Организация производства в машиностроениии в условиях цифровой трансформации

DOI: 10.25987ZVSTU.2019.37.63.002 УДК 658.5

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИИ В УСЛОВИЯХ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ

С.В. Амелин

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 14

Введение. В статье рассматриваются вопросы совершенствования организации машиностроительного производства в условиях «цифровизации» процесса производства и управления. Необходимость модернизации отечественных производственных систем, разработки актуальных подходов и методов организации производства и управления определяется современными тенденциями перехода экономики к новому технологическому укладу.

Данные и методы. Невозможно осуществлять модернизацию экономики без формирования современной мощной отрасли машиностроения, роль которого является определяющей в формировании кооперационных сложных цепочек с другими отраслями экономики. Успех осуществления цифровых преобразований необходимым условием имеет формирование единого информационного пространства (ЕИП) и механизмов интеграционного взаимодействия субъектов социально-экономической деятельности. Организация выполнения программы цифровизации предприятий машиностроения, включающих конструкторские бюро, опытные предприятия, заводы серийного выпуска продукции является условием успеха цифровизации экономики России. Необходимо активизировать процессы совершенствования организации автоматизированного и роботизированного производства, повышения уровня его интеллектуализации на предприятиях машиностроения. Оборудование предприятий машиностроения должно иметь возможность быстрой перенастройки на выпуск разных видов продукции в целях повышения гибкости производства.

Полученные результаты. Необходимость оперативного обмена информацией между средствами и предметами труда, производственным, управленческим и обслуживающим персоналом, сокращение его численности, осуществление быстрой переналадки оборудования производственного, переход к производству новых изделий с помощью смены управляющих программ в гибких производственных системах и робототехнических комплексах соответствуют современной парадигме организации производства и управления.

Заключение. В области цифрового производства развиваются современные технологии: «умное роботизированное производство», включающее гибкие обрабатывающие центры, станки с числовым программным управлением, «промышленный интернет вещей», «аддитивные технологии производства», «искусственный интеллект», «аналитика больших данных», «облачные технологии хранения и переработки информации». Отечественные машиностроительные предприятия используют единые стандарты (СРПП, ЕСКД, ЕСТД, ЕСТПП и др.) представления информации, касающейся жизненного цикла продукции, что способствует реализации программы цифровизации. Ключевые слова: организация производства в машиностроении, цифровое машиностроительное производство, организация машиностроительного предприятия, организация производственных процессов, интернет вещей, цифровая трансформация производства.

Сведения об авторах: Станислав Витальевич Амелин (д-р экон. наук, assa-prima@mail.ru), профессор кафедры экономической безопасности

On authors:

Stanislav V. Amelin (Doctor of Economics, Sciences (assa-prima@mail.ru) Professor, Department of Economic Security

Для цитирования:

Амелин С.В. Организация производства в машиностроениии в условиях цифровой трансформации // Организатор производства. 2020. Т.28. №1. С. 17-23 DOI: 10.25987/VSTU.2019.37.63.002

ORGANIZATION OF PRODUCTION IN MECHANICAL ENGINEERING IN CONDITIONS OF DIGITAL TRANSFORMATION

S.V. Amelin

Of the "Voronezh state technical University" 394026, Voronezh, Moscow Avenue, 14

Introduction. The article considers the issues of improving the organization of machine-building production in the conditions of digitalization of the production process and management. The need of modernization of domestic production systems, the development of relevant approaches and methods of production and management is determined by the modern trends of transition of economy to new technological way. Data and methods. It is impossible to modernize the economy without the formation of a modern and powerful branch of engineering, whose role is decisive in the formation of a cooperative complex chains with other sectors of the economy. The success of digital transformation, a necessary condition is the establishment of a single information space (SIS) and the mechanisms of integration and interaction of subjects of socioeconomic activities. The organization of the program of digitalization of enterprises of mechanical engineering, including design bureaus, pilot enterprises, plants of serial production is a condition for the success of digitalization of the Russian economy. It is necessary to intensify the process of improving the organization of automated and robotic production, improving the level of intellectualization of the engineering enterprises. Equipment of engineering enterprises should have the ability to quickly reconfigure the production of various types of products in order to increase production flexibility.

The results obtained. The need for rapid exchange of information between means and objects of labor, production, management and service personnel, a decrease in its population, the implementation of the quick changeover of production, the transition to production of new products using change control programs in flexible production systems and robotics complexes corresponds to the contemporary paradigm of production organization and management.

Conclusion. In the field of digital production developed by modern technology: "smart robotic production", including flexible machining centers, machine tools with numerical control, "industrial Internet of things", "additive production technology", "artificial intelligence", "big data Analytics", "cloud storage technology and information processing". Domestic machine-building enterprises use common standards (SRPP, ESKD, of ESTD, ASTPP etc.) of information relating to product life cycle, which contributes to the implementation of the program of digitalization.

Key words: organization of production in mechanical engineering, digital manufacturing, organization of machine-building enterprises, organization ofproduction processes, the Internet of things, digital transformation of the industry.

For quoting:

Amelin S.V. Organization of production in mechanical engineering in the conditions of digital transformation // Production Organizer. 2020.V.28. No. 1. P. 17-23. DOI: 10.25987/VSTU.2019.37.63.002

Введение

Усиление международной конкуренции в современных условиях не всегда только с помощью рыночных методов, вызывает необходимость роста обеспечения экономического суверенитета страны с помощью ускорения модернизации машиностроительных

производственных систем, опирающегося на современные организационные и технико-технологические решения, ориентированные на создание производств пятого и даже шестого технологических укладов.

Последствия недавней деиндустриализации отечественной экономики необходимо преодо-

леть и перейти к переработке сырья на высокотехнологичном уровне на отечественных предприятиях машиностроения для выпуска продукции для внутреннего рынка и на экспорт в единых технологических цепочках с высокой добавленной стоимостью. При этом важной задачей является ускорении темпов роста высокотехнологичного промышленного капитала и воспроизводство компетентного человеческого капитала, поскольку, без учёта импорта техники, машин и оборудования, собственными машино-техническими ресурсами ни накопление, ни даже воспроизводство не обеспечивается.

Реиндустриализация машиностроительного производства России в соответствии с инновационной моделью развития характеризуется развитием экономики знаний, созданием технологических платформ, цифровизацией производства и управления, что является важными условиями роста эффективности машиностроительных предприятий. Появление новых цифровых технологий требует совершенствования подходов и методов организации производства в машиностроении [1, 2, 3].

Методика исследования

Инновационная модель развития машиностроения России характеризуется созданием технологических платформ, цифровизацией производства и управления, развитием экономики знаний, что является важными факторами повышения эффективности отечественных промышленных предприятий и требует совершенствования методических подходов и инструментов организации машиностроительного производства.

Современная концепция организации «цифрового производства» в машиностроении включает необходимость комплексной автоматизации всех процессов производства и управления: маркетинговых исследований, конструкторской и технологической подготовки производства, снабжения сырьём, материалами и комплектующими деталями, планирования и диспетчирования производства, изготовления машиностроительной продукции и её сбыта.

Под организацией высокотехнологичного цифрового производства будем понимать комплекс методов, приёмов и мероприятий, направленных на обеспечение наиболее эффективного сочетания обладающих необходимой компетенцией высококвалифицированных ра-

ботников в процессе труда с инновационными средствами и предметами труда в пространстве и времени для достижения целей производства на основе «цифровизации» управления жизненным циклом продукции [1, 2].

Жизненный цикл машиностроительной продукции включает последовательность этапов и соответствующих бизнес-процессов, которые она проходит за период своего существования, включая рыночные маркетинговые исследования, формирование технического задания, конструкторские разработки, технологическую подготовку производства, процесс производства, поставку, эксплуатацию, сервисное обслуживание, утилизацию продукции. Отображении бизнес-процессов в виртуальной информационной среде в электронном виде осуществляется с помощью компьютерно-информационного сопровождения процессов жизненного цикла продукции машиностроения (CALS - Continuous Acquisition and Life cycle Support).

Осуществление эффективной модернизации машиностроительных производственных систем требует формирования инновационных подходов к организации и экономическому обеспечению процессов производства, а также современных цифровизированных систем и методов управления.

В соответствии с концепцией «Индустрия 4.0», разработанной в Германии, современная экономика в ходе четвертой промышленной революции, отличается переходом к «кастомизи-рованному» персонализированному

производству, внедрением киберфизических систем, созданием «умных» предприятий.

Четвёртая промышленная революция характеризуется такими технологическими трендами как: вертикальная и горизонтальная интеграция, использование обрабатывающих центров, станков с ЧПУ, роботизация производства, коллаборация людей и промышленных роботов, аддитивные технологии с использованием 3D принтеров, беспилотный транспорт, промышленный интернет вещей, искусственный интеллект, анализ больших данных, облачные вычисления и хранение данных, моделирование и прогнозирование в целях обоснования принимаемых решений, дополненная реальность, кибербезопасность.

Киберфизические системы (CPS) характеризуются наличием информационной двусторонней связи между производственными физическими процессами и средствами вычислительной тех-

ники. Взаимодействие элементов данных систем на всех стадиях жизненного цикла продукции машиностроения реализуется посредством использования управляющих программ, элементы таких систем могут располагаться совместно в производственной зоне, а также в удалении друг от друга. Сбор и анализ информационных данных в киберфизических системах осуществляются с целью диагностики состояния, прогнозирования, выбора вариантов управляющих воздействий, автоматической настройки, адаптации к текущей ситуации.

Машиностроительные предприятия, используя возможности современных информационных технологий, активизируют процессы автоматизации и роботизации производства, повышения его оперативности и гибкости, совершенствования организации производства и управления предприятием, увеличения степени его интеллектуализации.

Цифровое машиностроительное производство основывается на использовании информационных технологий цифрового математического и имитационного моделирования [3, 4, 5] при проектировании машиностроительной продукции, информационного обеспечения производственных и организационных и управленческих процессов на протяжении всего жизненного цикла продукции. Развитие концепции цифрового производства имеет ряд ключевых направлений.

Цифровое моделирование предполагает отработку процессов изготовления продукции на виртуальных моделях, включающих цифровые копии изделий, оборудования, процессов производства и персонала предприятия посредством создания цифровых двойников продукции и процессов её производства.

Формирование цифровизированного производства продукции машиностроения, призвано обеспечить высокое качество процессов производства и управления, чему способствует развитие средств анализа больших массивов данных (Big Data), облачных вычислений, аддитивных производственных технологий, использования дополненной реальности и др. Технологии дополненной реальности позволяют в реальном времени выводить рабочие инструкции при монтаже и переналадке оборудования, выполнении работниками производственных операций.

Дополненная реальность AR (Augmented reality) заключается в наложении отображаемой

компьютером информации на реальные объекты в процессе сборочного производства и логистических операций в виде виртуальных инструкций и подсказок по сборке компонентов изделий и узлов, транспортировки и складирования материалов и готовой продукции.

Облачные технологии вычисления (cloud computing) предоставляют возможности онлайн-сервиса распределенной обработки данных, доступ к большим объемам памяти для хранения документов и осуществления расчётов для интернет-пользователя.

Промышленный интернет вещей (IIOT) предполагает использование возможностей объединения оборудования в единую сеть, в которую поступают управляющие команды и информация с значительного количества датчиков, устанавливаемых на производственном оборудовании и на предметах труда, даже в течение всего жизненного цикла продукции. В цифровом производстве всё большую функциональность получают промышленные роботы, которые могут выполнять работу как самостоятельно, так и в режиме сотрудничества, кооперации, коллаборации с персоналом производства.

Внедрение промышленного интернета вещей позволяет сократить незапланированные простои, снизить число поломок оборудования и внепланового технологического обслуживания, уменьшить число сбоев в управлении цепочек поставок.

Современное цифровизированное производство требует реализацию горизонтальной и вертикальной интеграции производственных систем, и хотя многие используемые в настоящее время цифровые информационные системы имеют возможность обмениваться информацией, необходимо обеспечить совместимость их на различных уровнях как внутри машиностроительного предприятия, так и для взаимодействия между сотрудничающими организациями. Для обеспечения возможности оперативного и своевременного обмена информацией между промышленным оборудованием и автоматизированными системами управления предприятием необходимо создание единого информационного пространства. Изготовление продукции в цифро-визированном кастомизированном производстве может осуществляться в соответствии с индивидуальными заказами, соответственно потребители становятся элементами цепочки

формирования ценности, как непосредственные участники такого взаимодействия.

Поддержка реализации процессов на протяжении жизненного цикла продукции машиностроения с использованием единого информационного пространства охватывает маркетинговые исследования, проектирование продукции, снабжение, подготовку производства, технологические процессы производства и контроля качества, упаковку, реализацию, складскую и транспортную логистику, эксплуатацию, обслуживание и ремонт, утилизацию.

Цифровое производство позволяет повысить уровень производительности труда и качества продукции, обеспечивает возможность совместной удаленной работы и кооперации участников проекта, улучшение контроля за издержками и прогнозируемости процессов производства и управления. С помощью применения цифровых программно-аппаратных комплексов производства и контроля качества продукции нивелируется появление ошибок, вызванных человеческим фактором.

Развитие промышленного интернета вещей, разработка и внедрение в производство искусственного интеллекта на основе нейросетевых технологий, позволяет реализовать возможности «умного производства», принимать оперативно решения в целях рационализации производственного процесса при возникновении сбойных и проблемных ситуаций [3, 4, 5].

Для цифрового производства характерна организация комплекса беспроводного сетевого взаимодействия подсистем и компонентов, процессы оперативного сбора информации от различных датчиков и анализа полученных данных, информационного обмена с целью идентификации сбойных и критических состояний, их интерпретации на основе анализа сложившейся ситуации, планирования исходя из полученных результатов дальнейших действий,.

Оборудование машиностроительного производства, оснащается большим числом датчиков, которые с высокой точностью оперативно регистрируют события в производственном процессе, а встроенные процессоры позволяют в рамках делегированных полномочий, самостоятельно, принимать решения по управляющим воздействиям в текущей ситуации, вне зависимости от системы управления предприятия.

На предприятиях машиностроения с цифровым производством собираются и передаются большие объёмы данных посредством датчиков,

количество которых постоянно растёт. Управленческий и производственный персонал не в состоянии уже справляться с оперативной обработкой этих данных с той же интенсивностью, как и машины, поэтому производственное автоматизированное оборудование должно иметь возможность взаимодействовать между собой, это позволяет повысить гибкость, эффективность и рентабельность производственных процессов.

Устанавливаемые на производственном оборудовании и транспортных средствах датчики, должны в реальном масштабе времени транслировать данные о работе, а аналитические системы на основе алгоритмов искусственного интеллекта -анализировать текущую ситуацию и оптимизировать рабочие режимы. Текущая информация о работе производственного оборудования, при передаче в систему автоматизированного производственного управления позволяет осуществлять анализ ситуации для выработки регулирующих решений для производственной системы в целом и в целях информационного взаимодействия с другими организациями, обеспечивающими жизненный цикл изделий машиностроения, осуществляющими производственные, транспортные, сервисные функции.

Современные системы автоматизации машиностроительного производства включают несколько уровней [1, 2]. На физическом уровне производственное оборудовании несёт на себе различные сенсоры, датчики и приводы. Логические программируемые контроллеры (Programmable Logic Controller, PLC), на уровне контроля и управления оборудованием позволяют собирать с датчиков информацию и управлять приводами. обеспечивают Системы сбора данных и диспетчерского управления SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) и системы управления производственными процессами MES (Manufacturing Execution System) составляют обеспечение уровня управления процессами. Корпоративные центры обработки данных (ЦОД) верхнего уровня управления включают системы планирования ресурсов предприятия (Enterprise Resource Planning, ERP).

Организация информационно-

коммуникационных инфраструктур промышлен-

ного интернета вещей, (Industrial Internet of Things, IIoT), требует подсоединение оборудования к сети Интернет, а также разнообразных сенсоров, датчиков, исполнительных механизмов, контроллеров, автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), интеграцию этих элементов и подсистем, создание новых бизнес-моделей производства товаров и услуг в соответствии с запросами потребителей. Внедрение промышленного интернета создаёт возможности для роста производительности труда, повышения эффективности процессов производства и оперативности управления. Модель экономики, ориентированная на потребителя формируется посредством оцифровки конструкторско-технологической документации, автоматизации управленческих и производственных процессов, внедрения аддитивных технологий (Additive Manufacturing) с использованием SD-принтеров, применения «умных» устройств, машинного обучения, обмена данными между субъектами производственного процесса, использования облачных технологий, применения искусственного интеллекта, анализа больших объёмов данных (Big Data) для поддержки разработки и принятия обоснованных управленческих решений.

Аддитивное производство посредством 3D-печати включает группу технологических методов производства прототипов и изделий путём поэтапного формирования изделия добавлением материала на основу в виде платформы или заготовки. Инновационные SLM-технологии (Selective laser melting) позволяют производить сложные изделия путём лазерного плавления металлического порошка с использованием математических CAD-моделей. Полученная деталь может подвергаться в дальнейшем необходимой механической обработке. При производстве крупногабаритных изделий в машиностроении возможно применение аддитивного электродугового выращивания с помощью технологии WAAM (Wire & Arc Additive Manufacturing).

Элементы системы Интернета вещей могут взаимодействовать с облачным хранилищем данных, в котором собираются производственная информация и осуществляется значительная часть её обработки и вычислений. Использование локальных технологий связи (Bluetooth Smart, Wi-Fi Direct) для развития возможностей цифрового производства позволяет реализовать

межмашинное взаимодействие (М2М) посредством прямого децентрализованного обмена данными между датчиками и обеспечивает возможность переноса вычислительных задач между элементами сети, что позволит выполнять периферийные вычисления на самом производственном оборудовании и уменьшит задержки в передаче и обработке данных.

Организация цифрового производства в машиностроении - это концепция подготовки, планирования, реализации производственных процессов в единой виртуальной информационной среде посредством использования цифровых моделей производственных процессов, оборудования и продукции, что позволяет уменьшить время между заказом на проектирование продукции и её выпуском в соответствии с индивидуальными потребительскими требованиями. Современные методы и технологии цифрового машиностроительного производства позволяют изготавливать отличающуюся сложной, уникальной геометрической формой продукцию с применением современных 3D принтеров, промышленных роботов, многоосевой обработки на станках с ЧПУ и обрабатывающих центрах. В процессе производства возможно уменьшение числа ошибок с помощью их раннего обнаружения в виртуальной среде и своевременного их устранения на этапах моделирования, что определяют выгоды от применения концепции цифрового производства. Это отражается на уменьшении производственных затрат, поскольку стоимость устранения ошибок в процессе реального производства всегда выше, чем в виртуальной среде, а также на ускорении времени подготовки производства, поскольку в процессе проектирования изделия конструкционные и технологические ошибки заблаговременно обнаруживаются и устраняются (например, проверка на собираемость изделия в трехмерной виртуальной среде), поэтому, в существенно более короткие сроки, возможен запуск производства. Организация цифрового производства способствует экономии затрат времени и денежных средств при подготовке машиностроительного производства и выпуске продукции. Заключение

Переход машиностроительных предприятий к цифровой трансфориации своей деятельности требует совершенствования методических подходов к организации про-

изводства, освоения новых методов управления производственными процессами, подготовки компетентных специалистов, обладающих необходимыми знаниями, умениями и навыками для работы на современных машиностроительных предприятиях для своевременного внедрения научных разработок в производство наукоёмкой продукции. Выведение отечественного машиностроительного производства на ведущие позиции в мировой экономике требует освоения современных технологий с применением «интернета вещей», методов анализа больших объёмов данных, искусственного интеллекта, распределённых баз данных (блокчейн), 3Б принтеров, композитных материалов, станков с числовым программным управлением, промышленных роботов, беспилотного наземного и воздушного транспорта.

Библиографический список

1. Амелин С.В. Организация высокотехнологичного производства конкурентоспособной продукции / С.В. Амелин, И.В. Щетинина / ФЭС:

Финансы. Экономика. Стратегия. - 2017. - № 12. - С. 25-36.

2. Амелин С.В. Цифровизация производства, как фактор повышения его эффективности / Теория и практика организации промышленного производства. Эффективность организации и управления промышленными предприятиями: проблемы и пути решения / Материалы Международной научно-практической конференции / Воронежский государственный технический университет. - 2017. Ч. 1. С. 12-17.

3. Амелин С.В. Выбор рациональных решений на основе анализа конкурентоспособности продукции предприятия / С.В. Амелин, И.В. Щетинина. // Современная экономика: проблемы и решения. - 2016. - Т. 84. - № 12. - С. 39-47.

4. Амелин С.В. Принятие решений в процессе оперативного управления производством на основе вероятностного подхода / Вестник Воронежского государственного технического университета, 2012. Т. 8. № 2. С. 105-109.

5. Амелин С.В, Моделирование производственных систем в условиях их динамического развития / Вестник Воронежского государственного технического университета, 2007. Т. 3. № 9. С. 7-11

Поступила в редакцию - 17 февраля 2020 г.

Принята в печать - 20 февраля 2020 г.

Bibliography

1. Amelin S.V. Organization of high-tech production of competitive products / S.V. Amelin, I.V. Shchetinina / FES: Finance. Economy. Strategy. - 2017. - No. 12. - S. 25-36.

2. Amelin S.V. Digitalization of production as a factor in increasing its efficiency / Theory and practice of industrial production organization. The effectiveness of the organization and management of industrial enterprises: problems and solutions / Materials of the International scientific-practical conference / Voronezh State Technical University. - 2017. Part 1. S. 12-17.

3. Amelin S.V. The choice of rational decisions based on the analysis of the competitiveness of enterprise products / S.V. Amelin, I.V. Bristles. // Modern economics: problems and solutions. - 2016. - T. 84. - No. 12. - S. 39-47.

4. Amelin S.V. Decision making in the process of operational production management based on a probabilistic approach / Bulletin of the Voronezh State Technical University, 2012. V. 8. No. 2. P. 105-109.

5. Amelin S.V., Modeling of production systems in the conditions of their dynamic development / Bulletin of the Voronezh State Technical University, 2007. V. 3. No. 9. P. 7-11

Received - 17 Febrary 2020.

Accepted for publication - 20 Febrary 2020.