Как будет создаваться "Индустрия 4.0".

Директор по акселерации направления "Электроэнергетика" Фонда "Сколково" Антон Скибин
Операционный директор кластера ядерных и космических технологий Фонда "Сколково" Владимир Туртиков
Мы ожидаем очередного технологического скачка, который произойдет в ходе распространения технологии "интернета вещей". Люди гадают, насколько комфортнее станет жизнь после того, как все бытовые приборы будут объединены в общую сеть, и уже готовы идти в гипермаркет электроники за умными холодильниками. При этом мало кто замечает, что умные устройства и "интернет вещей" уже внедряются в промышленности и энергетике. Как это происходит?
О создании "интернета вещей" заговорили еще в начале двухтысячных, когда стало понятно, что становятся доступны к внедрению распределенные киберфизические системы — сети устройств, взаимодействующих друг с другом и с физической средой, которые становятся как потребителями, так и источниками информации. Впервые это понятие было сформулировано американскими учеными. А вот германские бизнесмены и инженеры в 2010-х определили, что мир стоит на пороге четвертой промышленной революции и экономику ожидает довольно быстрый переход к "Индустрии 4.0". И уже тогда стало ясно, что драйвером "интернета вещей" будут не умные бытовые приборы, а умные станки, умные заводы, умная энергетика. Это очевидно для специалистов, но не совсем понятно для остальных. Думаем, многим будет интересно узнать ответ на вопрос: почему до появления умных домов должны возникнуть умные турбины, компрессоры и станки?
Сначала умные турбины, потом чайники
Массовое внедрение высокотехнологичной продукции зачастую начинается с применения в индустрии. После апробации технологий и подходов в промышленности они становятся доступны массовым потребителям.
Иллюстрация к статье Цифровая экономика: как специалисты понимают этот термин
Так уже было в истории: паровые двигатели стали работать на заводах, железных дорогах и только потом появились в домах. В ХХ веке программы, которые преобразуют звук и изображение в компьютерный код, сначала использовались в космической отрасли для передачи информации со спутников, а также в отраслевых научно-исследовательских институтах. Сейчас на их основе функционируют голосовые помощники и цифровое телевидение. Лазеры на первых порах применялись в научной сфере, затем их тестировали военные и только потом они стали доступны всем людям. Сейчас мы используем дальномеры, указки и делаем коррекцию зрения, не задумываясь о том, кто первоначально развивал эту технологию.
Ровно то же самое происходит с "интернетом вещей": в первую очередь распространение получили интеллектуальные датчики, промышленные компании переходят на ремонт оборудования "по состоянию", а не "по плану" и осваивают управление изменениями с помощью цифровых киберфизических моделей.
Научить чувствовать машину
В основе "интернета вещей" лежат данные, которые цифровые системы могут получать из физического мира с помощью различных сенсоров и датчиков. Поэтому на этапе создания новой индустрии востребованы устройства, которые в сетевом взаимодействии переводят описание внешних объектов и окружающей среды в цифровой вид. Для этого все более массово применяются различные датчики и сенсоры на производствах. Сегодня ими оснащаются наиболее дорогие и важные для технологического процесса устройства. Причина, как всегда, в стоимости. Принято считать, что цена измерительного оборудования не должна превышать 5-10% от стоимости производственных систем. Для массового развития сети интеллектуальных датчиков актуально производство более дешевых сенсоров, автономных интеллектуальных датчиков.
Кстати, среди резидентов кластеров энергетики и передовых производственных технологий "Сколково" более 80 занимаются именно технологиями цифровых, киберфизических сенсоров и систем. И многие достигли серьезных успехов. Например, компания "Инновационные технологии" внедряет системы вибродиагностики энергетического оборудования, которые позволяют на ранних стадиях выявлять и локализовать механические дефекты сложных агрегатов. Датчики вибрации устанавливаются на различные типы турбин, насосов и компрессоров. Грамотный анализ вибрационных данных существенно сокращает количество отказов, уменьшает время простоя и затраты на ремонт, позволяет оптимизировать КПД использования энергооборудования. Конечно, о пользе вибродиагностики известно уже не одно десятилетие. Однако сегодня в мире вибродатчиками оснащено лишь ограниченное число наиболее дорогих агрегатов — энергетические турбины, пластовые насосы для нефтянки, компрессорные станции для транспорта газа. Дело в том, что такие киберфизические системы все еще стоят достаточно дорого и поэтому не так распространены.
Компании "Инновационные технологии" удалось отработать аналитические, предсказательные модели на основе сетей вибродатчиков. Экономия при использовании системы мониторинга, например, на промышленных насосах составляет от 1,5 миллиона рублей в год на один агрегат. Именно поэтому данное решение было внедрено на предприятиях "Газпрома", "Роснефти" и других компаний. Сейчас рынок систем предиктивной диагностики только формируется. По оценкам специалистов, работающих в этой сфере, его емкость в России за последующие 10 лет может превысить 350 миллиардов рублей.
Ремонтировать только то, что сломано
Оснащение датчиками и сенсорами более широкого спектра промышленных машин позволит решить одну из главных проблем, связанную с ремонтом оборудования. Дело в том, что сейчас в России сложное оборудование на производстве в основном обслуживается по принципу планово-предупредительного ремонта. Это происходит потому, что специалисты подчас не имеют объективной информации об износе и проводят ремонт превентивно, по плану, в соответствии с жесткими требованиями технического надзора. В результате часть заменяемых узлов значительно недорабатывает свой ресурс. А сложное, непредсказуемое взаимное влияние отклонений в работе узлов все еще может приводить к авариям. Кроме того, компании несут потери из-за большой продолжительности планового обслуживания — агрегаты с заданной периодичностью перебирают "до винтика".
В итоге тратится больше ресурсов и времени. Оснащение крупных производственных систем теми же вибродатчиками предлагает совершенно другой принцип — "ремонт по техническому состоянию". Он позволяет существенно сэкономить на объеме и времени обслуживания. Ведь менять будут только то, что нужно и когда нужно. Плюс предприятие, конечно, уменьшит затраты на предсказуемой закупке и логистике запчастей, выиграет от снижения простоев из-за внезапных отказов.
Впоследствии можно наладить систему непрерывного мониторинга оборудования, задействовав облачные технологии. В таком случае один центр компетенции может следить в режиме онлайн за работой оборудования одновременно на нескольких предприятиях и оперативно реагировать на возможные проблемы еще до того, как случилось ЧП.
Где еще идет переход на новый цифровой уклад?
Хорошие перспективы у компаний, работающих в сфере развития умных сетей для электроэнергетики. Сейчас предприятия топливно-энергетического комплекса, выполняя программу по модернизации инфраструктуры, внимательно рассматривают полезные разработки. Организации, предложившие эффективные решения, скорее всего, не останутся без заказов. Здесь можно привести в пример еще одного резидента "Сколково" — НТЦ "Русь". Эта компания придумала способ бесконтактного контроля температуры на различных объектах электроэнергетической инфраструктуры. Простые и надежные датчики могут осуществлять мониторинг температуры в труднодоступных точках в режиме реального времени. Это, в свою очередь, позволяет моментально реагировать на повышение температуры, тем самым предотвращая аварии (повышенная температура, как правило, является сигналом предаварийного состояния). Еще один вариант использования системы — контроль температурного режима трансформаторов для предотвращения перегрузки и аварийных ситуаций. Сейчас разработка внедряется в пилотном режиме на объектах Московской объединенной электросетевой кампании.
Конечно, это пока только первые шаги по масштабному оснащению всех промышленных объектов измерительными приборами. В ближайшие годы мы увидим кратный рост рынка сенсоров и датчиков. Компании, которые разрабатывают и внедряют такие устройства, станут коммерчески успешными проектами, и поэтому уже сейчас к ним проявляют интерес инвесторы. В частности, "Инновационные технологии" и НТЦ "Русь" не так давно привлекли финансирование от компании "Элмонт", которая специализируется на обслуживании энергетической инфраструктуры.
Эксперименты в виртуальной реальности
Следующим шагом в развитии "Индустрии 4.0" может стать внедрение новых методов управления производством. Поясним, о чем идет речь. Сейчас изменения на заводе, электростанции производятся "вживую": например, компания принимает решение заменить производственную линию или энергоустановку, после этого идет проектирование, демонтируется старое оборудование, закупается и устанавливается новое. Любое изменение на производстве приводит к значительным издержкам и может повлечь простои. Нередко это похоже на проведение хирургической операции без наркоза на человеке, который в данное время еще и работает.
Исключить вероятность ошибки и уменьшить потери можно за счет внедрения принципиально нового подхода — изменение производственных цепочек на основе цифровых моделей или цифровых двойников. Что это означает на практике? Специалисты, используя полученную с датчиков информацию и после технологического аудита, могут построить виртуальные имитационные модели отдельного цеха или всего завода. А затем, проанализировав последствия принимаемых решений, выработать оптимальную схему модернизации производства. Таким моделированием занимается одна из сколковских компаний — BFG soft. Недавно она выполнила ряд задач на литейном заводе партнера "Сколково" КАМАЗ. Специалисты BFG soft разработали программы комплексного реинжиниринга предприятия и подготовили его варианты с окупаемостью в течение девяти месяцев. И в итоге добились поразительных результатов: цикл производства сократился в 1,5 раза, производительность труда выросла в 1,5-2 раза, а срок исполнения заказов уменьшился также в 1,5-2 раза. Это принесло дополнительные доходы на сумму более миллиарда рублей.
Четвертая промышленная революция начинается уже сейчас — мы полагаем, что все описанные системы будут внедрены на горизонте в несколько лет. Это приведет к существенному росту производства и в конечном счете обернется массовым внедрением инновационных технологий в быту. И так же, как и при трех предыдущих промышленных революциях, потребители этого не заметят.