Читать книгу Концепции и технологии цифровизации машиностроительного предприятия. Учебное пособие - - Страница 4

Умное производство отличается от других технологических производственных парадигм, оно определяет видение производства следующего поколения с расширенными возможностями. Оно основано на новых информационных и коммуникационных технологиях и поддерживается за счет сочетания особенностей более ранних производственных парадигм. К более ранним можно отнести гибкое производство, бережливое производство, цифровое производство, быстрореагирующее производство, Индустрия 4.0, цифровые двойники и др.

Кратко это показано на рис. 1.1

Умное производство охватывает широкий спектр систем в производственном бизнесе, включая производственные, управленческие, проектные и инженерные функции. На рис. 1.2 показаны три линейки задач, которые работают совместно в рамках умного производства [1]. Каждая линейка – продукт (зеленая), производственная система (синяя) и бизнес (оранжевая) – отображается в пределах его собственного жизненного цикла. Жизненный цикл продукта связан с информационными потоками и элементами управления, начиная с ранней стадии проектирования продукта и продолжая вплоть до окончания срока службы продукта. Жизненный цикл производственной системы фокусируется на проектировании, развертывании, эксплуатации и выводе из эксплуатации всего производственного объекта, включая его системы. Бизнес-цикл затрагивает функции взаимодействия поставщиков и клиентов. Каждое из этих измерений играет важную роль в вертикальной интеграции оборудования и корпоративных систем в так называемую Производственную пирамиду.

Исторически сложилось так, что эти аспекты рассматривались как отдельные области. Действительно, интеграция даже по одному из этих направлений является нетривиальной задачей, и над ней ведется активная работа. Заметим, что организации, которые были созданы для интеграции отдельных аспектов этой экосистемы, расширяют свои возможности, чтобы охватить цифровые потоки (digital thread) во всех измерениях (оранжевые стрелки на рисунке 1). Парадигмы, такие как непрерывное совершенствование процесса (CPI – continuous process improvement), гибкое производство (FMS – flexible manufacturing) и проектирование для производства и сборки (DFMA – design for manufacturing and assembly) основаны на обмене информацией между измерениями, как показано на рисунке 1. Более тесная интеграция внутри и по всем трем измерениям приведет к более быстрым циклам создания инновационных продуктов, более эффективным цепочкам поставок и большей гибкости производственных систем.

Рис. 1.2. Взаимодействие жизненных циклов продукта, производственной системы и бизнес-цикла [1]

Жизненный цикл продукта в контексте умного производства включает 6 этапов: проектирование, планирование процесса, проектирование производства, изготовление, использование и обслуживание, а также окончание срока службы и утилизация. Существующие стандарты, особенно в области автоматизированного проектирования (CAD), автоматизированного производства (CAM) и автоматизированных технологий (CAx), в целом значительно повысили эффективность проектирования. Кроме того, эти стандарты повышают точность моделирования и сокращают циклы внедрения инноваций в продукцию, тем самым напрямую повышая гибкость производственной системы и качество продукции. Достижения в этой области привели к появлению новой парадигмы разработки продукта, известной как разработка на основе моделей или предприятие, или MBE (model-based engineering or enterprise).

Типичные этапы жизненного цикла производственной системы включают проектирование, сборку, ввод в эксплуатацию, ввод в эксплуатацию и вывод из эксплуатации. Производственные системы и оборудование, как правило, предназначены для производства семейства продуктов. Степень гибкости производства – насколько адаптивна производственная система в ответ на рыночные и изменения в цепочке поставок – это ключевое проектное решение, которое влияет не только на стоимость, но и на продолжительность жизненного цикла производственной системы. Этап ввода в эксплуатацию включает тестирование всей производственной системы, включая оборудование, установку и оборудование, и передачу системы в эксплуатацию. Система проверяется на работоспособность в соответствии с проектными целями и спецификациями. После ввода в эксплуатацию производственная система переходит в режим устойчивого состояния операционной деятельности и технического обслуживания. Когда происходят радикальные внутренние или внешние изменения, например, если основные подсистемы выходят из строя или целевая группа продуктов постепенно исчезает с рынка, срок службы продуктовой системы подходит к концу. На этом этапе производство прекращается навсегда или система перерабатывается.

Этапы бизнес цикла включают планирование, ресурсы, изготовление, поставка, возврат (Plan-Source-Make-Deliver-Return cycle) для управления производственной цепочкой поставок.

Производственная пирамида является ядром цифрового предприятия и является местом, где сходятся и взаимодействуют жизненный цикл продукта, производственный жизненный цикл и бизнес-цикл. Обычно эта пирамида и определяет иерархию производственных ИТ систем и известна как стандарт ISA95.

В настоящее время активно обсуждается необходимость замены этого стандарта. Информационные модели, представляющие интеллектуальные устройства в цехах и производственных службах, также необходимы для повышения производительности и гибкости за счет поддержки реконфигурации оборудования, а также обеспечения более оптимального поддержания работоспособности. По мере того, как эти системы систем вступают в силу, интеллектуальная машинная коммуникация стандарты наряду с архитектурной структурой позволят автоматизировать контроль на системном уровне и обеспечить прозрачность данных от самых низких уровней производства до более высоких уровней контроля.

Такой попыткой и является новая модель от ассоциации MESA.