Что такое смарт-фабрика?
Интеллектуальная фабрика — это киберфизическая система, использующая передовые технологии для анализа данных, управления автоматизированными процессами и обучения по мере их возникновения.
Обзор Smart Factory
Как следует из названия, умное производство является, в первую очередь, «умным». Умное производство, или смарт-фабрика, — это взаимосвязанная сеть машин, механизмов связи и вычислительных мощностей, использующая такие современные технологии, как искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение, для анализа данных, управления автоматизированными процессами и самообучения.
Интеллектуальные заводы и умное производство являются частью технологической трансформации, известной как «Индустрия 4.0 » или «Четвертая промышленная революция». Каждая из первых трех промышленных революций родилась из инновационной новой технологии, которая полностью изменила способ нашей работы и производства товаров: а именно: паровой двигатель, сборочная линия и мощность компьютера. Сегодня четвертая революция связана с цифровой трансформацией и интеллектуальной автоматизацией.
Умные производства для быстро меняющегося мира
В последние несколько лет руководителям компаний становится все более очевидным, что цифровая трансформация является важнейшим приоритетом для цепочек поставок и производственных операций, которые надеются стать конкурентоспособными и устойчивыми в 2020-х годах. Пандемия еще больше выявила недостатки глобальной цепочки поставок и отраслевые уязвимости. Статья в журнале Forbes повторила это, заявив, что «COVID-19 показал миру то, что уже должна знать обрабатывающая промышленность. Традиционные цепочки поставок и производственные экосистемы терпят неудачу, и нам необходимо перейти на более адаптируемое и гибкое решение, полностью поддерживающее цифровые технологии».
Ожидания потребителей также способствуют развитию технологий «умного» завода и фабрики будущего. Известный как Amazon Effect, потребительский спрос на доставку на следующий день растет стабильными и быстрыми темпами. По данным журнала Entrepreneur в 2019 году, «К лучшему или худшему экономика США и мировая экономика находятся в горле эффекта Амазонки. […] Поставщики услуг электронной коммерции постоянно испытывают давление, чтобы соответствовать скорости и эффективности Amazon, и нет никаких доказательств того, что ожидания потребителей смягчаются». Эта тенденция является одним из основных факторов роста спроса на технологии умного производства, поскольку устаревшие системы не соответствуют масштабам логистических и складских мощностей, необходимых для того, чтобы идти в ногу с этим явлением.
Производители и руководители логистических цепочек сталкиваются с дальнейшими рисками и сбоями в работе, стремясь свести к минимуму свою зависимость от международных партнеров. Решения Smart Factory, такие как производство по запросу и виртуальные запасы, безусловно, могут свести к минимуму зависимость от зарубежных поставщиков и производителей. Однако, как отмечает Harvard Business Review в статье 2020 года, проще сказать, чем сделать, чтобы вернуть производство в США. «Производители обратились к специалистам и субподрядчикам, которые узко ориентированы только на одну область – и даже этим специалистам приходится полагаться на многие другие. И так же, как мир стал полагаться на различные регионы за природные ресурсы, такие как железная руда или литиевый металл, так и он стал зависеть от регионов, где проживают эти специалисты». Рост отечественного производства, безусловно, может снизить риски, связанные с затратами и логистическими цепочками, но это не обязательно устраняет потребность в зарубежных партнерах и не сокращает общее число звеньев в цепочке. Поэтому как никогда важно, чтобы технологии цифровых фабрик оптимизировали эффективность и прозрачность.
Как работает смарт-фабрика?
Мы часто говорим об автоматизированных процессах так, как будто они появились только вместе с умными производствами, однако автоматизация и робототехника используются на заводах и фабриках на протяжении десятилетий. Многие традиционные заводы давно используют в своих операциях автоматизированную технику, например сканеры штрихкодов, камеры и цифровое производственное оборудование. Однако эти устройства не связаны между собой. Люди, активы и системы управления данными на многих традиционных производственных площадках изолированы друг от друга, из-за чего необходимо постоянно координировать и интегрировать их работу вручную.
Интеллектуальная цифровая фабрика интегрирует машины, людей и большие данные в единую экосистему, подключенную к цифровым каналам. Интеллектуальная фабрика не только курирует и анализирует данные, но и фактически учится на опыте. Оно интерпретирует и получает ценную информацию из наборов данных для прогнозирования тенденций и событий, а также рекомендации и внедрения интеллектуальных производственных потоков и автоматизированных процессов. Умная фабрика постоянно совершенствует процедуры самокорректировки и самооптимизации – она может научить себя (и людей) быть более устойчивыми, продуктивными и безопасными.
Структура смарт-фабрики и умного производства
Базовая структура умного производства складывается из трех аспектов:
Три ключевые процедуры, составляющие фундамент смарт-фабрики
- Сбор данных. Искусственный интеллект и современные технологии баз данных позволяют сокращать и собирать разрозненные наборы полезных данных в масштабе всей компании, цепочки поставок и всего мира. Промышленный Интернет вещей (IIoT) с помощью датчиков и шлюзов позволяет подключенным машинам собирать данные в систему. Через множество других порталов данных системы на базе ИИ могут компилировать наборы данных, связанные с производительностью, тенденциями рынка, логистикой или любым другим потенциально релевантным источником.
- Анализ данных. Машинное обучение и интеллектуальные бизнес-системы используют расширенную аналитику и современные решения для управления данными, чтобы понять все разрозненные собранные данные. Датчики IIoT могут предупреждать о необходимости ремонта или обслуживания оборудования. Рыночные и операционные данные могут быть собраны для выявления возможностей и рисков. С течением времени можно изучить эффективность потока операций для оптимизации производительности и автоматической корректировки по мере необходимости. По сути, наборы данных, которые можно сравнивать и анализировать, предоставляют почти бесконечную возможность комбинаций для оптимизации цифрового производства и прогнозирования цепочки поставок.
- Интеллектуальная автоматизация фабрики. После сбора и анализа данных устанавливаются рабочие процессы и направляются инструкции на машины и устройства в системе. Эти устройства могут находиться в четырех стенах завода или в дальнем поле в логистических или производственных соединениях в логистической цепочке. Интеллектуальные рабочие процессы и процессы постоянно отслеживаются и оптимизируются. Если новостной отчет предупреждает о скачке спроса на определенный продукт, рабочие процессы 3D-принтера могут быть направлены на повышение приоритета производства для этого товара. Если отгрузка сырья задерживается, буферы запасов могут быть направлены на вращение, чтобы устранить любые сбои.
Преимущества смарт-фабрики
Многие компании используют для управления цепочками поставок операции и системы, которые за десятилетия практически не изменились. Но в связи с новыми ожиданиями потребителей и высокой экономической неопределенностью менеджерам по поставкам нужны решения, которые могут быстро предложить измеримые и значительные преимущества. По данным журнала Forbes, в 2017 году только 43% производителей запустили проекты по созданию умных производств. К 2019 году их число выросло до 68%. Компании, инвестирующие в цифровую трансформацию и решения для смарт-фабрики, получают значительные бизнес-преимущества, в том следующие:
Производительность и эффективность. На протяжении всей своей истории производство в первую очередь было направлено на реагирование, рассматривая уже произошедшее событие или тенденцию, а затем стараясь управлять бизнесом в другом направлении после того, как это произошло. Технологии интеллектуальных фабрик позволяют снизить потребность в реактивных практиках и перевести управление логистической цепочкой в более устойчивый и гибкий режим. Прогнозная аналитика и анализ больших данных позволяют определять и внедрять оптимизированные процессы. Точное управление запасами в срок, точное прогнозирование спроса и повышение скорости вывода продукции на рынок — вот лишь некоторые из преимуществ, которые дают умные заводы. Благодаря цифровой аналитике люди, работающие на умных заводах, также могут оптимизировать свои усилия и повысить общую продуктивность работы. В своем исследовании «умного завода» за 2019 год Deloitte сообщает, что «компании сообщают о доходах до 12% в таких областях, как производство, использование фабрик и производительность труда после инвестирования в инициативы «умного» производства. Более того, производители с умными заводами, скорее всего, превзойдут традиционные заводы с 30%-ным повышением производительности труда к 2030 году» .
Устойчивое развитие и безопасность. Потребители все чаще готовы потратить немного больше на продукты, о которых известно, что они производятся или закупаются с соблюдением принципов социальной и экологической ответственности. Современные технологии смарт-фабрики значительно упростили выявление и реализацию возможностей, позволяющих сделать производство более экологичным, безопасным и социально ответственным. Руководители умных производств могут использовать цифровые инструменты, такие как блокчейн и датчики RFID, для гарантированного подтверждения происхождения и контроля качества всех материалов и продуктов, поступающих из самых отдаленных звеньев цепочки поставок. Так, Международная ассоциация автоматизации утверждает, что использование роботов и автоматизированных устройств может устранить три из пяти главных причин травм на рабочем месте.
Качество продукции и клиентский опыт. Традиционным производителям, как и детским играм в телефонную связь, часто приходилось с трудом обеспечивать точное получение директив и следовать за поставщиками и производителями более низкого уровня в своих цепочках поставок. На "умном" заводе облачные соединения и сквозная видимость на "умных" заводах обеспечивают анализ и рекомендации в реальном времени на всех уровнях производственного процесса. Возможность быстрой настройки и реагирования на меняющиеся тенденции означает, что продукты точно соответствуют желаниям клиентов. Усовершенствованный анализ системных данных быстро выявляет недостатки или области для улучшения. Это приводит к повышению конкурентоспособности на рынке, более качественным отзывам о товарах и уменьшению дорогостоящей доходности или отзывов.
Технологии смарт-фабрики
Технологии смарт-фабрик отличаются высокой гибкостью. По мере развития инициатив в области цифровой трансформации для компании открываются практически бесконечные возможности масштабирования, изменения и адаптации.
Облачные сетевые технологии. Общедоступное, частное или гибридное облако — это канал, по которому идут все данные и информация для смарт-фабрики. Масштабное развертывание облачных технологий в компании гарантирует, что данные каждой области бизнеса будут поступать в реальном времени, а все подключенные активы и системы в цепочке поставок остаются прозрачными.
Искусственный интеллект. Операционные системы с интеграцией ИИ являются настолько быстрыми, мощными и гибкими, что могут не только собирать и анализировать разрозненные наборы данных, но и предоставлять аналитику и адаптивные рекомендации в реальном времени. Автоматизированные процессы и интеллектуальные системы на смарт-фабрике постоянно получают новую информацию и оптимизируются благодаря искусственному интеллекту.
Машинное обучение: одним из наиболее ценных преимуществ машинного обучения для смарт-фабрики является его способность к расширенному диагностическому техобслуживанию. Мониторинг и анализ производственных процессов позволяет отправлять предупреждения до возникновения сбоя системы. В зависимости от ситуации может выполняться автоматическое ведение или, при необходимости, может быть рекомендовано вмешательство человека.
Большие данные. Большие наборы достоверных данных позволяют использовать прогнозную и расширенную аналитику на смарт-фабрике. Компании давно поняли стратегическую ценность больших данных, но до недавнего времени часто не хватало систем для их эффективного использования. Цифровая трансформация в цепочках поставок и на умных производствах открыла потенциал для оптимизации и внедрения инноваций на базе аналитики больших данных.
Промышленный Интернет вещей (IIoT): на умном заводе, когда устройства и машины оснащены уникальными идентификаторами и возможностью отправлять и получать цифровые данные, они образуют сеть IIoT. Современное оборудование может уже иметь цифровые порталы, но даже десятилетние аналоговые машины могут быть оснащены шлюзовыми устройствами IIoT, чтобы поднять их до скорости. По сути, данные, отправляемые с устройства, сообщают о его статусе и деятельности, а данные, отправляемые на устройство, управляют и автоматизируют его действия и рабочие процессы.
Цифровые двойники. Цифровой двойник — это точная виртуальная копия машины или системы. Наличие двойников позволяет искать инновационные и креативные подходы к работе с минимальным операционным риском. Цифровой двойник можно запустить на пределе возможностей, можно виртуально изменить его конфигурацию или протестировать на совместимость с существующей системой — все это не создаст рисков и не навредит физическим ресурсам.
Аддитивная печать: Также известна как 3D-печать, она позволяет умным фабрикам использовать интеллектуальную автоматизацию для производства по запросу. Это особенно важно в условиях неожиданных сбоев в цепочке поставок или внезапного спроса на продукт. Но даже в обычных условиях виртуальные запасы могут значительно минимизировать риски и отходы, позволяя производить точно в срок.
Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR): В 2019 году журнал Assembly Magazine описал некоторые приложения носимых устройств виртуальной реальности на смарт-фабрике как «возможность связывать условия окружающей среды, уровни запасов, состояние процессов, данные об ошибках сборки, использование и метрики пропускной способности в зависимости от контекста (где вы смотрите или идете)». Этот захватывающий сенсорный опыт позволяет пользователям дополнять свои естественные чувства данными реального времени из любого места или момента времени, чтобы обеспечить беспрепятственное осознание статуса завода.
Блокчейн. К счастью, решения для обеспечения безопасности не отстают от технологий смарт-фабрики. Блокчейн в цепочке поставок можно применять в самых разных аспектах — от создания смарт-контрактов с поставщиками до отслеживания происхождения товаров и грузов в цепочке поставок. На умных производствах блокчейн особенно полезен в управлении доступом к подключенным активам и машинам в масштабе всего бизнеса — он защищает безопасность системы и гарантирует точность записей, хранящихся на этих устройствах.
Современная база данных: базы данных in-memory и современные ERP-системы — это «мозг», лежащий в основе концепции «Индустрия 4.0» и всех решений для умного производства и интеллектуальной цепочки поставок. Устаревшие базы данных на дисках перемещаются, зачастую далеко за их пределы, в соответствии со сложными функциями управления данными и аналитики, необходимыми для управления интеллектуальными заводами и современными цепочками поставок.
Процесс трансформации производства в смарт-фабрику
2020 год привел к серьезным революционным изменениям и операционным рискам для компаний по всему миру. До пандемии COVID-19 опрос, проведенный компанией Deloitte в 2019 году, в ходе которого более 600 руководителей высшего звена в производственном секторе сообщили, что 86% считают, что в ближайшие пять лет «инициативы «умного завода» станут главным фактором повышения конкурентоспособности производства». Сегодня как никогда цифровая трансформация и модернизация цепочки поставок превратились из долгосрочных целей в срочные и неотложные приоритеты для компаний, стремящихся к инновациям и конкуренции.
Начало трансформации интеллектуального предприятия зависит от того, где вы находитесь сейчас и какие процессы наиболее важны для вашего бизнеса. Начальный аудит систем поможет проанализировать и проанализировать существующие процессы, активы и бизнес-системы. Прежде чем приступать к автоматизации потоков операций и производственных процессов, необходимо оценить, как они выглядят сегодня.
На начальном этапе цифровой трансформации важно помнить, что интеллектуальные предприятия используют расширенные возможности анализа данных и управления данными. Современная база данных и надежная ERP-система — это мозги умного завода. Они поддерживают расширенные функции, определяющие работу системы. Основным фактором успеха любой трансформации умного завода станет возможность существующих бизнес-систем управлять большими данными и интегрировать такие технологии, как искусственный интеллект, машинное обучение и расширенная аналитика.
Преимущество трансформации производства в смарт-фабрику заключается в том, что ее необязательно осуществлять одномоментно. Кроме того, она не требует ни полной, ни частичной остановки текущих бизнес-операций. Каждый проект компании, направленный на модернизацию и оптимизацию цифровых систем, становится еще одним шагом на пути к умному производству. Кроме того, основная задача технологий смарт-фабрики состоит в сборе и анализе данных. Это означает, что влияние и окупаемость инвестиций в новые цифровые технологии можно измерить и оценить начиная с момента установки.
Подробнее о решениях «Индустрии 4.0»
Оцените преимущества цифровой трансформации производства и цепочки поставок.
Идеи, которые вы больше нигде не найдете
Зарегистрируйтесь, чтобы получить дозу бизнес-информации и аналитики, доставляемую прямо в ваш почтовый ящик.