ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ

Прослушать новость

Максим Майоров


Общая задача цифровых технологий, внедряемых на промышленных предприятиях страны, – повышение эффективности производства. Процесс активно набирает обороты в ключевых отраслях: машиностроение, металлургия, горная добыча, нефтегазовый сектор, химия. Промышленники активно внедряют на своих производствах цифровые решения, которые позволяют компаниям выйти на качественно новый уровень.

Цифровые технологии в судостроении

Судостроение – возможно, одна из самых консервативных отраслей отечественной промышленности, но и туда уже начали проникать цифровые технологии, причём этот процесс идёт полным ходом. Главная задача здесь – это цифровизация судостроительного производства, то есть объединение всех программных продуктов, в нём использующихся, в единое целое. Иначе говоря, создание единого цифрового пространства.
В 2016 году Министерство промышленности и торговли запустило два проекта – «Верфь-М» и «Адаптация». «Верфь-М» предназначена для создания «специализированного программно-информационного комплекса для проектного управления строительством гражданской морской техники и сооружений, создания единой отраслевой системы нормативно-справочной информации». «Адаптация» разработана для «создания типового электронно-цифрового макета судна, разработки унифицированного российского формата хранения проектной документации и отраслевой модели передачи данных о проектировании объектов морской техники».
Кроме того, в начале 2018 года Санкт-Петербургский морской университет разработал проект «Цифровая верфь». Смысл его заключается в том, что все задействованные машины и станки цифровой верфи будут информационно связаны между собой и объединены под общим управлением для обеспечения максимальной точности и качества производимых работ от начала и до самого конца. В начале 2018 года стартовали работы по созданию «цифровой верфи» на Средне-Невском судостроительном заводе, аналогичный проект планируют реализовать на Онежском судостроительно-судоремонтном заводе. Как ожидается, это даст возможность увеличить производственные мощности предприятия, повысит объёмы экспорта, а также сократит затраты на постройку судов и их послепродажное обслуживание.


С помощью  программного комплекса FlowVision  уже выполнены более 50 проектов судов различного класса и назначения.


Другим направлением цифровизации в судостроении является использование 3D-технологий: печати, сканирования и моделирования для производства. Пока это выпуск небольших деталей, их ремонт или доводка до нужного состояния в процессе эксплуатации. 3D-сканеры применяются для контроля над текущим состоянием судна, помогают выявлять поломки и дефекты, возникающие при эксплуатации, а также отслеживать изменения в геометрии корпуса.
Для исследования мореходных и гидродинамических качеств судов в судостроении стал использоваться отечественный программный комплекс FlowVision. Основная его задача – моделирование поведения судов в различных условиях, в том числе в режиме турбулентности. С его помощью уже выполнены более 50 проектов судов различного класса и назначения.
На Балтийском заводе уже идёт проект по внедрению CALS-технологий – современных систем электронного документооборота и проектирования судов. Суть его заключается в создании единой структуры электронной информационной модели корабля. С её помощью можно будет наладить электронный обмен данными в процессе всего жизненного цикла судна от начала проектирования до утилизации, между всеми участниками процесса от проектантов до владельца.

 

На предприятиях оборонно-промышленного комплекса

Активное внедрение цифровых технологий идёт и на предприятиях военно-промышленного комплекса. Так же как и в судостроении, используются системы проектирования и моделирования производственных процессов.
К примеру, при проектировании новейшего
отечественного истребителя Т-50 авиационные заводы ОКБ Сухого использовали суперкомпьютерные решения, без которых невозможно всё сделать в кратчайшие сроки.
В свою очередь, Объединённая авиастроительная корпорация (ОАК) намерена использовать технологии Интернета вещей при сборке нового транспортного самолёта Ил-476 наряду с автоматизацией производства. Это позволит собирать планер в течение нескольких часов вместо дней или недель, как происходит сегодня. В перспективе, большая часть операций по сборке военных самолётов будет роботизирована, и этот процесс станет менее зависим от необходимости поиска и привлечения рабочих с нужной квалификацией.
В ОАК была создана и работает на практике концепция «цифровой фабрики», в соответствии с которой все станки, работающие на любом предприятии, стали иметь свою цифровую копию, а учёт и прогнозирование их работы ведётся одновременно на всех заводах корпорации. Наглядным примером тому является использование такой системы на Новосибирском авиационном заводе им. В. П. Чкалова: эксплуатация «электронных киосков» – специальных датчиков и электронных терминалов – позволила сократить потери времени и отследить эффективность работы высокопроизводительного оборудования. Результатом использования такой системы стало сокращение времени простоев оборудования до минимума и рост общей эффективности работы станков.
При работах по модернизации стратегического бомбардировщика ТУ-160 была реализована концепция «цифрового конструкторского бюро», позволившая объединить все конструкторские бюро и заводы, задействованные в проекте, в единое информационное пространство, а также перевести всю конструкторскую документацию в цифровую форму и обеспечить обмен информацией со всеми участниками процесса. Концерн «Калашников» при производстве оружия на своих заводах планирует использовать искусственный интеллект.
Есть примеры использования и 3D-тех-нологий на предприятиях ОПК. С 2015 года Центральное конструкторское бюро спортивного и охотничьего оружия использует промышленный 3D-принтер при производстве некоторых видов оружия, в частности, перспективного пистолета и автомата АДС, детали которых выполнены с помощью высокопрочного пластика и аддитивной технологии.
Концерн «Алмаз–Антей» также собирается использовать 3D-технологии. Сначала это будет обычный 3D-принтер для печати пластиком, а потом планируется переход на аппараты для печати металлом, для производства элементов систем вооружения, например, зенитно-ракетных комплексов.
В процесс производства начинает проникать робототехника. Уже сейчас на таких авиастроительных заводах ОАК как «АэроКомпозит-Ульяновск» и «АвиастарСП» работает около 50 промышленных роботов, которые справляются с работой лучше чем люди, и в перспективе готовы заменить целые смены высококвалифицированных сотрудников.

 

Цифровые технологии в металлургии

Определённый уровень цифровизации достигнут и на металлургических предприятиях. В «Трубной металлургической компании» в качестве перспективных для внедрения и последующего освоения рассматриваются четыре технологии: Интернет вещей, машинное зрение с распознаванием образов, большие данные и 3D-печать. При этом некоторые из них компания уже использует на производстве, сделав шаг к промышленному Интернету вещей. Так, на Северском трубном заводе совместно с компаниями IBM и «Атринити» реализуется проект, направленный на оптимизацию работы дуговой сталеплавильной печи. Он заключается в том, что на ней установлено специальное оборудование, которое отслеживает весь происходящий технологический процесс и полученные данные затем передаёт в систему IBM Watson, которая анализирует и выдаёт рекомендации по изменению тех или иных параметров.

Набирает популярность движение в направлении внедрения Big Data и Интернета вещей. Одним из известных начинаний такого рода стал проект «Объединённой металлургической компании» и компании Yandex под названием «Снайпер» на Магнитогорском металлургическом комбинате. Он предназначен для оптимизации расхода ферросплавов и добавочных материалов при производстве стали в кислородно-конвертерном цехе. В систему закладываются данные по исходному составу и массе шихты, требования по содержанию химических элементов в готовой стали, и после анализа оператор в реальном времени получает рекомендации по использованию ферросплавов и добавочных материалов. В итоге получается высококачественная сталь с заданным химическим составом при минимальных затратах.
Аналогичные работы ведутся и на предприятиях «Северстали». На Оленегорском горно-обогатительном комбинате внедрена и работает система высокоточного наведения буровых станков VG Drill. Независимо от погодных условий и времени суток электронный проект на бурение и положение бурового станка отражается у машиниста на экране, что позволяет с сантиметровой точностью бурить скважину, соблюдая её параметры и отслеживая возникающие в процессе бурения отклонения.
Процессы цифровизации затронули и предприятия «РУСАЛА». На литейных производствах компании уже внедряется информационно-технологическая система, контролирующая в автоматическом режиме все операции: от получения жидкого металла из электролизного производства до отгрузки готовой продукции. Также она отслеживает операции планирования, контроля качества и лабораторных исследований и помогает персоналу контролировать качество всех основных технологических параметров на каждом этапе производства: выполняет автоматический расчёт химического состава расплава, своевременно сигнализирует о тех или иных отклонениях технологических параметров, выдаёт автоматическое задание на резку слитков.

На предприятиях нефтегазовой отрасли

Цифровые технологии активно проникают и в нефтегазовую отрасль. Основополагающей программой здесь выступает концепция «цифрового месторождения» – модели безопасного, эффективного и основанного на применении передовых технологических решениях месторождения будущего. Одной из первых здесь является компания «Газпромнефть», чьи Омский и Московский нефтеперерабатывающие заводы оснащены виртуальными анализаторами качества, позволяющими прогнозировать качественные показатели без их фактического замера, на основании ранее сделанных лабораторных измерений.

Активно применяются системы расширенного управления процессами (APC). Они автоматически удерживают тот или иной процесс в рамках заранее заданного режима или целевых функций – к примеру, снижение энергопотребления при нефтепереработке или же увеличение выпуска определённого продукта. В компании «Газпромнефть-Хантос», являющейся одной из площадок по отработке цифровых технологий, действует самообучающийся комплекс «Цифровой двойник», автоматически подбирающий оптимальные режимы для работы всего комплекса и контролирующий обстановку в нём.
В конце 2018 года завершился проект по созданию базы данных реального времени, работающей по технологии VDI (Virtual Desktop Infrastructure). В этой базе, в максимально удобном для использования формате, будут сосредоточены все данные со всех датчиков и систем управления, и любой специалист сможет воспользоваться ими вне зависимости от места его нахождения. В результате большое количество действий, связанных с выяснением текущей ситуации, обменом данными в ручном режиме, станет ненужным и высвободит время сотрудников для решения других производственных задач.
«Роснефть» занимается внедрением облачных технологий и «умных» скважин, управляемых искусственным интеллектом – на данный момент количество таких скважин составляет около 2000 единиц. Кроме того, на всех её НПЗ общей мощностью более 110 млн т совместно с General Electric будет реализована программа «Управление эффективностью производственных активов и надёжностью оборудования» с использованием цифрового решения APM (Asset Performance Management). Это набор облачных программных и сервисных решений, направленных на повышение эффективности работы оборудования, куда входят мониторинг его состояния, сбор данных и их анализ.
На предприятиях «Башнефти» в перспективе планируется внедрение системы видеоаналитики, использующей алгоритмы искусственного интеллекта, а именно нейронные сети. В её задачу будут входить контроль за состоянием персонала – обнаружение и идентификация сотрудников, детальный анализ их действий, анализ наличия и соответствия средств индивидуальной защиты, контроль доступа сотрудников и техники на опасные производственные объекты, контроль нахождения персонала в опасных зонах при проведении работ. Помогать в этом будет промышленный Интернет вещей – специально созданная «умная» каска,
на которой установлено мобильное приложение, передающее данные по bluetooth и Wi-Fi. Также на каске есть система голосовых уведомлений, акселерометр, компас, горизонтомер, световые и звуковые датчики, тревожная кнопка и небольшая нейросеть, постоянно анализирующая состояние здоровья и поведение работника.
Не отстает от них и «ЛУКОЙЛ», где уже работают 18 цифровых проектов. Так, на предприятиях внедрены центры интегрированных операций (ЦИО), чья деятельность направлена на централизацию обработки и анализа производственных данных. В них производится интегрированное планирование мероприятий по сокращению потерь и оптимальному использованию ресурсов. Компания рассматривает возможность применения технологии блокчейн для разработки логистической платформы, предполагающей создание распределительной инфраструктуры для всех участников цепочки поставок, отслеживание грузов в режиме реального времени и автоматизацию контроля соблюдения условий транспортировки. «ЛУКОЙЛ» использует в своей деятельности и цифровые информационные модели, главным образом для моделирования строящихся предприятий, трубопроводов, заправок, других объектов хозяйственного и административного назначения.
В «Татнефти» реализуется проект «Умная шина», суть которого заключается в том, что в покрышки вживляются цифровые чипы с сенсорными датчиками, которые способны отслеживать весь жизненный цикл колёс. Получаемая потребителем информация о ходе их эксплуатации позволяет своевременно принимать меры по продлению периода использования изделий.

 

В угольной промышленности

Цифровизация постепенно приходит и в угольную промышленность. В её основе лежит концепция «цифрового горного предприятия», в которую входят как внедрение новейших технологий типа роботов, искусственного интеллекта, автоматизированных систем, так и интеграция всего этого
с бизнес-приложениями.
Характерным тому примером является работа «умного» угольного пласта. Он способен передавать исполнительному органу угольного комбайна данные о своих текущих размерах и прочностных характеристиках, о наличии в ём нежелательных твёрдых включений и других значимых для угледобычи параметров. В соответствии с этой информацией в режиме реального времени автоматически могут меняться методы работы комбайна: например, наклон резцов, скорость подачи исполнительного органа комбайна, вектор его перемещения по плоскости очистного забоя. Обмениваясь информацией с машиной, угольный пласт указывает маршрут и транспортные средства, необходимые для доставки угля в требуемую точку к требуемому времени для начала следующего производственного цикла. Кроме того, все машины и оборудование, применяемые на горном предприятии, оснащённые соответствующим программным обеспечением, могут подавать сигналы об износе тех или иных деталей и автоматически заказывать нужные запасные части через Интернет.
Одним из пионеров цифровизации является Сибирская угольная энергетическая компания (СУЭК). На её предприятиях действуют автоматические диспетчерские на шахтах и угольных разрезах, автоматические системы поддержания оптимальных технологических параметров в процессах на обогатительных фабриках, в портах. Кроме того, там работает и целый комплекс интеллектуальных систем – это и подземный Wi-Fi, позволяющий не только чётко координировать работы, но и обеспечить высокую степень безопасности занятого на подземной добыче персонала, и встраиваемые
в светильники на касках датчики метана, и функциональные 3D-модели всех шахт, и различные тренажёры-симуляторы для подготовки сотрудников. Компания получает государственную поддержку на свои проекты: например, возмещение затрат на создание объектов инновационной
инфраструктуры в рамках проекта по увеличению добычи угля в Хабаровском крае.
Аналогичные технологии работают и в шахте «Распадская-Коксовая» компании «ЕВРАЗ». Подземная сеть Wi-Fi в режиме online контролирует все идущие там работы.


На предприятиях СУЭК действуют автоматические диспетчерские на шахтах и угольных разрезах, автоматические системы поддержания оптимальных технологических параметров в процессах на обогатительных фабриках, в портах. 


Она развернута на глубине более 500 м и состоит из восьми точек доступа, каждая из которых обеспечивает стабильную трансляцию данных
на расстоянии до 50 м от передающего устройства. С ее помощью ведётся и видеонаблюдение: 15 видеокамер находятся на каждом буровом станке и проходческом комбайне. Они могут снимать в темноте и распознавать как человека, так и оборудование. В случае возникновения опасности для человека система автоматически отключает технику. Для создания 3D-моделей горной местности, а также маркшейдерских замеров вскрыши и добычи угля на шахте используется квадрокоптер, после полёта по заданному маршруту которого программа обрабатывает полученные данные и выдаёт результат. Для обучения сотрудников применяются технологии виртуальной реальности – с помощью специально созданного тренажёра My Mine можно самостоятельно сконструировать подземную инфраструктуру шахты: горные выработки, конвейерные линии, подземные коммуникации и другие объекты. Кроме того он используется для проведения командных тренировок, например, для горных диспетчеров и операторов аэрогазового контроля. Компания также получает государственную поддержку: например, в 2018 году «ЕВРАЗ» получил 15-процентную льготу по налогу на землю.
Что касается роботизации, в 2015 году прошёл испытания первый роботизированный самосвал. В рамках реализации программы роботизированного горного производства «Интеллектуальный карьер» на предприятиях и шахтах АО «СУЭК», АО «ХК «СДС-Уголь», ОАО «Мечел-Майнинг», ОАО «Северсталь-Ресурс», ЗАО «Холдинг Сибуглемет», ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», ЗАО «УК «Колмар», Лучегорском угольном разрезе внедрена автоматизированная система управления горнотехнологическим комплексом (АСУ ГТК) «Карьер». В неё входят технологии, позволяющие минимизировать или полностью исключить присутствие человека на опасных для него участках: подготовительно-нарезных и очистных забоях, зонах интенсивного деформирования массива или с повышенным радиоактивным фоном, высокой или низкой температурой массива горных пород, повышенной загазованностью атмосферы, низким содержанием кислорода или давлением атмосферы.

С 2017 года на Солнцевском угольном разрезе используется автоматизированная система управления горнотранспортным комплексом, которая в режиме реального времени отслеживает работу всей техники на предприятии.


Ещё одним направлением цифровизации угольной отрасли является внедрение автоматизированных систем контроля и управ­ления технологическими объектами шахты (АСКУ ТО). К ним можно отнести систему контроля и управления конвейерными линиями; систему контроля и управления канатно-кресельной дорогой; систему шахтной стволовой сигнализации; систему контроля и управления водоотливной установкой; системы наблюдения, оповещения и поиска персонала; систему контроля и управления вентиляторами главного проветривания; систему аэрогазового контроля; систему диспетчерского управления электроснабжением шахты. Всё это уже успешно работает на таких шахтах Кузбасса как «Алардинская», «Грамотеинская», «Осинниковская», «Сибиргинская». С 2017 года на Солнцевском угольном разрезе используется автоматизированная система управления горнотранспортным комплексом, которая в режиме реального времени отслеживает работу всей техники на предприятии. Получая данные с датчиков, установленных на каждой машине, она анализирует обстановку на рабочих площадках и подаёт команды водителям и машинистам перестроиться под более оптимальный режим работы
Прорабатывается вопрос об организации безлюдных шахт. Лава с «безлюдной выемкой угля» уже работает на кузбасской шахте «Полысаевская». Вся работа осуществляется специальным программным обеспечением, которое благодаря многочисленным датчикам, установленным в нужных местах, способно управлять основными угледобывающими операциями: движение угольного комбайна, установка секций крепи забоя, добыча угля и погрузка его на транспортёры.