Перспективы развития рынка литья в контексте «Индустрия 4.0»

Введение. Наша земная цивилизация основана на промышленном комплексе, который в свою очередь базируется на металлах.  В историческом плане планетарная промышленность прошла три революционных этапа: от ручного труда до автоматизированного производства с использованием информационных технологий (рис. 1).

Рис. 1. Мировые промышленные революции [1]

Четвёртая промышленная революция (англ. The Fourth Industrial Revolution) — прогнозируемое событие, массовое внедрение киберфизических систем в производство (Индустрия 4.0), обслуживание человеческих потребностей, включая быт, труд и досуг. «Индустрия 4.0» предполагает  создание роботизированных систем в комплексе с интернет-технологиями в формате «умных» предприятий.

Индустрия 4.0: основные факторы. Одним из базовых элементов цифровой экономики является «Индустрия 4.0», которая, по мнению экспертов, основана на девяти инновационных сегментах [2]:

1. Большие данные и их анализ (Big Data and Analytics). Сбор, обработка и анализ технологических, торговых и финансовых данных в масштабах предприятия и торговых сетей для принятия решений по повышению конкурентоспособности товаров.
2. Автономные роботы (Autonomous Robots). Промышленные роботы, которые оснащены киберфизической системой (КФС) и могут самостоятельно (автономно) выполнять работы вместо людей – специалистов. Коллаборативные роботы (Collaborative robots) или короботы, которые могут контактировать как с другими роботами, так и с персоналом.
3. Моделирование (Simulation). Создание виртуальной модели производства наряду с реальным производство позволяет использовать виртуальную модель для ее корректирования с последующим переносом изменений на реальное производство. Это позволит экономить время и финансы при выборе оптимального варианта действий.
4. Горизонтальная и вертикальная система интеграции (Horizontal and Vertical Integration). Объединение информационно-технологической системы предприятия или компании посредством Интернета вещей с поставщиками сырья и продавцами производимой продукции.
5. Промышленный интернет вещей (The Industrial Internet of Things) - инструмент для создания производственно-торговых сетей, работающих в режиме реального времени.
6. Кибернетическая безопасность (Cybersecurity). Система защиты баз данных и систем их обработки, а также программного обеспечения «умного» производства от кибератак.
7. Облачные технологии (The Cloud Technology) обеспечивают максимально быструю обработку данных как от внутренних, так и внешних источников информации (оборудование, склады, поставщики, торговые сети).
8. Аддитивное производство (Additive Manufacturing) базируется на 3D принтерах, которые обеспечивают как изготовление экспериментальных образцов продукции, так и их небольших партий. В перспективе весьма вероятна разработка 3D для массового производства продукции.
9. Виртуальная реальность (Augmented Reality) - создание расширенных возможностей персонала для анализа текущей ситуации, ремонта оборудования и его обучения.

Как видим, мир движется и не стоит на месте. По словам Петра Щедровицкого, сегодня мы видим три основных технологических коридора: первое — все в «цифре»; второе — новые материалы, прежде всего, материалы с управляемыми свойствами; третье — это умные системы управления. Практически глобальное падение цен на сырьевых рынках, включая нефть и металлургическую продукцию, объясняется изменением вектора современной макроэкономики. Если экономика Китая показала, как одним рывком за 30 лет можно достичь того, к чему США шли столетие, то она постепенно замедляет свой рост, подтверждая переход к технологической экономике, требующей больше квалифицированных людских ресурсов и меньше сырья. Эти плохие новости для продавцов сырья являются хорошими для инвесторов в технологии. Человечество пока не придумало чего-то кардинально нового, на что можно тратить новое сырье. И станок, и самолет, и автомобиль, и корабль уже есть. В основном, сейчас в машиностроении происходит лишь «апгрейд» и «цифровизация» существующего.

Помимо инициатора, Германии, к «Индустрии 4.0» присоединились большинство высокоразвитых стран, в том числе США, Китай, Польша, Чехия, Венгрия, Италия, Литва, Эстония, Беларусь, Казахстан и Россия. Наиболее активные члены научно-технического сообщества Украины также работают в направлении реализации в нашей стране «Индустрии 4.0».

По инициативе Ассоциации Предприятий Промышленной Автоматизации Украины было разработана Хартия «Индустрия 4.0 в Украине», которую

5 июля 2016 г. подписали представители 16 украинских компаний, а 28 июля 2016 г. их количество возросло до 33 компаний. Первые проекты в формате «Индустрия 4.0» в Украине частично реализовали такие компании, как LuxoftEnergy (SmartCity), «Инновационно Технические Решения» (контроллеры), «Азов контролз» (элементы 4.0 в АСУ ТП металлургии), «Индасофт-Украина» (системы оперативного управления производством), «Инфоком» (беспилотные системы) и инноватор  «АрселорМиттал Кривой Рог» (металлургия) [3].

Следующий шаг в направлении создания цифровой экономики в Украине сделало Министерство экономического развития Украины, которое создало команду из представителей ведущих украинских компаний и экспертов. Она, в свою очередь, в декабре 2016 г. представила общественности нашей страны Проект «Цифрова адженда України - 2020» [4]. Следующим шагом должно быть создание дорожной карты по реализации наработанных предложений.

Прогнозные точки развития цифрового литейного производства. Очевидно, что в формат «Индустрия 4.0» литейная промышленность будет вписываться с учетом ее технологических особенностей [5]. Полагаем, что основными задачами, которые предстоит решить в проекте «Литье 4.0» следующие:

- обеспечение бездефектности отливок;

- быстрые сроки технологический подготовки и поставки продукции;

- короткие интервалы при переходе от изготовления одного изделия к другому;

- использование датчиков контроля технологических процессов;

- компьютерный мониторинг и проведение интеллектуального анализа данных.

Mark Lewis, Omega Foundry Machinery Ltd, Великобритания [6] полагает, что «умное» литейное производство будет представлять собой интеграцию «умных» исполнительных комплексов (смесеприготовления, плавки металлов, изготовление отливок, приема и реализации заказов), т. е., как мы полагаем, образовывать некий  «внутренний круг». В свою очередь такое предприятие будет связано посредством интернета вещей с поставщиками, заказчиками и торговыми сетями, которые формируют некий «внешний круг» [7]. Формируя прямые и обратные связи, «внутренний» и «внешний» круги создадут единую виртуально-производственную систему.

Конечно, такая организация литейного производства имеет ряд рисков. В частности, возможны проблемы с интернетом при связи с «внешним кругом», регламентацией качества исходных формовочных и шихтовых материалов, а также появится необходимость качественно иного уровня подготовки персонала. Система внешних поставок должна соответствовать уровню основного производства, как и система реализации продукции.  И главное – литейное оборудование такого «умного» предприятия должно быть оснащено интеллектуальными системами, обеспечивающими взаимодействие с персоналом, роботами и друг с другом.

Очевидно, что создание «умного» литейного производства в Украине может быть реализовано несколькими путями. Первый путь – импорт необходимого литейного оборудования, что позволить ускорить процесс создания соответствующего производства в формате «Индустрия 4.0». Второй путь – создание отечественных интеллектуальных литейных комплексов (ИЛК), исходя из сегментации литья и имеющихся конструкторско-технологических разработок с привлечением ИТ-компаний.

Полагаем, что, как в первом, так и во втором варианте потребуется пересмотр украинских стандартов на формовочные и шихтовые материалы, разработка и налаживание надежных цепочек поставки формовочных, шихтовых и расходных материалов. Очевидно, что в рамках формата «Индустрия 4.0», а точнее, «Литье 4.0» перед литейщиками и металловедами встанет вопрос не только о модернизации и расширении номенклатуры литейных сплавов, но и создание нового класса металлических сплавов универсального назначения.

Революция в промышленности невозможна без модернизации системы подготовки инженерных кадров и научного обеспечения. Как отметил Нобелевский лауреат Robert Solow, для цифровой эры характерна гонка технологий и образования. Очевидно, что потребуется существенное обновление специальных курсов, а также углубление подготовки в сегменте информационных технологий. Реальные очертания должна иметь прямая и обратная связь между бизнесом и университетами (кафедрами).

Что касается литейной науки, то без создания комплексов по автоматической обработке экспериментальных данных, а также новых подходов к процессам изготовления точных, бездефектных и имеющих сверхвысокие эксплуатационные свойства отливок, а также без возможности коммерциализации разработок, она не сможет соответствовать уровню четвертой промышленной революции.

Функционирующие в Украине, да и других странах, литейные предприятия являются продуктом второй и третьей промышленных революций. Поэтому, на наш взгляд, переход к формату «Литье 4.0» будет достаточно длительным во времени. В тоже время, очевидно, что создание «Литья 4.0» будет дифференцировано в координатах «развес литья – серийность литья - технологический процесс». Несомненно, что трансформация тех или иных украинских литейных компаний будет обусловлена их бизнес-перспективами. В тоже время уже сейчас в Украине следует прорабатывать пилотный проект «умного» литейного производства, логичнее всего на базе предприятия ВПК, например, совместно с внедрением роторно-конвейерных линий литья боеприпасов в соответствии с внутренними потребностями и экспортным потенциалом.

Рынок литья мотивирует трансформацию некоторых предприятий от продажи продукта (отливок и материалов для их производства) к поставке услуг — не только обеспечения предприятий литейной продукцией, научно-технической и технологической поддержкой, но и временную установку на площадях заказчика тех или иных литейных машин, которые обеспечат его отливками. Например, все больше будет компаний, которые потребителям отливок выбирают, устанавливают и обслуживают 3D принтеры (как кофейные автоматы), которые по месту изготавливают металлоотливки требуемого спектра. Эти 3D принтеры, как правило, обладают средствами контроля «геометрии» и ряда служебных свойств отливок до и после механической обработки.

Аналогично будут изготавливаться литейные линии, производство которых на основе концепции «все в цифре» позволит рассчитать оптимальный вариант технологического потока, а разработанная на ее основе программа выполнит так называемый базисный инжиниринг. Затем конструктор с заказчиком выберут лучший из предложенных системой вариантов, а дальше программа рассчитывает технические требования к каждому из единиц оборудования и систему взаимодействия между ними. Далее компьютерная программа на базе серийных машин и станков сама проектирует недостающее оборудование в 3D из тысяч конструкционных модулей, которые собирают на предприятии-изготовителе, выполнив автоматизированную резку, гибку, сварку металла (и т. п.) несущих конструкций. Выстраивается дизайн-схема: идея — модель — технологии — оборудование и аппараты – продукция (отливки). В цифровом формате: система автоматического проектирования передает заказ станкам с ЧПУ и обрабатывающим центрам. Чертежи в 2D уйдут в прошлое вместе со старыми технологиями. Успешную экономику связывают с развитием рынка инноваций, созданием новых продуктов, не имеющих аналогов и ориентированных на глобальный рынок.

В 2000 г. в Украине был сделан первый шаг в формате «Индустрия 4.0». При Харьковском политехническом институте было основано ЗАО «Конструкторско-технологическое бюро верификационного моделирования и подготовки производства» [8]. За шесть лет функционирования бюро его услугами в области аддитивных технологий воспользовались 18 украинских предприятий авиационной, электронной и легкой промышленности.

И в завершении немного экономики. По данным [6], внедрение «Индустрии 4.0» в Германии приведет в среднем к приросту производительности труда в 5-8 %, а в отдельных отраслях и до 20 %.

Важнейшим фактором, который виртуально присутствует в «Индустрии 4.0» - это время [9]. Именно своевременность разработки украинской программы «Литье 4.0» и непродолжительная ее реализация являются определяющим в создании эффективной и конкурентоспособной литейной промышленности Украины.

Одновременно целесообразным является проведение в Украине в ближайшее время цикла семинаров и конференций с целью определения методов, бизнес-научных программ и направлений инновационных разработок по реализации в нашей стране  программы «Литье 4.0».

Логичным было бы создание экспертной группы для проведения системного анализа литейной промышленности Украины, создания моделей ее развития и выработке рекомендация для официальных лиц, принимающих решения. Очевидным является активизация работы Ассоциации литейщиков Украины, а также соответствующих украинских сайтов литейной тематики в продвижении положений «Литье 4.0» в Украине.

Литература:

1. Матюшенко І. Ю. Технологічна конкурентоспроможність України в умовах нової промислової революції і розвитку конвергентних технологій. Проблеми економіки. 2016, №1, с. 108-120. Ресурс – http://nbuv.gov.ua/UJRN/Pekon_2016_1_14
2. Скіцько В. І. Індустрія 4.0 як промислове виробництво майбутнього. Інвестиції: практика та досвід. 2016, №5, с. 33-40 . Ресурс – www.investplan.com.ua.
3. Индустрия 4.0 в Украине – первые ласточки и контекст, часть 1. Ресурс - http://appau.org.ua/ru/Idustry_4_0_v_Ukraine_pervye_lastochki_i_context
4. Проект «Цифрова адженда України - 2020» («Цифровий порядок денний» - 2020). Концептуальні засади (версія 1.0). Hitech office, грудень 2016. Ресурс – ucci.org.ua.
5. Производственно-технологические комплексы цифрового литейного производства. Ресурс – http://ntk-pt.com/projects/casting-ptk/.
6. Mark Lewis Industry 4.0 and what it means to the FOUNDRY INDUSTRY. http://www.foundrytradejournal.com/features/industry-40-and-what-it-means-to-the-foundry-industry-
7. Дорошенко В.С. Информационные кластеры как сетевые структуры предприятий промышленности // Промышленность в фокусе. – 2016. - № 8. – С. 49.
8. Витязев Ю. Б., Самусь А. В. Прототипирование – «ускоритель» подготовки производства. Оборудование и инструмент для профессионалов. 2006, №6, с. 40-42.
9. Фіщук В. Цифрова економіка – це реально. Ресурс - http://biz.nv.ua/ukr/experts/fichuk/tsifrova-ekonomika-tse-realno-1001102.html.