Цифровое зеркало

Центр контроля и точка истины

В начале октября на площадке Московской школы управления Сколково прошла конференция Autodesk University Russia 2019. Это ежегодное мероприятие, на которое собираются российские и зарубежные эксперты в области технологий проектирования и производства промышленных изделий. В течение двух дней участники обсуждали, как создавать цифровые двойники предприятий и использовать генеративный дизайн, изучали разные виды цифрового производства и лучшие российские и мировые практики. Питер де Страйкер — специалист по решениям Autodesk для промышленного производства — выступил на конференции с двумя докладами. Один — о том, как сократить стоимость производства и рутинные работы с помощью инструментов анализа допусковпосадок и создания 3D-аннотаций. Другой доклад представлял собой обобщение опыта создания цифровых двойников промышленных компаний. Эти темы Питер де Страйкер развил в интервью «УмнПро».
16 декабря 2019

— Одно из ваших выступлений было посвящено теме влияния производственных допусков на стоимость, качество изделий и производственные процессы. Почему вы решили заострить на ней внимание? Возможно, оттого, что в ряде отраслей пока недооценивают ее значимость?

Эта тема действительно была выбрана не случайно, поскольку умное производство не может состояться без умного подхода к допускам. Для того, чтобы добавить в портфель программного обеспечения компании Autodesk соответствующий продукт, обеспечивающий качественный анализ допусков, мы для начала подробно изучили огромный опыт, наработанный в этой сфере в автомобилестроении. Именно в автопроме, в отличие от многих других сегментов машиностроения, допускам придают самое серьезное значение. И на основе накопленного в этой отрасли объема профильных знаний и был создан наш программный продукт, помогающий производителям, в частности, сокращать прямые производственные затраты.

Как работа с допусками сказывается на затратах? Еще на стадии проработки идеи производства любого продукта целесообразно рассмотреть самый худший сценарий. Понятно, что он может никогда не реализоваться, но чтобы обеспечить максимальнуюточность при компоновке всех деталей нашего продукта, необходимо снизить допуски. Понятно, что при этом возрастает его себестоимость. Поэтому здесь важно найти оптимальный баланс между запросом на качество изделия и его стоимостной привлекательностью. В автопроме эту проблему сейчас решают путем изменения принципов сборки продукции: комплектующие автомобилей теперь часто представляют собой не наборы из мелких компонентов, а некие готовые сборочные узлы. Это изначально обеспечивает сопоставление всех допусков и, как следствие, — снижение рисков поломки автомобиля.

— Да, производители авто таким образом успешно снижают затраты, но вот у конечных потребителей их продукции в результате затрат прибавилось: если раньше при мелком ремонте машины было достаточно заменить одну маленькую деталь, то теперь меняется весь узел, а это — совсем другие цены!

Но сам этот подход обеспечивает снижение себестоимости готовых узлов. Если же определять допуски для каждой их составляющей, цена узла будет большей.

— Такой подход, вероятно, оптимален при конвейерном крупносерийном производстве. Но сейчас большинство машиностроительных компаний увеличивают объемы выпуска кастомизированной продукции. В этом случае, должно быть, требуются другие методы?

Не обязательно. Ведь в основе любого продукта во всех случаях — некая общая база, например, единая платформа для всех модификаций автомобиля конкретной марки. Кастомизация же касается каких-то отдельных деталей, причем, у нее тоже есть свои пределы.

— Второе ваше выступление на AUR — о цифровых двойниках. Сейчас распространена классификация, включающая три их типа: цифровые двойники-прототипы (Digital Twin Prototype, DTP), цифровые двойникиэкземпляры (Digital Twin Instance, DTI) и агрегированные двойники (Digital Twin Aggregate, DTA). Какие из них на данный момент наиболее востребованы? На какие функции цифровых двойников в первую очередь ориентируются компании, инициирующие их создание у себя?

Самая востребованная тема на сегодняшний день — это создание прототипов цифровых двойников (DTP). Создание DTI — тоже довольно часто реализуемый проект. Первая идея лучше всего подходит для того, чтобы заранее принимать решения в сфере управления производственными процессами или управления жизненным циклом изделия и вследствие этого, к примеру, своевременно осуществлять ремонт оборудования или вносить актуальные изменения в продукт. И эта концепция в большей степени отвечает задачам построения цифровых двойников. Второй тип цифровых двойников — для виртуального обучения операторов и виртуальной сдачи оборудования в эксплуатацию. я в выступлении приводил пример, как австрийская автостроительная компания Magna Steyr получает преимущества от реализации идеи создания цифрового двойника. Сегодня на ее площадке производятся две модели известного бренда Jaguar — JaguarI-PACE и Jaguar-E-PACE. И если, например, Jaguar вдруг откажется от услуг Magna, компании придется переоборудовать линию на другую модель, другой продукт. Для того, чтобы легко и оперативно вносить необходимые изменения, там создали цифрового двойника не только производственных цехов, но всего предприятия в целом. Вообще, надо сказать, что автопром — отрасль, в принципе подверженная частым изменениям. Поэтому компанией и была выбрана такая модель прототипа цифровых двойников.

— Эта модель включает в себя также управление партнерскими связями — цепочками поставок и работой с заказчиками?

В данном случае речь идет о собственном производстве компании. Кстати, Magna Steyr — это производство полного цикла. Компания получает модель выпускаемого автомобиля, и далее ей требуется наладить производство таким образом, чтобы продукт соответствовал характеристикам этой модели. И теперь там вместо двух месяцев наладки оборудования для подготовки линии по выпуску новой модели автомобиля требуется на эти цели всего двенадцать дней.

Кстати, создание цифрового двойника — это еще и хороший маркетинговый ход. Ведь клиентам очень нравится благодаря визуализации видеть, как будет осуществляться производство автомобилей по их заказу.

Конечно, надо понимать, что создание цифрового двойника требует на старте и времени, и финансовых вложений. Но оно того стоит, что подтверждают результаты проведенного нами мини-исследования. Топменеджменту компаний был задан вопрос о том, какие их дивизионы и какие производства больше всего выиграли от создания цифрового двойника. По итогам опроса на первых строчках этого рейтинга бенефициаров оказались обслуживание, ремонт, эксплуатация технологических линий — именно в этих сегментах была достигнутанаибольшая экономия ресурсов. Ведь для промышленного предприятия очень важно иметь детальную объективную информацию о состоянии его оборудования, точный прогноз по поводу того, когда ему понадобится ремонт, понимание какие запчасти надо заблаговременно заказать и т.д.

— Кстати, сколько времени понадобилось Magna Steyr, чтобы создать и внедрить цифрового двойника и он начал работать?

Первый большой шаг — это само создание цифрового двойника. Соответственно, если у компании есть поставщики оборудования, она запрашивает у них модели станков — понятно, что сами они не будут создавать модели. В итоге на создание цифрового двойника производства у Magna Steyr в сотрудничестве с поставщиками ушло всего два года.

— Какие инструменты и процессы целесообразно применять для преобразования компаний в умные производства? Как создавать необходимые гибридные ресурсы с учетом того, что процесс — кросс-функциональный?

Здесь нужно говорить о системах для двух уровней — верхнего и нижнего. Верхний уровень — это прежде всего система, обеспечивающая реализацию общей стратегии деятельности компании посредством планирования всех её ресурсов, управления активами и взаимодействием с партнерами, — ERP-система. В ней во главе угла стоит заказ и дата его изготовления. Далее — наличие оборудования для всех этапов производства и распределение нагрузки — определение, на каком оборудовании будет производиться та или иная деталь, конкретная партия продукции. Эта система удобна, когда речь идет о схожих заказах, больших семействах деталей. Если детали разнообразные, этой системе уже сложно справиться со своей задачей. Здесь используется цифровая модель, как единая точка истины, и далее с этой моделью, с ее информацией работают все подразделения компании — что-то берут из нее для себя, что-то привносят в нее. Сейчас Autodesk ведет разработку собственной навигационной системы управления производством, которая будет заниматься планированием рабочей нагрузки и отслеживанием занятости сотрудников. Этот инструмент станет связующим звеном между верхним и нижним уровнями — между продуктом и заказом, между ERP и производством.

— Здесь важно уточнить, о каких именно ERP-системах идет речь. Дело в том, что многие компании, вложившиеся в свое время в традиционные ERP со всеми их известными недостатками — негибкостью, трудностями в их поддержании, попаданием в зависимость от вендора — тем не менее держатся за них, ставя цель выйти на их окупаемость, при этом боятся их кастомизировать, развивать до уровня постсовременных ERP и далее. И это уже превратилось для таких компаний в тормоз развития.

Действительно, ERP — это очень широкое понятие. я стараюсь его избегать именно из-за того, что оно фактически стало всеобъемлющим, включающим в себя широчайший спектр задач — от координации процессов производства того или иного продукта до управления его жизненным циклом. А вообще ERP последних поколений — это очень полезная система, позволяющая отслеживать жизненный цикл оборудования с момента его принятия в эксплуатацию. И в этом плане ERP хорошо соседствует и взаимодействует с идеей цифрового двойника.

— И как выстраивать архитектуру с учетом имеющейся ERP и появившегося цифрового двойника? Думается, что для вновь создаваемых компаний, изначально использующих «коробочные» решения, это не проблема, но как быть действующим, которые вынуждены модернизироваться поэтапно, без отрыва от решения текущих производственных задач?

Если говорить о конкретных шагах и инструментах, то это, например, трехмерное сканирование. Многие существующие компании начинали цифровизацию с создания CAD-моделей. Сначала они полностью сканировали все свое оборудование, что стало первым шагом к созданию цифрового двойника. И по мере необходимости все последующие изменения вносились уже эти CAD-модели. А также делали специальные настройки в системе и устанавливали датчики на оборудование с целью отслеживать его состояние непосредственно при эксплуатации и правильность осуществления технологических процессов. А для гринфилдов более актуален BIM — отслеживание процессов проектирования и строительства производственных корпусов, закупок оборудования. BIM обеспечивает возможность обмениваться виртуальными данными: на каком этапе проекта его архитектурная часть и его механическая часть, связанная с закупкой и расстановкой оборудования, должны сойтись вместе. BIM и обеспечивает их взаимодействие, обмен информацией. Накопленная на этих этапах информация затем загружается в ERP систему и может эффективно использоваться уже в процессе производства продукции.

Кстати, BIM вполне применим и для построенных зданий. И многие компании, уже построив цех, затем сканировали его. Это делалось для того, чтобы впоследствии всё закупленное для этого цеха оборудование без проблем встало на свои места. Потому что, к сожалению, фактически построенный объект, как правило, не соответствует исходной модели. Так что гринфилды тоже имеют свои сложности. И допущенная в процессе строительства ошибка может стоить очень дорого. Например, если выяснится, что в результате допущенной ошибки придется передвинуть в цехе воздуховод, то это обойдется заказчику минимум в 20 тысяч долларов. Устранение более серьезной проблемы, когда оборудование не встает на уготованное ему место, может стоить уже от 100 тысяч долларов и выше.И уже эти расчеты достаточно показывают, насколько оправдано применение цифровых двойников. И если предприятие избежит даже двух-трех подобных ошибок, оно уже оправдает затраты, связанные с внедрением цифрового двойника.

— Как цифровая трансформация смещает приоритеты компаний при разработке их стратегий развития? Какие цели и задачи уходят на второй план, что выходит на первый? Как это отражается на разрабатываемых бизнес-моделях?

Всё определяет рынок. Перечислю вкратце несколько основных причин, заставляющих производственные компании меняться. Первое, что движет изменениями, — это потребность повышения качества продукции. Следом идет повышение эффективности и снижение затрат. Затем — освоение нового ассортимента продукции и его производных или вариантов (модельного ряда). При отсутствии цифрового двойника любое внедряемое изменение сопровождается известными издержками: имеют место перерасход средств, переработки сотрудников и срывы сроков выполнения заказов. А ведь компании несут огромные убытки в случае задержки отгрузки продукции даже на один день. Все эти проблемы можно существенно сократить, создав цифрового двойника. Мы уже приводили в начале беседы пример с компанией Magna Steyr, когда переналадка одной линии сократилась с полутора месяцев до двух недель. Конечно, мы здесь не учитываем сроки создания самого цифрового двойника, но все подразделения компании получают преимущества от его внедрения. Есть еще пример британской компании, которая создала цифрового двойника, но только в рамках своего R&D центра. Так они потом очень сожалели, что не распространили эту модель на другие свои подразделения. Все остальные направления — производство, обслуживание, управление персоналом и т.д., все эти службы могли бы также получить эти преимущества.

— Меняется ли в результате внедрения цифрового двойника культура управления производственными процессами, система мотивации персонала и — более широко — корпоративная культура в целом? Какие правила и подходы утрачивают актуальность, что нового привносится?

Надо понимать, что цифровой двойник — не только для нужд компании, но и для взаимоотношений с субподрядчиками, аутсорсерами. Они тоже привносят в общую систему свои данные и пользуются теми, что доступны им в системе. Таким образом у нас появляется единая точка истины, все изменения отслеживаются из одного центра, в итоге складывается единый организм — экосистема, которой пользуются как внутренние службы компании, так и её партнеры. Взять, к примеру, поставщиков систем оборудования для инфраструктуры — систем отопления, вентиляции, кондиционирования — им открывается доступ к актуальной именно для них информации о компании-заказчике. Такому поставщику ведь важно знать среду в помещении, наличие там оборудования с движущимися элементами, чтобы оно не задело тот же воздуховод.

Для гринфилдов в этом смысле самое важное — постоянное взаимодействие, своевременный обмен данными, актуальной информацией между проектировщиками и производителями оборудования. Потому что если в проекте, к примеру, заложена колонна, и она встанет на пути оборудования, возникнут большие проблемы. Проектировщикам также важно знать размеры оборудования и уровень нагрузки от него на фундамент, чтобы исключить ситуации, когда полы проваливаются под станком. Важно знать режимы работы — чтобы, к примеру, предусмотреть амортизаторы для снижения вибронагрузки. И мы считаем,что самая главная сложность при работе в цифровом двойнике — это именно обеспечение такого взаимодействия всех заинтересованных сторон — застройщиков, проектировщиков, поставщиков оборудования.

Что касается браунфилдов, — а они сейчас составляют до 85% от общего числа промышленных компаний, то там самая главная задача — собрать информацию о том, что находится в помещении. И зачастую не существует модели оборудования, установленного в цехах предприятия. В таких случаях используется сканирование. Кстати, нет резона всю информацию помещать в CAD-модели, в ряде случаев это может быть не оправдано. Некоторые изображения лучше оставлять в сканированном варианте. Конечно, здесь не идет речь о новом оборудовании, CAD-модель которого имеется и, возможно, в нее будут вноситься изменения. И в этом будет заключаться сложность: специалистам предприятия нужно будет определить в каждом конкретном случае необходимый уровень детализации: где потребуются CAD-модели, а что можно будет оставить в сканах.

— Это — технологическая сторона. Но есть еще мотивационная, психологическая. Европейские компании, прошедшие цифровизацию, тоже проходили через этап сопротивления изменениям со стороны персонала, вызванного страхами по поводу возможной потери работы в результате автоматизации и цифровизации? Через боязнь освоить принципиально новые технологии?

Нет, ярко выраженных опасений такого рода не было. я отмечал в своем выступлении, что в ближайшие 30 лет мы увидим изменения, которые в прошлом занимали сто лет. И тот, кто не поменяется, просто отстанет навсегда, и сотрудники промышленных компаний это понимают. Чтобы подготовиться к изменениям, компании начинают открыто использовать новые идеи, инструменты, показывать их преимущества. При этом, конечно, очень важно, что всё это требует решения на высшем уровне в компании, а также — существенных инвестиций в проект. Это также важно понять, поскольку, не приняв этого принципиального решения, можно в конечном итоге потерять либо свою долю на рынке, либо даже бизнес как таковой.

— Какие сложности обычно возникают на разных этапах внедрения технологии цифровых двойников? И как можно минимизировать издержки от этих проблем?

Самое главное — понимать, какие изменения нас ждут и быстро на них реагировать. Очень многие компании идут по пути создания цифровых двойников с целью отслеживать все процессы на предприятии, прогнозировать необходимость техобслуживания, ремонта оборудования и т.д. И потом их владельцы говорят, что в результате получили совершенно иное, более полное представление о собственном бизнесе. А некоторые компании идут еще дальше и задействуют инструменты виртуальной реальности (не путать с дополненной!). Повторюсь: создание цифровых двойников — это значительные временные и финансовые затраты. Но нужно помнить о тех преимуществах, которые получит компания от своих вложений, если будет правильно пользоваться этим инструментом.