Цифровизация на машиностроенето – стратегии и технологии

Цифровизацията е общественозначима тема на съвремието, широко обсъждана в различни сфери на живота и индустрията в частност. По-важното обаче е, че цифровизацията не се отнася само до отделен продукт или услуга, a е цялостен системен подход, в който влизат множество продукти, услуги и идейни решения на основата на новите технологии.

Трудно е да се оценят предварително много от последствията на цифровизацията, тъй като влиянието й е по-скоро на системно ниво, а не се изразява толкова в преки причинно-следствени зависимости.

Традиционните теории за стратегическо управление се използват за анализ на дейността на фирмата, след което се изработват комплексните решения за стратегическо развитие. Но при този традиционен подход често убягват от внимание системни явления и процеси от по-висш порядък.

Както според теориите на поведенческата икономика, така и според тези за когнитивните способности на човека, съществуват граници на рационалността при взимане на решения, особено в условията на свят, който става все по-сложен.

И нещо повече, що се отнася до цифровизацията на машиностроенето – изборът на решения неизбежно означава промяна на съществуващото положение, което винаги е трудно.

Цифровизацията води до своеобразно разчупване на стереотипите на работа, тъй като дава възможност не само за оптимизацията на системи, които са поне с един порядък по-широкообхватни от преди, но и за практическото осъществяване на тази оптимизация посредством продаваеми услуги.

Причината, че това е възможно сега (а не беше преди десет години), е в технологиите, които вече предоставят необходимите средства. Процесът на навлизане на цифровизацията неизбежно води до разчупване на досегашния начин на работа, защото това, което е оптимално за цялата логистична верига, може да бъде също така оптимално и за отделните части на по-ниското йерархично ниво (отделните предприятия).

Цифровизацията обаче означава не само технологична трансформация, но и революция в мисленето – на всички нива, от критериите, по които преценяваме дали да закупим дадени технологични средства или пък да ги ползваме споделено с други фирми, чак до ръководните принципи, по които се развива предприятието ни.

Влиянието на средствата за обработка на големи обеми данни и на изкуствения интелект
Отраслите от машиностроенето, които работят за операторите на контейнерни товари по цял свят – пристанища и транспортни терминали – са типичен пример за капиталоемко производство, предназначено за относително малък брой глобални корпоративни клиенти.

Цифровизацията включва много идейни направления, сред които са и обработката на големи обеми данни и изкуствения интелект. Именно от тях произлизат най-значимите технологични решения, които могат да разчупят каноните в машиностроенето.

Резултатите от емпирични проучвания показват, че средствата за обработка на големи обеми данни и изкуственият интелект променят начините за придобиване на познания. Ефективността се повишава, когато машините и техни компоненти са свързани към мрежи за пренос на данни, а технологиите, които осигуряват тези възможности, се развиват бързо и с всеки изминал месец стават все по-достъпни.

Цената, бързината, наличността на пазара и функционалните характеристики на средствата за обработка на големи обеми данни и на изкуствения интелект се определят предимно от нуждите на други сфери, върху които производителите на оборудване имат относително слабо въздействие.

Възможностите, които дават споменатите високотехнологични средства обаче, все повече се осъзнават от ръководните звена в областта на работата с контейнерни товари – от фазата на профилактичната и нормативно изискваната поддръжка, до оптимизацията на централизираната обработка на данни.

Този отрасъл може да изостава по темп на внедряване на новите технологии, но ги познава. Ръководните звена разбират ценността на това да можеш да предвиждаш проблемите, преди да са се случили, и са склонни да инвестират в такива функционалности.

Силата на платформите
Емпиричните данни показват също, че внедряването на цифровите платформи е един от най-силните фактори за разчупване на традиционните методи на работа. Ръководствата на предприятия днес обикновено нямат достатъчно опит с тези нововъведения, които обаче оказват съществено влияние върху работата на всички звена.

Цифровите платформи са особено силен катализатор за промени, тъй като те са в основата на икономиката в средата на глобална мрежа, в която хората с познания и опит от всякакви фирми – от малки, едва прохождащи, до големи транснационални корпорации – си взаимодействат в създаването на добавена стойност.

Пред промишлените предприятия има три възможности. Първата е да игнорират изобщо цифровите платформи и да се преструват, че такова нещо няма. Другата е да се постараят да се адаптират по възможно най-добрия начин.

Или пък, ако имат куража – и ако фирмата разполага с необходимите възможности и капацитет – да разработят и преминат към своя собствена стратегия за въвеждането на цифрова платформа.

Стимулиращи и ограничаващи фактори
Идеята за мрежова икономика се появи през 90-те години, но едва напоследък, с навлизането на цифровите платформи, се даде възможност идеята да се превърне в реалност.

Макар и цифровизацията да води до развитие, включващо множество нововъведения и цялостни преобразувания, факторите, които я стимулират, са добре познати. Сред тях са желанието за повишаване на класическата и оперативната производителност, за по-бързо усвояване на нова продукция, за по-добри функционални възможности, по-високо качество и оптимизиране на разходите.

Много от факторите, които ограничават навлизането на цифровизацията, също могат лесно да се посочат. Такива са например ограниченията в скоростта при 3D принтирането или нежеланието на потребителите да разрешат достъпа до своите данни.

Резултатите на редица изследвания обаче показват, че главният фактор, който възпира фирмите от по-бърз напредък в това направление, са управленските решения. Често ръководният персонал не разбира цифровизацията, смята, че промяна не е необходима или пък че няма достатъчно капацитет за реализирането й.

От това могат да се извлекат два урока. Първо, трябва поначало да е ясно, че цифровизацията при всички положения по някакъв начин ще доведе до промяна на досегашния начин на работа на фирмата. Второ, трансформацията е твърде сложна, за да бъде планирана, а това изисква учене в движение чрез експерименти.

Рецептата за успех може би се корени в насърчаването на предприемаческия дух, в провеждането на множество по-малки експерименти и в ползването по мрежата на натрупаните знания и опит на хора, външни за фирмата.

Това ще доведе до оформянето на стратегия, базирана на усвояването на нови знания, а заедно с това ще нарастват и възможностите, които ще са необходими на предприятието, за да просперира в новата бизнес среда с център информацията и потребителя.

Базирани на облак системи за планиране на ресурсите на предприятието (ПРП)
Базираните на облак системи за ПРП са едно от най-значимите нововъведения в реалното производство. В днешно време, когато локалните системи в предприятието се затрудняват с обработката на постъпващите от датчиците данни, а трябва да се справят и с новите задачи, произтичащи от внедряването на протокола за “интернет на нещата” (IoT), базирането на облак предлага решение на проблемите.

Облачните системи за ПРП се изграждат бързо, по-лесно се ползват и информацията в тях е достъпна отвсякъде, по всяко време и с всякакво устройство. Цената за една облачна система е по-приемлива, тъй като пълните разходи по изграждане и поддръжка на една локална система за ПРП включват и разходи, разтеглени напред във времето и достигащи до края на експлоатацията на софтуера.

Години наред локалните системи за ПРП са осигурявали функционалните възможности, необходими за производството. Но те повече не са в състояние да се справят с обработката на данните, подавани по IoT — например, идващите от датчиците, монтирани по стругове и металорежещи машини — или пък им липсват възможности за свързване в мрежа и за отдалечен достъп.

В много производствени предприятия се ползват системи за ПРП, които са на повече от 30 години, въпреки факта, че пазарите, на които те пласират продукцията си, са се променили вследствие на променените изисквания на бизнеса и потребителите. Производителите вече не само трябва да се адаптират към новата пазарна среда в света, но трябва и да си сътрудничат и да комуникират с всички субекти по веригата на доставките посредством най-разнообразни мобилни устройства.

Това вече се е превърнало в норма. Доскоро предприятията, разчитащи на своя остарял, локално инсталиран софтуер за ПРП, едва смогваха в тази среда на динамични промени, но днес те вече се задъхват, защото старите им, разположени на място софтуерни и хардуерни средства не са били променени, а и не могат да бъдат променени така, че да отговарят на бързо изменящата се социална среда и на духа на сътрудничество в нея.

Данните се съхраняват на облака, а не в голям, скъп хардуер, инсталиран на едно място. Интернет достъпът дава възможност те да бъдат преглеждани във всеки един момент, да бъдат анализирани и споделяни по всяко време, отвсякъде, включително и чрез мобилни устройства. Фирмите вече не се налага да разчитат на големи, скъпи и тежки IT отдели, които да поддържат локалните системи. Разбира се, че базираната на облак система за ПРП зависи от интернет връзките, но проблемите с тях стават все по-малко.

Дигитални двойници
До началото на XXI-ви век единственият начин да се събере подробна информация за състоянието на действащо производствено оборудване беше да си в непосредствена физическа близост до него и да имаш възможността да го провериш. Днес повишената изчислителна мощност и мрежовите връзки правят възможно виртуализирането на тази задача чрез създаването и поддържането на цифрово изображение, или “дигитален двойник”, на всеки модул от реалното оборудване, а оттам и на целия завод.

Някои елементи от концепцията за дигиталния двойник вече присъстват в производството. CAD 3D моделите например дават пълни и точни цифрови изображения, по които може да се провери точното напасване на отделни части една спрямо друга, както в статичен, така и в динамичен режим. Симулациите на производствения процес могат също и да определят дали виртуалните модели на изделията могат реално да бъдат произведени с наличното оборудване.

И не на последно място, данните в реално време, подавани от датчиците, монтирани на една действаща машина, се използват, за да се знае точното й състояние, без значение къде точно се намира тя.

Едновременното събиране на данни от действащите реални машини – по IoT протокола и мрежите – може да се използва за усъвършенстване на цифровите модели на машините с цел ходът и резултатът на извършваните от тях операции да се предсказват с още по-голяма точност. Производителите на сложни изделия вече са внедрили голяма част от технологиите, необходими за повишаване качеството на вътрешнофирмения развой и производство.

“Изработването” на дигитален двойник едновременно с изработването на реалната машина осигурява на фирмата-производител и един цифров продукт, който може да бъде база за развитие на редица нови продукти във вид на услуги. На пазара на цифровите услуги това е важна стъпка предвид факта, че много производители търсят нови източници на доходи.

Отварят се нови непосредствени възможности за резервни източници, които да облекчат оперативните разходи. Това помага на производителя като цяло да продължи оптимизирането на разходите си. Възможността в модела да се заредят реалните данни, получени на различни места от различни потребители, позволява действащото оборудване да бъде настройвано индивидуално.

Производителите, които работят с традиционни договори за сервизно обслужване, чрез двойниците получават възможност да увеличат точността на предвижданията си относно времето, след което може да се очакват откази, и свързаните с това разходи за профилактични ремонти. Получават също и възможността да настройват допълнително оборудването с цел да се намали износването му.

Когато голям брой машини, пръснати по цял свят, се обслужват по този начин – през дигиталните им двойници – може да се натрупа база данни, в която бързо да се откриват най-добрите практики. Те съответно могат да се прилагат на много места с цел повишаване на ефективността в работата на оборудването.

Въздействията от това могат да са доста по-различни за фирмите, които се занимават само с поддръжка, особено ако те са независими и поради това нямат достъп до данните от дигиталните двойници, поддържани от фирмите производители на оборудването.

Цифровизацията на пневматични системи
С помощта на софтуерни програми, които могат да заменят повече от 50 отделни компонента, пневматичните системи преминават на нов етап на развитие в съответствие с концепцията, известна като Индустрия 4.0. Вече е налична нова платформа за пневматични системи и цифрова автоматизация, в която се съчетават всички функции, необходими за изграждането и поддържането на по-адаптивен и по-икономичен производствен процес.

В тях се предлага и нова концепция за управление, включваща смес от механика, електроника и софтуер. Такава платформа с възможност да замени до 50 отделни компонента води до съществено снижаване на сложността на системите, тъй като при управление с подходящия софтуер, един вентил може да се пренастрои за изпълнението на различни функции в пневматичната система.

За проектанта разширението на функциите или промяната на първоначално заложените в дадена машина характеристики, а това винаги може да се наложи на етапа на внедряването и пускането в експлоатация – може да стане лесно, само с щракане с мишката. Така времето за пускането на крайния продукт на пазара може съществено да се намали.

От гледна точка на крайния потребител пък тези технологични възможности правят машините по-гъвкави, което съответства на една от целите, заложени в концепцията Индустрия 4.0 – по-голямо разнообразие от продукти на единица инвестиция.

Освен това потребителите могат да визуализират и да променят производствената система в реално време с оглед по-гъвкавото пренастройване според изискванията на клиента, което означава и по-широки възможности за изработване на продукти по специфични клиентски поръчки. И всичко това се прави, като се използва едно и също програмно осигуряване.