ЭкспертHi-Tech

Цифровые острова

Российские компании избирательно подходят к внедрению цифровых продуктов и новых технологий в свое производство

Николай Ульянов

На десять стран приходится 90% патентов из сферы технологий передового цифрового производства. И на них же — 70% экспорта, связанного с этими технологиями. Такие данные приводятся в отчете «Индустриализация в цифровую эпоху» Организации Объединенных Наций по промышленному развитию (ЮНИДО).

В десятку лидеров вошли США, Китай, Япония, Корея, Германия и другие страны. России среди них нет. ЮНИДО отнесла нашу страну к другой группе — «Последователи». В нее входит 40 стран, которые работают с этими технологиями, хотя и существенно менее интенсивно, нежели лидеры. Россия в этой группе среди тех 23 стран, кто не только использует технологии передового цифрового производства, но и производит их. То есть пусть и не в первых рядах, но где-то рядом.

Год назад мы писали о том, как внедряется «цифра» в промышленность России (см. «Цифровизация идет пунктиром», «Эксперт», №22). Основной вывод был такой: проекты по цифровизации у нас есть, но пока это острова в море аналоговой промышленности.

Надо сказать, что хайп в отношении цифровизации прошел. Компании стали более взвешенно подходить к этому процессу, опираясь при принятии решения о внедрении цифровых технологий и продуктов на их потенциальную экономическую эффективность.

Впрочем, и здесь все не так однозначно. Например, использование технологии «цифровых двойников» позволяет кратно сократить время на разработку и внедрение изделия: проектирование и испытания проходят в цифровой среде, без его изготовления «в натуре». Применение этой технологии позволило, например, в сжатые сроки создать президентский лимузин «Аурус» (проект «Кортеж»). Как рассказывал «Эксперту» проректор Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, руководитель инжиниринговой компании CompMechLab Алексей Боровков, участвовавший в реализации проекта, в отличие от обычной практики проектирования, где возможно только одно направление проектирования, в случае использования технологии «цифровой двойник» проектирование запускается сразу по двадцати—тридцати траекториям. Это позволяет не только сократить время, но и выбрать в итоге лучшее из возможных решений.

Применение этой технологии позволяет «выключить» из процесса многократное повторение этапов производства опытного образца и его испытаний. Вместе с тем, как отмечает г-н Боровков, это влечет за собой высвобождение людей, которые задействованы как раз в изготовлении и испытании опытных образцов. И здесь, по словам Алексея Боровкова, возникает определенный барьер сопротивления на пути внедрения цифровой технологии — некоторые компании задаются вопросом: а куда мы денем людей, которые сейчас этим занимаются? «Но это значит, что такая компания работает не на глобальном высокотехнологическом рынке, — говорит Алексей Боровков. — И она может позволить себе работать как работала, пока ей продолжают за это платить. Но это будет недолго».

Те же, кто хочет работать долго, активно внедряют в производство цифровые технологии. Тем более что, как отмечает в своем отчете ЮНИДО, более эффективное предприятие, наращивающее выпуск собственной продукции, нуждается в сырье, материалах и компонентах, что приводит к росту занятости у ее поставщиков и партнеров в смежных отраслях.

В поисках операционной эффективности

Трансмашхолдинг (ТМХ) реализует проект «Цифровой завод», который подразумевает создание цифровых двойников производственных площадок холдинга, а затем и вовсе объединение в «цифре» всего холдинга. Проектом занимается дочерняя компания ТМХ «2050-Интегратор». (см. интервью с ее генеральным директором Дмитрием Гиммельбергом на стр. 50).

В группе НЛМК основной фокус цифровизации направлен на прикладные цифровые решения, дающие быстрый экономический эффект. Сейчас в процессе разработки, по словам директора по цифровой трансформации НЛМК Сергея Казанцева, более 50 продуктов в разной степени зрелости. Из них около половины в той стадии развития, когда они уже дают устойчивый экономический эффект, и команды, которые ими занимаются, сфокусированы на их совершенствовании и тиражировании. Существенный потенциал с точки зрения эффективности имеют цифровые продукты, применяемые на ранних переделах, которые вносят наибольший вклад в себестоимость продукции и в конечную производительность. К ним относятся, например, диспетчеризация тяговых агрегатов на Стойленском ГОКе, оптимизация химического состава шихты для аглофабрики, продвинутая аналитика цикла плавки на конвертерах и далее по технологической цепочке основанное на машинном обучении решение, которое задает темп выдачи слябов на главном стане металлургического комбината.

Основной эффект можно получить тогда, когда цифровое решение встроено в технологию и дает возможность подкрепить действия оператора подсказками, основанными на максимально возможном объеме информации по всему технологическому процессу.

Необходимость внедрения «цифры» в том или ином звене технологической цепочки определяется влиянием на операционную эффективность.

«Все производственные участки уже оценены на предмет их потенциальной эффективности и производительности. Понятно, где они находятся сейчас, какие существуют разрывы, и люди, отвечающие за эти участки, знают, что и где им нужно подтянуть, в том числе с помощью цифровых инструментов, — рассказывает Сергей Казанцев. — В компании есть инфраструктура экспертизы идей, направленных на повышение эффективности производства, в том числе экономическая экспертиза. Цифровые решения также встраиваются в этот процесс, проходят экспертизу вместе с другими идеями. Никто не делает цифру ради цифры. Она применяется там, где действительно эффективна. Я не очень верю в истории, когда какието цифровые инструменты позволили кратно повысить эффективность при их низкой стоимости. Если так происходит — значит, этому участку производства уделяли мало внимания».

Уже упоминавшееся выше внедрение системы интеллектуального управления работой железнодорожного транспорта на Стойленском ГОКе позволило на три процента повысить производительность локомотивов при перевозке руды за счет сокращения простоев при погрузке и выгрузке. Прогнозируется, что в дальнейшем использование этой системы позволит увеличить объемы перевозок на 16% (с 37 до 43 млн тонн руды в год) без увеличения локомотивного парка.

По словам Сергея Казанцева, цифровые решения, которые уже реализованы в компании, дают порядка миллиарда рублей ежегодной прибавки к EBITDA: «Эффект невелик в масштабах нашей компании, но достичь этой цели нам было важно для подтверждения устойчивости выстраиваемой операционной модели. Следующая milestone, на которую мы хотим выйти в течение ближайших нескольких лет, — 50 миллионов долларов».

Сегодня в НЛМК созданием и развитием цифровых решений занимается порядка десяти продуктовых команд. Компания сознательно пошла на то, чтобы иметь собственные компетенции в этой сфере. «Мы поняли, что в цифре нужно нарабатывать свой собственный опыт, потому что готовых решений “под ключ” практически нет и полностью рассчитывать на подрядчиков нельзя, — говорит Сергей Казанцев. — Решения, принесенные со стороны без необходимого процесса внутреннего осмысления, адаптации под нашу технологию и процессы, плохо приживаются и не реализуют весь заявленный на старте потенциал. Поэтому мы формируем внутренние кросс-функциональные команды на всех участках, имеющих значимый потенциал с точки зрения цифровизации. Эти команды включают в себя представителей производства и функций, где применяется решение, технологов и предметных экспертов, разработчиков и специалистов по анализу данных, которые занимаются созданием и развитием решений на постоянной основе. Команды понимают технологию и условия применения решения, находятся в постоянном контакте с конечными пользователями, находят возможности для его развития. А дальше уже можно создавать “плечо” этой команде в виде внешнего ресурса. Для этого мы сформировали и постепенно развиваем базу надежных партнеров, с которыми мы в основном взаимодействуем».

На пути к 4.0

Цифровизация производства — непременное условие перехода к промышленности четвертого технологического уклада, Индустрии 4.0, где изделие проживает полностью цифровую жизнь — от конструирования до утилизации.

«Несколько лет назад мы решили, что нам надо внедрять технологии Индустрии 4.0. Это роботизация, автоматизация наших процессов, максимальный уход от ручного труда, — рассказывает руководитель технологического департамента Трансмашхолдинга Самигулла Ахмеров. — Естественно, мы ориентируемся на мировой опыт, европейский, американский, наблюдаем за процессами, которые у нас в России идут».

При сборке локомотива или вагона ручной труд больше используется при работе внутри: протяжка кабелей, настилка полов — все это делается вручную потому, что внутри корпуса вагона и локомотива не так-то просто установить какие-то механизмы, облегчающие или заменяющие ручной труд. Но что касается внешних работ, то здесь стараются максимально исключить приложение физической силы человека. Например, если раньше кабели разматывали вручную, то теперь этот процесс, как и обрезка, очистка и обжимка, автоматизируются. Те операции, что выполняются снаружи, автоматизировать легче, как и доставку к месту сборки необходимых комплектующих и материалов.

«Мы максимально автоматизируем окрасочный передел и уже подходим к возможности роботизации на финишных операциях. Внедрили автоматическое смешивание компонентов окраски. Если раньше у нас этим занимались маляры, то теперь просто в автомат закладываются компоненты и смешиваются», — говорит Самигулла Ахмеров.

На некоторых заводах применяется технология дробеочистки поверхностей перед окрашиванием, что позволило улучшить адгезию: «Если в начале 2000-х наши покрашенные продукты уезжали за Урал и, бывало, краска начинала отслаиваться и отходить, то сегодня мы ушли от этого именно за счет внедрения технологий, которые позволили нам улучшить качество окраски и тем самым увеличить гарантийный период окраски. Если раньше он составлял два-три года, то сейчас мы достигли семи лет и даже более».

Как и на НЛМК, решение о внедрении той или иной технологии здесь принимается с учетом экономической целесообразности.

Сегодня ряд вагоностроительных компаний занимаются созданием грузовых вагонов с алюминиевым кузовом, что позволяет сделать их легче, а значит — перевозить больше груза. Трансмашхолдинг тоже выходил с предложением использовать алюминий, однако его заказчиков это не заинтересовало.

Как говорят в компании, именно от позиции заказчика во многом зависит внедрение новых технологий: «Если заказчик скажет, что ему нужен продукт, который будет ездить со скоростью 350 километров в час как в Китае, Европе и в Японии, то мы будем перестраиваться. Определенные наработки у нас есть, но внедрять их для того, чтобы просто потратить деньги, смысла нет».

Впрочем, что касается алюминиевых кузовов и в целом принципа «нет заказа — нет продукции», то алюминий вместо стали в качестве основного материала намерена использовать при производстве своей продукции компания «Транспортные системы». Ее, кстати, с Трансмашхолдингом связывают партнерские отношения: она является исполнителем по договору поставки трамваев между «Метровагонмашем» (входит в ТМХ) и «Мосгортрансом». Вот как раз для трамваев «Витязь М», которые закупает, в частности, Москва, будет изготавливаться алюминиевый кузов (более подробно см. «“Витязь-М” получает алюминиевый “доспех”», «Эксперт Online», 23 апреля 2020 года). Причем переход со стали на алюминий — инициатива производителя. Со стороны потенциальных покупателей заказа на более дорогой алюминиевый кузов нет. Компания начинает использовать новый материал на свой страх и риск. Там надеются, что за счет сокращения трудозатрат на изготовление алюминиевого кузова удастся удержать цену на трамвай с алюминиевым кузовом на уровне цены трамвая со стальным кузовом.

Взаимоотношения производитель— заказчик, обратная связь от потребителя — важная составляющая процесса производства новой продукции и внедрения технологий.

Само появление Тихвинского вагоностроительного завода (ТВСЗ) связано с запросом со стороны РЖД на вагоны с повышенной грузоподъемностью — нагрузка на ось у них составляет 25 тонна-сил (тс) и увеличенным до 1 млн км межремонтным пробегом, в то время как до этого в стране выпускались вагоны с нагрузкой на ось 23,5 тс и межремонтным пробегом 210 тыс. км. РЖД были заинтересованы в таком подвижном составе, поскольку он позволяет перевозить за один раз больше груза, тем самым экономя ресурсы и снижая нагрузку на сеть. За выполнение этого заказа взялась Объединенная вагонная компания (ОВК). На тихвинской промышленной площадке она начинала с двух моделей универсальных вагонов для российского рынка. Компания уже освоила более 65 моделей вагонов, как для российского, так и зарубежного рынков, поставляет на рынок США боковые рамы и надрессорные балки вагонных тележек, а для Deutsche Bahn — шестиосные фитинговые платформы. По ключевым направлениям производства получено более 1200 патентов, в том числе около 300 — за рубежом. Поскольку Тихвинский вагоностроительный завод строился практически с нуля, была возможность изучить наиболее перспективные технологии с целью их последующего внедрения. Одна из них — технология вакуумнопленочной формовки в литейном производстве. Ее преимущество в том, что песок, используемый для создания формы, в которую заливается металл, скрепляется вакуумом, а не различными химическими составами. В этом случае он не отправляется в отвал или на утилизацию, а используется многократно. По словам управляющего директора вагоностроительных предприятий тихвинской промплощадки, заместителя генерального директора ОВК Геннадия Веселова, внедрение этой технологии было связано с определенным риском, поскольку, хотя она и применяется для небольших отливок, для изготовления деталей вагонной тележки (одна отливка в среднем весит 400–500 кг) ранее не использовалась. Риск себя оправдал: произошло кратное сокращение бракованных отливок относительно традиционных способов литья.

Новое — это дорого

Несколько лет назад Трансмашхолдинг совместно с компанией «ИРЭ-Полюс» (г. Фрязино, Московская область, основана Валентином Гапонцевым в начале 1990-х, входит в международную группу компаний IPG Photonics Corporation, крупнейшего в мире производителя оптоволоконных лазеров) начал внедрять технологию лазерной сварки кузовов вагонов на Тверском вагоностроительном заводе.

Помимо скорости преимущество лазерной сварки в отсутствии остаточных напряжений и в точном соответствии изделия требованиям конструкторской документации: при лазерной сварке геометрию не «ведет» и не приходится затем подгонять внутреннюю «начинку» под измененные размеры кузова. Кроме того, за счет применения лазера прочность отдельной сварочной точки возрастает на 20–30% по сравнению с контактно-точечной сваркой.

Процесс лазерной сварки полностью автоматизирован и только контролируется оператором. Сварку ведут роботы, которые входят в состав установки, а из ручного труда остался лишь процесс закладки деталей. Сама установка представляет собой камеру закрытого типа с двумя подвижными сборочными столами. Один из столов выезжает из камеры, оператор закладывает на него детали и фиксирует их зажимами. Стол заезжает внутрь камеры, и два робота выполняют внутри последовательную сварку элементов.

По словам главного сварщика отдела внедрения перспективных технологий ТМХ Александра Кузнецова, использование лазерной сварки вместо контактно-точечной позволило увеличить производительность этого техпроцесса примерно в четыре раза.

В прошлом году была приобретена еще одна такая установка для завода «Метровагонмаш». Причем она была модернизирована с учетом опыта эксплуатации на ТВЗ и поэтому показала более высокие результаты. Так что сейчас компания планирует усовершенствовать установку, которая работает на Тверском заводе.

В России, как говорит Александр Кузнецов, такого рода технологии в гражданском производстве не применяются, только в ВПК.

В дальнейшем предполагается внедрить лазерную сварку и на других предприятиях холдинга: «Мы сегодня освоили определенный объем от боковины кузова, дальше хотим внедрить лазерную сварку при формировании всего кузова. Задача на 2020 год — отработать эту технологию с возможностью применения не только на вагонах метро, но и на вагонах локомотивной тяги, вагонов электропоездов, при производстве электровозов и тепловозов».

Возможно, эта технология будет распространена и на производство тележек, где уже сейчас внедряются роботизированные комплексы по сварке элементов рамы и колесной тележки в целом.

Самигулла Ахмеров надеется, что специалисты «ИРЭ-Полюс» «эту тему изучат и дадут нам заключение о возможности применения лазерной сварки в производстве тележек, целесообразность мы оценим и, конечно, будем двигаться вперед».

Вместе с тем, как подчеркивает Александр Кузнецов, «технология лазерной сварки — недешевое удовольствие. Она предполагает полную автоматизацию и роботизацию процесса, полное исключение ручного труда. Поэтому такую установку имеет смысл применять на участках, где есть большие объемы производства, большое количество сварки. Их нужно искать, чтобы получить экономический эффект, и мы этим занимаемся».

Фото: Предоставлено компанией Трансмашхолдинг

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl