CC BY
379
Трансформация промышленности в цифровой экономике - экосистема и жизненный цикл
В.П.Куприяновский, С.А.Синягов, Д.Е. Намиот, Н.А.Уткин, Д.Е. Николаев, А.П.Добрынин,
Аннотация— В статье рассматриваются вопросы, связанные с трансформацией промышленности в цифровой экономике. Это - первая из серии статей, в которой речь идет об экосистеме и моделях жизненного цикла. Сегодня все технологии и смены парадигмы группируются вокруг подхода, основанного на кибер-физических системах, который начал превращаться в экосистему стандартов, как для новой промышленности, так и для иных приложений цифровой экономики. Интеграция, казалось бы, далеких ранее систем промышленности, транспорта, городов, энергетики и много другого на единой экосистеме стандартов, ранее казавшаяся немыслимой, становится все более реальной в трансформациях цифровой экономики. Этому совсем непростому эволюционному процессу в части промышленности и посвящена настоящая работа.
Ключевые слова—цифровая экономика, цифровая трансформация.
I. Введение
«Цифровая экономика относится к широкому спектру экономической деятельности, который включает в себя использование - цифровой информации и знаний в качестве ключевого фактора производства» это цитата из итогового документа 020 Программа по развитию и сотрудничеству в сфере цифровой экономики [1]. В значительной мере именно документы 020 2016 года, подготовленные с российским участием, и послужили одним из оснований для Указа Президента Российской федерации [2], фактически определившему масштабную трансформацию промышленности в цифровой экономике России и смену парадигм ее развития. В начале этого нелегкого пути стоит изучить то, как это делали другие страны и межгосударственные объединения с тем, чтобы наш путь был легче и короче.
Статья получена 10 декабря 2016.
B.П.Куприяновский - МГУ имени М.В. Ломоносова (email: [email protected])
C.А. Синягов - Иннопрактика (e-mail: [email protected])
Д.Е. Намиот - МГУ имени М.В. Ломоносова (email: [email protected])
Н.А.Уткин - РВК (email: [email protected])
Д.Е. Николаев - МГТУ имени Н.Э. Баумана (email:[email protected]).
А.П.Добрынин - МГУ имени М.В. Ломоносова (email: andrey.p.dobrynin @ gmail.com)
Промышленность мира вступила в новую эру производства. Это сдвиг в разработке и производстве товаров не является результатом единого тренда, но приводится в действие широким спектром комплексных и взаимосвязанных факторов. Эти факторы варьируются от достижений в области цифровых технологий и автоматизации до изменений климата и требований рынка. Коллективный следствием этого является сдвиг в сторону проектирования и дизайна инновационных процессов, который происходит все более и более быстро и предполагает открытую и совместную работу в рамках оговоренных экономических союзов, таких, как, например, ЕЭК. Экономическая картина также меняется. В прошлые два десятилетия, движимые дешевой и обильной рабочей силой в Азии, доминировали глобальные поставки промышленных товаров.
Это означает, что для того, чтобы продолжать свое производственное господство, Азии потребуется расширить свои собственные внутренние и региональные рынки, в то время, как быстрыми темпами происходит повышении конкурентности во всех производственных секторах. Это открывает, по нашему мнению, совсем новые возможности для России в части производственно-экономических союзов в новых производствах, модернизированном цифровыми технологиями строительстве, инфраструктурных проектах на новых принципах, робототехники, 3Б печати и др.
Тем не менее, с момента начала мирового финансового кризиса в 2008, спрос со стороны стран с развитой экономикой замедлился, в то время как заработная плата и другие расходы возросли
Происходит масштабная кастомизация продуктов и вырастает доступность электронных компонент за счет процессов производств для массового потребителя или консьюмеризации. Эти и другие тенденции могут также оказать давление на модели работы заводов и фабрик, а также на выбор своего промышленного пути России.
Практически оформилась часть экономики, которая в качестве конечного продукта предлагает на рынке только цифровые результаты своих производств.
II. ИЗМЕНЕНИЯ в ПУТИ РАЗВИТИЯ ЗАВОДОВ
В мире этих производственных изменений, путь планируемого развития заводов трансформируется, их
строительство и эксплуатация также будут меняться. Они должны стать более гибкими и адаптироваться, достичь более тесной интеграции между зданиями и процессами, а также быть более устойчивой к экономическим и экологическим сдвигам.
Эти будущие заводы будут вынуждены работать на более высоком уровне использования исходных материалов и более эффективно использовать энергию, обеспечивая при этом безопасные и здоровые условия труда для все более квалифицированной и разнообразной рабочей силы. Бесшовные конструкции в производствах фокусируются на все более широком использовании больших объемов данных, идей, инноваций и умных машин, чтобы оптимизировать производственные процессы и обеспечить большую настройку сложных продуктов.
Происходит быстрое перемещение идей и решений между разными отраслями, и возникают совсем новые отрасли с совсем новыми названиями. Иногда они сохраняют преемственность в наименованиях, а иногда у них они совсем иные. Так бурно развивающаяся интеллектуальная мобильность «собирается» из транспортных и логистических частей аналоговой экономики и ее объем в недалеком будущем может составить фантастический годовой оборот в 1 триллион $. Все это и приводит к неизбежной смене производственных парадигм.
Для иллюстрации сказанного приведем три рисунка, которые наиболее наглядно иллюстрируют происходящее.
• На первом (рисунок 1) от Siemens показаны временные рамки 4 промышленных революций и основа 4 промышленной революции — кибер-физические системы.
• На втором то же из немецких источников показана роль сенсоров на производстве в разрезе кибер-физических систем.
• На третьем от промышленного гиганта GE приведена обобщенная схема работы индустриального интернета, который в конечном итоге также приводит к кибер-физическим системам.
Рис. 2. Получение всех возможных показаний от сенсоров [7]
Рис. 1. Индустриальная революция и кибер-физические системы [7]
Рис. 3. Ключевые элементы индустриального Интернета [7]
Насколько важны производства и каков их вклад в экономику? Приведем только обобщенные данные по Европе. Несмотря на продолжение спада выхода из кризиса, производство означает много для Европы, так как эта часть экономики составляет:
• 20% прямых рабочих мест;
• 67% экспорта;
• 65% расходов бизнеса и R & D.
III. Новая индустриализация отраслей
Мы полагаем, что важность российской промышленности дня нашей страны не чуть не меньше, чем для Европы, только, может быть, мы об этом чуть-чуть подзабыли. Но для новой парадигмы промышленности и практическом отсутствии сегодня представлений на базе официальной статистики, что будет попадать в сферу новой промышленности, ее доля в ВВП может оказаться гораздо больше ориентировочных 20%.
Приведем два примера новой индустриализации отраслей:
• Далеко не один раз мы уже говорили, что в цифровой экономике огромную роль играет информационное моделирование и если для тем строительной индустрии, умных городов или цифровой железной дороги это утверждение вызывает удивление, то в промышленности именно переход на цифровое информационное моделирование любых изделий уже давно стал общепринятым в России.
• То же самое можно сказать и про концепции жизненного цикла в промышленности. Это признанная тема и доказавшая, как и цифровое информационное моделирование, свою, в первую очередь,
экономическую успешность. Промышленные подходы, примененные в строительном секторе, например, Великобритании превратили этот сектор, по сути говоря, в промышленный. Те же процессы начались и при переходе к цифровым железным дорогам.
Таким образом, именно промышленные решения могут стать мощным катализатором развития цифровой экономики в России. Необходимо отметить, что цифровое информационное моделирование и идеи жизненного цикла, будучи примененными, например, в строительной отрасли, превратили ее в индустрию и принесли отличные результаты.
Но верно и другое. Идеи, рожденные не в промышленном секторе, также его преобразуют — таковы свойства цифровой экономики.
IV. Интеллектуальные производственные системы как развитие АСУТП
Огромное количество терминов, которое сегодня возникло вокруг новых парадигм индустрий, безусловно, вызвано очень бурным развитием трансформаций в цифровой экономике. Термины быстро возникают и так же быстро исчезают и это нормальное свойство быстрого развития.
Между тем производственники это люди по своей профессии люди ответственные, основательные и отнюдь не чуждые прогрессу часто просто в силу именно своих положительных качеств, склонны скептически смотреть на такую пеструю картину жизни, придерживаясь старого проверенного жизнью принципа «что при трубе оно надежнее». Это создает серьезные проблемы при продвижении абсолютно полезных и нужных инноваций, как у тех, кто их продает (производители промышленных инноваций), так и у тех, кто их хочет купить (производственники).
В работе [5] мы на примере того, что можно делать уже сегодня в части интернета вещей, показав, что для производственников интернет вещей можно рассматривать как развитие очень хорошо известного для них понятий датчиков и сенсоров. Мы постарались, не впадая в упрощенчество, показать, как можно по новому и с выгодой для «трубы» взглянуть на модернизацию систем автоматизации технологических процессов (АСУТП), превращая их в интеллектуальные производственные системы или SMS (Smart Manufacturing Systems).
Ведь цель и АСУТП и SMS одна и та же — устойчивая конкурентоспособность промышленных производителей.
Устойчивая конкурентоспособность
промышленных производителей зависит от их возможностей по отношению к цене, доставке, гибкости и качеству.
Интеллектуальные производственные системы (SMS), как и ранее АСУТП, представляют собой попытку максимизировать эти возможности с использованием передовых технологий, которые способствуют быстрому
поступлению и широкому использованию цифровой информации внутри и между производственными системами.
Правильная реализация SMS может обеспечить беспрецедентные успехи в производстве, качестве и эффективности производителей, повышении
долгосрочной конкурентоспособности. В особенности, SMS которые используют информационные и коммуникационные технологий наряду с интеллектуальными программными приложениями.
В данной работе мы используем кроме термина SMS так же термины Smart Manufacturing и Industrie 4.0, которые приняты в США и Германии соответственно, но с точки зрения производства все равно приходят к общему знаменателю уже в силу его (производства) интеграционного характера.
Применение всех этих терминов сегодня, однако, необходимо и для того, чтобы показать разницу и общность в подходах уже континентальных масштабов.
В работе [3] мы уже подробно рассматривали кибер-физические системы (CPS), указывая на то, что это понятие гораздо более широкое чем SMS, и играет огромную роль в цифровой экономике. Оно связывает кибернетический мир с физическим, а именно это уже является основой успехов во многих отраслях. Так как этот термин также используется в этой работе, то о нем тоже обязаны упомянуть, так как, по сути, SMS и есть промышленная часть CPS.
Устойчивая конкурентоспособность промышленных производителей зависит от их возможностей по отношению к цене, доставке, гибкости и качеству. Интеллектуальные производственные системы (SMS) представляют собой попытку максимизировать сегодня эти возможности с использованием передовых технологий, которые способствуют быстрому поступлению и широкому использованию цифровой информации внутри и между производственными системами.
Правильная реализация SMS может обеспечить беспрецедентные успехи в производстве, качестве и эффективности производителей, повышении
долгосрочной конкурентоспособности. В особенности, SMS которые используют информационные и коммуникационные технологий наряду с интеллектуальными программными приложениями базирующиеся на интернете вещей.
Интернет вещей или датчики и сенсоры позволяют измерять все более детально, точно и чаще реальный мир и производственные процессы в нем. Именно они, снабженные радиосистемами, и создают новые измерения в цифровой экономике наряду с традиционными физическими 3D (широта, долгота и высота). Практически утвердились 4D измерение — время и 5D измерение — деньги и создание новых измерений продолжается.
Модель виртуального человеческого мира становится все более богатой в безграничном познании физического мира, и именно это и меняет производственные парадигмы и понимание того, что будет включено в то, что мы называет сегодня производством.
Этот процесс уже приводит к следующему:
1) Оптимизации использования рабочей силы, материалов и энергии для производства высококачественных продуктов и их своевременной доставки.
2) Обеспечению быстрой реакции на изменения требований рынка и цепочек поставок.
Смарт производство или SMS, отличается от других, основанных на технологии производства парадигм, так как определяет видение производства нового поколения с расширенными возможностями применения этих многих измерений. Работы в этих новых измерениях
построены на новых информационных и коммуникационных технологиях и позволяют идти путем объединения возможностей более ранних производственных парадигм, так введение новых измерений естественный процесс дополнения размерностей, а не отмена их.
В Таблице 1 показано, что SMS поглощает из предыдущих производственных парадигм, которые были до этого.
Таблица 1. Smart Manufacturing и другие предыдущие производственные парадигмы [6]
Гйjiíiyílinn ni«ptrï Otß
[шшвЬсЬнод «Иц'грпк with
uilm^xntidiLv .LIHI minuted pmdLlcln-fly
í'cimerirf MH a}J iii^riHnu«! unclbcikc (a Pial
rttltí Lllllíll l| 1)4 lll'vÜllc
(иойкИппоГяпнП lukh prtKlndS
CollaixnitiVf YJ^íh J I.I.Ii
mannscmenl iYil>i faM ti-ipúmiv lu iti.uLi
nrid :I.L h liii: и dwnqKMii
Inrc^rnred nnri l^tñuJ íiefLwn [Dflliinit tir aiapv Hud [L'koÉt гПкнку
\rtvnnc«l мпмпгт; íthí his г!лгл niialyiÏLsr! m i.иг. Ii pil"hJlici üiVcytk Lo adik*tí Ы кттцрЧ^иШ tyvlc
Li-Hit МлмГдсЦцЙцц
■ tinplutu ou il'iI i.'ïm» i rfi 0Г4toob ■ iTini аиш m Kit idnmtkaircti onil tlrnirmuTUuf til. kiiKliçi**h; ni niû.rii.iVîiinnpiyi'bin'
Г teïibk МлииГлЧшПЩ
-ИПкЯЩ 4fi IfitcgniHl IVMa 0t'(ibitlur«!hirii;miKhilxhlOJiih^«id
r|i:|kTu| !-|J|Il|I.I|-^|I.I|I||-.-|I IMIlIlT r . Hll| IllUn L'IHin<>]kl [irivlu(.v
LircJuLl:- nidi duilfljsl YOiklUd. protCi-S ind tvpci
Suslaimibïc M mi uficliirine
nn(Í4 jif -a-idi ninmidl пф^Ч №¡р-щгасгУ m^tt li wbtte lml.hcr, ir..'ci-rriC|' í-üil илЩгп! 1сччи i:ch nii¿l fiihniicjiist Iii i i i i ш i wíen
lll^tul Мл ilu Fat-ш ниц
- U41IP dp.nl J fcríim'V^ llirwdi pr'idiKllifw^L ID improve prtdud.
I II I чГ- ■ ill hL CnlL'l J II I ЬГ J If1 h>! 1Г L'lLf ilDlj rCllllLC I'lf 11111С tltdCHt of □UHlT&Cfelft^
( I Mini Mniiufirlurílic
« L'.-ni. of detcDnrjlüCíi lU.-.I I ,rr ^КГ! nmiiuùrtirkjburdHLclmid
СПртАРС Utd №'№flNcdwUl(lllfC tSOAl
liiU'Jli^i'ut M^nufaulurJui;
¡NirUmctinns. am tibial insclb^cncE r4¿(-d.inK-lltEeiu producmwi IIMI uluDuiiiL'rtlljf ji I,it4 и 11 IL-TI:1 M¡5 янbwiuab HI <¡1 ■■ arunu [TLX en nquirirniiLnMi.^iilnibiiLiiuri iiikT^nlkinfrjniliuiiiim'
iiiHimk M^Hlihrlnriig
- ap^su«! j-^hls ni^ingi: aïkidmwalLttilitLûiuficiunr.i!! fir««»* ph> ïhiir -chnnECF can l>eiiibl£ rtmmntjJIy лп-.l cwinfHiniHl*
Acilr ManilJ'lIfMiriOÏ
- >i' ill /г il dítostvcpwwiwi, Лл11ГЛ11Иц» lürtutik: iniflmLfjtninnií ívwiih w пк^кчк! ipiiíkly м ciuwmer i^íd» mut iiuKkti
tflHlpjCÏ «lllJí J|l! OOBÍm'Htlf НЧ& «Vl íiUflldíV-
HïWirt Itvilunç; mxtflow
Lipl|Hll¿nlJllí|. reJ-Inih" ТГКМИ'Н1"!!^ ni>J VHiuliuri'jn
MttJulanjHtrttMpn; iiHFTP|*nhl=iV ■idvirt iftKTiicd unlitetUfí
A^nAtntnnb '■иИяшЫг |im£№í4 nuftrkJ anil Hiinm iiK'i)iloriiip.aiuJ crtiuol
JD ir)i4kliiiu. imrid Ъм1 пденсаЬцс |ifLKliiCl IrfinytTf чм:, ii.Tinn:r
t'huiif. om^um. Jfil, чгшлкиЬоп, lervjf c-mhiuhI lotJiíiolúEics. mil niuKlTCi
VniIILl.ll nidJiLICnCÍ , Aû' .LiLtJ
Задал ли! Cntnrt. i "i - il MI ■ i li HI -i kdui: iiLiii4u4'i:if и :
\:iilii-d;üii lyitem d^oiTiiIurd COI ir-l. ПЛСЧЫ Ь>ПКГ| ntJHOfllfli
(Яншин
CüIbÍHSiiivr Hi^Uí.'mjL:. LII.IUI
■iMiihtfiiirii". piï<xliK]3ifc eyde ■IWIhEflUrill
V Термины и понятия. Перевод и интерпретация.
Здесь и далее мы решили не переводить термины по двум причинам. Первая из них банальна - многих из них банально нет в русской практике как устоявшихся. Вторая состоит в том, что мы рассчитываем на то, что нас будут читать совсем разные люди и, в том числе, лучше нас знающие конкретные направления. Для того, чтобы не усложнять им чтение и понимание написанного, а также не выглядеть самонадеянными, мы оставляем оригинальные названия, тем более, что хотим мы этого или не хотим, но английский давно уже стал
международным рабочим языком технологий и науки мира.
Мы также обращаем еще раз внимание читателя на то, что не смотря на слова о четвертой индустриальной революции, реальное цифровое развитие промышленности это эволюционный путь применения цифровых технологий, которые просто оказываются выгоднее во многих смыслах предыдущих, и это уже экономическое обоснование эволюционного развития.
VI Стандартизация В этой публикации мы активно используем лучшую, на наш взгляд, на сегодня работу [6], в которой
наиболее полно отражены все вопросы текущего ландшафта стандартизации и собраны рассыпанные ранее во многих источниках таблицы и иллюстрации.
Стандарты являются строительными блоками, которые обеспечивают повторяемость процессов и состава различных технологических решений для достижения надежного конечного результата и их развитие так же отражает преемственность производственных парадигм.
Стандарты, которые мы обсудим, в первую очередь, это "добровольные стандарты на основе консенсуса". Это означает, что они устанавливаются с помощью стандартов организации на основе консенсуса партнеров, которые будут использовать их. Кроме того, эти виды стандартов обеспечиваются путем добровольного их соблюдения. Такие стандарты разработаны, чтобы открыть новые рыночные возможности для своих пользователей. Стандарты, поддерживающие SMS, варьируются от информационных технологий и связи до тех, которые управляют предприятиями вплоть до стандартов цепочек поставок.
Текущая экосистема SMS стандартов основана на определении смарт - производственной экосистемы и охватывает три аспекта - продукцию, производственные системы, а также системы предприятий и их бизнеса. Такая экосистема связывает стандарты с фазами жизненного цикла в каждом возможном измерении. Далее представлены ее основные возможности и производственные экосистемы на базе такой экосистемы как конвергенцию трех различных точек фаз жизненного цикла в операционных системах производства.
В ней также определены области, где интегрирование функций внутри и между ними (фаз) приводит к системам, которые являются более эффективными в первую очередь экономически. Далее мы описываем такую экосистему с точки зрения организации ключевых
стандартов, работающих в этой области, видов стандартов в каждом из трех измерений, а также производственную пирамиду, где их влияние пересекается. Но заметим, что это все-таки уже не те 3D измерения, о которых мы говорили выше и даже не 5D, а совсем новые. Наконец, мы обсудим возможные направления развития будущих стандартов с точки зрения интеллектуальных возможностей производства.
VII Экосистема стандартов Smart Manufacturing
Стандарты имеют основополагающее значение для обеспечения SMS. Различные стандарты способствуют разным возможностям смарт-производственных систем. Чтобы создать SMS-ландшафт, мы определяем стандарты в пределах области на основе того, способствует ли стандарт возможности проанализировать, где, когда и с какой целью используется такой стандарт. Существенные и позитивные отношения существуют между стратегиями производственных и корпоративных конкурентных стратегий.
Для достижения корпоративных конкурентных целей, производственные системы должны быть разработаны с возможностью согласования или выравнивания их с конкурентной стратегии фирмы, которая обычно состоит из контроля затрат, стратегий качества, доставки, инноваций, сервиса и экологически устойчивого производства. Обычно классифицируются ключевые возможности SMS на четыре категории, включая: производительность, маневренность, качество и устойчивость. В Таблице 2 показано отображение возможностей SMS для корпоративных конкурентных стратегий.
Таблица 2: Основные показатели систем Smart Manufacturing [6].
<( игра rate SMS Кгт C*p*hilHi ['■ггГбгшвпс*; M(trit%
-С ' i Nit t pL-tiflt г i яра h i hfl 1)№шр«М<м
Strategy
Co%t Cffnlrel
E4ïMiuc1 M1 h
A BEIty
13 i fÎL1 rvnl i :i («m
Ij'Ullily
^■iulMin-ihilnH.
Lugüliu
Для того, чтобы проанализировать роль существующих производственных стандартов обычно суммируются основные возможности SMS следующим образом:
• Производительность: Производительность производства определяется как отношение выпуска продукции к затратам, используемым в производственном процессе. Производительность может быть разбита далее на производительность труда, материалы и эффективность использования энергии. По мере увеличения производственных размеров, обычно увеличивается производительность. Тем не менее, для SMS, для которых настройки в информационно-технологическом блоке являются отличительным признаком, показатели производительности, возможно, потребуется скорректировать, чтобы построить их с учетом способности реагировать на запросы клиентов.
• Agility: Agility определяется как "способность к выживанию и процветанию в конкурентной среде непрерывных и непредсказуемых изменений, быстро и эффективно реагировать на изменяющиеся рынки, производить продукты и услуги, ориентированные на клиентов». Решающее значение для успеха гибкого производства являются широкие возможности технологий, таких как инженерные модели, интеграция цепи поставок и гибких производственных систем с распределенным интеллектом. Традиционные метрики для измерения agility включают On Time Delivery to Commit, Time to Make Changeovers, Engineering Change Order Cycle Time, and Rate of New Product Introduction [8]. Новые метрики могут включать Delay Due to Supply Chain Change (приводим наименования на английском ввиду отсутствия этих терминов на русском, как,
1 "hjci liiihfrtri л nwtmc. 1пн. ши1_ « ptfiri M rr J IfMC 1 iV'J f>~ 1 '. J of Шит
OEE Tlïii Л Гцщ ■ iiriTiili iiHt л Кг г
M»1L-ÏÙI Г ikrTLiV HjllltiljlWT. ^fncniJ Viterps' 1 'щ кттгк: i h,. ricana ni. ¿a* rte.) raçujrcd rv-ргрЛиы л ifvnIW: uedor % ffhuiH üfpcnJjd№fl
IJniT pTVjit (¡-t Iiv Vi'ofVrfr Ьеитъргг lirai o^pcodij^tHMi
KL-bpoow Ф ibikfi. Tone hl Mite Сnv iifS.ni FV.nJutl Ег^лнашс Chs^rädcr Tnc
■fti-Tirnc IVlivm Jo Cmiimii Tbc veroenlaçc pf Lüne mcük^nji с ■ k 1 r- m-1 oaifickd pf'H Kl ' n Ihr Kludilk
fteitlivrtic H> Uült. 3> .ПТ.||ПЧ ГГ. РторСТН^Ь [YerjTMij. Г™<-
ItinUn-L ifiL-iliCy T*bl. i LtTCTi!« Rffurrn. AJk1 T-rJi ?ri il
lni»V34Wfl
^ïnrty i T.Tiirtl ?KIMIT. ОДОлиРст Pt&ducL FVnn^nbn Sfdüfll
t'ujQItiÎT Knijtt С LüJ '.ТГЫТ cr.hr1* b -.41 Ш1КП
Ptodwt Й<7ч.цЫл1|^. Eihtj> E [ïh.Km>. LhjrjJ.nlilv Rnäwäfictu^ifah
Protêts hunvy lT-пlt" GrccnhouK pu mir1 h г,
'] raii£icclv»cvi fuel uiqf. KeInbj— -n jr."
впрочем, и далее).
• Качество: Традиционные показатели качества отражают, насколько хорошо готовая продукция соответствует требованиям к конструкции. Кроме того, для SMS, качество также включает в себя метрики инновационности продукта и настроек. Традиционные показатели качества включают Yield, Customer Rejects/Returns, and Material Authorizations/Returns. Необходимы новые показатели измерения качества для инновационности и разнообразия / семейств продуктов и опций / продуктов для измерения степени персонализации.
• Устойчивость: В то время как затраты времени и средств в качестве меры производительности, были традиционные драйверами для производства, устойчивость приобрела сегодня большее значение. Наука измерения устойчивости производства не столь развита для времени и затрат и является активной областью исследований. Поскольку производительность и маневренность производственных систем возрастает, необходимость лучшего понимания и контроля устойчивости, связанных с последствиями этих систем увеличивается. Производственная устойчивость определяется с точки зрения воздействия на окружающую среду (такие, как энергетика и природные ресурсы), безопасность, хорошее самочувствие работников, и экономическая жизнеспособность.
Экосистема Smart Manufacturing охватывает широкую сферу применения систем в производственном бизнесе, включая производство, управление, проектирование и инженерные функций. На рисунке 4 показаны три аспекта, которые имеют отношение к концепту SMS.
Рис. 4. Экосистема Smart Manufacturing [7]
Каждое измерение имеет на рисунке свой цвет -продукт (зеленый), система производство (синий) и бизнес (оранжевый) - показанных в рамках своего жизненного цикла. Жизненный цикл продукта связан с информационными потоками и управлением, начинается с ранних этапов проектирования продукции и продолжается вплоть конца жизненного цикла продукта.
Жизненный цикл производственной системы фокусируется на разработке, развертывании, эксплуатации и выводе из эксплуатации всего производственного объекта, включая его системы.
В цикле деловой активности рассматриваются функции взаимодействия с поставщиками и клиентами.
Каждое из этих измерений в игру вступает в вертикальной интеграции машин, установок и систем предприятия в том, что называется производственной пирамидой (рисунок 5). Интеграция производства и программных приложений по каждому измерению помогает включить дополнительные элементы управления в цехе и принятия оптимальных решений на заводе и предприятии. Сочетание этих перспектив и систем, которые поддерживают и составляют экосистему программных систем для производства.
VIII Силос данных
Исторически сложилось, что эти системы оперировали в силосах данных [4], вызывающих вначале озабоченность при практическом их преодолении в реализации. Однако, по нашему мнению, проблема силоса данных будет необычайно серьезно стоять в России по причине практического отсутствия и самого термина и наработанной практической дисциплины с
интересным названием наука о данных (data science).
Интегрирование для хотя бы одной из этих размерностей является нетривиальной задачей в мире именно из-за данных и их силоса, но ведь взаимодействие внутри этих размерностей внутри себя и между собой происходит только через данные, так как CPS это и есть работа через данные с реальным миром.
Замечено, что те компании, которые сумели решить эту задачу и интегрировать единичную размерность этой экосистемы через механизмы науки о данных, расширяются в объеме для решений в других размерностях (оранжевые стрелки на рисунке 4) и становятся цифровыми чемпионами.
Парадигмы, такие как улучшение непрерывного процесса (CPI), гибкое производство (FMS), а также конструкции для изготовления и сборки (DFMA) также естественно полагаются на обмен информацией между размерностями, как показано на рисунке 4.
Тесная интеграция как внутри, так и по всем трем измерениям через информацию приведет к более быстрому продуктово - инновационному циклу, более эффективным цепочкам поставок, а также к большей гибкости в производственных системах. Сочетание этих размерностей через объективную и своевременную информацию позволяет оптимально управлять автоматизацией и принятием решений, необходимых для создания высококачественных и высоко настроенных товаров в жесткой синхронизации со спросом на эти товары.
По сути, это есть бесшовная информационная интеграция внутри и между размерностями SMS и производственной пирамидой, которые приводят уже к производственным возможностям SMS в традиционном понимании промышленности. В таблице 3 приведены такие интеграционные технологии, показанные на Рисунке 4 и возможности SMS, поддерживаемые ими.
Таблица 3: Экосистема SMS и ее отображение на [6]
информационные технологии
Description Information Flow Key Capabilities Supported
plm POdwl Ufr (yde hmi^uihiI -k<Piepr«^pf ■mariîrjiinc tin- lrfi«ïîl<! pi .1 ргвдИК 1 1г<лп pllpn, prij^nwrii^a-^gra imnuraiiwc, tostr^e arxl-itüpoHü <я nünui« lijr-od ■proAKli iii-T" Г|Ч I-Kl lull j il'.'l II L :!:i'i; ElflW Ihrfltqjh рГчхНкГ pr OflUitkiri jyîtfltii c>vii4yh Aftiiliy and ;iuit*iTi> wily
StlÜ ■SuppïïiOg 1 management - tl» rrnnagmwii upitifrfirl *>drltiïviii1(fj(ftv.ilLifrïKhi.'ûrkmi (il и\Штм1\ iniil göoilb. jfH3i(ilili4l*iröril(W(fc(lÄK»ftt; гиррЬт ii i.'ii;p,ii:yr rL-M-llurtv .nwJ Ihuî tuiKuiiinl. Mi-ijtj htidlUl à ||(i| |п.Ч|н.п|| tkiïï Jliyil^ HipHythdin Hiktfwldcrt ■ manu&thM ffi, ойни^ H^plitn^ ■ind dr, il ¡bu Г lii PfûAK ImLy
tîfsc 1Л ftlir s*J|iply( luiil 1-111-j.;;I.11 -1 ■ ■ I i 1 - (Ii1 - ;".=" 1 i 11 ¡^ liroduill |0 1 лг Л l'/.inlп№Г hh1 ,-iimi Jroilf^hu-n iu;ipk <1I.III. lieu i-il 111 11 irulioi» bftwn'ii u.pply :1uln пыи^гччгнчи .к tfïitk'l .Kid (||".!|71 i■ i l.;i11 '.^ l - ?ct!m№ï i.'jujihf.irkî^ilhy
cfi -L 1 111 1.1 ■ ■. 1 ■. |жк|,1-пн'!||:Г''-у|,|Гн r! ■ к ihflttti ■>■■- _i;i>nj"r r|ftotr^rifiiiwimpr.nrul ггнгыг/пипг aclmfeï t1j1 dor,brfli«тнг.i, im» ihç V*oicmti llird tij pwfcl« ptüäkls. :|и|л ni.ll kil l ii'.'i'h h-.in 11.1 ■ -1 :11 ■ ■ iilii h.iI.k 1 hi ni/, ■yiN ii i la jiriv pindiiti^iy
ссх CirtlinyOMl Ciiiwnitwnlnt - orçoing pmotwi ОГ l&d£.rk>jt> pi iiftf h^jî -d 1 »d jwfl tvd (x * h» bw pv r»1 hi-ar^tkfnjl ii .luifll|tk:4-| prodiiitkjii fjigfn«fli4 ii^1« рнЛиЛоп »(нпшесмь FHiXdiKliviLy, ^pjity, QuaH у
DFMA hut" far MUWrfJ^rlfljjjid AHtgit^Hj drut" 'o' rj mJruritlurt tfl Ihr parti design Ы |Fvr prüduft Tür »14 пИЖПЫц tlew КИП piodiKlioit ¿nflieeilffiopefjflitaflMJ^M рич1иг(к^| «iwitlh HodudiyiLT ühi Л^ЧИ*
FMS/RMS Flexible F.4inuJ»ciüiinj Evstf-т,- Flfe^^'ifiur: rili- Utant^Kturing^ttm ■ c-iif.rii i«'In bFfJndiin hi nntч Jr*4 to er-sdrie i hjflf«! ^dw^ifl рг 4* wWferwtVtHtdwiffd pnctu JlHivnLil 1.1I1 IIlhV |-|-::Г| |:■ :ч~| 111 1 f Jt^^nrrrllip .K FMtln. <LJ pI'.'Hllli ln"'lb cn(ini сг1 rip jî t m t hi. Afiilhy
Manufïitur ing Pyramid ТГй Worjr<likdl ОГ OSfFîting Ibarxjlxturing nxluding LRP. MoM ,i"d itop fh>OI. tt-Of«tiölWHIO* diixjrrs Llïn, * CHXitrcJ i-|fiLtf1iS PiôdiKliïnLy ji>d SustjfedMIlT
Fast InrKJvatlcm Cydt Te impfe№ Mow preset lii1rc«iHlk.ft{N l'IJCyClÉ t'y лИкгрл1йЦ£ ircrtdi (lii<4^:h|-.-i:lii4iiiv d-ii-i frort l^uiili; ! IIU^I.1 .и i;! fifdrij;. iL Lvh к «ito pitKJiK L »Jr-jtkxn тАнпиНн (kwlKol p«duttusfrlB qiuHyäd^
Исходя из требований рынка на всеобщую совместимость, стандарты являются фундаментальными и ценными инструментами, которые могут способствовать внедрению технологий и инноваций в промышленности. Таким образом, они вносят вклад в ключевые возможности одного или нескольких SMS.
Например, по размерности продукта, стандарты PLM (это тоже информационные стандарты) способствуют как маневренности (за счет оптимизации процессов) так и качеству (путем включения интеграции различных видов деятельности в продукцию и систему жизненных циклов производства).
В области производственной системы непрерывного ввода в эксплуатацию (CCX) информационные стандарты могут повысить производительность машин и надежность систем для повышения производительности, качества и устойчивости (за счет повышения энергетической эффективности).
Стандарты для электронной коммерции или цифровой ее организации, такие как Open Applications Group Integration Specification (OAGIS) помогают оптимизировать бизнес-процессы между партнерами в цепочке поставок.
IX ЛАНДШАФТ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТАНДАРТОВ И ДАННЫЕ
Существующие производственные стандарты обеспечивают инструкции для проектировщиков, дизайнеров, инженеров, строителей, операторов и лиц, принимающих решения как проводить дисциплинированные информационные действия в рамках своих производственных зон. Они также облегчают взаимодействие между заинтересованными сторонами через границы зон, границы иерархии производственных систем, а также между фазами жизненного цикла.
Такую информационную совместимость и передачу информации то происходит резкое увеличение стоимости за счет потери уже оплаченных информационных продуктов и сами по себе усилия по кусочной автоматизации, естественно, будут приводить не к резкому росту доходности, а к практическим убыткам. При этом могут быть абсолютно грамотные стандарты и совершенно отвратительные результаты.
Более того если не организовать обычный рутинный контроль по всем информационным цепочка то и все затраты государства или предприятия будут просто чистыми убытками, а не планируемым доходами.
Сегодня многочисленные организации по вопросам развития национальных, региональных и международных стандартов (SDOs) разработали наборы промышленных стандартов для производства в этой сфере. В первую очередь приводим обзор типов стандартов для каждого из трех измерений в течении жизненного цикла с акцентом на тех стандартах, которые конкретно адресованы информационному контенту производства. В то время как некоторые национальные или региональные стандарты рассматриваются, абсолютный и естественный упор делается на международных стандартах. Во многих случаях местные стандарты SDOs могут иметь прямые связи с международными SDO.
Комплектный стандарт, как правило, является результатом одного из нескольких процессов развития. Более традиционные из них проходят через официально санкционированные SDO. Эти организации содействуют формированию консенсуса и обеспечению того, чтобы стандарты были открыты и доступны для стран и организаций, которые хотят использовать их. В этой категории находятся международные органы по стандартизации, такие как ISO, IEC, ASME, ASTM, и национальные органы, включая профессиональные организации, которые определяют лучшие практики для их практики. В России это Росстандарт, в Соединенных Штатах - ANSI. Именно они уполномочивают профессиональные организаций для создания стандартов в их областях специализации.
Традиционный процесс формирования консенсуса, используемый для SDO, может потребовать довольно много времени; в результате этого, появились и другие процессы, в том числе с открытым исходным кодом. В процессе с открытым исходным кодом, стандарт может быть представлен в формах спецификации описания стандарта, эталонной реализации стандарта или в обеих формах.
Эти стандарты часто разрабатываются в рамках консорциума, они поддерживаются совместно и широко доступны для широкой общественности.
Сущностью применения этих стандартов является общественное доверие различного рода, и они открыты для заинтересованных участников.
Модели лицензирования и управления для интеллектуальной собственности, содержащейся в этих стандартах, сильно различаются между проектами. Стандарты с открытым исходным кодом иногда переходят к более формальным санкционированным позициям с помощью SDO. Независимая организация, как правило, управляет процессом с открытым исходным кодом. Некоторые из управляемых производителями (вендорами) сообщества
стандартизации приняли другой подход, при котором выбирается реализация предлагаемого стандарта поставщиком для определения стандарта. Выбранная реализация становится ссылкой, которую другие
поставщики реализуют.
Несколько стандартов, предназначенных для совместной работы, часто определяются как комплекты. Примеры этого в информационных технологиях (ИТ) мира включают в себя стандарты из таких групп, как WC3, OGC и IETF, которые помогли цифровой революции так занимались конкретными структурами и моделями данных в своих областях знаний.
Сегодня те из них, кто занял лидирующие позиции, уже аккредитованы, как при международных организациях по стандартизации, так и на уровне уполномоченных органов стандартизации и работают с ними как единое целое.
В России сегодня многие из них просто не представлены, не говоря уже о налаженной совместной работе и это еще одна из острых проблем уже сегодняшнего дня. Так, в мире производства, имеется набор стандартов ISO 10303 (обычно известный как STEP) для корректной работы с данными о продукте, информационную систему обеспечения качества (QIF) для оптимизации возможностей тестирования качества, а также стандарты, возникающие из консорциумов, таких как Open Group Application, Inc. (OAGi) для приложений на уровне предприятия.
Эти информационные стандарты включают другие, более фундаментальные, стандарты, например, EXtensible Markup Language (XML) от W3C, и предложения по инжинирингу и представлению контента для производства и их интерпретации. Object Management Group (OMG) также определяет наборы стандартов, которые, по большей части, информационно адресованы лежащим в основе технологиям, а не определенным производствам. Некоторые из этих стандартов стали особенно полезными для применения в интеллектуальных производствах, основанных на нефти 21 века — информации и обсуждаются ниже.
Две ведущие международные организации по стандартизации ISO и IEC работают над стандартами, имеющими большое значение для интеллектуального производства основанных на данных. В ISO технический комитет по системам автоматизации и интеграции (TC184) имеет два подкомитета (SC), которые представляют особый интерес нашего ландшафта: SC4 и SC5. SC4 фокусируется на промышленных стандартах о данных - в первую очередь тех, которые связаны с данными о продуктах, включая ISO 10303. SC4 фокусируется на функциональной совместимости, интеграции и архитектуре для приложений автоматизации. Обе подкомиссии уже предлагают новые стандарты для Smart Manufacturing, которые находятся в процессе развития.
IEC, который исторически специализировался в электронной промышленности, разработал такого рода стандарты, которые имеют широкую сферу применения вне электронной промышленности. Например, IEC TC 65 фокусируется на стандартах для промышленного контроля и автоматизации процессов и активно участвует в решении проблем интеграции между
данными о продукции и производственных процессах. Совместный технический комитет ISO / IEC (JTC) 1 по информационным технологиям имеет дело с большим количеством вопросов по стандартизации в области информационных технологий для производственных систем, включая сенсоры, сети устройств и пользовательские интерфейсы. Эти типы стандартов, также имеют непосредственное отношение к данным.
Ряд консорциумов разрабатывают стандарты и собирают и анализируют передовой опыт в области SMS и информации, включая OAGi MTConnect, ProStep iViP, OPC Foundation, DMSC, и MESA. Стандарты и лучшие практики из этих организаций уже довольно часто используются ISO и IEC в целях содействия более широкому распространению и внедрению своих технологий.
Следуя логике развития, самым вероятным сценарием является признание части из них также в виде аккредитации. OAGi и MTConnect сделали стандарты свободно доступными с открытым исходным кодом для использования общественностью.
PDES Inc., например, является промышленным консорциумом, который осуществляет проекты, связанные с обменом данными о продуктах для дизайна и проектов. Их проекты обусловлены конкретными потребностями своих членов в отношении стандартов интеграции данных.
Уже сегодня часть их результатов начал формируются в стандартах ISO 10303 для определений продуктов и в других стандартах в зависимости от обстоятельств. Так как умным производствам надо развивать то это часто рассматривается через разрешающие вопросы, связанные с осуществлением этих стандартов. OPC Foundation изначально разработал стандарты, которые позволили поставщикам устройств интегрировать свои продукты в платформу на базе Microsoft.
OPC Foundation с тех пор превратилась уже в самостоятельную организацию по стандартизации со своей собственной программой сертификации и тестирования.
Консорциум Dimensional Metrology Standards Consortium (DMSC) устанавливает типично информационно-измерительные стандарты, в том числе QIF, что имеет основополагающее значение для обеспечения качества измерений процессов, состоящих из измерения продукта проектирования, планирования, правил, ресурсов, программирования, результатов и сводных статистических данных, которые полностью интегрированы и отслеживаются в их уже готовой системе правил.
Так APICS, ASTM, MESA, IPC и ISA являются промышленными профессиональными обществами или торговыми ассоциациями, работающими чтобы продвигать внедрение в своих областях и также используют информационные подходы. Их работа
включает в себя стандарты, а также образовательные и другие мероприятия.
Направлением APICS является цепочки поставок и управление операциями. Часть APICS, известная как Совет цепочек поставок, подготовил ряд справочных документов для создания руководств по наилучшей практике для цепи поставок отрасли. Этот богатый набор информации включает в себя определения для широкого спектра показателей производительности для производственных операций, многие из которых могут быть применены вне контекста цепочки поставок.
ASTM адресуется к производствам и материалам, продуктов и процессов, систем и услуг.
MESA касается уровня производства управления производственных операций (MOM) или Manufacturing Executions Systems (MES) и интеграции информационных систем от уровня предприятия в производственные операции.
IPC возникла из электронной промышленности, в частности, сосредоточив внимание на печатных платах, но, как и со многими другими организациями, сфера ее применения расширилась для решения темы обслуживания и цепочек поставок также.
ISA фокусируется на автоматизации, в частности, применительно к "технике и технологии для улучшения управления, безопасности и кибербезопасности современных систем автоматизации и управления, используемых всеми видами промышленности и критическими инфраструктурами».
В то время как каждая из этих организаций имеет разные точки зрения, их направленность пересекается в приоритетных областях - продуктах системах производства, а также в бизнес-информационных потоках.
Другие примечательные стандарты происходят из более академически-ориентированных
профессиональных обществ, которые, как правило, являются аккредитованными, например, в ANSI — национальным органом стандартизации США.
X Стандарты жизненного цикла
Стандарты жизненного цикла продукта, по сути, и есть правила передачи данных между этапами для обеспечения конкурентности на рынке, базируются на информационных моделях и в контексте
интеллектуального производства экосистемы включают в себя 6 этапов, как показано на рисунке 5: проектирование (дизайн), планирование процессов, технологии производства, изготовление, эксплуатацию и техническое обслуживание, а также, по окончании срока эксплуатации, и утилизацию или, в случае особо крупных продуктов, декомиссию.
Рис. 5. Стандарты в жизненном цикле продукции Product Lifecycle [7]
Существующие стандарты, в частности, в таких областях, как системы автоматизированного проектирования (CAD), Computer Aided Manufacturing (CAM) и Computer Aided Technology (CAx), как правило, значительно повысили эффективность инженерных работ в жизненном цикле. Кроме того, эти стандарты приводят к повышению точности, как моделирования, так и данных и сокращают циклы создания инновационных продуктов, способствуя тем самым непосредственно системе маневренности производства и качеству продукции. Достижения в этой области привели к созданию новой парадигмы развития продукта, известного как модель на основе инженерии или предприятия MBE.
носителях.
Преобладающими стандартами являются стандарты ASME (Американское общество инженеров-механиков) Y14.5 GD & T (Геометрические размеры и допуска) и Международной организации по стандартизации, ISO / TC 213 GPS (Геометрические спецификации продукции) и ISO / TC 10 Техническая документация по продуктам. Стандарты ISO (GPS), как правило, адресуются одной теме.
Стандарт ASME Y14.5 сочетает в себе набор тем для GD & T в одном документе стандартов. В дополнение к GD & T, ASME Y14.36M, ISO 1302 установлены стандарты для передачи требований контроля текстур поверхности и определения свойств текстуры поверхности.
На рисунке 5 также показаны наборы отдельных стандартов, связанных с фазами жизненного цикла продукта и информацией о нем. Так как для каждого этапа жизненного цикла продуктов необходимы разные информационные модели и данные в них, то эти стандарты подразделяются на пять категорий: практику моделирования, модели и обмен данными, производственные модели данных, категории данных о продуктах и управление данными жизненного цикла изделия.
Стандарты практики моделирования определяют цифровые методы использования данных, продуктово-определенные как для двумерных (2Б) чертежей так и для трехмерных (3Б) моделей. Есть несколько стандартов, доступных по всему миру, которые определяют символы и правила для размеров и допусков, как на электронных, так и на бумажных
Совместный IEC / ISO стандарт 81714 определяет графические символы для использования в технической документации на продукцию. В таблице 4 перечисляются отдельные стандарты практик информационного моделирования ASME и ISO. Существуют также стандарты для конкретных производственных областей, таких как практики информационного моделирования продуктов электроники, включая IPC-D-325 для печатных плат, сборок и опорных чертежей.
Таблица 4: Практические стандарты моделирования [6]
SDOs Standards Description
ASME Y14.36 Surface Texture Symbols
ASME ASME Y14.41 Digital Product Definition Data Practices
ASME Y14.5 Dimensioning and Tolerancing
ISO TC 10 ISO 16792 Technical product documentation — Digital product definition data practices
ISO 128 Technical drawings — General principles of presentation
ISO 7083 Technical drawings — Symbols for geometrical tolerancing — Proportions and dimensions
ISO TC 213 ISO 1101 Geometrical tolerancing — Tolerances of form, orientation, location and run-out
Geometrical Product ISO 5459 Geometrical tolerancing — Datums and datum systems
Speciticatio ns (GPS) ISO 14405 Dimensional tolerancing
ISO 2692 Geometrical tolerancing — Maximum material requirement (MMR), least material requirement (LMR) and reciprocity requirement (RPR)
ISO 545 S Geometrical tolerancing — Positional and pattern tolerancing
ISO 1302 Indication of surface texture in technical product documentation
ISO 8062 Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts
ISO 17863 Tolerancing of moveable assemblies
IEC/ISO IEC/ISO 81714 Design of graphical symbols for use in the technical documentation of products
IPC IPC-D-325 Documentation Requirements for Printed Boards, Assemblies and Support Drawings
между программным обеспечением САПР от разных Стандарты на информационную модель продукта и производителей. обмена данными включают стандарты ISO и стандарты
де-факто, как показано в таблице 5. Эти стандарты Таблица 5: Информационные модели продуктов и охватывают вопросы представление информации о стандарты обмена данными [6]. продукте и технического обеспечения обмена данными
Standards
Description
ISO IÛ305 -
20.1 214 210-212 242
TSO 1430Ó(JT)
rs>0 I47o9(PRC) TGES
STL
ISO AS L M >291 í (AM Г)
îu.i: <'ori;íjiij;siLL4i cuuiTúlkd JDdcsijns öf fiiethsnícfiJ (Muís andssfitfflbft.'ü íitíospict a&dde(fcus£
21J; Cok data for ffiilomûtive m«himtal design procc^cs
210: CAD systems for printed circuit board
2\2: CAD bybtt'ttisfor eLecuical installation and cable harness.
2\1\ 4pc£iii£ïi Hue «ppllcalioni proföccl fof Mailand model taseit Id «igmefirinj.
A CAD Iii-' formal flcsciïLxxi lu ISO LJ30ü:2G!2 is nsuri jiririîarilv in industrial tisíCísCi aJlht rutins fur capturing and reputposing IíeIhwíísIii 3D product definition data.
Document msilâgttrleîil -- 3D use Of l'roducl (l'KC) fonnat
Ал ASCI tbiud mtiiingt Rtina) adopted by the America! Naiit>n:tl Standards Institute (ANSI) sinçç t97ö. ЛИ meaningful development of ICES sloppediu 1996 al version 5.3.
A«|íacto file formal describe only (be surface geomeüy of■ Ihree-dimensiooil ubjeel for additive manufacturing
A tie^v and open XML based standard developed as a replacement far STL format. AMF ius many additional feature* COÍrtjWrSd to íhí STL format, BflthidLng tttT'tiljHltlm, nWJTiiVé sulnlnHsioii, rtiLLllijili: malcriáis. graded materials, internal structures, material properties, colors, graphics. constellations, and BKtttdtte support.
STEP уникален тем, что он затрагивает более широкий круг информации, чем требуется для САПР представлений. Архитектура STEP включает в себя основополагающие методы для определения и обмена данными и архитектуры для интеграции определений данных в выполнимые единицы, называемыми прикладными протоколами (AP), где информация CAD подключается к структуре продукта, а также широкий спектр другой инженерной информации о жизненном цикле элементов. Наиболее часто реализуемыми и используемыми сегодня AP являются 203 для аэрокосмической и оборонной отраслей и AP 214 для автомобильной отрасли.
Самая последняя часть STEP будет выпущена как AP 242 издание 2, под названием «управляемая модель, основанная на 3D инженерии». Этот стандарт объединяет AP 203 и AP 214 и включает в себя требования к обмену данными в области разработки на основе моделей, управления данными о продукции (PDM), продуктовой и производственной информации (PMI), и долгосрочном архивировании цифровых данных. AP 242 дополняет другие форматы обмена визуализации, такие как JT (ISO 14306) и PRC (ISO 14739).
3D печати и в конечном виде в новом типе производства и изначально цифрового - additive manufacturing.
ISO 52915, Additive Manufacturing File Format (AMF), является открытым стандартом, в которм предложено описывать цвет, материалы, решетки, и созвездия (color, materials, lattices, and constellations) 3D-объекта, что позволяет делать более сложные описания продуктов, помимо основной геометрии для его производства в этой новой промышленной отрасли.
XI Производственные стандарты моделей данных Производственные стандарты моделей данных, в отличие от стандартов моделей продукта, которые сосредоточены на дизайне и проекте продукта, определяют данные, необходимые для производства продукта из конструкций или для (роботизированных) сборочных конвейеров (таблица 6).
Таблица 6: Стандарты Информационных моделей производств из готовых компонент (сборочных конвейеров) [6]
Другой набор стандартов для моделирования продукции используется в областях additive manufacturing. Формат файла Stereo Lithography (STL) широко используется для быстрого прототипирования.
Standardа
Description
ist) ЙУК^
J SO 14(549
ISO 10303--207 224 23$
Numerical control of midlines - l*rogram formal and definitions of address wokL 'flic jnostttidely us«l numeric J ttHilral (SC) programming language
Standard [hat specifies the technology-specific machine tool description data elements needed as progs^daa for manufacturing jmrl machine chjiracEcrisrics.
201 'Sheet metal die pfenning and design
224 - Mechamra? product definition for process plans using nachtaipg features 23S -Application inlcipreled model for computer numeric controllers
ISO 6983, или G-код, является наиболее широко используемым языком программирования Numerical Control (NC). ISO 14649 был разработан для преодоления проблем ISO 6983 путем определения модели данных для того, чтобы осуществить связь между производственными операциями и данными исходной геометрии САПР.
STEP AP 238 предназначен для расширения ISO 14649 с целью более тесной интеграции с определениями дизайн продукта. Он может обмениваться явными описаниями Toolpath вместе part, stock, fixture geometry, tool descriptions, GD&T и информацией PDM.
Стандарты каталогов производственных данных поддерживают описание конкретных примеров продуктов или их частей в едином формате,
независимом комплектации.
от
конкретных
поставщиков
Примеры стандартов производственных данных включают ISO 13584, 15926-часть 4 и 22745. Первые два из них сосредоточены на методах определения каталогов. ISO 13854 определяет принципы, которые будут использоваться для определения характерных классов частей и свойств частей независимо от какого-либо конкретного поставщика с определенной идентификацией.
ISO 22745 содержит рекомендации по разработке терминологии для открытых технических словарей и составления перечней и каталогов таких систем. В противоположность этому, 15926 часть 4 представляет собой конкретную область такого производства и
определяет технические условия, необходимые для проектирования, строительства и эксплуатации производственные мощностей в области нефти и газа.
XII Управление данными о продукте в течение
ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА
Управление данными о продукте в течение жизненного цикла фокусируется на потребностях долгосрочного хранения и доступа к данным последовательно на протяжении всего жизненного цикла продукта.
Самый известный стандарт управления жизненным циклом данных о продуктах ISO 10303 AP239, также известный как Product Life Cycle Support (PLCS).
AP 239 предназначен для поддержки обмена данными о сложных продуктах длительного жизненного цикла, то есть информацией, необходимой и создаваемой во время эксплуатации и технического обслуживания продукции. PLM XML является новым открытым форматом от Siemens PLM для облегчения таких процессов.
PLM XML и разработан как легкий, расширяемый и гибкий формат для обмена проектами и дизайном и функциональными данными в среде совместной работы.
Аналогичный ему LOTAR (Долгосрочная Архивация и извлечение данных) это Международный проект, который имеет еще более широкий размах. В центре внимания LOTAR находится долгосрочный доступ к цифровому продукту и технической информации путем разработки архивных и поисковых механизмов, основанных на стандартах. Результаты этих усилий должны стать практические рекомендации о том, как стандарты могут быть применены к долгосрочному архивированию данных о продуктах и связанных с ними информации об их конструкции.
frflductiqn ВДйНпЫвМ O^tj Цн PiftU*
imj JH. i Л »i* и Л »"J »JM- !"l 11, aö 1 I'ILA.
■ IK FC Цгц
■ Ж1ЧЧ (tMADD iniit(UXlJdHhhC Dh^UH.
Prrfwi tkn1! Syiitrn-1 -lMrlni
- Iii Ьвлц ¿ччтЪ -Ь 1
IV? ЧгО Чтм
Рис. 6. Стандарты жизненного цикла для производственной системы (заводы и фабрики) [7]
XIII ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ
«Производственные системы» относятся к коллекции машин, оборудования и вспомогательным системам, организованных для создания товаров и услуг из различных ресурсов.
Большинство моделей данных изделий и стандарты практического моделирования также применимы к развитию производственных систем. Тем не менее, как одни из самых сложных - производственные системы, которые, собственно, и есть заводы и фабрики и предназначены для производства непосредственно товаров, производственные системы имеют ряд уникальных стандартов, которые имеют основополагающее значение для достижения SMS.
Производственные системы, как правило, имеют гораздо более длительный жизненный цикл, чем товары, которые они производят. Кроме того, они должны быть часто перенастраиваемы, и, таким образом, имеют уникальные потребности в отношении их конструкций.
Уникальные возможности SMS, обсуждаемые здесь практически стали возможными благодаря стандартам автоматизации для управления и обслуживания систем. В этом направлении, безусловно, необходимы стандарты, поддерживающие информационное моделирование сложной системы, в области техники автоматизации и эксплуатации, а также технического обслуживания (O&M) перспективных производственных систем на принципах CPS.
Типичные этапы жизненного цикла для производственной системы, как показано на рисунке 6, включают в себя проектирование, строительство, приемку, O&M, и вывод из эксплуатации. Производственные системы и сооружения, как правило, предназначены для производства семейств продуктов.
Степень гибкости производства, как системы адаптивного производства в ответ на рыночные требования и изменения в цепочках поставок - это ключевое решение, проектирование и дизайн, которого не только влияет на стоимость, но и влияет на продолжительность жизненного цикла
производственной системы.
Этап ввода в эксплуатацию включает в себя тестирование всей системы производства, в том числе оборудования, завода или объекта, и передачи завода или объекта для выключения системы в работу или собственно начало производства.
Система проверяется, чтобы функционировать в соответствии с целями проектирования и спецификациями.
XIV Стадия О&М
После ввода в эксплуатацию производственная система входит в О&М - стационарное состояние тактических операций и стратегических направлений деятельности по техническому обслуживанию или режим эксплуатации.
Когда введены радикальные внутренние или внешние изменения, например, если происходит авария основной подсистемы или целевая группа продуктов будет постепенно выходить из рынка, жизнь производственной системы подходит к концу. На этом этапе производство постоянно сокращается или система входит в рециркуляцию.
Стационарная стадия О&М, как правило, самый длинный этап жизненного цикла производственной системы. В течение этого периода, производственные системы управляются наилучшим образом для того, чтобы преобразовывать материалы, энергию и труд в продукты или товары. На этом этапе планирование адаптаций, повторные вводы в эксплуатацию, а также непрерывный ввод в эксплуатацию проводятся с целью поддержания и повышения производительности системы и поиска путей изменения конфигурации системы, чтобы адаптироваться к изменениям на рынке и изменениям в цепочках поставок.
Область стандартов, которая поддерживает жизненный цикл производственной деятельности такой системы, включает в себя модели данных производственных систем и практику, инженерию производственных систем, О&М, а также управление жизненным циклом производства.
Так как стадия О & М является самой длинной фазой, то и информационные стандарты для О&М и управлением жизненным циклом заслуживают особого внимания. В частности, стандарты, поддерживающие производственные операции будут подробно обсуждены в отдельной статье о производстве.
Библиография
[1] Инициатива «Группы двадцати» по развитию и сотрудничеству в области цифровой экономики http://kremlin.ru/supplement/5111 Retrieved: Dec, 2016
[2] Указ Президента Российской Федерации «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации от 1 декабря 2016 года № 642
[3] Куприяновский В. П., Намиот Д. Е., Синягов С. А. Кибер-физические системы как основа цифровой экономики //International Journal of Open Information Technologies. - 2016. -Т. 4. - №. 2. - С. 18-25.
[4] В.П.Куприяновский, А.Р. Ишмуратов, Д.Е. Намиот, Д.И. Ярцев, Н.А. Уткин, Д.Е. Николаев Цифровая экономика и Интернет Вещей - преодоление силоса данных. //International Journal of Open Information Technologies. - 2016. - Т. 4. - №. 8.-С. 36-42.
[5] В.П. Куприяновский, Д.Е. Намиот, В.И.Дрожжинов, Ю.В.Куприяновская, М.О.Иванов Интернет Вещей на промышленных предприятиях //International Journal of Open Information Technologies. - 2016. - Т. 4. - №. 12.-С. 69-78.
[6] Lu Y., Morris K. C., Frechette S. Current Standards Landscape for Smart Manufacturing Systems. - 2016.
[7] OAGi/NIST Workshop on Open Cloud Architecture for Smart Manufacturing
http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/ir/2016/NIST.IR.8124.pdf Retrieved: Dec, 2016
Industries transformation in the digital economy - the ecosystem and life cycle
Vasily Kupriyanovsky, Sergey Sinyagov, Dmitry Namiot, Nikita Utkin, Danila Nikolaev, Andrey
Dobrynin
Abstract— This article deals with the issues related to the transformation of industries in the digital economy. This is the first paper of a series of articles. This part is devoted to the ecosystem and the life cycle model. Today, all the technology and the paradigm shift are grouped around an approach based on cyber-physical systems, which began to turn in the ecosystem of standards for new industries and for other applications of the digital economy. The digital economy opens a way for the previously unthinkable integration for industry systems, transport, urban, energy and many other ecosystems on a single standard. In this paper, we discuss this project from the industrial point of view.
Keywords—digital economy, digital transformation.
