План «В»: как цифровые двойники спасут автоиндустрию

Много лет назад рядом с московской станцией метро «Текстильщики» располагался музей автомобильного завода АЗЛК. В нем была представлена продукция уже исчезнувшего производства, но самыми примечательными экспонатами этого музея были не серийные автомобили, а неосуществленные планы предприятия — перспективные модели, которые поражали своей смелостью и оригинальностью, но так и не дошли до конвейера. Чтобы запустить их в серию, заводу пришлось бы практически полностью перестроить все производство, от процесса проектирования автомобилей и изменения технологии до реального производства новых продуктов. Реализовать свой потенциал у АЗЛК не получилось, и ввиду ряда причин завод прекратил свое существование. Произошло это еще в доцифровую эпоху, но если бы предприятие работало и сегодня, то у АЗЛК появилось бы больше возможностей для реализации амбициозных задумок.

Таблетка от падения рынка

Современные ИТ—решения в виде цифровых двойников позволяют создавать имитационные модели продуктов, процессов, всего цикла производства, предприятия и даже целого города. Это результат развития технологий компьютерного моделирования, которые помогают передавать данные с реального оборудования виртуальному «близнецу» с помощью датчиков, и эта связь осуществляется на протяжении всего жизненного цикла продукта. Конечная же, основная цель использования цифровых двойников — повышение эффективности бизнеса, то есть как раз то, что сегодня нужно автоиндустрии в связи с падением спроса.

2020-й год из—за пандемии и ослабления рубля оказался очень сложным для российского автопрома. Сегодня рынок автомобильного производства — не только в России, но и во всем мире — переживает отрицательную динамику. По данным консалтинговой компании LMC Automotive, в 2020 г. продажи автомобилей в мире снизились на 14% по сравнению с 2019-м, в России сокращение составило 28%. Чтобы сохранить рыночные доли, участникам придется пересмотреть свои бизнес—стратегии, сфокусироваться на оптимизации бизнес—процессов, поиске новых форм организации труда и стать future-ready — быстро адаптироваться под существующие запросы, поддерживать развитие сервисной модели. Выполнить эти задачи проще, если перевести продукты и процессы предприятия в цифру.

Применение имитационного моделирования потребует инвестиций, но они оцениваются в десятки раз дешевле, чем проектирование и выстраивание макета производства. Еще на стадии строительства производства с помощью симуляции на двойнике можно оценить все варианты выпуска продукции, а при проектировании изделия у организации не возникнет потребности в дорогостоящих тестах изделия.

Можно выделить несколько ключевых бизнес—эффектов, которые достигаются за счет использования цифровых двойников в процессах управления современным предприятием.

R&D: быстрее и дешевле

Цифровые двойники — эффективное средство для сокращения сроков разработки новых продуктов и, как следствие, расширения продуктовой линейки и увеличения доли рынка. Уже на этапе R&D цифровые двойники позволяют избежать информационных разрывов и непроизводительных затрат, построить на единой платформе эффективные процессы между различными подразделениями и в результате сократить время разработки и внедрения изделий.

Так, PLM-системы обеспечивают интегрированный подход к управлению информацией о продукте и его жизненным циклом. Если в выпускаемую модель вносятся изменения, те же переменные учитываются в процессах конструирования, а также подготовки и контроля технологического производства — за счет реализации концепции «150% конструкторских и технологических составов» (так называемых суперсоставов). Такое решение упростит работу с конфигурациями изделий и поможет в будущем расширить число комплектаций и вариативность изделия. Можно легко убедиться в преимуществах такого подхода на примере автомобилестроения. Еще на этапе заказа клиента можно сконфигурировать абсолютно любой автомобиль, используя весь список опций, и завод легко справится с производством такого «уникального» автомобиля.

Сократится, причем существенно, и стоимость разработки. Экономия достигается за счет формализации требований к линейке продукции, переходу на модульный принцип и повышению унификации, сокращению ошибок при разработке и общей трудоемкости R&D.

Тотальный контроль продукции

Технология цифровых двойников прежде всего дает возможность контролировать весь жизненный цикл продукции. Что это означает на практике работы конкретных отделов производства? Технологию можно использовать на этапе сборки продукта, при поставках готовой продукции и даже на этапах послепродажного обслуживания. Уже при закупке комплектующих специалистам будут известны все технические характеристики деталей и материалов, из которых эти комплектующие изготовлены. При помощи цифровых двойников легко автоматизировать работу с материальными активами. Благодаря имитационным моделям производители могут проводить предиктивную аналитику работы всего изделия вплоть до отдельных агрегатов и узлов, предугадывать их выход из строя, прогнозировать и планировать регламентные сервисные работы.

В качестве примера приведем опыт производителей мобильных устройств и автопроизводителей, в практике которых нередки отзывы продукции из—за обнаруженных уязвимостей. Сохранить лояльность клиентов в таких случаях поможет использование предиктивной аналитики, позволяющей заблаговременно предсказать выход из строя отдельных деталей в ходе эксплуатации. А проанализировать работу узлов можно посредством цифровых двойников. Так, Tesla устанавливает специальное приложение [1], которое обеспечивает работу цифрового двойника каждого электромобиля, выпускаемого компанией. Команды «Формулы 1», такие как Renault или McLaren, используют цифровых двойников для проведения тестовых испытаний как отдельных узлов, так и гоночных болидов в целом — таким образом производитель преодолевает ограничения на проведение реальных тестов, которые приняты в королевских гонках.

Мониторинг состояния продукции — далеко не единственный, хотя и весьма показательный пример использования цифровых двойников. Их эффективность ощутима на протяжении всего процесса производства. При этом производственная компания выигрывает на уровне организации как отдельных процессов, так и бизнеса в целом.

Организация производства

Завод электроники EWA, принадлежащий компании Siemens, использует цифровых двойников на всех этапах производства. С их помощью составляется технологический маршрут и прописываются требования к каждой выполняемой операции. При этом система управления производством (MES) автоматически определяет порядок операций и использования сборочных линий. Благодаря цифровизации завод на 50% сократил сроки выпуска новых изделий, на столько же короче стали сроки переналадки оборудования. Предприятие смогло начать выпуск коротких заказов (24 ч, партии до 1000 изделий), а качество при этом превысило «четыре девятки» (99,99885%).

Всех этих показателей удалось достичь за счет существенного повышения эффективности производства. Автоматизация входного контроля, работа с материальными активами, повышение общей скорости работы конвейера — это возможности цифровых двойников для каждой детали или узла изделия.

Работа с потребителями

Конечно, главная выгода использования цифровых двойников — в работе с потребителями. Здесь цифровые двойники способны совершить настоящую революцию. Производитель получает возможность за счет сокращения затрат и повышения эффективности R&D расширить и модельный ряд, и число комплектаций и опций для каждого изделия. Сокращаются время и стоимость сервисного обслуживания, а все риски потенциальных поломок продукта своевременно прогнозируются. И, наконец, становится возможным выпуск на серийном производстве заказных конфигураций — такая опция весьма актуальна для автомобилестроения.

Цифровые двойники: российская реальность

Использование цифровых двойников — важнейшая часть цифровой трансформации производства. В России эта технология еще не стала повсеместной. Подобно многим новшествам, она пока постепенно проникает на рынок из нефтегазовой сферы и транспортной отрасли. Однако уже есть позитивные примеры.

Например, Ульяновский автомобильный завод, входящий в группу «СОЛЛЕРС», реализовал PLM-проект, который стал частью общей стратегии «Цифровизация УАЗ». Использование имитационного моделирования позволяет автопроизводителям быстрее обновлять и усложнять продукт, не теряя при этом ценовых и конструктивных преимуществ продукта. А применение цифровых двойников и систем управления производством помогает оптимизировать процессы выпуска продукции в соответствии с планом, избегая лишних затрат.

В рамках этой стратегии предприятие планирует внедрить у себя целый комплекс информационных систем, которые в итоге сформируют собственную цифровую платформу УАЗ на основе цифровых двойников [2].

Тема цифровой трансформации появилась в повестке УАЗа на рубеже 2017–2018 гг. Руководство предприятия стало изучать соответствующий опыт глобальных автопроизводителей, который послужил отправной точкой для использования инструментов цифровизации в решении множества бизнес—задач завода.

Предприятие уже на 25% сократило время проектирования новых моделей. Также повысился процент взаимозаменяемых компонентов и появилась возможность быстрого внедрения лучших конструктивных решений на другие автомобили завода. При этом проект решает комплекс задач, связанных с вопросами рентабельности, экономики, управления качеством и обратной связи с потребителем. Производитель активно осваивает корпоративный рынок и благодаря цифровым двойникам может предложить таким заказчикам расширение модельного ряда выпускаемых автомобилей за счет использования модульных конструкций и поставки кастомизированных автомобилей. Предприятие активно движется к концепции «фабрики будущего», используя модель применения передовых производственных технологий. Составные части «фабрики будущего» должны быть объединены общими платформенными решениями, которые обеспечивают управление всем производством: от получения заказа на разработку до вывода готовой продукции на рынок.

Заключение

Главное преимущество цифровой трансформации для производителей — возможность всегда оставаться актуальными для рынка, предлагать продукцию, соответствующую текущим потребностям заказчиков, независимо от скорости изменений внешней среды. Эпоха моделей, выпускаемых десятилетиями без существенных изменений, ушла в прошлое. Сегодня любому предприятию необходимо выпускать то, что нужно заказчику прямо сейчас, без скидок на дороговизну исследований или сложность перенастройки производства. Именно так сегодня должно осуществляться взаимодействие промышленности и потребителей. Передовые производственные технологии активно применяются в нашей стране в самых разных областях, а цифровой двойник в ближайшее время станет ключевым инструментом цифровой трансформации российской промышленности.