы точно воссоздаем ситуацию, возникающую на конкретном станке», - поясняет гн Хейдлмар.
Над изготовлением прессформ работает множество различных отделов компании, и все они используют интеллектуальную 3Dмодель. Это позволяет проверить характеристики еще не изготовленной детали, разработать управляющие программы для токарных, трех и пятикоординатных станков с ЧПУ в системе NX CAM от Siemens, а также проконтролировать технологический процесс сборки. Модели, данные по режущему инструменту, технологические операции и управляющие программы для ЧПУ хранятся в системе Teamcenter, поэтому все отделы получают доступ к единому источнику актуальной информации. Подобная цифровая цепочка обеспечивает эффективное взаимодействие сотрудников. Оператор станка, имея CADмодель детали и взаимодействуя с конструктором и программистом станков с ЧПУ, быстро устраняет все возникающие проблемы еще до начала обработки.
Интегрированная система проектирования деталей, управления технологическими процессами и оборудованием снижает себестоимость (по оценке Хейдлмара - на 1520%), а это «сотни тысяч евро в год». Еще одно преимущество, особенно при работе на высококонкурентном рынке - «сокращение сроков выполнения заказов».
С целью дальнейшей автоматизации процессов и повышения производительности компания Haidlmair внедряет стратегию механической обработки на основе элементов, поддерживаемую системой NX CAM. «Мы хотим добиться того, чтобы порядка 80% операций электроэрозионной обработки выполнялось полностью автоматически, без вмешательства оператора», - отмечает системный администратор CAMрешений Стефан Пендль (Stefan Pendl). И речь идет не только о сокращении затрат. Цель Хейдлмара - превратить небольшое производство в «лучшего в мире производителя прессформ». Он пытается достичь оптимального качества продукции: «Я с оптимизмом смотрю в будущее и уверен, что мы сможем добиться снижения себестоимости при одновременном росте качества. А именно этого ожидают все наши заказчики».