Болид на ИТ-тяге

Под Лондоном, в городке Милтон-Кинс, собирают машины "Формулы-1". Производство ведется по принципам "Индустрии 4.0" — в электронном формате от эскиза до выпуска готового болида. Корреспондент iOne отправился туда, чтобы увидеть будущее промышленности своими глазами.

Производственные мощности команды Red Bull Racing занимают восемь зданий. В сборочном цеху фотографировать запрещено, потому что в кадр могут попасть детали, которые используются в болидах. Это секретные разработки. Команда создает машины самостоятельно — от проекта до всех физических компонентов. Только шины и мотор заказывают отдельно.

Фактически это один из первых примеров цифрового предприятия, которое станет типичным в эпоху четвертой промышленной революции. Эта концепция, которую еще называют "Индустрия 4.0": и заводы, и сами получаемые товары будут наполнены киберфизическими объектами (компонентами, оборудованием, деталями, подключенными к сетям). Проще говоря, роботы станут собирать роботов, и весь цикл производства будет проходить через цифровые автоматизированные процессы.

Гоночная команда использует для автоматизации программное обеспечение Siemens PLM Software. Это одна из платформ, которая уже готова к работе на предприятиях "Индустрии 4.0". Вендор продолжает ее дорабатывать: до конца года добавится интерфейс Active Workshop, позволяющий системе предсказывать запросы пользователей.

Детали производятся по электронным чертежам и могут быть откорректированы на любой стадии производства при внесении соответствующих поправок в исходные схемы конструкции. Также может быть изменено производящее их оборудование. Такой подход теоретически снижает себестоимость создания единичных изделий и позволяет персонифицировать массовую продукцию.

Пока команда Red Bull Racing только на пути к созданию полноценного предприятия "Индустрии 4.0", но уже прошла дальше, чем большинство заводов в мире.

Цифровой двойник

Ян Ларсон, старший директор по маркетингу Siemens PLM Software в регионе EMEA, рассказывает, что заводы нового поколения потребуют реализации концепции "цифрового двойника". Идея в том, чтобы полностью воспроизвести физический объект в виртуальной среде, отразить все этапы жизненного цикла в единой цифровой платформе.

Именно этот подход позволяет не только менять характеристики будущей продукции на всех стадиях, но и контролировать эффективность производственного процесса в каждый момент времени.

Лучшего места, чем "Формула-1", для применения концепции цифрового предприятия, кажется, не найти. Командам приходится создавать новый продукт ежегодно: в штучных масштабах, всего за пять месяцев и практически в режиме реального времени учитывать результаты соревнований, чтобы достигать наилучшего результата при соблюдении правил, которые постоянно меняются.

Машины "Формулы-1" не самые быстрые в заезде по прямой. Они разгоняются "всего" до 200 миль в час, как скромно признается Алан Писленд (Alan Peasland), руководитель отдела по техническому партнерству Red Bull Racing. Действительно, ведь некоторые опытные образцы автомобилей преодолели звуковой барьер, но используя ракетный двигатель и перемещаясь исключительно по прямой.

Если в начале своей деятельности компания вносила 10 тыс. изменений в механизмы болида за год, то сейчас — около 30 тыс.

Однако при езде по трассе, изобилующей поворотами, "формульным" болидам нет равных. Они умеют быстро набирать высокую скорость и эффективно снижать ее для входа в крутой поворот по оптимальной траектории. При этом правила жестко ограничивают количество возможных испытаний и даже не позволяют исследовать аэродинамику созданных машин на полноразмерных моделях.

Команда Red Bull Racing относительно молода: создана в 2004 году, начала выступать в 2005-м. Siemens сразу была выбрана технологическим партнером, но сначала ее программное обеспечение использовалось для САПР — проектирования в электронном виде.

Лет десять назад началось использование компьютерных методов для просчета газодинамики Писленда. Создавалась цифровая модель гоночного автомобиля, которая "продувалась" в виртуальной реальности, давая данные о наиболее выгодной форме того или иного элемента конструкции при минимальных затратах. Тогда же Red Bull Racing завела свой центр обработки данных, объем информации в котором с тех пор заметно вырос.

Формула ИТ

Сейчас объем данных на ЦОД компании Red Bull Racing составляет около петабайта, что соответствует объему ста современных жестких дисков по 10 терабайт каждый. Данные накапливаются при компьютерном расчете аэродинамики — каждая секунда симуляции генерирует 250 Мб. Также ведется запись показателей болида при испытаниях на трассе.

Правила позволяют проводить продувку в аэродинамической трубе только моделей в 60% размера от реального. Поэтому заезды перед стартом и гонка — основная возможность для коррекции модели и тонкой настройки болида под трассу. За одни гоночные выходные компания получает 400 гигабайт данных.

Современные инструменты обработки данных позволяют быстро усовершенствовать конструкцию. Если в начале своей деятельности компания вносила 10 тыс. изменений в механизмы болида за год, то сейчас — около 30 тыс.

При этом Писленд отмечает, что учитываются только финальные изменения в конструкции. Но если раньше любое предложение инженера приходилось проверять на практике, то сейчас множество вариантов отметается еще на этапе моделирования, поэтому реальный темп изменений еще выше.

Чтобы взаимодействовать с таким потоком информации, изначальный состав компании вырос более чем вдвое. "У нас около 700 сотрудников, но этого недостаточно. Для повышения конкурентоспособности мы сотрудничаем с партнерами, такими как Siemens",— говорит Писленд. Он щедро разделяет славу за успехи в гонках с компанией, называя Siemens PLM Software одним из ключевых партнеров.

Гоночная компания использует решения NX и Teamcenter. Первый продукт создан для инженерного проектирования и анализа, включая привычные для САПР задачи — создание чертежей в электронной среде, расчет характеристик.

Teamcenter — это сердце PLM-системы, он отвечает за взаимодействие с ERP (система учета ресурсов), программами для черчения, планирования, визуализации и взаимодействия с партнерами. Он позволяет влиять на каждый из этапов создания продукта, а на основе информации, содержащейся в Teamcenter, строятся отчеты, в том числе в формате SharePoint на внутреннем портале компании.

Продукт поддерживает интеграцию с Microsoft Office. Таким образом предоставляется доступ всех сотрудников к продукту, с разграничением уровня доступа в зависимости от роли. Это сделано как для информационной безопасности, так и для выделения для каждого только важной для него информации.

Использование открытых форматов данных позволяет подключать к платформе Siemens PLM программы других компаний, например системы ERP или ПО для расчета аэродинамики на основе виртуальной модели.

Сделай сам

Через дорогу от сборочного цеха стоит настоящий завод будущего. Здесь есть 3D-принтеры нескольких типов для создания экспериментальных элементов из пластика или металлизированного порошка. На малоразмерных моделях проводятся испытания в аэродинамической трубе и проверка прочностных свойств. Если получаемые значения отклоняются от расчетных, виртуальная модель болида корректируется в электронном виде и создается новый прототип.

Рядом находится цех производства из углеволокна, которое позволяют создать прочный, но чрезвычайно легкий корпус болида.

По правилам "Формулы-1" масса болида не может быть меньше 702 кг с учетом веса пилота. Но благодаря производству большинства деталей из углеволокна удается добиться даже чуть меньшего веса, поэтому в машину добавляют балласт, грузики из вольфрама, которые позволяют добрать нужный вес, а их расположение позволяет лучше подогнать динамику автомобиля под трассу.

При разработке элементов на стороне такой процесс мог бы затянуться надолго. На своем заводе команда Red Bull может быстро создавать и малоразмерные модели, и конечные элементы болида, из которых он потом здесь же и собирается.

"Наш автомобиль весит меньше, чем Smart, около 700 кг,- гордится Писленд.— Но его мотор работает на 15 тыс. оборотов и разгоняет машину до 200 миль в час". И добавляет, что команда Red Bull Racing за свою историю занимала место на пьедестале в половине проведенных гонок, а четверть — выиграла.

Ян Ларсон отмечает, что концепция цифрового двойника одинаково применима и к штучной продукции, такой как ракеты или болиды "Формулы-1", так и для массовой.

Компьютерное управление стадиями производства позволяет создавать индивидуализированные изделия по себестоимости массового производства. Это может быть редкий цвет для ограниченной партии устройств или установка компонентов в партиях, поставляемых в страны с особыми требованиями местного регулятора.

Интересное место для завода выбрала австрийская команда Red Bull Racing. Неподалеку располагается еще один небольшой городок — Виндзор. В одноименном замке веками творилась история империи, над которой в зените могущества не заходило солнце. Колониальные походы устарели, но теперь новая история творится в Милтон-Кинс, где работает одно из уникальных цифровых предприятий.