Изложено основное видение необходимости создания «Умной фабрики» при производстве газотурбинных двигателей в Российской Федерации. Проведена укрупнённая детализация процесса, основные моменты, необходимые для дальнейшего развития.
Ключевые слова: газотурбинный двигатель, «Умная фабрика», цифровизация
В настоящий момент цифровые технологии играют более важную роль во всех сферах жизни, в т. ч. и в промышленности, где охватывает самый широкий спектр отраслей, что в свою очередь говорит о том, что в будущем технологическое развитие предприятий промышленности будет определять будущее развитие Российской Федерации.
Одной из отраслей, которая будет определять развитие государства является двигателестроение в разных направлениях: авиация, наземные газотурбинные двигатели, морские газотурбинные двигатели и др.
Производство двигателей летательных аппаратов — сложное наукоёмкое производство, основанное на высоких технологиях в области заготовительного и механообрабатывающего переделов, а также сборки и конструкции качества деталей и изделий в целом, также следует отметить, что не менее важной частью производства является испытание изделий. [1]
Все современные предприятия в сфере производства газотурбинных двигателей ставят перед собой задачу по внедрению систем, которые позволят сделать их адаптивными, полностью связанными, аналитическими и более эффективными. Данные системы в производстве формируют новый облик предприятий будущего, и знаменует новую фазу производства, которая основана на полной автоматизации и использовании широкого перечня современных цифровых технологий и различных дополнительных устройств.
В РФ в НТИ на сегодняшний день существует рынок Технет, задачей которого является формирование Цифровых, «Умных», Виртуальных Фабрик Будущего. ПАО «ОДК-Сатурн» выбрано на рынке Технет — основным пилотным испытательным полигоном Фабрики Будущего. Для перехода на уровень Фабрики Будущего необходимо провести огромную работу по интеграции всех систем предприятия по всем областям, и этапам жизненного цикла, что на первом этапе позволит создать «Умную фабрику» — уникальное автоматизированное производство деталей для ГТД.
Успешная реализация проекта позволит повысить глобальную конкурентоспособность ПАО «ОДК-Сатурн», не только на российском рынке, но и на зарубежных рынках, и позволит занять определенную нишу, в которую на сегодняшний день очень сложно попасть.
ПАО «ОДК-Сатурн» — двигателестроительная компания, специализирующаяся на разработке, производстве, маркетинге и продажах, послепродажном обслуживании ГТД для авиации, энергогенерирующих и газоперекачивающих установок, судов, морских и приморских промышленных объектов. ПАО «ОДК-Сатурн» входит в состав АО «ОДК» [2].
Большую часть производства, во всех сферах промышленности, можно укрупнённо поделить на следующие этапы:
1) Технологическая подготовка производства;
2) Заготовительное производство;
3) Производство;
4) Контроль;
5) Перемещение на склад для последующих операций или для продажи.
Далее опишем как на сегодняшний день в производство двигателей для авиации, наземных газотурбинных двигателей, морских газотурбинных двигатели и др. обстоят дела, и что необходимо сделать, для создания «Умной фабрики»
В технологической подготовке производства большую роль играет проектирование оснастки, которая, как и лопатки имеет большой номенклатурный ряд, и существует проблема по постоянной проектировке нового вида оснастки при появлении нового вида лопаток. Данный фактор негативно сказывается на финансовую и временную составляющую предприятий промышленности. Создание универсальной переналаживаемой оснастки, обладающей модульной конструкцией может позволить повысить гибкость и универсальность, сократить цикл технологической подготовки производства, сократить площади для хранения оснастки. Данный процесс достаточно трудоёмкий и для его реализации в первую очередь необходимо произвести унификацию как деталей, так и оснастки. Для создания единого комплекса «Умного» производства в перспективе технологическую подготовку производства необходимо автоматизировать, как и все другие процессы.
Заготовительное производство (литье, обработка давлением, сварка, термическая обработка) является базовым производством любого крупного машиностроительного предприятия, где формируется макро- и микроструктура, свойства материалов, что в свою очередь влияет на качество изделия, работоспособность заготовок и изделия в целом. Процесс заготовительного производства в большей части автоматизирован по своим операциям, но как единый цикл, в котором все процессы автоматизированы — его рассматривать нельзя, практически во всех операциях большее или меньшее участие принимает человек.
Обработка лопаток в современных условиях в основном происходит на высокоточном оборудовании с ЧПУ, однако установка оснастки, заготовки и их смена происходит с помощью человека. На сегодняшний день в Российской Федерации нет информации о существовании участка гибкой производственной ячейки, которая могла бы делать операции по смене заготовок и оснастки без участия человека, то есть полностью автоматизированным способом при изготовлении лопаток турбины и лопаток компрессора. Полировка лопаток происходит ручным способом.
Все перемещения от станка с ЧПУ до склада оснастки, склада заготовок или склада изделий, или в процессе заготовительного производства между различными технологическими операциями производится при непременном участии человека и на сегодняшний день участки цехов, в большей части, не автоматизированы транспортными линиями или системами перемещения и позиционирования, при этом необходимо понимать, что разгрузку/погрузку также необходимо автоматизировать различными манипуляторами. И в следствии этого необходимо создавать автоматизированные склады.
Входной и выходной контроль происходит при обязательном участии человека на контрольно-измерительных машинах. Есть небольшие продвижения в автоматизации ЛЮМ-контроля, но о полной автоматизации говорить рано, так как процесс является сертифицированным, и его сертификация, как автоматизированного, имеет ряд сложностей, проблем, рисков.
Учитывая выше изложенное, можно сказать, база для создания «Умных фабрик» в РФ хорошая, и достаточно много автоматизированных процессов, но при этом они функционируют независимо друг от друга, нет системности и комплексного автоматизированного процесса изготовления деталей.
Для реализации процесса по созданию «Умной фабрики» большую роль играет ИТ-инфраструктура. На сегодняшний день известно о функционировании огромного числа ИТ-процессов, систем функционирования предприятия и систем управления. Для реализации проектов есть значительное количество ИТ-персонала.
Большую роль в успешной реализации проекта может сыграть создание «цифровых двойников» производства и двигателя, о чем в сегодняшнее время очень много говорится, и уже есть определённые успехи у предприятий промышленности, необходимо дать время для успешного завершения проектов, и получением предприятиями промышленности необходимого опыта и технологического развития.
В мировой практике на сегодняшний день нет полностью автоматизированных участков изготовления лопаток для газотурбинных двигателей, реализация данного проекта позволит РФ создать уникальный задел, и получить конкурентоспособное преимущество перед другими странами-производителями газотурбинных двигателей.
Для реализации проекта необходимо можно определить границы и элементы автоматизации:
1) Транспортная система — совокупность программного обеспечения и исполнительных механизмов осуществляющих перемещение заготовок, деталей, оснастки, инструмента, вспомогательных материалов, производственных отходов, запасных частей и т. д. Данная система будет отвечать за перемещение, регистрацию и учет всех объектов внутри завода так и за взаимообмен материальными объектами с внешней средой в зависимости от существующих потребностей отдельных гибких производственных ячеек и всего завода в целом.
2) Разработка систем хранения материальных ценностей, необходимых для автоматического функционирования транспортной системы «Умного» завода и всего завода в целом.
3) Разработка систем перемещения и позиционирования материальных ценностей, необходимых для автоматического функционирования транспортной системы «Умного» завода и всего завода в целом.
4) Разработка контролирующих элементов, необходимых для автоматического функционирования транспортной системы «Умного» завода и всего завода в целом. Это могут быть датчики или ограничители. Так же сюда можно отнести разработку систем диагностики.
5) Создание системы управления транспортной системы.
6) Внедрение ERP — систем как на цеховом уровне, так и на уровне предприятия в целом, что позволит управлять текущей деятельности цеха, осуществлять непрерывный контроль хода выполнения производственных заказов в соответствии с различной документацией, актуальным состоянием оборудования. Следует отметить, что на сегодняшний день — снимается информация с оборудования о его текущей загрузке, что упростит процесс внедрения ERP -систем.
7) Создание и внедрение гибких производственных ячеек.
8) Внедрение системы управления технологическим оборудованием.
9) «Умная» фабрика является целью глобальной автоматизации производства, понимаемой как автономно функционирующий комплекс различных сложных систем.
Автономное автоматизированное производство предполагает иную логику производства: необходим переход от жёсткой централизации процессов к гибкой децентрализации, т. е. составляющий производственной системы автономный объект способен самостоятельно принимать решение о выполнении тех или иных действий.
«Умная фабрика» будет отвечать следующим требованиям:
1) Автоматизировано и автономно будут существовать различные системы;
2) Управление потоками материальных ценностей, запасами и возможность проведения оптимизации;
3) Возможность моделирования производственных и вспомогательных процессов и производить их оценку и оптимизацию;
4) Прогнозировать «узкие» места в производственной цепочке.
Литература:
1) Соколов И. Л., Кожина Т. Д. Разработка классификации лопаток компрессора для создания гибкого автоматизированного производства / Вестник Рыбинской Государственной Авиационной Технологической Академии им. П. А. Соловьева № 2, 2014 г.
2) Новости электротехнических и электроэнергетических компаний, № 10 (1059), 2019 г.
