В шаге от четвертой промышленной революции
Российской промышленности будет сложно оставаться конкурентоспособной без внедрения систем цифрового проектирования продуктов и управления их жизненным циклом. Цифровые технологии позволяют существенно сократить сроки производства и снизить его себестоимость, что подтверждают успешные примеры из многих отраслей машиностроения. Российские компании готовы совершить рывок в этом направлении, но их тормозят экономическая неопределенность, отсутствие свободных средств и подготовленных кадров, способных работать в «цифре».
Еще в 2012 году эксперты ИТ-отрасли констатировали высокий спрос со стороны российских компаний на комплексные программы управления жизненным циклом изделия (Product Lifecycle Management, PLM). Но в связи с общим спадом производства эти процессы замедлились и сейчас спрос на цифровые технологии заметно падает. Между тем, внедрение PLM-решений верный путь к значительному снижению издержек. Это одна из опорных точек так называемой четвертой промышленной революции, основная «мантра» которой - удешевление мелкосерийной продукции до уровня крупносерийной.
Речь идет не просто о программном обеспечении, а о целых комплексах программ для крупного предприятия. В одной делается 3D модель детали, во второй рассчитывается ее прочность и физико-химические характеристики, в третьей проводится инженерный анализ, в четвертой проектируется инструмент для изготовления, в пятой разрабатывается управляющая программа для станков с числовым программным управлением и так далее, вплоть до виртуальных испытаний, вывода продукта на рынок, его постоянного усовершенствования. Добавьте к этому программы электронной интеграции всех задействованных в производстве продукта предприятий и их поставщиков. Все это делается в одной гигантской 3D модели и называется PLM.
SSJ-100 рожден в ядре суперкомпьютера
Для наглядности скажем, что SSJ-100 - первый российский гражданский самолет существующий по технологии PLM - не нуждался в опытном производстве. Есть единая виртуальная модель самолета с абсолютно всеми деталями, винтиками и проводами, которые в нем находятся. Это далеко не просто оцифрованный вид всех деталей, а единая «живая» модель, в которой все оцифрованные узлы и аппараты взаимодействуют между собой. Эта модель позволяет кроме прочего проводить виртуальные испытания самолета с тем, чтобы заранее устранять в 3D проекте все инженерные ошибки и недочеты. В результате реальные испытания обошлись без множества типичных проблем.
«При проектировании SSJ-100 стояла задача не только оцифровать всю сложную конструкторскую документацию, но проводить инженерные анализы в 3D модели, управлять спецификациями каждой детали с учетом ее физико-химических параметров, моделировать эргономику, создавать базы знаний, - пояснил «Эксперт Online» Лоран Вальрофф, генеральный директор компании-разработчика PLM Dassault Systemes в России и СНГ. - Все это удалось реализовать с помощью платформы 3DEXPERIENCE. Платформа позволяет не просто испытать в цифровой модели, как взаимодействуют между собой все детали самолета вплоть до каждого проводка, но и внести технологические изменения в модель уже в процессе эксплуатации самолета. Вот он уже летает, а его 3D модель постоянно усовершенствуется, как и оборудование для его производства. Появляются новые композитные материалы, новые более дешевые и надежные детали - все вносится в действующую цифровую модель самолета, испытывается, создается новое оборудование для производства отдельных новых деталей для последующего выпуска улучшенных самолетов».
Вице-президент по инновациям Объединенной авиастроительной корпорации Леонид Комм сообщил «Эксперт Online», что PLM для SSJ-100 позволил работать над проектом в едином информационном пространстве. Здесь все поставщики (а их более 30 в нескольких странах), заводы и конструкторский центр были замкнуты в общую систему, позволяющую в режиме реального времени отслеживать в электронном трехмерном макете малейшие нестыковки и максимально быстро их корректировать. В итоге цикл подготовки производства гражданского самолета такого класса сократился почти в два раза с 7-8 до 3-4 лет.
«От внедрения полного цифрового макета самолетов мы получили ускорение не только процесса проектирования, - говорит Леонид Комм. - Цифровое производство позволяет внедрить новые технологии, резко повысить эффективность производства. Например, если АН-148, спроектированный традиционным способом, имеет трудоемкость производства несколько сотен тысяч часов, то SSJ-100 - меньше ста тысяч. В том числе поэтому наблюдается и уменьшение стоимости почти на 30%. Кстати, в цифровой макет закладывается и общая стоимость, под которую уже находятся решения по отдельным деталям. Основной эффект от того, что производственное оборудование тоже проектируется под цифровую модель самолета, задаются новые параметры станков с числовым программным управлением. Без этого нет смысла вообще переходить на цифровое моделирование».
Все новые самолеты ОАК проектирует и производит по цифровым технологиям. Ил-112, Ил-76, СУ-35, новые боевые истребители, самолет пятого поколения Т-50, МС-21 тоже проектируется в цифре. В авиации сегодня без этого далеко не улетишь.
Цифровые акулы
В мире немного компаний, способных предлагать столь комплексные решения. Кроме французской Dassault Systemes и немецкой Siemens PLM Software это американские Аutodesk и PTC. Отечественных технологий, которые разработали эти «цифровые акулы» нет и в ближайшей перспективе не предвидится. Наиболее продвинутая в этом смысле российская АСКОН безусловно делает множество уникальных ИТ-решений для российской промышленности, вплоть до 3D моделирования подводных лодок. Но комплексного охвата всех систем PLM обеспечить не в силах. Дело в том, считают эксперты, что исторически российские разработчики ПО в области CAD/CAM/PDM создавали свои продукты под несколько другие цели и задачи с учетом специфики российского производства, требований ГОСТ и так далее.
«Это во многом определяло функционал систем и широту охватываемых задач, - пояснил «Эксперт Online» Александр Рыбаков, директор департамента производственного консалтинга группы «Борлас». - Можно сказать, что в области создания конструкторской и технологической документации, управления ею, наши разработчики немало преуспели. Но вот в комплексном охвате задач на различных стадиях жизненного цикла они существенно отстали от зарубежных компаний и их решений. Сегодня зарубежные разработчики предлагают комплексные PLM-решения, обеспечивающие не только управление составом изделия и инженерными данными на этапах конструкторско-технологической подготовке производства, но и решение таких критически важных задач, как управление требованиями, управление программами и проектами разработки изделий, виртуальные испытания, планирование и управление послепродажным обслуживанием и многое другое. Весь спектр возможностей таких известных и хорошо зарекомендовавших себя в «дискретном производстве» систем, как Teamcenter, можно перечислять очень долго».
Внедрение PLM обходится в несколько десятков миллионов долларов. Поэтому пока в России PLM решения доступны только крупным предприятиям. Кроме ОАК это КАМАЗ, «Вертолеты России», «Антонов», СУЭК, Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК). То есть в основном это предприятия оборонно-промышленного комплекса. Кстати, именно увеличение расходов на вооруженные силы позволило предприятиям ОПК модернизировать производство посредством внедрения PLM.
Если на АЭС упадет самолет, ей… ничего не будет
Впрочем, активно взялись за дело и атомщики, причем давно. ОАО «Нижегородская инжиниринговая компания «Атомэнергопроект» (НИАЭП) несколько лет готовила для проектирования и производства атомных станций переход на PLM.
«Программы по управлению жизненным циклом сложных объектов сейчас востребованы во всем мире, - говорит Валерий Лимаренко, президент объединенной компании ОАО «НИАЭП - АСЭ». - Технология PLM позволила объединить технологическую, конструкторскую и строительную части в единую цифровую модель АЭС».
Программное решение для реалистического моделирования Multi-D позволит компании расширить портфель заказов на мировом рынке. При той же структуре компании и численности сотрудников, занятых на проекте, им удастся быстрее проектировать объект и гарантировать исполнение сроков, соблюдая условия заказчиков.
«Фактически НИАЭП будет единственной в мире компанией, которая сможет гарантировать соблюдение сроков строительства - в атомной отрасли это очень непросто. Теперь абсолютно все процессы планирования производства, проектирования объекта и его узлов, управления строительством и даже поставками - все будет происходить в 3D модели, что существенно оптимизирует процесс строительства», - говорит Лоран Вальрофф.
Программа Abaqus Uninfied FEA позволит «Атомэнергопроекту» работать по системе 3D моделирования нового поколения на платформе SIMULIA.
«Преимуществом этого программного комплекса является возможность проведения комплексного динамического анализа строительных конструкций АЭС в линейной и нелинейной постановке с учетом взаимодействия сооружения с основанием, что обеспечит существенное повышение уровня безопасности электростанций», - говорит Владимир Коротков, главный специалист ОАО «Атомэнергопроект».
При виртуальных испытаниях 3D модели атомной электростанции учитывается все - внешняя акустика, климат, порывы ветра, влажность и многое другое, не считая физико-химических данных самих деталей, узлов и их температурных режимов. Более того, SIMULIA позволит «Атомэнергопроекту» провести испытания 3D модели станции в условиях землетрясения, падения на нее, урагана, а если надо - цунами. Такие испытания помогают учесть все возможные разрушения и минимизировать ущерб от них за счет дополнительных инженерных решений на стадии проектирования. Прибавьте к этому оптимизацию взаимодействия работы разных отделов, сокращение времени проектирования и испытания, удешевление работ за счет отсутствия необходимости создавать прототипы многих испытуемых конструкций.
Машиностроители рвутся в «цифру»
Российский рынок PLM по темпам роста обгоняет мировой, - уверяют эксперты портала PCWEEK. Но возможно, только потому, что в развитых странах многие промышленники уже «упаковались» в PLM.
По прогнозу CIMdata, в течение пяти лет мировой рынок PLM будет ежегодно расти на 8,7% и к 2017-му достигнет 50,7 млрд долларов. По данным аналитической компании IDC, в 2012-м в России объем продаж инженерного ПО увеличился на 20,2% и достиг 204,6 млн долларов, превысив тем самым прошлогодний прогноз аналитиков.
«Еще несколько лет назад я бы сказал, что в России вообще нет PLM инжиниринга, теперь видно, что многие проявляют активность, - пояснил «Эксперт Online» Всеволод Опанасенко, генеральный директор производителя супер компьютеров компании «Т-платформы». - Многие консервативные промышленники попросту еще не понимают, что такое цифровое моделирование и зачем оно нужно. Но примерно половина промпредприятий внедряют или намерены внедрять PLM или просто 3D проектирование. Особенно активны сейчас судостроители, как впрочем и большинство машиностроителей. Но тренд только начинается и проблема, в том числе, в отсутствии свободных средств. Если на начальном этапе, при внедрении простых решений еще можно пользоваться услугами процессинговых центров, то при комплексном внедрении PLM выгоднее приобрести суперкомпьютер, к чему готовы немногие».
В 2012 году основным фактором роста российского рынка PLM было увеличение инвестиций в строительную отрасль и промышленность. Сейчас предприятия испытывают дефицит спроса и многие сворачивают инвестпрограммы, предпочитая в условиях экономической неопределенности распределять часть свободных средств на дивиденды и повышение зарплат.
«За последние несколько лет я не встречал ни одного промышленника, который бы не понимал эффективность и перспективность перехода на цифровое проектирование и управление производством, - говорит Леонид Комм. - Но тормозит даже не столько отсутствие ресурсов, сколько сложность такого перехода. Ведь меняется подход к производству. Нет в большей части производства прототипов, нет опытного производства и образцов. Из компьютерной модели - сразу в серийное производство. Те, кто внедрял 3D проектирование, потом понимали, что надо менять все производство, а это накладно. И эффект виден не сразу. Мы вот получаем эффект в среднесрочной перспективе, создание одной цифровой модели самолета удешевляет создание моделей для других, поскольку есть готовая платформа, техника, кадры».
Вложения в переход на цифровое проектирование и управление жизненным циклом самолетов оценивается в десятки миллионов долларов. Но закупить оборудование и программные продукты недостаточно, важно так же обучить персонал в течение нескольких лет с последующей беспрерывной переподготовкой.
«И здесь мы столкнулись с проблемой нашей системы образования: инженеров, способных комплексно работать в «цифре» у нас только начали готовить и то в основном под нажимом промышленности», - сожалеет Леонид Комм.
«Если говорить о рынке внедрения PLM в целом, то темп его роста в текущий момент несколько снизился, - говорит Александр Рыбаков. - Думаю, это связано с тем, что наша промышленность (в частности ОПК) находится сейчас в стадии подготовки к старту новых крупных проектов. Требуется определённое время, чтобы подготовиться к решению новых задач как с точки зрения организации, так и с точки зрения инфраструктуры, технологий, кадров. В среднесрочной перспективе можно однозначно прогнозировать новый рост рынка ИТ-услуг в области внедрения PLM. В первую очередь этот рост будут обеспечивать консалтинговые и инжиниринговые услуги».
Потребителей «подключат» к производству
Между тем мир двигается вперед в совершенствовании PLM. Например, в Dassault Systemes свою платформу 3DEXPERIENCE называют не иначе как новой доктриной, очередным витком развития PLM. Если в 70-е годы инженеры могли делать лишь форму изделия или объекты в 3D, геометрию продукта, то в 90-е уже появился непосредственно 3D инжиниринг, который позволял оцифровать все узлы и системы. В конце 90-х, начале нулевых научились управлять в цифровой модели всеми этими системами и их производством. Так собственно и появились PLM технологии.
«Теперь мы проповедуем начало эпохи 3DEXPERIENCE - это обновление всей цифровой модели изделия уже после вывода его на рынок за счет замечаний и пожеланий потребителя, - говорит Лоран Вальрофф. - Маркетологи анализируют то, как живет изделие, насколько оно удобно, практично, почему от него отказывается потребитель. С учетом этого инженеры создают новые решения, внедряют их в действующую 3D модель, вновь испытывают и запускают в производство. И так постоянно. В США у нас уже есть клиенты из среднего бизнеса, которые в экспериментальном режиме внедряют такие решения».
Впрочем, Александр Рыбаков считает, что заявление о том, что 3DEXPERIENCE - принципиально новое слово в PLM - это скорее новый маркетинговый ход.
«Мы называем это проще - системный инжиниринг, когда в цепочке цифровых технологий присутствуют все участники и заинтересованные лица: заказчик, разработчик, производитель и эксплуатант, - говорит эксперт. - Если вспомнить нашу историю, то у каждого изделия советского ВПК был главный конструктор, отвечавший за сроки создания, качество изделия и соответствия его тактико-технических характеристик заданным требованиям. Именно он ставил задачу всем участникам разработки и требовал от них результат. Именно он отвечал перед заказчиком и эксплуатантом за готовность изделия выполнять свои функции в заданных условиях. Это - организационный подход, к которому сейчас стремятся перейти (а точнее - вернуться) российские предприятия. Мы лишь предлагаем им инструменты, позволяющие реализовать такой подход, обеспечить создание и максимально глубокую проработку цифрового макета изделия, включая всесторонние виртуальные испытания и исследования».
Александр Рыбаков считает, что все разработчики ПО для поддержки жизненного цикла изделия с разной скоростью и разной степенью успешности двигаются в одном направлении - к максимальному удовлетворению потребностей заказчиков - предприятий из различных отраслей машиностроения. У каждого есть своя стратегия, ключевые направления развития.
«Компания Siеmens PLM Software, например, стремится максимально удовлетворять отраслевые требования в целом, создавая специфические методики и решения «Catalist». Это позволяет существенно сократить сроки внедрения PLM-решений за счет применения лучших отраслевых практик, обеспечивая максимальный эффект от их внедрения», - говорит эксперт.
С учетом того, что минимум половина руководителей крупных и часть средних предприятий стремится перейти на PLM технологии, надо полагать, что создаваемые сейчас Фонд поддержки промышленности и Фонд проектного финансирования с их дешевыми кредитами на организацию новых и модернизацию действующих производств помогут этой мечте осуществиться. Если о том же начнет мечтать и другая половина, Россия получит шанс не остаться на задворках четвертой промышленной революции.
Эксперт