Индустрия 4.0

База данных как база роста бизнеса

Сегодня в высокотехнологичном сегменте набрал силу тренд на цифровизацию компаний. И каждому уровню их цифровой зрелости соответствуют свои приоритеты. Для продвинутых в этом смысле промышленных компаний в числе актуальных задач — стандартизация и цифровизация цепочек поставок (supply chain) и партнерских сетей, оптимизация временных затрат на проектирование продуктов и вывод их на рынок. А также, конечно, создание экосистемы цифровой трансформации. Для этого компаниям необходимо обеспечить постоянную подключённость и взаимосвязь процессов, прогнозируемость и адаптивность продуктов и систем управления на максимальном уровне цифровой зрелости.
5 декабря 2019

Всему этому руководителям и специалистам компаний приходится учиться в буквальном смысле на ходу, в рабочем порядке. Учиться практикам, как известно, лучше всего у самых эффективных практиков. Расположенный в немецком Аахене европейский центр трансформации Индустрии 4.0 (Industry 4.0 Transformation Center (E4TC)) является одним из признанных европейских лидеров в этой сфере. Его основатель — платформа экосистемы технологического предпринимательства. Это консорциум, в который входит свыше 100 ведущих компаний разного профиля, а также технический университет RWTH. Центр прототипирования продуктов и процессов E4TС — это полноценное производство с парком оборудования, цифровой системой управления производством и более чем сотней технологий Индустрии 4.0, которые могут использовать для моделирования решения своих задач руководители предприятий Европы. На каждом из участков центра интенсивно совершенствуются компоненты и системы нового технологического уклада. Отрабатывается цифровая логистика, дополненная реальность в сборочных и сервисных операциях, синхронный контроль качества, цифровое управление инфраструктурой цеха. Задача руководителя при этом — создать бесшовную связь между информационными и операционными технологиями (IT+OT) с различными интеграционными подходами.

Опытом применения и развития ключевых технологий Индустрии 4.0 делится управляющий партнер E4TC Кристиан Хокен.

Тесты на гибкость: результаты не утешительны

За последние десятилетия мы очень хорошо научились обеспечивать рост производительности за счет повышения эффективности и КПД отдельных машин, станков. Это, конечно, очень важно. Но сейчас на дворе — эра информационно- цифровых технологий, и рынок предъявляет совершенно новые требования. Пытаясь им соответствовать, компании начинают с анализа ситуации на своем производстве. И тут выясняется, что мы на самом деле знаем о собственном производстве не так уж много, а порой даже явно мало. Не верите? Казалось бы, повседневная текучка на заводе — это каждый день практически одно и то же. И мы разрабатываем великолепные детальные планы на ближайшее время и на среднесрочную перспективу, прогнозируем объемы производства, динамику спроса и т.д. То есть в принципе, необходимо, чтобы нам было наверняка известно, что должно происходить в каждую смену в каждом цехе нашего производства. А теперь я задаю вопрос: составленный идеальный план реально выполняется на производстве? я вот не уверен. Как насчет времени простоя машин и оборудования? Как насчет общей эффективности технологической линии? Оптимальны ли нынешние процессы или последовательности, в которых поступают заказы? Может быть, требуется что-то изменить.

К чему я веду? А к тому, что когда на производстве возникают незапланированные события, все замечательные планы оказываются несостоятельными. Мы наблюдаем подобные сюжеты у многих наших клиентов из числа промышленных компаний: с планами там всё в порядке, но если в ходе рабочей смены вдруг случилось что-то непредвиденное, у них нет никакого шанса вернуться в этот идеальный план и четкий график.

Это сегодня практически повсеместная проблема — недостаток гибкости, свободы маневра, позволяющей при необходимости быстро перестраиваться на ходу. И это при том, что на современных предприятиях сейчас обычно используется ERP система планирования ресурсов, материалов. В чем проблема подобных систем? Например, на полный цикл выпуска изделия вам требуется несколько часов и возможно, какая-то программа отрабатывается ночью. Если что-то неожиданное случается днем, вернуться в график практически невозможно.

Все это подтверждает ущербность привычных подходов, когда компания стремится повысить эффективность или КПД отдельных станков или машин вместо того, чтобы работать над повышением производительности организации в целом. Мы должны обеспечить связи между всеми машинами и видеть их взаимозависимость. Нам также необходимо понимать, как машины и оборудование связаны с работой персонала. На этом пути у нас есть реальный шанс серьезно повысить производительность производств.

В этом смысле для меня «компания мечты» — это гибкая компания, где технологические и управленческие решения принимаются прежде всего на основе анализа данных. Пока что это скорее из области благих пожеланий. Люди, которые сегодня принимают в компании ключевые решения, как правило, работают в ней по 10-20 лет. Они накопили опыт, позволяющий им принимать удачные решения, но дело в том, что индустриальный мир становится гораздо более сложным, и одного лишь старого багажа знаний недостаточно для успешности современного бизнеса. Скажем, инженер, занимающийся планированием или отвечающий за некий технологический процесс, безусловно, может по-прежнему принимать решения на основе своего опыта, но при этом опыт должен подкрепляться информацией и данными, полученными непосредственно из цеха.

Опять-таки из области мечтаний — построить компанию в стиле Agile. Хотя бы для того, чтобы уйти от привычной реактивности, гонки за уходящими поездами. Ведь как сейчас обычно происходит: сначала что-то случается, и только затем, по факту, в компании начинают «искать концы»: опрашивают персонал, обследуют машины и оборудование, составляют и изучают многочисленные экселевские таблицы, пытаются понять взаимовлияние расположенных в разных местах подразделений компании и т.д. Так быть не должно, поскольку именно ваше умение делать выводы из данных, учиться на их основе и определит в будущем успех вашего бизнеса.

Производство на стыке двух миров

Что это означает практически? Для понимания ситуации обратимся к известной концепции Индустрии 4.0. В чем ее принципиальное отличие от предыдущих техноукладов? Как мы знаем, в конце XVIII века появились паровые двигатели, водяные двигатели, это резко повысило производительность труда. И все промышленные страны добились технологического и одновременно общественного прогресса. Примерно лет через 90 после этого была создана первая линия массового производства с электроприводами. Был обеспечен колоссальный прирост производительности, и все больше компаний в мире стали внедрять у себя такие принципы организации. Потом в конце 60-х — на- чале 70-х годов появились первые программируемые контроллеры, открылся мир электроники. Эпоха автоматизации не закончена, развитие IT продолжается и сегодня. Но тогда, в конце 60-х годов, это была еще одна революция, еще один резкий скачок производительности. Взять динамику развития роботов, например, в автопроизводстве — от универсальных до специализированных. Однако все это не сравнимо с сегодняшним днем робототехники. Все эти роботы 60-х, 70-х и 80-х годов были изолированы, их надо было отдельно программировать, и у них не было возможности взаимодействовать с другими роботами или другими станками, оборудованием, обмениваться информацией между собой они не могли. А с 2011 года ведет свой отсчет новая революция, вот ее мы и назвали Индустрия 4.0.

Сейчас, в 2019 году, мы видим, как все драйверы этой Индустрии постепенно начинают внедряться и реализовываться в самых разных компаниях. Мы это называем киберфизическими системами. Сближением физического мира и цифрового мира в одном производстве. Это означает, что любые производственные активы становятся подключенными друг к другу. Роботы начинают работать совместно. Вы можете их контролировать с помощью своего смартфона. Кроме того, есть цифровые каналы, которые пронизывают всю вашу компанию, вот на этом уровне собранные в любой локации данные подключаются и присоединяются к другим данным, и у вас в результате появляются интегрированные базы данных. Они позволяют совершенствовать ваш бизнес в плане скорости, в плане времени, в плане выведения продукта или услуги на рынок. Самое главное, вы резко увеличиваете качество своего бизнеса, поскольку оперируете данными в реальном времени. И наша задача — создать такие системы, такие архитектуры в ваших компаниях, которые помогали бы вам извлечь все выгоды из возможностей взаимоинтегрированнной работы в реальном времени.

Синергия от экосистемы

Расскажу подробнее о том, что собой представляет наш центр — E4TC. В него входит целый ряд ведущих компаний разного профиля, а также технический университет RWTH. Аахенский университет — один из двух крупнейших техниче- ских университетов в Германии, он основан в 1870-х годах, бо́льшая часть его деятельности направлена на электро- и механическое машиностроение. Сегодня мы считаем своей главной задачей удовлетворение потребностей промышленности, поэтому реализуем целый ряд интересных для нее проектов.

Надо отметить: ведя речь об Индустрии 4.0, мы говорим не только о машиностроении и не только о сближении физического и цифрового миров. Как университет, как консалтинговая фирма, как промышленно-производственная компания, мы нуждаемся в поддержании уровня своей конкурентоспособности, а для этого нам нужна экосистема. В будущем ее наличие приобретет еще большее значение, чем сегодня, когда вы работаете с партнерами, которые дополняют вас своими компетенциями в разных направлениях. У нас в Аахене общие инвестиции порядка $2 млрд. долларов были вложены в создание экосистемы, в которой представлены эксперты самых разных направлений. В их числе, безусловно, инженеры-механики, специалисты, которые, разрабатывают программное обеспечение. Наши партнеры — это и крупнейшие компании типа Siemens, и новые стартапы. Когда мы работаем над новыми проектами, партнерская сеть обеспечивает нам гибкость в духе Agile, и при этом мы всю работу делаем непосредственно в цехе. То есть действуем по принципу: меньше планирования заранее и больше реагирования на то, что происходит в реальном времени.

Рассмотрим некоторые наши проекты. В 2011 году стартовал проект по разработке и выпуску электрокара для последней мили логистики. Этот новый электромобиль с дальностью всего лишь 80 км используется службами доставки почтовых отправлений. Он был спроектирован с нуля, сконструирован с использованием электросиловой системы вместо двигателя внутреннего сгорания. В ходе работы над ним мы плотно сотрудничали с его заказчиком — службой доставки почтовых посылок, досконально изучали её запросы. И таким образом выяснили, что выгоднее изготавливать бампер машины из трех частей, чтобы в случае аварии и необходимости заменить бампер, можно было это сделать максимально быстро и дешево. Обычно почтовые службы Германии используют порядка 10 000 автомобилей в год. Эта партия автомобилей слишком мала для автогигантов, например, VW или других. А мы взялись за этот объем в полном соответствии с нуждами клиента. И при том, что производство расположено в Германии, где заработная плата весьма высокая, этот стартап оказался вполне успешным. Компания затем была куплена почтовой службой, которая сейчас заказала ей еще 20 000 автомобилей для развоза посылок по всей стране.

Другой наш проект — электромобиль e.GO Life. С Теслой он, конечно, не сравнится, — та изготовлена для премиального рынка, с дальностью на одной зарядке в несколько сот километров. Но Тесла и стоит соответственно — от 70 000 долларов. А вот наша машина задумана как вторая семейная — чтобы возить детей в школу, ездить в супермаркет. Дальность у нее — 140 километров, и стоит она гораздо дешевле, чем все остальные электромобили такого класса — всего лишь 14 000 евро в базовой комплектации. На такие параметры возможно выйти, только если вы работаете в экосистеме в сети. Мы делали e.GO Life вместе с десятью поставщиками второго уровня в автоиндустрии. А когда вы работаете как элемент сети, выигрывают все участники этой сети. Это позволяет увеличить скорость разработок.

Выступление Кристиана Хокена

Agile вам в помощь

Что же нам необходимо для создания результативной инфраструктуры? Конечно, нужно иметь единую для всех площадку. В цифровом мире всё со всем связано, все со всеми связаны. При этом важно, чтобы участники процессов имели возможность общения, в том числе неформального. Разумеется, требуются и производственные мощности. У нас есть демонстрационные заводы, как мы их называем, где мы строим опытные образцы, прототипы продуктов. Мы их называем PrimoType. Это промежуточная стадия между прототипом и серийным производством, необходимая, чтобы оптимизировать и довести до ума производство. Кроме того, у нас есть eLab — электронная лаборатория, которая производит эффективные батареи, аккумуляторы для электромобилей. А также инновационные лаборатории, где мы работаем над цифровыми аспектами и компонентами всего, что мы делаем. Это цифровая часть цепочки образования ценностей, где мы проводим моделирование, объединяем все в комплекс, оптимизируем таким образом всю цепочку.

Теперь поговорим о нашем подходе. Что такое Agile в данном случае? Рассмотрим это на примере цепочки снабжения. Как я говорил, мы строим электромобили с нашими поставщиками второго уровня, в том числе с производителями софта. Сеть этих поставщиков огромная. Если вы хотите сократить время выхода продукта на рынок, вам нужно сокращать время на инженерную разработку, и потому в будущем все должны уметь работать совместно над конструированием, над корректированием. Мы работаем с помощью платформы, которая соединяет всех поставщиков между собой. Все компоненты, все аспекты: электрику, механику, софт и т.д. Помимо прочего, это позволяет нам выявлять конфликты. При возникновении конфликтов исправлять конструкцию довольно непросто, но эта платформа нам помогает.

После стадий работы с поставщиками, проектирования, создания модели - переходим к серийному производству. Тут нужны рабочие производственные планы. И мы часто видим, что разработанный проект не так-то просто внедрить в производственный цех по самым разным причинам. Например, есть какие-то ограничения в цехе. Начинается поиск вариантов, как можно их обойти или устранить, затем запускается сам процесс внедрения. И можно заранее предсказать, что в этом процессе неизбежны сбои, чьи-то ошибки и т.д. Потому очень важно научиться правильно составлять запросы на изменения. Каждый раз при возникновении проблем вы должны после их устранения легко возвращаться в правильное русло. Это достижимо в том случае, если вы работаете на основе единой для всех базы данных. Например, если у вас компьютерное проектирование, и вы берете из одной и той же базы данных и производственные планы, и ведомость материалов, и спецификации, то вы можете обеспечивать постоянную непрерывную связь со всеми участниками процесса. И, конечно, ту же самую базу данных можно использовать для передачи информации работникам.

Лестница в небо

Что происходит на современных заводах? В производственных процессах все еще очень много бумаг. Но когда, например, разрабатывается новая модель, все эти бумажные чертежи, инструкции приходится переделывать. При проверке качества вы опять-таки должны заполнять огромное количество бумажных форм, которые потом оседают в архивах, и никто их не читает. Когда у вас задействована объединяющая всех система, и у каждого работника есть к ней доступ определенного уровня, вы можете все эти процессы оцифровать, и это тоже повышает производительность труда. Кстати, это возвращает нас к началу нашей беседы — к теме оптимизации производственных процессов. Речь идет о налаживании всей работы на уровне организации, включая производство, проверку качества и меры по его обеспечению.

Сегодня многие промышленные компании, осуществляющие цифровизацию, достигли уровня «connectivity», что означает связанность. Иными словами, у них есть интегрированные системы, например, SMP, охватывающие их бизнес-процессы. Эти системы реально помогают получать запросы от клиентов, реальных заказчиков, генерировать заказы, управлять вашим бизнесом. Однако это все сфера планирования с очень небольшой увязкой с реальным миром, поскольку здесь нет данных в реальном времени. Следующий шаг и стадия развития предприятия, если вы двигаетесь дальше, называется «visibility» или наглядность, прозрачность. Это уровень на котором управленцы компании уже точно знают, что происходит на их производстве, располагают данными в реальном времени, поступающими от машин, оборудования и систем. То есть, имеют цифровое представление о собственной компании. Дальше — еще более высокие стадии, когда вы начинаете работать над пониманием этих данных, это можно назвать прозрачностью или проницаемостью, когда вы видите связи между разными данными, можете проводить анализ происходящих событий и их причин. Здесь становится очевидной закономерность в потоке данных, выявляются некие маркеры событий, влияющих на итоговые результаты. И это крайне важно, потому что каждый раз при обнаружении закономерности, в результате которой возникает что-то незапланированное, вы на это можете адекватно отреагировать. Мы это называем возможностью предсказывать (предсказуемостью).

В чем разница между этими стадиями? На стадии «visibility» (наглядность) в основном речь идет об инвестиционных решениях. Вы покупаете новую машину или расширяете какую-то технологическую линию, оснащаете датчиками конкретный станок, создаете какую-то IT архитектуру ради этого, и это просто. Конечно, это стоит немалых денег, но, повторюсь, это просто, и на рынке есть масса компаний, которые это для вас сделают, они поставят прекрасные информационные панели, и там будет вся нужная вам информация. На уровне наглядности «visibility» у вас появляется информация на экране, что позволяет принимать более качественные решения. А вот стадия «transparensy» (прозрачность и проницаемость) совершенно другая. Вы должны ее пройти c сотрудниками собственной компа- нии. Почему? Потому что руководству необходимо в деталях знать все, что происходит с бизнес-процессами в компании. Вам нужны реальные инженеры, которые работают с реальными процессами и все хорошо в них понимают, а с другой стороны, вам надо уметь работать с данными. То есть требуются люди, которые знают, что такое IT, хостические процессы и так далее. Сейчас появилась даже новая специальность Data Scientist, специалисты в области данных, и это очень трудная работа. И их пока довольно мало. Трудно найти человека, который объединяет в себе такие разные направления знаний. Это отличает ситуацию на уровне «transparensy» от предыдущей стадии. Если на стадии «visibility» (наглядность) речь идет об инвестициях, то тут вашему бизнесу нужны новые люди, способные объединить инженерные и цифровые знания, знания данных. Кстати, все это позволяет вам наращивать бизнес.

Огромные выгоды начинаются на следующих стадиях. Вот, например, уровень «adaptability» (приспособляемости, адаптивности): мы не уверены, необходим ли он всем компаниям. Потому что адаптивность означает, что система может сама принимать решения, что делать дальше. И конечно, когда вы сейчас работаете с помощью каких-то изолированных роботов — это вполне приемлемо, но для всей производственной системы в целом — это вряд ли годится. Будущее покажет, кому потребуется стадия адаптивности. Пока мы видим, что большинство современных предприятий пытается выйти на третий или четвертый уровень — «visibility» или «transparensy».

Теперь поговорим о том, что нам требуется с технологической точки зрения, чтобы всего этого достичь. Здесь необходимо четко понимать различия между тремя разными циклами: разработки, производства и использования. Чем обычно сегодня располагает современная компания? У нее есть экспертные системы. Например, компьютерное проектирование, PLM. Есть системы уровня ERP. А также системы управления производством в цехе класса MES. Ну а в пользовательском цикле речь идет о системах управления взаимодействием с клиентами, компьютерных системах обеспечения качества, обратной связи и так далее. Но опять-таки проблема: все эти системы не связаны между собой. Они изолированы. Получив запрос от заказчика, от клиента и введя его в систему CRM, вы уверены, что эта информация попадет в следующую стадию разработки продукции, в PLM, например? Или взять сети компьютерного проектирования. Сперва, нужно построить модель по тем данным, что у вас есть, а затем работать с этими данными с помощью алгоритмов промежуточного уровня. Есть разница между уровнем данных и промежуточным уровнем. Но уровень данных содержит всю информацию, имеющуюся на уровнях ниже. Вы к ним обращаетесь, чтобы эти данные извлечь. И недостаток в том, что опять же это данные не в реальном времени. Информация — в изобилии, и это может помогать при самых разных ситуациях. Но если вы хотите построить компанию в стиле Agile, эти данные должны оставаться в системах. Конечно, и речи не идет о том, чтобы отказаться от имеющихся сегодня систем, но нужно обеспечить интерфейс, чтобы все эти системы могли общаться друг с другом.

Кристиан Хокен и Радислав Бирбраер

Зачем это нужно? Мы хотим обеспечить интеграцию данных, позволяющую принимать качественные решения по управлению бизнесом. Принимать эти решения должно быть просто, как с по- мощью приложения на вашем смартфоне. Это гораздо проще, если вся информация интегрирована в рамках отдельных приложений. И если привести пример из другого сектора — это компания типа PayPal, которая подорвала традиционный банковский бизнес, поскольку благодаря ее приложению работа значительно упростилась. Причем, конечно же, у них есть сложнейшие системы, но пользователь их не видит. Все, что предлагается пользователю, — это простые в пользовании приложения.

Мы много говорим об информационных технологиях. С нашей точки зрения, есть много аспектов, которые надо учитывать помимо информационных систем. Ваша компания может достичь разных уровней цифровой зрелости, которые мы сегодня вкратце рассмотрели, и это позволит вам совершенствовать информационные системы. Но в то же время вы должны обеспечить готовность ресурсов, активов и людей к новациям. Ведь для них изменится способ функционирования. И сама организация должна быть к этому готова. То, как люди работают, взаимодействуют друг с другом, как они принимают решения, — все это должно измениться. Когда вы полагаетесь на системы, которые сами принимают решения на основе данных, вам нужны соответствующим образом подготовленные люди, оргструктура и, что не менее важно, культура. То есть дело не только в том, чтобы вывести свои информационные системы на пятый уровень, но и все остальные сегменты должны быть развиты симметрично. Мы предлагаем компаниям оценить их состояние на сегодня по этим критериям и понять, каких возможностей, каких умений им не хватает. И вовсе необязательно, что их основные проблемы — в области IT систем. Очень возможно, что им прежде всего надо обучать людей тому, как пользоваться новыми решениями и менять способ принятия решений в организации, если система принятия решений слишком сложная.

А в результате получается примерно следующее: мы говорим о трансформации, вовсе не имея в виду долгие проекты. Мы говорим об огромных программах, состоящих из множества проектов. Что можно извлечь из этого подхода? Можно разработать дорожную карту, включающую ряд связанных между собой проектов, которые отвечают вашим стратегическим целям. Индустрия 4.0, конечно, приводится в движение техно- логическим прогрессом, но в конечном итоге, ее единственная цель — помогать вашему бизнесу развиваться и совершенствоваться. Это не технологии ради технологий. Думая о цифровой трансформации, не забывайте, что это только технология. Вам необходим целостный подход, обеспечивающий успех для вашей организации в целом.