Как будет создаваться "Индустрия 4.0" - «Экономика»

© Новости Дня / Сергей ПятаковЦентральный щит управления котлов тепловой электростанции

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?

© Depositphotos / olenka-2008

Революция 4.0 будет стоить миру триллионы долларов, заявили в МинкомсвязиО 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.

Цифровая экономика: как специалисты понимают этот терминТак 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.
© Depositphotos / robertprzybyszОперация по коррекции зренияОперация по коррекции зрения

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.

Законы цифрового мира: "Сколково" создаст правовую базу экономики будущегоКстати, 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.
© Новости Дня / Рамиль СитдиковИнновационный центр "Сколково"Инновационный центр "Сколково"

В России в 2018 году могут разработать концепцию регулирования роботовКомпании "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".

Квантовые технологии. В погоне за безопасностьюВ 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.
© Новости Дня / Игорь АгеенкоРаботы по сборке генератора в машинном зале Нижне-Бурейской ГЭС в Амурской областиРаботы по сборке генератора в машинном зале Нижне-Бурейской ГЭС в Амурской области

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.

"Человечество станет ненужным": завтра, которое не наступит

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.

Новое качество российской экономики: что именно имел в виду ПутинИсключить 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.