Цифровая трансформация. Умное предприятие Smart Factory

Тенденции Промышленные организации во всем мире вступают в период, когда новые цифровые технологии расширяют возможности людей и процессов в беспрецедентной степени. Новые, коммерциализированные вычислительные ресурсы в облаке (и на грани) и искусственный интеллект (ИИ) меняют способ работы людей. Такие подходы, как «Промышленный Интернет вещей» (IIoT) и «Индустрия 4.0», помогли проложить путь к цифровым преобразованиям в широком диапазоне отраслей промышленности. Цифровая трансформация - это процесс изменения технологических и бизнеспроцессов таким образом, что цифровые данные становятся основой и неотъемлемой частью их успешного функционирования. Умное/цифровое предприятие Smart Factory Это предприятие будущего, которое сочетает в себе преимущества массового промышленного производства с возможностями единичного производства в соответствии с индивидуальными требованиями конкретных клиентов, с автоматическим обеспечением максимального качества продукции и минимальных производственных затрат. Чтобы построить умное предприятие, необходимо создать отражение всей производственной цепочки создания продукта в виртуальном мире, состоящей из соответствующих реальным цифровых двойников, то есть клонов объектов и процессов реального мира. Чтобы достичь экономических выгод за счет такой виртуализации производственных процессов, потребуются инструменты для работы с этими цифровыми аналогами и инструменты для объединения реального и виртуального миров. По отношению к промышленному предприятию, цепочка создания продукта содержит: - разработку продукта, - производственное планирование, - подготовку производства и инжиниринг, - фактическое производство продукта, - техническое обслуживание и ремонт. Smart Factory Компоненты Smart Factory При создании умного предприятия в рамках Индустрии 4.0 требуется разрабатывать и использовать цифровые информационные системы (ЦИС) на этапах разработки (проектирования), собственно производства и эксплуатации продукта. На сегодняшний день известные ЦИС зачастую носят англоязычные названия и аббревиатуры. Разберемся, какие ЦИС или компоненты Smart Factory существуют? На следующем слайде представлены аббревиатуры ЦИС. Компоненты Smart Factory Разработка Производство Эксплуатация PLM – product lifecycle management PLM - управление жизненным циклом продукта - это процесс управления комплексной информацией о продукте, процессами проектирования и производства, а также совместной работой. Программное обеспечение PLM связывает людей, процессы и данные на протяжении всего жизненного цикла продукта с центральным хранилищем информации. Таким образом, PLM включает в себя все остальные информационные системы, позволяя осуществлять учет и отслеживать всю информацию о производимых продуктах/изделиях; контролировать полный жизненный цикл продукции; управлять портфелем производимой продукции и обеспечивать гарантийной обслуживание и сопровождение. Для более детального изучения PLM концепции, практики внедрения в России и мире требуется изучить материал, приведенный по следующим ссылкам.: http://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8 F:Product_Lifecycle_Management http://www.tadviser.ru/index.php/PLM__%D0%A3%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0 %B5_%D0%B6%D0%B8%D0%B7%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B C_%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB%D0%BE%D0%BC_%D0%B8%D0%B7%D0%B4% D0%B5%D0%BB%D0%B8%D1%8F http://sewiki.ru/PLM-%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0 https://www.plm-ural.ru/resheniya/upravlenie-zhiznennym-ciklom-izdeliya-koncepciyaplm ЦИС при разработке/проектировании изделия Computer-aided design (CAD) средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, САПР общего назначения. Для обозначения данного класса средств САПР используется также термин CADD (англ. computeraided design and drafting) – автоматизированное проектирование и создание чертежей. Системы геометрического моделирования обозначают как CAGD (англ. computer-aided geometric design) Computer-aided engineering (CAE) средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий. Подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа, обозначается термином CAA (англ. computer-aided analysis). Computer-aided manufacturing (CAM) или Computer-aided Modeling, или Computer-aided Machining средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства. CAM - это следующий автоматизированный процесс после автоматизированного проектирования (CAD) и иногда автоматизированного моделирования (CAE), поскольку модель, созданная в CAD и проверенная в CAE, может быть введена в программное обеспечение CAM, которое затем управляет станком. Computer-aided process planning (CAPP) - Использование компьютерных технологий для планирования процесса производства детали или изделия. CAPP является связующим звеном между CAD и CAM в том смысле, что он обеспечивает планирование процесса, который будет использоваться при изготовлении проектной детали. Requirements management (RM) Управление требованиями (RM) - это процесс документирования, анализа, отслеживания, приоритизации и согласования требований, а затем контроля изменений и общения с соответствующими заинтересованными сторонами. Это непрерывный процесс на протяжении всего проекта. Technical Data Management (TDM) - управление техническими данными. Технология, разработанная для контроля и управления большими объемами технических данных при проектировании и дальнейшей эксплуатации высокотехнологичной продукции. TDM является важным компонентом системы PDM и отвечает за информационную поддержку производственных и управленческих процессов на предприятии. Повышение эффективности внедрения TDM достигается за счет координации информационных технологий и технологий организации бизнеса. Таким образом, основная функция технологий TDM - объединение программно-аппаратного комплекса в единое целое для разработки конструкторских и технологических проектов, инженерных расчетов и эксплуатации станков с ЧПУ. Интегрированная система автоматизации обработки технической документации обычно делится на три части: - подсистемы документооборота (электронный архив); подсистемы управления данными о проектах и продуктах; - Подсистемы маршрутизации документов и работы. Product Data Management (PDM). Управление данными о продукции (PDM). Система PDM считается организационной и технической системой, которая обеспечивает управление всей информацией о продукте на этапе проектирования. Основной целью систем PDM является управление информацией и облегчение доступа к данным продукта на протяжении всего цикла проектирования. Положительный эффект достигается за счет возможности объединения всех данных о продукте в единую логическую систему. В результате этого, все кто участвует в разработке продукта, получает распределенный авторизованный доступ к информации о проекте и управлению процессом проектирования. Компоненты Smart Factory. Часть 2 Разработка Производство Эксплуатация Ведомость материалов (Bill of Materials, BOM) – номенклатурный перечень материалов и частей и их количества для производства некоторого узла или конечного изделия. BOM лежит в основе систем производства и определения стоимости. Ведомость используют в планировании закупок материалов и графиков производства а также при расчете стоимости продукции. Применяется она и для того, чтобы описать изделие и определить способ его изготовления. На основании ведомости в основном производственном плане-графике учитываются все составляющие, то есть сырье, исходные материалы и комплектующие, которые нужно приобрести или изготовить. Отдел закупок использует ведомость материалов и производственный план для определения, какие материалы необходимо закупить, и составления плана по закупкам. Т.е. одним из ключевых технологических процессов в инженерно-конструкторских проектах является управление Ведомостью материалов (BOM). BOM – это фундаментальная основа любого проекта. BOM определяет не только, какие элементы требуются, но и, как правило, поставщиков, сроки выполнения заказа, потребности в материалах и многое другое. В каждой организации имеются свои шаблоны BOM и каждая организация управляет и работает с ними по-разному. Примеры Классификация по формату представления данных Одноуровневые (single-level BOM). Содержат сведения только о компонентах, непосредственно входящих в родительскую номенклатурную позицию. Многоуровневые (multilevel BOM). Содержат сведения обо всех компонентах, входящих в родительскую номенклатурную позицию, вплоть до уровня закупаемых компонентов и материалов. С отступами (структурированные) (indented BOM). Представляют собой вариант многоуровневых BOM с той разницей, что для облегчения визуального восприятия BOM применяют отступы для номенклатурных позиций-компонентов при указании их в списке компонентов родительской номенклатурной позиции. Количество позиций отступов говорит о том, какой уровень в структуре продукта имеет соответствующий компонент. Типы BOM Обычный BOM. Точно указывается состав компонентов и материалов, входящих в готовое изделие, с определением норм их расхода на одну единицу измерения готовой продукции и планированием производства, ориентированным на стандартные виды продукции. Плановый BOM (planning BOM, modular BOM). Его основное отличие от обычного BOM состоит в использовании так называемых фантомных номенклатурных позиций, т. е. тех, которые вводятся только в целях планирования производства и закупок и физически не существуют. Эта логическая единица внедряется в описание структуры продукта (спецификации) для того, чтобы описать вариативность продуктов на уровне компонентов и материалов, а также чтобы упростить прогнозирование потребности в готовой продукции. Виды BOM Пример MBOM. Пример EBOM. EBOM (Engineering Bill of Material) – ведомость конструкционных материалов. Отражает структуру изделия на этапе проектирования изделия инженером. MBOM (Manufacturing Bill of Materials) – производственная ведомость материалов. Определяет способ, которым изделие будет произведено. MBOM получается на основе EBOM. Основные отличия MBOM от EBOM: •исключаются элементы изделия (разбиваются на подэлементы), присутствующие в EBOM, но не существующие в реальности. Например, группа из двух частей, которые логически сгруппированы проектировщиком, но как единая деталь, не производится (Assembly B); •добавляются элементы, которые необходимы для производства изделия, но при проектировании не имеют значении. Например, краска или лак. (Item F). CBOM (Configurable Bill of Materials) – конфигурируемая ведомость материалов. Разновидность BOM, используемая в тех отраслях, где конфигурация конечного продукта изменчива (например, телекоммуникационные системы, автомобильная промышленность). Используется для динамического создания конечного продукта, который продаёт компания. https://www.openbom.com/ Облачная система OpenBoM Ведомостью материалов для всесторонней работы с http://integral-russia.ru/2017/05/31/oblachnaya-sistema-openbom-dlya-raboty-svedomostyu-materialov-obzor-vozmozhnostej/ Менеджер отчетов BOM https://www.altium.com/ru/documentation/altium-designer/nfs-19-0new-bom-reportmanager-ad?version=19.0 https://www.youtube.com/watch?v=__rZeFUIwEg Capacity Requirements Planning (CPR) — планирование производственных мощностей. Информационная система, входящая в состав более крупных систем MRP. Цель CRP-системы - проверка выполнимости заданного графика работ с точки зрения имеющегося оборудования и возможностей, и в случае адекватности требований и возможности выполнения задания по срокам оптимизировать и грамотно распределить нагрузку на имеющиеся производственные ресурсы. https://refdb.ru/look/1296057.html https://fr.slideserve.com/alec-mccullough/2008 В процессе работы CRP-системы разрабатывается план распределения производственных мощностей для обработки каждого конкретного цикла производства в течение планируемого периода. Также устанавливается технологический план последовательности производственных процедур и, в соответствии с пробной программой производства, определяется степень загрузки каждой производственной единицы на срок планирования. Если после цикла работы CRP-модуля программа не признается реально осуществимой, то в нее вносятся изменения, и она подвергается повторному тестированию с помощью CRP-модуля. В CRP-алгоритме можно условно выделить два этапа. Речь идео об предварительном и окончательном планировании: RCCP (Rough-Cut Capacity Planning). Предварительное планирование производственных мощностей. Процедура достаточно быстрой проверки нескольких ключевых ресурсов, с помощью которой можно выяснить, достаточно ли мощностей для выполнения основного плана производства. FCRP (Finite Capacity Resource Planning). Окончательное планирование производственных мощностей. Даже если RCCP может указывать на наличие достаточного объема мощностей для выполнения плана производства, FCRP может показать дефицит этих мощностей в определенные периоды времени. Система CRP информирует обо всех расхождениях между планируемой загрузкой и имеющимися мощностями, позволяя предпринять необходимые регулирующие воздействия. При этом каждому изготавливаемому изделию назначается соответствующий технологический маршрут с описанием ресурсов, требуемых на каждой его операции, на каждом рабочем центре. В процессе работы CRP модуля разрабатывается план распределения производственных мощностей для изготовления каждого конкретного изделия. В соответствии с пробной программой производства определяется степень загрузки каждой производственной единицы оборудования в планируемом временном периоде. Если после работы CRP модуля программа производства признается выполнимой, то она становится основной для MRP-модуля. В другом случае в неё вносятся изменения, и она подвергается повторной оценке с помощью CRP модуля. CRP не занимается оптимизацией загрузки, осуществляя лишь расчетные функции по заранее определенной производственной программе, моделирует заданную производственную систему. CRP-система Галактика_АММ_(Advanced_Manufacturing_Management) Warehouse Management System (WMS). Система управления складом информационная система, обеспечивающая автоматизацию управления бизнес-процессами складской работы профильного предприятия. https://presentacii.ru/presentation/avtomatiza ciya-raboty-sklada-na-baze-WMS-sistemy https://www.eme-wms.ru/ Система управления взаимоотношениями с клиентами (CRM, CRMсистема, сокращение от англ. Customer Relationship Management) — прикладное программное обеспечение для организаций, предназначенное для автоматизации стратегий взаимодействия с заказчиками (клиентами), в частности для повышения уровня продаж, оптимизации маркетинга и улучшения обслуживания клиентов путём сохранения информации о клиентах и истории взаимоотношений с ними, установления и улучшения бизнеспроцессов и последующего анализа результатов. https://firelinks.ru/lichnostnyj-rost/499-crm-sistemy-chto-eto.html Международные стандарты планирования производственных процессов MRP/ERP системы • MRP (Material Requirement Planning) – планирование потребностей в материалах и ресурсах • MRP II (Manufacturing Resource Planning) – планирование производственных ресурсов • ERP (Enterprise Resource Planning) – система планирования ресурсов организации • CSRP (Customer Synchronized Resource Planning) – планирование ресурсов организации, синхронизированное на потребителя • ERP II (Enterprise Resource and Relationship Processing) – управление внутренними ресурсами и внешними связями организации Пирамида управления предприятием Пирамида управления предприятием Пирамида автоматизации производства Карпов К.А. Основы автоматизации производств нефтегазохимического комплекса: учебное пособие, 2019 https://e.lanbook.com/reader/book/115727/#16 Управление цепочками поставок (англ. supply chain management, SCM) — управленческая концепция и организационная стратегия, заключающаяся в интегрированном подходе к планированию и управлению всем потоком информации о сырье, материалах, продуктах, услугах, возникающих и преобразующихся в логистических и производственных процессах предприятия, нацеленном на измеримый совокупный экономический эффект (снижение издержек, удовлетворение спроса на конечную продукцию). MES (Manufacturing Execution System) — производственная исполнительная система. MES — это специализированные программные комплексы, которые предназначены для решения задач оперативного планирования и управления производством. Системы данного класса призваны решать задачи синхронизации, координировать, анализировать и оптимизировать выпуск продукции в рамках определенного производства. Использование MES как специального промышленного софта, позволяет значительно повысить фондоотдачу технологического оборудования и, в результате, увеличить прибыль предприятия даже в условиях отсутствия дополнительных вложений в производство. MES-системы являются промышленными комплексными либо программными средствами, работающими в среде мастерских или производственных предприятий. http://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F: MES-%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D1%8B__%D1%84%D1%83%D0%BD%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8_%D0%B8_%D0%BF%D1 %80%D0%B5%D0%B8%D0%BC%D1%83%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0 %B0 MES-система охватывает следующие задачи: • распределение и контроль статуса ресурсов (построение модели производства, централизованное хранение, быстрый и удобный поиск данных по спецификациям сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, и упаковки, адресов поставщиков, норм качества, законодательных документов и т.д.); • диспетчеризация производственных процессов (управление заказами на производство, управление сырьем и полуфабрикатами, контроль выполнения плана, контроль остатков); • сбор данных, управление качеством (сбор данных от систем АСУТП, проверка качества и достоверности данных, сбор и архивирование, долговременное хранение, управление лабораторными данными); • управление техническим обслуживанием; • анализ производительности (статистический и математический анализ, контроль производительности процесса, расчет ТЭП, учет времени работы и простоя оборудования, создание отчетов); • составление производственных расписаний; • контроль документов (электронный документооборот); • управление трудовыми ресурсами (управление персоналом); • координация технологических процессов и отслеживание готовой продукции. Пирамида управления предприятием Ключевым условием является использование системы MDC (Machine Data Collection – сбор машинных данных), которая позволяет собирать данные о работе всех производственных объектов (оборудование, рабочие места основных сотрудников, сервисные службы и т. д.) в целях управления производством. A master production schedule (MPS). Основной производственный график (MPS) - это план для отдельных товаров, которые будут производиться в каждый период времени, такие как производство, штатное расписание, запасы и т. д. Обычно он связан с производством, где в плане указывается, когда и сколько каждого продукта будет востребованным. Этот план дает количественную оценку значительных процессов, деталей и других ресурсов с целью оптимизации производства, выявления узких мест и прогнозирования потребностей и готовых товаров. Поскольку MPS стимулирует большую активность на предприятии, его точность и жизнеспособность существенно влияют на прибыльность. Типичные MPS создаются программным обеспечением с пользовательской настройкой. Системы класса EAM (Enterprise Asset Management - управление активами предприятия) - это прикладное программное обеспечение процессов управления производственными активами и фондами предприятия в рамках стратегии EAM. ЕАМ-системы позволяют согласованно управлять следующими процессами: • учет основных производственных фондов (активов) предприятия; • контроль и диагностика технического состояния активов; • техническое обслуживание и ремонты (ТОиР); • материально-техническое обеспечение ТОиР (управление запасами и закупками); • управление трудовыми ресурсами; • управление договорами; • управление финансами в части ТОиР. https://fr.slideserve.com/ernst/enterprise-asset-management QMS (Quality management system) QMS (QM) – системы по управлению качеством, система поддерживает соответствие производства принятым стандартам, обеспечивая оперативный контроль и постоянное улучшение хода производства. С помощью QMS предприятия могут своевременно обнаруживать ошибки производства, минимизировать затраты на исправление дефектов и избежать дальнейшей обработки или отгрузки несоответствующей продукции. Задачи, которые решает QMS (QM) • Входной контроль, • Прослеживание качества на всех этапах производства в online-режиме, • Планирование качества продукции, • Управление измерительными приборами, • Предотвращение дальнейшего движения несоответствующих изделий по технологическому процессу, • Учет несоответствий, обнаруженных на постах контроля, с привязкой к артикулам деталей, • Управление аудитом и претензиями, • Снижение затрат на переделку изделий и гарантийный ремонт, • Контроль качества на выходе, • Исключение реализации несоответствующей продукции до потребителя. Интеллектуальное предприятие - это гибкая система, которая может самооптимизировать производительность в более широкой сети, самостоятельно адаптироваться к новым условиям и извлекать уроки из них в реальном или почти реальном времени, а также автономно запускать все производственные процессы. Решение кейсов о цифровой трансформации в промышленности Case 1 Внедрение систем проектирования высокого уровня или систем трехмерного проектирования электродвигателей центробежных насосов и их систем управления. Рассматриваемые системы позволяют моделировать мульти физические процессы, протекающие в электроприводах, с помощью компьютерного моделирования с использованием метода конечных элементов с учетом свойств материалов и законов управления. Определите, к какому классу информационных систем относится это решение? Какой эффект можно получить от реализации? Решение кейсов о цифровой трансформации в промышленности Case 2 Внедрение экспертной системы для настройки и формирования инструкций для оператора на основе искусственного интеллекта в процессе металлургического производства. Экспертная система предполагает формирование рекомендаций по расходу металлического порошка и других расходных материалов, контроль температуры при спекании и охлаждение формы. При успешном внедрении системы в консультативном режиме можно переключиться в полностью автоматический режим, в котором персоналу предоставляется только функция управления. Определите, к какому классу информационных систем относится это решение? Какой эффект можно получить от реализации? Задание Придумайте пример внедрения информационных систем в отрасль. Опишите решение. Дайте ответы на следующие вопросы. Определите, к какому классу информационных систем относится это решение? Какой эффект можно получить от реализации? На следующих занятиях мы узнаем, что такое сквозные технологии и какие существуют сквозные технологии, позволяющие реализовывать индустрию 4.0 в реальности.