Гороскоп для близнецов

Что ждет «цифровых близнецов» в российской промышленности

bliz

— Хьюстон, у нас проблема.

Из знаменитой фразы, сказанной командиром лунной миссии «Аполлон-13» Джеймсом Ловеллом в 330 000 километров от Земли, родился главный производственный тренд современности. Взрыв криогенного бака с жидким кислородом на борту командного модуля потребовал от Центра управления полетом быстрых решений, гарантировавших возвращение экипажа на Землю. К счастью, в 1970 году в NASA уже была принята концепция «близнецов» — симуляторов, которые позволяли анализировать реальные телеметрические данные и выявлять неполадки, предлагать решения и тестировать варианты действий прежде, чем астронавты исполнят рискованные приказы.

Три десятилетия спустя концепция «цифровых близнецов» покинула стены NASA: в 2003 году космический термин «digital twins» появился в статье «Цифровые близнецы: превосходство в производстве на основе виртуального прототипа завода». Её автор, профессор Технологического института Флориды и бывший сотрудник NASA Майкл Гривс утверждал, что «цифровые двойники» или «цифровые близнецы» не только предупреждают аварии и помогают бороться с ними, но и значительно увеличивают экономическую эффективность производства. «Применение цифрового двойника происходит на протяжении всего жизненного цикла изделия — чтобы обеспечить высокий уровень качества для потребителя, и предоставить информацию о том, как он на самом деле пользуется продуктом — для изготовителя», — писал Гривс. Сегодня, в век промышленного интернета вещей, цифровые двойники есть у крупнотоннажных судов и атомных электростанций, нефтяных скважин и небоскрёбов. И российская промышленность не остается на обочине этого глобального тренда.

Промышленность без человека

Цифровая модель менеджмента в промышленности — не новомодное веяние, а закономерный этап производственной эволюции, которая движется в направлении максимальной независимости от человеческого труда. В эпоху первой промышленной революции (назовем ее «Индустрия 1.0»), орудия стали механизированными. На этапе 2.0 появился конвейер. На ступени 3.0 появилась автоматизация производства: человек стал контролировать процесс дистанционно. В Индустрии 4.0 внедрение цифровых моделей позволит производству стать полностью автономным — в том числе, ставить себе задачи и решать их, согласуясь с логикой внутреннего развития и изменяющимися внешними параметрами.

Цифровая модель менеджмента, построенная на парадигме digital twins, как раз и обеспечивает преимущества перехода от Индустрии 3.0 к Индустрии 4.0. Во-первых, она позволяет видеть всю систему производства в целом и корректировать ход технологических процессов в реальном времени. Во-вторых, цифровые двойники прогнозируют развитие процессов и упреждают отклонения от нормы. В-третьих, появляется возможность гибко реагировать на изменяющиеся внешние условияи быстро перестраивать систему или перенастраивать ее работу в соответствии, например, с конъюнктурой рынка. В-четвертых, появляется возможность сокращать издержки за счет уменьшения количества ошибочных решений. В-пятых, цифровая модель исключает из производственного процесса человеческий фактор.

Сколько нужно двойников

Создание различных цифровых двойников — обязательная часть работы по переводу существующих предприятий в цифровую среду с виртуальным менеджментом. Очевидно, что в недалеком будущем управление любым объектом и его функциями, вне зависимости от его размеров и сложности функционала, будет сведено к манипуляциям с компьютерной оболочкой под руководством человека или искусственного интеллекта. Все, что для этого необходимо — создать такую оболочку: построить достоверную цифровую модель (digital twin) и подключить её к системе сенсоров, контроллеров и актуаторов, управляемых онлайн.

Цифровые двойники могут решать любые производственные задачи: под каждую найдется своя цифровая модель.

Цифровой двойник продукта позволяет предсказывать его поведение, выявлять недочеты, отрабатывать дизайн и эргономику еще до изготовления реального прототипа.

Двойник производства позволяет валидировать процесс изготовления продукта еще на стадии проектирования. На таком «близнеце» можно эффективно отладить технологическую схему и варианты ее работы при изменении каких-либо условий.

Операционный двойник работает с массивом данных, которые генерирует «умный завод», позволяет анализировать эти данные и улучшать эффективность производства на основе этого анализа: увеличивать количество и качество инсайтов для его развития, предлагать новыевозможности для бизнеса.

Цифровое производство — цифровому поколению 

В России цифровые двойники активно применяются в различных отраслях — от атомной промышленности до нефтепереработки. В частности, работы по созданию цифрового двойника производства ведутся на Красцветмете. Двойник будет включать в себя не только цифровые модели зданий и технологических процессов, но и весь комплекс существующих программных решений по управлению и автоматизации производственных и операционных процессов (SAP, MES, 1C и т.д.).

Алексей Высоцкий
Генеральный директор Vysotskiy consulting

«Я уверен, что будущее — за цифровым миром. В этом мире главным будет цифровой прообраз, а реальность станет вторичной. Уже сегодня цифровое общение заменяет живое, а самый популярный 3D редактор — это игра «Майнкрафт», в которую дети играют с 6 лет. Всё идет к тому, что мы будем жить в виртуальном пространстве, где всё, что происходит снаружи, вторично. Поэтому предположение, что лет через 20–30 работа станет максимально автоматизированной и будет происходить без привязки человека к конкретному месту, не вызывает особых сомнений».

Разработчики утверждают, что в будущем управление всем производством будет сведено к работе нескольких операторов, обладающих всей информацией о происходящих на заводе процессах — от температуры в реакторе до открытой форточки в цехе. Они будут управлятьходом производства, не вставая с кресла.

Но для достижения этого идеала необходимо провести колоссальную работу. На первом этапе нужно полностью оцифровать существующие объекты — здания, коммуникации, технологическое оборудование, а также технологические процессы.

Для создания цифровой модели существующих производственных помещений на заводе используется технология BIM (Building Information Modeling), её активно применяют в проектировании и строительстве. С помощью лазерного сканера измеряются геометрические параметры каждого объекта. Затем из полученного облака точек создается его 3D-модель. Важное преимущество трёхмерности заключается в более точном и корректном отображении технологических коммуникаций. На сегодняшний день уже завершено создание цифрового двойника одного из цехов Красцветмета, со всем технологическим оборудованием в нём.

Пока что наибольшую сложность у разработчиков вызывает цифровое моделирование технологических процессов, связанных с химическими реакциями. Важно не только «отразить» их текущее состояние в цифровом двойнике — переход на производство 4.0 потребует коренной перестройки многих технологических процессов. Исключение человека из производственной цепочки позволит по-другому организовать пространство, сократить производственные площади. Требование гибкости и безостановочности производства поднимает вопрос о переходе к модульной системе его организации. При этом любые изменения в реальном производственном процессе потребуют изменений в цифровом двойнике — это история бесконечной оптимизации.

Команде разработчиков предстоит пройти большой путь, в ходе которого придется ломать не только стены цехов и производственные стереотипы. И причина здесь не только в повышении эффективности производства.

В популярной когда-то компьютерной стратегии SimCity игрок руководил строительством, жизнью и развитием виртуального города. Это был своего рода прообраз менеджмента будущего — мечта о времени, когда всеми изменениями в жизни и работе сложного физического объекта можно будет управлять с единого командного пульта.

Те, кто играл в эти игры 20 лет назад, сегодня воплощают их в жизнь. А через 10–15 лет управлять производством придет поколение Z — люди, для которых виртуальный мир реальнее окружающей действительности, а цифровой менеджмент является безальтернативным способом управления. Подготовить промышленность к смене управленческих поколений — одна из главных задач цифровизации российской экономики. Если мы хотим смотреть в будущее страны так же радостно, как экипаж Аполлона-13 смотрел на приближающуюся Землю, без цифровых двойников нам не обойтись.

Максим Аникушкин
Генеральный директор «Триметари Консалтинг»

«Имей мы неограниченный бюджет, можно было бы с нуля спроектировать предприятие будущего: взять лучшие технологии и автоматизировать их так, чтобы в ближайшие годы человеку не было нужды даже заходить в цех. Всем можно было бы управлять удаленно. А еще лучше, чтобы за нас производством «рулил» искусственный интеллект.

Но нужно понимать, что цифровые технологии пока не отработаны массово, и многие проекты делаются с прицелом стать лидером через 5–10 лет. Если глобально внедрять такие вещи, строить новые цеха, можно столкнуться с валом глобальных проблем, которые обязательно проявятся. Кроме того, мы живем в реальности, где ограничены финансовые средства, человеческий ресурс и рыночный спрос. И в рамках таких ограничений единственный способ развития — это поэтапный переход с постепенным повышением доли цифровизации производства. При таком подходе можно тщательнее контролировать процесс и сделать переход к Индустрии 4.0 мягче и безопаснее».