Дмитрий Иванов: новый индустриальный уклад основан на компетенциях

В феврале этого года на заседании президиума Совета по модернизации экономики и инновационному развитию России под председательством премьер-министра Дмитрия Медведева была одобрена первая «дорожная карта» по развитию кросс-рыночного направления Национальной технологической инициативы (НТИ) – «Передовые производственные технологии» – «Технет» (TechNet).

Разработчики дорожной карты «Технет» ставят перед собой две основные цели. Это формирование комплекса ключевых компетенций в России, обеспечивающих интеграцию передовых производственных технологий (ППТ) и новых бизнес-моделей для их распространения в качестве «Цифровых Фабрик». А также создание глобально конкурентоспособной кастомизированной/персонализированной продукции нового поколения для рынков НТИ и высокотехнологичных отраслей промышленности. По словам главы правительства, «Технет» обобщает технологические решения, «которые революционным образом меняют индустриальное производство, делают его эффективным, автоматизированным, позволяют оцифровать все стадии оборота продукта от самой инженерной мысли до утилизации».

Глобальный рынок услуг «фабрик будущего» уже сейчас оценивается примерно в 773 млрд долларов, но доля России на нем пока составляет лишь 0,28%. Целью «дорожной карты» является увеличение этой доли как минимум до 1,5%. Подход, предлагаемый ее разработчиками, позволяет интегрировать «Технет» в традиционные секторы экономики. В первую очередь речь идет о развитии наиболее перспективных направлений, в числе которых – цифровое проектирование и моделирование, новые материалы, аддитивные технологии, индустриальный интернет, робототехника. На первых этапах «дорожная карта» будет охватывать не менее восьми отраслей промышленности, решая ряд комплексных задач на стыке этих отраслей и продвигая в них комплексные системы передовых технологических решений, интегрированные в технологические цепочки («Фабрики Будущего»)».

 Чтобы опробовать такой подход на практике, предусмотрен запуск нескольких испытательных полигонов, в том числе на базе Института передовых производственных технологий СПбПУ и на базе НПО «Сатурн» (входит в АО «ОДК» госкорпорации РОСТЕХ). На «Сатурне» также реализуются проекты создания двух цифровых фабрик: «Разработка прикладного программного комплекса для проектирования и анализа деталей из полимерных композиционных материалов с 3D-тканой армирующей внутренней структурой» и «Разработка мультидисциплинарных математических моделей металлообработки маложестких деталей и лазерной обработки сложных поверхностей».

Комментарий главному редактору «Умпро» Геннадию Климову дал один из инициаторов создания проекта «Технет», директор по инновационному развитию ПАО «НПО «Сатурн» (входит в АО «ОДК» госкорпорации РОСТЕХ) Дмитрий Иванов:

 – Сегодня уже для всех очевидно, что опережающими темпами идет смена технологических, точнее даже – индустриальных укладов. И по мере того как этот тренд набирает силу, отечественная промышленность все больше рискует из него выпасть. Основная причина, на мой взгляд, в том, что наше производство так и не завершило до конца трансформацию в рамках предыдущего индустриального уклада. Ведь даже в ключевых отраслях нам до сих пор не удалось выйти на достаточно крупное серийное производство, как, например, Airbus и Boeing в авиастроении. Более того, мы не вышли с этим производством в сервисную экономику. Мы мало зарабатываем на сервисах, на услугах вокруг нашей продукции.

Здесь надо также учитывать, что при серийном производстве действует соответствующая бизнес-модель масштаба цены. Чем больше вы производите продукции, тем дешевле обходится производство ее единицы. Новый пакет технологий, цифровое проектирование и моделирование, аддитивные технологии, композиты, робототехника в совокупности с различными платформами позволяет современным компаниям выйти из этой бизнес-модели. Теперь стоимость одной штуки может не зависеть от объема выпуска. А основные затраты закладываются на интеллектуальной стадии – НИОКР.

Но здесь мы сталкиваемся с первым противоречием, комплексирование новых технологий происходит таким образом, что если вы раньше не производили серийный продукт, то вы не можете создавать продукт нового поколения, на базе новых технологий. У вас нет навыков серийных технологий и вам некуда встраивать новые технологии. А эти технологии уже сильно взаимосвязаны между собой. И если вы захотите в свою действующую архаичную технологическую цепочку встроить робота, то в этом не будет смысла, поскольку производительность «до» и «после» у вас будет ниже, чем у него, поскольку у него совершенно другие показатели по качеству, повторяемости, производительности. Если вы можете «предсказывать» более точно качество ваших изделий, вы сможете, соответственно, уменьшить запасы. И получается, что в одном из звеньев цепочки у вас запасов меньше, а во всей остальной цепочке вы будете вынуждены их наращивать, чтобы обеспечить стабильность работы этого высокопроизводительного места. Соответственно, общая стоимость вашей производственной системы увеличится.
Глобальный рынок передовых производственных технологий. Боровков А.И., «Дорожная карта Технет», 2017 г.

Вторая проблема, – уровень цифровизации нашего производства. В общем объеме того, что производится в России, доля аналоговых продуктов составляет порядка 70%. И только 30% – это современная цифровая экономика. Углубившись в анализ этих цифр, обнаруживаем, что эти 70% аналоговых продуктов имеют разное происхождение. Примерно две трети от общего объема их выпуска – это продолжение того, что производилось еще при СССР, еще треть – то, что мы получили в результате трансфера технологий за последние 10-15 лет в рамках модернизационных программ.

Понятно, что все аналоговые продукты в недалекой перспективе уйдут из обращения. Но в России-то они сейчас составляют до 50% ВВП! Вопрос в том, в течение какого времени государство еще будет считать целесообразной поддержку таких производителей.

Вот показательный пример на тему «аналог» и «цифра» в российской промышленности». Как вы думаете, почему мы не сможем сегодня повторить созданный советскими авиастроителями в 1970-1980-х годах самый мощный в мире сверхзвуковой стратегический бомбардировщик ТУ-160? Не потому, что нынешние инженеры настолько уступают в профессионализме своим великим предшественникам, а потому, что вся его документация – это аналоговые чертежи, а все оборудование на современных авиапредприятиях уже цифровое. Переводить чертежи в цифровой формат экономически нецелесообразно. А на то, чтобы создать заново новый цифровой макет, требуются значительные средства, нужна отдельная программа, кстати, которую сейчас пытаются запустить по другому самолету. И вот что здесь еще интересно: в любом случае, когда конструктор переводит чертеж в «цифру», когда у него появляется цифровая модель, он получает возможность применять к ней различные системы моделирования. При этом он, как истинный конструктор, начинает переделывать исходный материал, вносить множество изменений, которые, в свою очередь, требуют все новых корректив. Это верный подход, но он четко показывает состояние нашей экономики. Сейчас, повторюсь, аналоговые продукты стремительно уходят с рынка, а новые, созданные в новой парадигме, появляются гораздо медленнее. И это вполне естественный ход вещей: и на Западе этот процесс происходил на протяжении примерно 20 лет прошлого столетия.
Изменение структуры производства. ИППТ СПбПУ по материалам CIMdata, 2017 г.

Следующая проблема возникает, когда мы оцифровали всю свою продукцию, это существенная проблема для крупных корпораций, где разрабатываются и производятся многие тысячи наименований деталей, компонентов. «Аэрбас», проанализировав ситуацию, выяснил, что 80% своего рабочего времени инженер корпорации либо проектирует деталь, которая уже кем-то в этой же компании была спроектирована ранее, но он об этом не знает, либо ищет ее в разных производствах корпорации. Ведь там, где сетевой характер производства, и оснастка может быть по разным цехам, и у нее могут быть разные поставщики и т.д. Вот и получается, что на создание чего-то принципиально нового инженер тратит только 20% времени.

Как решается эта проблема в передовых экономиках? Одно из направлений, которые сейчас реализуются, – создание конструкторских баз типа LEGO – Open source design. Необходимо создание интеллектуальных библиотек, с системой контекстного поиска. Ведь значительная доля интеллектуальной собственности ведущих производителей в плане стоимости уже амортизировалась. Соответственно, благодаря таким библиотекам появляется возможность производить конструкции гораздо дешевле, чем это было раньше. Если вы сможете подойти по принципу Apple Store к конструкции – к роботу, к станку, к аддитивной машине – вместе с деталью, сразу взять управляющую программу, то у вас стоимость сразу падает.
Песков Д.Н. Национальная технологическая инициатива, АСИ, 2016 г.

Когда все эти новые слои сойдутся, возникнет новый индустриальный уклад. И сейчас идет процесс перехода от текущего серийного производства в новое. Ему еще не придумали названия, оно зарождается у нас на глазах. Сейчас на него наслаивается еще один – виртуальный – слой, который формирует принципиально новую парадигму проектирования и создания продукта, как и способа заработка денег. Сейчас часто упоминается термин «disruptive technology», который переводится и как «прорывная», и как «подрывная» технология. Это технология, или чаще, технологический пакет, который в момент своего создания является менее прибыльным, чем доминирующая на рынке сегодня технология, но при систематическом развитии становится более выгодным и занимает доминирующие позиции. Характерный пример – сланцевый газ. До определенного объема технология не конкурентоспособна, но как только она вышла на определенный уровень – заняла 20% рынка, ее оттуда уже не вытеснить. Примерно то же самое происходило, когда Генри Форд создал свой конвейер. Так что механизм уже хорошо известен и подробно описан, и сейчас мы просто выходим на очередной его виток.

Сейчас в индустриальном мире начинает возникать понимание того, что новый уклад основан не на машинах и технологиях, а на компетенциях, на способностях человека, имеющего определенные навыки, знания, методы работы, переходить из своей текущей области деятельности в новую, не обеспеченную знаниями, причем переходить быстро и экономически выгодно. Это, по сути, новое поколение компетенций. Это поколение компетенций нельзя сформировать, если у вас нет производства, цифрового и серийного. Ведь почему мы говорим об индустриальной революции? Потому что мы в текущем укладе не можем создать технологии нового уклада. Так рвется шаблон. А российская система технического образования еще с середины прошлого века настроена под конвейерное производство.
Шкалы личностного роста человека. «Школа ректоров-8», МШУ Сколково, 2016 г.

Сегодня инженер-конструктор-выпускник вуза не умеет практически ничего, естественно с точки зрения современного производства. И это не его вина: система нашего массового инженерного образования настроена на конвейерное производство. Когда вчерашний студент приходит в КБ, ему для начала дают «рисовать» деталь, при этом все расчеты и прорисовку конструкции узла за него делают более опытные коллеги. Через какое-то время он получает более высокие профессиональные категории, от деталей переходит к работе над модулями и достигает уровня ведущего инженера. Таким образом, он растет одновременно по трем условным шкалам: это развитие мышления, способность профессиональной коммуникации и видение проблематики. И в результате он может сформировать новую конструкцию. Вузы же до сих пор развивают у студента только одну шкалу – изучая старые конструкции, студент создает для себя по аналогии определенный массив в виде готовых решений. Он, как правило, не умеет коммуницировать и проблематизировать – ему не дают соответствующей практики.

Теперь рассмотрим, что происходит, когда в процесс проектирования вводится цифровой пакет. Теперь знания по аэродинамике, термодинамике, прочности и так далее доступны в виде расчетных программных пакетов. Когда инженер работает над 3D-моделью, он не может создавать ее в трехмерном изображении по одной детальке, и вынужден создавать сразу всю систему. Для этого он должен обладать навыками проблематизации и мышления, должен понимать принципы функционирования всей системы, обладать навыком коммуникации, чтобы суметь понять проблемы потребителя, заказчика. Таким образом, сегодняшний выпускник вуза, пришедший на высокотехнологичное предприятие, уже должен обладать таким уровнем навыков и знаний, который в советском КБ достигался специалистом за пять – десять лет работы. Но таких специалистов, которых еще называют инженерным спецназом, у нас практически нет. А образовательная система продолжает производить специалистов по старым моделям. А ведь что такое КБ? Это пирамида, в основании которой – множество инженеров-конструкторов низших категорий, среди которых происходит естественный отбор лидеров.
Трансформация «советского» КБ под воздействием тренда «Цифровизация». «Школа ректоров-8», МШУ Сколково, 2016 г.

Но, поскольку они неспособны выйти на уровень ведущих инженеров, получается, что до 70% этого слоя состава КБ придется отсеять. И руководитель будет вынужден это сделать, поскольку его компания конкурирует с небольшими фирмами, выстроенными уже по современным принципам. Вот пример из практики лидера рабочей группы «Технет», проректора по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) Алексея Боровкова. Алексей Иванович является основателем и научным руководителем учебно-научной и инновационной лаборатории «Вычислительная механика» (CompMechLab) и созданной на ее базе компании ООО «Лаборатория «Вычислительная механика» (CompMechLab®). И эта Лаборатория, где работает около двухсот человек, блестяще выполнила задачу, за которую не брался ни один отечественный крупный производитель из автопрома. Речь идет о проекте «Кортеж». CompMechLab менее чем за два года создал единую модульную платформу для автомобиля, на котором будут лимузин, седан, микроавтобус и внедорожник. Такого пока нет ни у одной российской компании автопрома. Далее на этой платформе делается полностью рабочая конструкция, и в итоге лимузин получает высшую оценку по безопасности на двух независимых международных полигонах – в Германии и России. Кроме того, эта Лаборатория на протяжении уже пяти лет является основным поставщиком цифровых моделей для нескольких ведущих мировых производителей автопрома, в том числе BMW. И, накапливая эти уникальные компетенции, специалисты фирмы тиражируют их в других областях. То есть это уже фактически – цифровая фабрика.

Понимание остроты перечисленных здесь проблем и потребность предложить их решение, обеспечивающее продукции отечественных высокотехнологичных компаний долгосрочное конкурентное преимущество на рынке, и привело нас в конечном итоге к созданию «Технета». Его идея детально прорабатывалась на площадке АСИ в формате форсайта, затем мы в течение двух лет работали над «дорожной картой». Проект изначально пользовался действенной поддержкой Минпромторга РФ. В рабочей группе «Технет» два соруководителя: замминистра промышленности и торговли Василий Осьмаков и проректор по перспективным проектам Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) Алексей Боровков.
Заседание рабочей группы «Технет»

На рабочей группе «Технета» мы много внимания уделили выявлению барьеров, препятствующих созданию умных фабрик. К примеру, возьмем роботизированный участок предприятия. Робот должен каким-то образом держать деталь, четко спозиционировать ее у себя: либо должен понимать, как она позиционирована на станине, либо – в его руке, чтобы делать над ней какие-то операции. Значит, требуется оснастка, причем такая, чтобы позиционировать деталь без участия человека. Сейчас же оснастка на реальном производстве такова, что она, во-первых, уникальна, во-вторых, в ней постоянно требуется вмешательство человека, что-то подкрутить, зафиксировать и т.д. И возникает вопрос: если у вас есть живой наладчик, тогда зачем вам робот? Как разрешить этот парадокс? Есть модульная быстроналаживаемая оснастка, собираемая, как LEGO. В мире всего три-четыре ее основных поставщика, из них – ни одного российского. Из стандартных элементов создается практически любая технологическая оснастка, которая позволяет автоматически с помощью определенных механизмов четко позиционировать ее в точке «ноль». Таким образом, сегодня преградой к использованию нового поколения технологий уже являются не станки, а отсутствие такой оснастки, которую, кстати, можно, добавив некоторые новые элементы, в любой момент пересобрать под новые задачи. То есть в данном случае не потребуется закупать новую оснастку. А если у вас стандартные модули, то что мешает сделать так, чтобы ее собирал робот? И наши производства со временем, безусловно, к этому придут. Но для этого им необходимо самим ее производить, иметь собственную базу моделей. И вы должны ее выпускать определенной серией. Ведь LEGO потому и дешевый, поскольку все элементы в нем стандартные и выпускаются в большом количестве.

Разбирая все, что у нас происходит в технологических процессах при создании новой производственной системы, мы обнаружили, что барьеры, которые мы в предыдущем укладе обходили теми или иными способами, теперь стали ключевыми. Как та же самая модульная оснастка, без которой уже невозможен переход к новому индустриальному укладу.

Возьмем теперь аддитивные технологии. Их основная проблема в том, что каждый раз, когда вы печатаете изделия, вы создаете новый материал. У вас поменялась конструкция, значит, иначе сложились температурные напряжения, появились другие свойства. Всякий раз все меняется. Одна и та же деталь, которая напечатана из одного и того же порошка, но расположенная в разных сторонах рабочей зоны принтера, может иметь разные свойства. Как конструктор понимает, что он сделал деталь с какими-то свойствами? Потому что то, что он спроектировал и то, что потом произвел, имеет разные свойства. И он на сегодня не знает эти свойства. Потому что закон подобия материалов при этой технологии больше не работает. Теперь история повторяется для каждой детали. Поэтому нужен софт, который будет предсказывать свойство этой детали в будущем. Вот вам еще один барьер, которого раньше не было. И пока конструктор не будет этого понимать, он не сможет проектировать новые детали. Ему нужно наработать методологическую базу. А методологическая база – это серия. Но если ты серийно не выпускаешь продукцию с применением АП-технологий, откуда у тебя эта база возьмется? Еще один барьер! Мы ведь до сих пор производим по АП-технологиям какие-то отдельные мелкие штучные детали, а чтобы накопить необходимый опыт, их надо выпускать тысячами.
Лаборатория центра аддитивного производства НПО «Сатурн»

 Следующий вопрос: как контролировать качество деталей, произведенных по аддитивной технологии? Если серия малая, можно обойтись томографом, а если это партия в десятки тысяч штук? Пропускной способности томографа не хватает, нужны другие методы контроля качества. А также требуется система постобработки детали, поскольку аддитив – это все равно заготовка. И оказывается, что ключевой вопрос не в том, что у нас нет порошка или станка, который печатает нужным нам способом, хотя это – тоже фактор торможения. Но ключевая проблема перехода в новую систему производства состоит в том, что нужно накопить необходимые методологии и компетенции.
Образцы продукции центра аддитивного производства НПО «Сатурн»Опытные образцы продукции центра аддитивного производства НПО «Сатурн»












Сейчас выпуск деталей с помощью аддитивных технологий у нас невыгоден. Посмотрите, ведь нет ни одного изделия, которое полностью, с нуля, спроектировано под эти технологии. Выигрыш от применения аддитивных технологий появится, когда изделия будут спроектированы именно под эти технологии и появится бизнес-модель, которая позволит их использовать. Ее также еще только предстоит создать. Сейчас компании накапливают опыт, компетенции и знания, чтобы сформировать в дальнейшем новые бизнес-модели. А мы этого не делаем. Более того, у нас негде это делать. Попробуйте, к примеру, роботизировать отдельный участок производства. Вы увидите, что все роботы будут иностранные, и все интеграторы – тоже импортные. В России до сих пор есть всего 10 интеграторов, способных решать серьезные промышленные производственные задачи по роботизации производственных систем, да и то – с большими ограничениями. А мы ведь говорим о потоке, об экономике в целом. То есть таких команд должно быть сотни, если не тысячи. Ведь нужно быстро переписывать технологические процессы, нужна новая платформа для новой продукции. А ее можно создать только на базе практического опыта.
Роботизированная линия нанесения огнеупорного покрытия форм для литья лопаток SaM146

Одной из пилотных площадок для проектов «Технета» является НПО «Сатурн». Участие «Сатурна» в реализации идей «Технета» удачно вписывается в логику развития НПО. В 2001 году из нашего КБ был выкинут последний кульман. Уже 16 лет все продукты «Сатурна» изготавливаются в «цифре». Доля цифровых продуктов в объеме производства компании сегодня достигает 70%. Причем это продукты даже не проектирования, а серийного производства. Все новые изделия выходят полностью в «цифре», и она прошивает весь жизненный цикл изделия. На «Сатурне» создан участок аддитивных технологий. Есть несколько роботизированных участков, которые, например, занимаются созданием формы для лопаток под монокристаллическое литье. Там задействован роботизированный комплекс общей стоимостью около 800 тысяч долларов. Из них само «железо» – это 200 тысяч, все остальное – «софт»: виртуальные модели и т.д.

Понятно, что нам есть что дорабатывать, куда развиваться, но основа заложена. И это позволяет нам перейти к следующему этапу – созданию умной фабрики.

 Мы в рамках рабочей группы «Технет» продвигаем идею создания испытательных полигонов: создаем искусственно избыточную технологическую систему при вузе (технология должна какое-то время развиваться в научном центре) и при производстве. Задача испытательного полигона – проверить, как новая технология интегрируется в технологическую платформу. В полигоне университетского типа это происходит на ранних стадиях готовности технологий (TRL) и производства (MRL) от 4-го до 6-го, на производственном, близко к серийным уровням готовности технологии, 7-9.

Полигон – это замкнутая система, в которой все элементы имеют свой цифровой двойник, они выполняются в «умной» системе без участия человека. И там присутствуют все основные технологические переделы: фрезерные операции, шлифование, слесарная обработка и т.д. В этих условиях могут создаваться компетенции, связанные с системами управления уже не отдельными блоками, а целыми производственными системами. Дальше в работу вступает индустриальный интернет: его задействуют в производственных системах, снимают данные о всех процессах производственной единицы, от инструмента до станка, что дает возможность затем создавать предиктивные – предсказательные модели, показывающие, как будет работать вся система в целом. Таким образом будет можно создать систему управления производством и его планирования, основанную не на анализе ранее накопленного опыта и проецировании его на будущее, а на уверенном понимании того, что будет в дальнейшем, как поведут себя в будущем все производственные системы и т.д. И главное – это позволяет производителю делать новое поколение технологий.

Если сегодня на серийном производстве мы фактически теряем огромное количество статистических данных о тех процессах, которые происходят внутри нашей системы, то мы не можем перейти к созданию умной модели производства, так как она не будет релевантной к существующей в действительности. Соответственно, нельзя перейти к безлюдной модели производства. Вы не можете подойти к созданию умной модели до тех пор, пока у вас не появилось этого начального слоя.

Задача сегодняшнего дня – сформировать такую среду, где эти технологии смогут начать работать. Это будет открытая производственная система, которая будет производить продукт. С одной стороны, серийное производство, с другой – акселератор для технологических стартапов. Разработчик сможет увидеть, как его технология интегрируется с другими технологиями, которые уже там присутствуют. Мы хотим сделать первый полигон производственного типа в Рыбинске. Понятно, что это масштабный и весьма затратный проект, в котором значительный процент новизны, высокие риски. Поэтому здесь очень важна правительственная поддержка «Технета» в рамках Национальной технологической инициативы.

На «Сатурне» уже реализуется ряд пилотных проектов по индустриальному интернету. В рамках одного из них будем выстраивать сервисное обслуживание, снимать данные с турбины и формировать массив данных, потом будем делать модель, обучать машину, чтобы она предсказывала, когда и где будут поломки. Второй проект – система по предсказательному обслуживанию оборудования. Третья система – анализ движения тары в цехе.

Мы ставим на ближайшую перспективу задачу перехода в производстве к безлюдным технологиям. Это – мировой тренд, не следовать которому значит проиграть в конкурентной борьбе. Посмотрите, насколько стремительно это развивается, какое количество роботов скупается по странам. Китай сейчас лидер по роботизации производств. В Индии – GE открыли такое производство еще в январе 2015 года. 300 тысяч кв. метров и 1,5 тысячи человек, а производят четыре типа продуктов: детали для железнодорожных локомотивов, детали для авиационных двигателей, детали для очистительных машин, детали для ветроэнергетических установок. С точки зрения организации производства все разное: стандарты, технологии, материалы, инструменты. А делается в одном месте, масштабы огромные. А это еще не безлюдное производство. Мы скоро вынуждены будем жить в этой системе.

А сейчас мы у себя на «Сатурне» набираем компетенции. Мы полагаем, что владение такой платформой позволит ее тиражировать, хотя бы в рамках региона, на различные другие отрасли рынка. Формируется пул поставщиков высоких технологий практически для всех отраслей. Пока мы видим синергию на уровне региона. Мы хотим пересобрать вокруг этого наш кластер, запустить эту «историю» и посмотреть, какой получится эффект. Сейчас в этом направлении и работаем.

Версия для печати
Авторы: Галина ТАРАНОВА
Разместить ссылку на: 


Добавить комментарий

Автор: *
Тема: *
Код c
картинки: *

Коментарий: