Перенести завод из ХХ века в ХХI
Генеральный директор промышленного интегратора «УльтимаТек» Павел Растопшин — о выгоде, этапах и максимальном эффекте цифровизации промышленности
Журнал «Эксперт» совместно с компанией «УльтимаТек» запускает специальный проект «Шесть шагов цифровизации производства». Мы последовательно расскажем, как пройти путь внедрения цифрового двойника предприятия — виртуальной модели производства во всей взаимосвязи процессов, позволяющей оптимизировать его работу. Спецпроект будет состоять из семи спецдокладов. Первый из них — шаг 0, отправная точка. Здесь рассказано об общем состоянии цифровизации производства, о том, как современные технологии помогают экономить, сделан обзор дальнейших шагов, которые позволят вывести работу производства на следующий уровень эффективности и прибыльности. Следующие шесть спецдокладов, которые появятся на страницах журнала «Эксперт» до конца 2023 года, будут посвящены отдельным направлениям цифровизации (см. схему).
Шаг 1. Базовая инфраструктура, сбор данных, мониторинг оборудования и производственных процессов.
Шаг 2. Диспетчеризация, управление производством (MES) и единая платформа управления производством.
Шаг 3. Управление активами и стратегиями обслуживания активов, цифровые здания и сооружения.
Шаг 4. Планирование производства, логистика, межзаводская кооперация.
Шаг 5. Техническое зрение для задач промышленности, промышленная безопасность, нулевая летальность.
Шаг 6. Роботизация, дополненная реальность, цифровые советчики, цифровые двойники.
Каждый блок будет сопровождаться статьями-кейсами о наилучших практиках цифровизации производств в России, о том, что для этого необходимо сделать, какие преимущества это дает, какие ошибки совершают компании. Любой владелец промышленной компании, директор, инженер, даже полностью отладив производственный процесс, ежедневно сталкивается с задачей повышения эффективности производства. При этом практически любое производство в России имеет огромный резерв оптимизации и роста управляемости. За этим, разумеется, стоят деньги, много сэкономленных денег. Экономию дает повышение производительности труда, уменьшение простоев оборудования, снижение затрат на его содержание, аварийности, операционных расходов на топливо и электроэнергию, рост промышленной безопасности и так далее. Однако для того, чтобы реализовать все возможности, которые дает цифровизация, необходимо пройти большой путь: сделать из завода XX века завод века XXI.
О том, как в общих чертах выглядит пошаговая цифровизация и что это в принципе может дать компании, в первом материале нашего проекта рассказывает генеральный директор компании «УльтимаТек» Павел Растопшин.
— Зачем нужна цифровизация производства, создание цифрового двойника завода? Все же и так может работать?
— В мире триллионы долларов скрыты в виде эффектов от оптимизации взаимодействия внутри производств. Это цифры McKinsey. Прежде всего речь идет о переходах между разными стадиями, разными переделами и так далее. Цифровизация дает сокращение оборотного капитала, рост коэффициента использования оборудования, рост технической готовности, снижение простоев, возможность управлять процессом на гораздо более детальном операционном уровне. Ну и, конечно, возможность пресечь злоупотребления.
— Не думаю, что можно что-то ценное своровать на карьере или ГОКе. Разве что окатыш.
— Ущерб ведь не только в воровстве заключается, достаточно просто использовать производственные ресурсы неоптимально. Во-первых, цифровизация позволяет составить план, исходя из реальных возможностей, а не действовать по плану, который приняли сами производственники. Во-вторых, часто работники на месте, скажем так, работают неоптимально. Например, случается простой промышленной техники, потому что водитель где-то остановился или затянул обед. Чтобы все это видеть и корректировать, надо вывести весь процесс в одну картинку.
— Много лет компании внедряют различные ERPсистемы. Зачем нужен еще какой-то софт?
— ERP-системы изначально решали финансовые задачи. И все, что волнует эти системы, — сошедшийся баланс, начисление заработной платы и выплаченные налоги. Никакой наглядной картины производственных процессов в реальном времени они не дают.
Риалтаймовые системы, конечно, есть, и их много. Но они разнообразны, локальны и не «дружат» между собой. Зачастую это спектр локальных информационных систем — ЛИСов и автоматизированных рабочих мест — АРМов. АРМ кладовщика, АРМ сталевара и так далее. Эти программы писали не производственники, а программисты для решения своих специфических проблем. И все эти системы живут в отдельных компьютерах и никак не связаны друг с другом.
В больших холдингах таких локальных информационных систем сотни, если не тысячи: и айтишные, и системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), и системы контрольно-измерительных приборов. Многие системы очень старые. Это могут быть тысячи автоматизированных рабочих мест, созданных для работы с АСУ ТП еще из 1970-х. Такие АРМы на самом деле и управляют производством. Но проблема в том, что АРМы друг с другом «не разговаривают», они живут каждый в своем компьютере.
— В современных станках тоже встроено ПО, датчики, и так далее. Станков могут быть десятки, и все от разных производителей. Как это все свести воедино к общему знаменателю — и вообще возможно ли это?
— Пока эта нестандартизованность ограничивает цифровизацию производств. Плюс большая проблема в том, что производители станков не хотят заниматься только бизнесом по производству станков, они пытаются сделать так, чтобы все играли только в их «конструктор», подобно тому как «Лего» и «Мегаблокс» делают элементы, не подходящие друг другу.
Но «научить» станки от разных производителей говорить на одном «программном языке», свести их в единую сеть можно и нужно.
Тянем сети
— Итак, для производства нужен софт, который объединит все множество автоматизированных рабочих мест и локальных информационных систем.
— Здесь тоже не все просто. Еще недавно господствовала идея, что нужно внедрять сразу единую систему, объединяющую все, что уже есть. Пришел на проект и два года его делаешь. Потом нажимаешь кнопку — у тебя все работает. Но со временем сложность возросла настолько, что это стало невозможно. Сегодня мы делам платформу, и потом туда по одному перетаскиваются ЛИСы и АРМы.
Внедрение единой платформы предполагает переписывание ЛИСов, сцепление их друг с другом, взаимоувязывание крупных и мелких процессов, которые эти системы контролируют. Плюс обогащение этой системы дополнительной информацией — возможно, с добавлением новых датчиков и измерительного оборудования.
— В чем проблема?
— Заводы в России в основном достались по наследству от СССР, поэтому там почти нет кабельных систем или даже возможности их проложить. Это создает проблему физического подключения датчиков от станков к серверам. В том числе из-за этого уровень проникновения цифровизации в производство у нас все еще невысок. Но на смену проводам приходят беспроводные технологии, такие как LTE (Long term evolution — стандарт беспроводной передачи данных. — «Эксперт»). В последние годы эта технология дешевеет, и возникает возможность на ее базе строить локальные заводские сети (PLTE). Конечно, для безопасности такие сети закрыты от внешних пользователей.
— Создали сеть — беспроводную либо кабельную. Теперь к ней нужно подключать оборудование?
— Да. Для этого надо переподключить все приборы — весы, термометры, датчики и так далее — в нужных местах и проверить корректность их работы. И только после этого возникает базовая вещь: отчет о загрузке оборудования. Зачастую на крупных предприятиях трекинг частично реализован. Например, есть очень большие и дорогие установки в химии и нефтепереработке. Там на уровне АСУ ТП трекинг сделан, но и то не везде. Но есть полудискретные производства, и там по умолчанию цифровизации нет.
Важно, что пока оборудование не подключено к серверу, вообще ничего не видно: исторически отчеты загрузки оборудования формируют сменные мастера или супервайзеры. И часто эти отчеты ни на какой реальности не основаны, отчетность ради отчетности. Но если все станки подключить к сети, становится видна загрузка оборудования в режиме онлайн. Уже это дает эффект: в переходе к реальным трекотчетам скрыт большой ресурс для наведения порядка и повышения эффективности конкретных процессов.
— Насколько оборудование и станки из прошлого века адаптивны к цифровизации?
— Вполне адаптивны. Оцифровать можно даже самые примитивные станки. Есть такая штука — токовые клещи. Условно, это прищепка, которая вешается на провода, и определяет, есть ток или нет. Дальше этот сигнал с клещей можно промаркировать — зеленый, красный, зеленый, красный. И даже такой примитив дает эффект. Банальный пример: если в воскресенье работники пришли вырезать на станке что-то для себя, руководитель об этом узнает.
— Проложили сети, подключили к ним станки. Каков следующий шаг?
— Теперь можно перейти к мониторингу производственных процессов. После того как возникло так называемое коннективити (соединение всех информационных систем в единую систему. — «Эксперт»), начинается сбор данных с оборудования. Тут рождается потребность в инфраструктуре — либо данные хранятся в собственном ЦОД, либо на внешних серверах. В производственных системах по умолчанию должен быть офлайн-режим, так что совсем перенести все управление производством в облака нельзя.
Сегодня ЦОД распространены в ретейле, в банках и других сферах услуг, но мало в промышленности. Промышленность туда только начинает идти.
Искусственно-интеллигентный диспетчер
— Не может ли быть так, что вы усложняете? Датчики уже есть, ЛИС есть. Установил камеры — повысил контроль за предприятием?
— Владелец птицефабрики, конечно, хотел бы видеть, как растут цыплята, прямо у себя на телефоне. Казалось бы, это решается камерами, но на самом деле камера дает лишь иллюзию контроля. Вы видите абстрактных цыплят — но не фиксируете в моменте их количество, состояние, привес.
Следующий уровень контроля — мониторинг оборудования. Это уже лучше: видно лампочки, которые изображают самосвалы в карьере. Они перемещаются по экрану, возникает иллюзия, что чем-то управляешь. Но для того, чтобы чем-то реально управлять, нужно видеть карту рабочего времени, где указаны загрузка, простой, полезное использование, разгрузка и так далее. И следующий шаг — элементы диспетчеризации на базе этого мониторинга.
Руководителю нужно знать, кто едет, куда едет, почему, чем и насколько он загружен. Если технологические параметры руды разные в различных забоях, то нужно как-то миксовать эти самосвалы, чтобы в итоге они привозили то, что нужно, куда нужно и когда нужно. Такая диспетчеризация — один из первых шагов систем управления производством, которые, в свою очередь, можно складывать в единую платформу управления производством.
— Как выглядит эта единая платформа?
— Для больших производств, где стоят несколько установок друг за другом, система диспетчеризации — это большой экран, на котором видно, как, что и куда переливается. Там есть системы, отражающие параметры технологических процессов в нужном визуальном режиме. Это сделано для того, чтобы, например, оператор одного цеха и оператор другого цеха понимали, какой температуры вытекла сталь, чтобы они не в рацию или по телефону друг другу звонили, а потом вписывали в какой-то журнал, а видели на одной карте, и чтобы на каждом этапе стояли датчики: здесь такая температура, здесь — такая.
Проблема в том, что живет система только та, которой пользуются. Рабочего в цеху надо заставить пользоваться новой внедренной системой — а для этого она должна быть похожа на старый ЛИС или АРМ. Плюс она должна давать дополнительный функционал. Связь всех АРМов в единую систему — это и есть диспетчеризация, и она же единая цифровая платформа. Такая диспетчеризация — управление производством на следующем, более эффективном уровне.
— Производство — это не только переделы. Это ведь еще и ремонт, обслуживание и прочий сервис. Это тоже оцифровывается?
— Ирония в том, что в России все производства очень переобслужены. Техническое обслуживание и ремонт (ТОИР) обычно одна из самых крупных затрат производства. При этом ремонт напрямую влияет на производительность. Потому что внеплановые простои стоят очень дорого. Любое производство — это ультрамарафон, ежедневная напряженная нагрузка, и это приводит к тому, что постоянно все надо ремонтировать или устранять последствия аварий, быть готовым к катастрофам и постоянно все это учитывать в плане.
Другая проблема в том, что все производственные процессы связаны и, естественно, необходимо синхронизировать работу между переделами. Поэтому доступность оборудования — суперважный фактор эффективности. Если руководитель смог все спланировать, то тогда он дешево все отремонтировал. Недообслуживание стоит дорого. Но и переобслуживание тоже стоит дорого.
Десятки миллионов долларов заработали консалтинговые компании только в России за последние годы на презентациях под названием «Стратегии ремонтов группы компаний…». Потому что если компания тратит два миллиарда долларов в год на весь ремонтный бюджет, то оптимизация этой огромной суммы заслуживает внимания и качественного управления. В нашем случае — с помощью цифровых технологий.
— Как эффективно спланировать ремонт?
— На производствах, которые находятся еще на низких стадиях цифровизации, ремонты производят на основании нормативных планов. Методы контроля там не менялись с середины двадцатого века: это обзвон исполнителей, обработка руками данных. Соответственно, периодичность принятия решения — раз в сутки или когда приходится реагировать на аварию. Но раз мы все-таки говорим о создании непрерывных производств, запоздалого принятия решений здесь быть не может. Цифровые решения дают сейчас главному инженеру доступ к мониторингу данных в реальном времени, чем значительно повышают степень гибкости и быстроты принимаемых решений. Это если говорить о дашбордах и платформах. Есть также лазеры, вибродатчики или тепловизоры высокого разрешения: с их помощью контролируется износ оборудования абсолютно разных видов — от футеровки печей и валков прокатных станов до промышленных трансформаторов и станков. День простоя крупного завода — это сотни миллионов рублей. А «цифра» помогает минимизировать этот риск и в целом снижает энтропию в процессах, оптимизируя затраты на статьи ремонтов на пять-семь процентов.
Конечно, порядок в производстве нельзя навести мгновенно. Да, стали мониторить — стали видеть реальную картину, узнали реальный коэффициент использования оборудования и коэффициент технической готовности, простои и так далее. Все это позволяет считать KPI и нормативы, лучше планировать, контролировать и управлять. По сути, это рост производительности. Но все это прошлый век.
Искусственный интеллект завода
— А что следующий век? Тот самый цифровой двойник?
— Существует несколько горизонтов планирования — от долгосрочного до календарного, где можно предусмотреть детализацию на сутки-смену. Большинство компаний внедрили системы объемно-календарного планирования на 30–45 суток, а вот задачи посуточного планирования пока реализованы мало где. В частности, такой проект есть у Shell. У нас этим активно занимается «Газпром нефть». Основное преимущество такого подхода заключается в гибкости: у производства появляется возможность актуализировать планы в зависимости от изменений технологических режимов и даже внешних факторов. Например, несколько лет назад после циклона в Юго-Восточной Азии стало понятно, что через короткое время начнутся перебои с поставками натурального каучука, и, следовательно, необходимо было быстро перепланировать производство синтетического каучука в сторону увеличения. В общем, задачи непростые и могут включать в себя множество переменных факторов. Но чем выше будет гибкость производства, тем выше шансы на рыночный успех.
— Факторов становится настолько много, что это похоже на хаос. Неужели планировать в такой ситуации возможно?
— В России все сложно оцифровать, в том числе из-за русской врожденной изобретательности. Если что-нибудь заказывать в Германии, они сразу дают длинный срок исполнения заказа. Каждый новый поступивший заказ они ставят в хвост и заказ можно ждать несколько месяцев. В России же цеховики возьмут заказ и будут перенастраивать оборудование, крутиться, менять. В таких условиях планировать очень сложно.
Надо выходить на следующий уровень планирования: межзаводскую кооперацию — создавать единые интерфейсы между заводами. Например, в России много металлообрабатывающих станков. Но где-то с загрузкой пусто, где-то густо. В принципе, благодаря биржам заказов можно меняться заказами на металлообработку. Конечно, этому мешает ментальность директоров, но это возможно.
Чтобы решить проблему, надо сделать какую-то общую базу, сгрузить в нее все планы всех предприятий и на основании этого массива данных понимать, где можно использовать чужие мощности.
— Возникает вопрос логистики. Разные предприятия могут находиться на значительном расстоянии друг от друга.
— Да, но и в логистике тоже много ресурсов для экономии. Логистика идет рука об руку с качеством. Например, уголь: если что-то не туда засыпать и отправить покупателю, судно доберется до заказчика, а потом окажется, что этот балкер с углем не соответствует требованиям. Заказчики отправят его обратно, плюс возьмут солидный штраф. Значит, необходимо управление этими разными видами планирования, операционным производством, логистикой.
— Технологии стремительно развиваются, появляются дешевые GPS-трекеры, беспилотники, камеры и много других решений. Все это как-то применяется в промышленности?
— В последние годы активно развиваются технологии компьютерного зрения: камер стало много, и они разные — тепловизионные, высокого разрешения, высокочастотные и так далее. Появилась возможность «привязки» потока визуальной информации к производственным планам, повышения уровня промышленной безопасности. Например: по цеху идет человек. Машина определяет: он здесь должен находиться? Или сейчас у него здесь нет технологической операции? Параллельно происходит мониторинг наличие каски, маски, средств защиты. Стало возможным провести как ретроспективный анализ брака и потерь, отсматривая автоматически размеченное видео операций, так и корректировать течение технологического процесса в реальном времени, собирая различные диагностические признаки.
Отдельное направление — беспилотники. Они применяются для мониторинга в том числе в стройке: на основании съемок с беспилотников строится 3D-модель и рассчитывается план-факт стройки. Их также используют при осмотре протяженных объектов — ЛЭП, трубопроводов — на предмет необходимости ремонтов. На некоторых предприятиях с помощью беспилотников снимаются замеры выбросов для контроля экологичности производства.
— А искусственный интеллект?
— Будущее вообще за роботами. На практике беспилотный самосвал экономит 13 процентов топлива на одном том, что он плавнее едет. Но основной эффект от внедрения беспилотников — это повышение производительности всего карьера: беспилотник может ездить быстрее живого водителя, может ездить в плохих погодных условиях, может работать без обедов и пересменок — это основной эффект. В итоге это огромные деньги.
Еще одно направление — дополненная реальность — когда слесарь или работник работает в умных очках, которые ему дают различные подсказки.
— Это где-то реализовано?
— Я не видел. Может быть, на заводе BMW. Однако важны не сами очки. Важно, что появилось математическое моделирование и искусственный интеллект для более филигранного управления процессами. Берется массив данных, который не структурирован, а потом из этого массива математики — специалисты по ИИ выделяют корреляцию, которая экономит много денег.
Например, дуговая сталеплавильная печь. Туда складываешь сто тонн лома, включаешь дугу. Но как правильно набирать энергию в процессе плавки? Плавно или быстро? Один сталевар так привык, другой иначе. В теории, с точки зрения физики всегда должен быть одинаковый расход электроэнергии. Но оказывается, можно быстрее эту электроэнергию истратить, быстрее расплавить. Вот как раз здесь очень помогает ИИ: советчик подсказывает оператору печи, как правильнее набирать энергию в процессе, чтобы на одну плавку тратить не пятьдесят, а сорок пять минут. Как итог — за смену делается больше плавок, и это снова про те деньги, которые «спрятаны» в эффективности процессов.
Однако реализовать это возможно, кода уже все собрано в единую цифровую систему, стоят датчики и измерение, ремонт оцифрованны. На основании всего этого идет планирование. И вот уже тогда появляется опция на каждый станок сделать дополнительный тюнинг с помощью математических методов. Только тогда и получается цифровой двойник.
6 шагов цифровизации предприятия
1. Базовая инфраструктура (сети, датчики, измерители)
2. Диспетчеризация (управление производством)
3. Управление активами и обслуживание активов
4. Планирование производства, логистика, межзаводская кооперация
5. Техническое зрение для задач промышленности, промбезопасность
6. Роботизация, дополненная реальность, цифровые советчики, цифровые двойники
Фото: Олег Сердечников
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl