Введение в цифровой инжиниринг
понадобится для освоения
для зачета в своем вузе
О курсе
Целью курса «Введение в цифровой инжиниринг» является изучение применения основных Целью курса «Введение в цифровой инжиниринг» является изучение применения основных информационных технологий в условиях цифровизации промышленности.
В рамках курса рассматриваются такие понятия как сложный инженерный объект, жизненный цикл, цифровые модели и цифровые двойники, даются рекомендации и примеры использования современных технологий цифрового проектирования сложных инженерных объектов.
Программа курса
Тема 1. Введение.
Предпосылки Четвертой индустриальной революции. Элементы и технологии индустрии 4.0. Понятие цифровых технологий и цифровой экономики. Информационный продукт как результат цифровой экономики. Основные технологии цифровой трансформации. Сквозные цифровые технологии в материальном производстве, сфере услуг и государственном управлении.
Тема 2. Сложный инженерные объект.
Понятие сложного инженерного объекта. Иерархия компонент сложных инженерных объектов. Общекультурный подход, функционально-балансовый подход, инженерно-технический подход, подход системного анализа. Примеры, характеристики, существенные черты инженерных объектов.
Тема 3. Жизненный цикл сложного инженерного объекта.
Понятие жизненного цикла объекта. Этапы жизненного цикла сложного инженерного объекта. Понятия ввода в эксплуатацию, нормальной эксплуатации, вывода из эксплуатации. Нормативные требования, связи между этапами жизненного цикла. Возможности использования современных информационных технологий. Жизненный цикл сложного инженерного объекта, технического изделия и продукта. Аналогии и особенности. Современный цифровой инструментарий управления жизненным циклом. Понятие PLM-подхода.
Тема 4. Цифровые модели и двойники.
Понятия цифровой модели. История и современные подходы, технология BIM-моделирования. MULTI-D моделирование. Разнородность цифрового инструментария. Разнородность данных и процессов при описании одного объекта. Накопление и онлайн-доступность данных за всю историю объекта. Современная информационная модель как предшественник цифрового двойника СИО. Понятие цифрового двойника, связь с жизненным циклом инженерного объекта. Цифровое документирование жизненного цикла объекта. Основные цифровые технологии. Цифровые двойники и модели для сложных бизнес-процессов и объектов. Проблемы системной работы с цифровой информацией.
Тема 5. Цифровое проектирование и конструирование.
Понятие цифрового проектирования и конструирования. Базовые подходы, понятия, навыки и инструменты. Классификация цифровых инструментов проектирования и конструирования. Атрибуты и атрибутивная информация. Иерархия уровней моделирования. Инструменты и техники цифрового моделирования инженерно-физических процессов. Цифровая модель инженерной деятельности, инструментарий и цифровой продукт. Организация работы проектной группы. Проблемы и технология совместимости данных, обмена данными и сохранности данных в цифровом проектировании.
Тема 6. Цифровое производство.
Общие принципы организации производственной деятельности в цифровой экономике. Информационные процессы в технологической сфере. «Умное» оборудование. Бесшовная интеграция цифровой проектной деятельности и «умного производства». Кастомизация продуктов при цифровом производстве. Классификация типов цифровых производств в отраслях индустрии. Современные цифровые производственные технологии. Аддитивные технологии. Эффективность цифрового производства.
Тема 7. Технологии промышленного интернета вещей.
Введение в проектирование и реализацию систем IoT. Понятийный аппарат Интернета вещей. Архитектура, технологии и приложения промышленного интернета вещей в индустрии и бизнесе. Рынок производителей и пользователей решений IoT. Открытые проблемы в разработке, реализации и эксплуатации систем «интернета вещей». Перспективы технологии IoT.
Тема 8. Виртуальная и дополненная реальности в промышленности.
Принципы и методы цифровых 3D моделирования, визуализации и анимации. Технологии построения виртуальной реальности со стыковкой проектных данных и отображения реальных объектов. Понятие дополненной реальности и технологии ее построения. Приложения виртуальной и дополненной реальности в индустрии и бизнесе.
Тема 9. Системы управления проектами.
Понятие системной инженерии. Проектный и процессный подходы. Цифровые системы управления проектами. Мировые и российские продукты. Управление ресурсами, цифровые ERP-системы. Связь изучаемого курса с типовой иерархией задач системного инженера.
Тема 10. Заключение.
Принципы гибкой интеграции основных видов деятельности цифровой инженерии в индустрии и экономики. Эффекты цифровой трансформации инженерной деятельности в сферах материального производства, услуг и государственного управления. Формирование сквозной цифровой среды инженерной деятельности. Перспективы перестройки рынка труда в инженерной сфере в ходе цифровой трансформации
Формируемые компетенции
Цифровой инжиниринг
Цифровой инжиниринг — это комплекс услуг цифрового организационно-технологического дизайна и оптимизации производственно-логистических процессов и режимов работы оборудования.
Основа цифрового инжиниринга — глубокое понимание взаимосвязей физических процессов, происходящих в изделии или продукте на всех этапах жизненного цикла и умение рассчитать их взаимное влияние на измеряемые характеристики.
Применение цифровой информационной модели в качестве инструмента сопровождения проекта на всех стадиях жизненного цикла позволяет:
Возможность контроля процесса реализации проекта в режиме «on-line» с помощью цифровых моделей дает возможность упростить работу проектной команды на всех этапах экспертизы и сопровождения проекта, повысить безопасность инвестиций и эффективность мониторинга инвестиционной фазы.
Содержание
[править] Типы цифровых двойников
Цифровой двойник изделия (DT1) — аналог физического объекта в цифровой среде, созданный на основе взаимосвязанных математических моделей физических процессов, протекающих в объекте, на основе выполнения десятков тысяч виртуальных испытаний в специальном образом организованном процессе [2]
Цифровой двойник производства (DT2) — учет технологических особенностей производственных процессов в цифровом двойнике изделия в рамках единой цифровой модели
«Умный» цифровой двойник первого уровня (SDT1) — объединение цифрового двойника объекта/продукта (DT1) и цифрового двойника производства (DT2) в рамках единой цифровой модели
«Умный» цифровой двойник второго уровня (SDT2) — объединение «умного» цифрового двойника объекта/продукта (SDT1) и данными о фактических условиях эксплуатации(SDS) в рамках единой цифровой модели
«Умная» цифровая тень (SDS) изделия/продукта формируется на основе «умной» модели, которая адекватно описывает поведение реального объекта/продукта на всех режимах эксплуатации (пуски и остановы, нормальные условия работы и отклонения от нормальных условий, аварийные ситуации и пр.).
[править] Мировой рынок цифрового инжиниринга
Технология «цифровых двойников», совмещающая в себе промышленный Интернет вещей и цифровое моделирование, во многих странах (США, Япония, Германия, Франция) активно внедряется на всех стадиях жизненного цикла продукции — от разработки до эксплуатации. По прогнозу консалтинговой компании Gartner, к 2021 г. примерно половина крупных промышленных компаний в мире будет использовать данную технологию. Внедрение «цифровых двойников» для моделирования и оценки различных сценариев позволит сократить количество отказов оборудования в среднем на 30 %, считают эксперты компании PTC.
В большинстве развитых стран действуют национальные стратегии и программы цифровизации экономики и общества. Их цели и задачи в целом схожи, но несколько отличаются подходы к реализации стратегий. Часть инициатив встроена в более широкую наднациональную научно-технологическую и инновационную повестку. Так, стратегии цифрового развития Германии (Digital Strategy 2025) и других стран ЕС согласуются с общеевропейской цифровой повесткой (OECD, 2017).
[править] Рынок цифрового инжиниринга в России
Сегодня этому в значительной способствует запуск Российской программы «Цифровая экономика Российской Федерации», внимание государства к ускоренному внедрению цифровых технологий и включение этой тематики в число приоритетных направлений развития до 2024 г. согласно Указу № 204.
В качестве примера использования цифрового инжиниринга можно привести опыт АО «Вертолеты России». В рамках реализации концепции цифровой трансформации АО «Вертолеты России» внедряют комплекс цифровых технологий в конструкторско-технологическую подготовку (системы трехмерного проектирования). Важное место отводится имитационному моделированию процессов производства. [5] [нет источника]
Компания [неопределённость] активно использует в своей работе PLM-систему. В частности для разработки вертолетной техники используются решения NX и Teamcenter компании Siemens. Благодаря использованию технологии ошибки исправляются на ранних стадиях проектирования и во время испытаний не происходят поломки. Кроме того, удалось повысить качество создаваемых 3D-моделей, сократить сроки электронного согласования конструкторской документации и снизить количество конструкторских ошибок. При этом компания стала меньше тратить средств на доработку своей техники для серийного производства.Шаблон:Насколько [нет источника]
ПАО «УАЗ» реализует трансформацию производственной деятельности на основе концепции «Цифровая платформа УАЗ», в рамках которой осуществляется разработка принципиально новой платформы внедорожника 2020. Компания запустила проект по внедрению технологий цифровой фабрики для проектирования и производства продукции с целью поддержки стратегии нишевого производителя для глобальных рынков. Основными цифровыми решениями являются система управления жизненным циклом продукции (PLM), цифровое проектирование продуктов и технологических процессов (CAD/CAM/CAE), системы управления производственными процессами (MES) и Интернет вещей. При реализации цифровой трансформации приоритетом является обеспечение кибербезопасности систем и развитие информационной инфраструктуры в целом (Источник: концепция «Цифровая платформа УАЗ» [7] ).
В России одним лидером в области цифровых технологий является госкорпорация «Росатом». Правительство России наделило ее статусом центра компетенции в рамках федеральной программы «Цифровая экономика Российской Федерации».
В Росатоме принята единая цифровая стратегия сроком до 2030 года. В соответствии с ней госкорпорация будет создавать собственные цифровые продукты, добиваться эффектов от реализации своих цифровых проектов и заниматься разработками в области квантовых вычислений.
Активно цифровые технологии развивает топливная компания Росатома «ТВЭЛ». Компания до 2022 г. Намерена вложить 350 миллионов рублей в научные исследования по созданию новой продукции с помощью инструментов цифрового инжиниринга. Реализуются цифровые проекты в области оперативного контроля и управления производством тепловыделяющих сборок (ТВС) для энергетических реакторов и их комплектующих на Новосибирском заводе химконцентратов. Выполняются цифровые проекты в области закупочной деятельности, планирования и учета ремонтов на предприятиях дивизиона, в области кибербезопасности.
Одним из ярких примеров применения цифровых технологий является создание топливной компанией системы очистки буровых растворов с использованием цифрового двойника изделия. Были разработаны и проанализированы более 100 вариантов конструкции изделия. Созданный образец по своим показателям превзошел зарубежные аналоги. Такой параметр вибросита как ускорение достиг 9g вместо целевого значения в 7g. Кроме того, был спроектирован вариант изделия с пиковым ускорением в 10g и мобильный вариант конструкции с возможностью транспортировки (источник: портал «ГИС-Профи» [8] ).
АО «ЦПТИ» (г. Москва) первым в атомной отрасли создал цифрового двойника ядерно- и радиационно-опасного объекта (ЯРОО) с использованием цифровых технологий на площадке радиохимического завода АО «СХК» (г. Северск, Томская область) в рамках проекта по выводу ЯРОО из эксплуатации. В ходе работы была получена актуальная информация об объекте и воссоздан путем применения инструментов 3D-моделирования цифровый двойник ЯРОО. Также была проведена работа по интегрированию данных радиационного обследования зданий и оборудования в цифровую модель, что в дальнейшем позволит точно оценить объемы РАО. Созданная цифровая модель радиохимического завода по своей сложности, содержанию и масштабу является первым в атомной отрасли опытом реализации проекта по выводу с использованием цифровых технологий и может составить конкуренцию лучшим мировым практикам. [нет источника]
Цифровой инжиниринг
Увеличиваем производительность компании, ищем и оптимизируем узкие места в производстве, логистике и бизнес-процессах, разрабатываем технологические решения.
Помогаем компаниям стать эффективнее с помощью современных технологий
Компании-доставке увеличим количество выполняемых заказов без найма дополнительного персонала, разработаем построение наиболее эффективных маршрутов с учётом состояния на дорогах, автоматизируем работу логиста.
с 700 до 3 500 адресов в день
стала обслуживать доставка после внедрения
Коммерческим компаниям поможем понять продажи какого товара и когда приносят наибольшую выгоду, проанализировав данные со всех информационных источников: 1С, МойСклад, расчетных таблиц.
стал приносить каждый вложенный в производство рубль
Производителям поможем настроить систему планирования своевременной закупки материалов для выполнения ожидаемых заказов и деталей для плановой замены станков, объединив в единую информационную систему бухгалтерию, склад и производственную линию.
Как это работает
Тема сложная, поэтому расскажем обо всем по порядку.
Так что вы предлагаете и зачем это мне?
Если просто: мы приходим в компанию, анализируем ваши бизнес-процессы, находим наиболее проблемные места и предлагаем с ними справиться с помощью цифровых технологий, а не классических советов вроде найма большего количества сотрудников и открытия дополнительных торговых точек.
Польза в эффективном решении проблем:
Цифровой инжиниринг предполагает не типовое решение для всех, это такой усилитель пользы и уникального преимущества.
👉 Еще важный момент. Если масштабировать бизнес стандартными средствами: увеличивать штат, покупать больше оборудования, то есть риск раздуть скрытые проблемы. Скрытые проблемы есть всегда, потому что чем дольше существует компания, тем сложнее у нее все устроено, и энтропия со временем растет. С ней помогает справиться цифровой инжиниринг, делая все скрытые процессы прозрачными.
Мы сами работаем по принципам цифрового инжиниринга с помощью систем управления персоналом и финансовой деятельностью.
Какой должна быть моя компания, чтобы к ней можно было применить цифровой инжиниринг?
Большой завод, изготавливающий по 10 000 деталей в день. Потому что у него и так есть отдел специально обученных людей.
Компания в кризисе, долгах и огне. Не поможем, потому что цифровой инжиниринг — это не антикризисная программа, а специальный увеличитель пользы, который работает, когда на это есть деньги.
Овощной ларёк. Потому что затраты на нашу работу будут больше возможной пользы.
Доставка, которая развозит по 20-30 заказов в день. Потому что цифровой инжиниринг — дорого и вместо него подойдут типовые решения.
Завод с небольшим менеджерским составом, где все основные решения принимает директор.
Компания на плато, которая выдает стабильный результат, но хочется роста и на это есть деньги.
Сеть из 50-ти ларьков, со складами, большим ассортиментом и выстроенной логистикой.
Логистические компании, доставляющие по 1 500 заказов в день.
Что конкретно вы делаете?
Процесс состоит из 4 этапов.
1. Анализ. Мы погружаемся в работу компании: изучаем что происходит, какие существуют бизнес-процессы, разбираемся кто за что отвечает, ищем проблемные места, о которые все спотыкаются, задаём много вопросов. Обычно на это уходит от 1 месяца до 3.
Часто компании может не хватать простого и детального описания бизнес-процессов. Это самая очевидная польза.
2. Проблема и решение. По результатам первого этапа находим решение, которое принесёт ощутимый эффект для компании. Типичная проблема любой коммерческой компании — в разрозненности всех получаемых данных и непонимании полной картины бизнес-процессов. Потому что:
Мы стараемся интегрировать решения мягко, чтобы не сломать существующие процессы.
3. Пилот. На этом этапе мы тестируем наше решение и проверяем его работоспособность. Это необходимый шаг, который нужен для подтверждения правильности выбранного решения и планирования следующего этапа в реальных условиях. Если всё в порядке — продолжаем интеграцию, если появляются сложности или решение вообще не работает — исправляем решение с минимальными затратами для компании.
Пилотное решение может потерпеть неудачу, такое случается. Если в процессе работы мы все поняли, что решение — ерунда, то это тоже результат. Да, это дорого и терять большие деньги больно, но это риски. Значит на следующем этапе мы найдем более подходящее решение.
Обычно это происходит из-за завышенных ожиданий, невыявленных системных проблем на производстве или большого количества неизвестных. В любом случае, даже при неудаче пилот помогает выявить необнаруженные проблемы, чтобы потом их решить. Это неприятно, но к этому стоит быть готовым. И мы, конечно, это проговариваем перед заключением договора.
4. Следующий этап. На основании предыдущей работы предлагаем следующий этап по оптимизации.
Работа оплачивается и планируется поэтапно, поэтому, если, к примеру, после второго этапа вы понимаете, что дальше работу можно не делать — вы платите за сделанную работу, и всё.
На протяжении всей работы за вами прикреплен персональный менеджер, который держит вас в курсе и всегда на связи.
А каким может быть решение?
Объединяем все сервисы в единую информационную систему
Объединяем все сервисы в единую информационную систему. Это когда все сервисы компании (1С Бухгалтерия, сайт на Битриксе, эксели) работают в одном цифровом пространстве. По умолчанию они не связаны друг с другом. Бухгалтерия работает со своей информацией, за эксели отвечает некий специалист, кладовщики — в своем мире, за техобслуживание автомобилей отвечает механик. Мы делаем так, чтобы информация собиралась в одну систему — так с ней уже можно работать.
Дальше к этой системе подключаем модули финансового планирования, логистики и принятия решений. Модули — это программы, которые анализируют всю входящую информацию: сезонность, историю производства, продаж, планового ремонта, вероятных ошибок, — и на основе строят план предприятия, маршруты доставки и предсказывают риски и варианты решения.
Прогноз объема продаж, построенный на данных предыдущих лет
Мы разработали три модуля и они похожи на отделы компании:
Например, вы директор компании по производству пищевой плёнки. Мы подключаем все сервисы в одну систему, к ним модули, модули анализируют данные и строят финансовый прогноз на год. Из него становится ясно, что все предыдущие 5 лет в мае у вас заказывали в 3 раза больше продукции, чем обычно, но компания с этим не справлялась и набирала больше, чем может выдать к нужному сроку.
С высокой вероятностью, ситуация повторится и в этом году, а значит — это узкое место и над ним нужно поработать: заранее заказать сырье, найти дополнительных сотрудников и позаботиться о том, чтобы станки не вышли из строя в неподходящий момент.
Так модули формируют задачи для закупщиков, отдела кадров, кладовщиков и так далее, а вы, как руководитель компании, принимаете финальное решение. Если же обещанного пика заказов не происходит (вероятность всегда есть), модуль принятия решения помогает выйти из ситуации с наменьшими потерями.
Пишем приложения, создаем приборы
Пишем приложения, создаем приборы. Мы пишем программы, которые помогают решать задачу.
Приложение для построения маршрута, которое работает на базе гугл-карт
Например, компании доставки написали 2 типа приложений: для экипажей и клиентов. Экипажи смотрят маршрут, видят дальнейшие заказы, статистику, могут принимать оплату прямо через приложение. Клиент — заказывает товар, видит прогнозируемое время доставки и может оплатить картой через смартфон доставщика.
Помимо этого мы создаем необходимые приборы и сенсоры. Но, если оказывается, что на рынке уже есть более дешевый аналог — мы посоветуем взять его. Подробнее об этом в статье про проекты под ключ.
Создаем цифровой двойник предприятия
Создаем цифровой двойник предприятия. Это виртуальные копии производственных линий, которые предсказывают более точный и эффективный прогноз деятельности и помогают сэкономить деньги. Например, они могут смоделировать что произойдет, если увеличить выпуск продукции на линии или изменить технологическую цепочку. Это возможно благодаря обработке данных, которые собираются из программ финансов и планирования, датчиков на станках и камер на рабочих местах.
Объединяем все сервисы в единую информационную систему. Это когда все сервисы компании (1С Бухгалтерия, сайт на Битриксе, эксели) работают в одном цифровом пространстве. По умолчанию они не связаны друг с другом. Бухгалтерия работает со своей информацией, за эксели отвечает некий специалист, кладовщики — в своем мире, за техобслуживание автомобилей отвечает механик. Мы делаем так, чтобы информация собиралась в одну систему, так с ней уже можно работать.
Дальше к этой системе подключаем модули финансового планирования, логистики и принятия решений. Модули — это программы, которые анализируют всю входящую информацию: сезонность, историю производства, продаж, планового ремонта, вероятных ошибок — и на основе строят план предприятия, маршруты доставки и предсказывают риски и варианты решения.
Прогноз объема продаж, построенный на данных предыдущих лет
Мы разработали три модуля и они похожи на отделы компании:
Например, вы директор компании по производству пищевой плёнки. Мы подключаем все сервисы в одну систему, к ним модули, модули анализируют данные и строят финансовый прогноз на год. Из него становится ясно, что все предыдущие 5 лет в мае у вас заказывали в 3 раза больше продукции, чем обычно, но компания с этим не справлялась и набирала больше, чем может выдать к нужному сроку.
С высокой вероятностью, ситуация повторится и в этом году, а значит — это узкое место и над ним нужно поработать: заранее заказать сырье, найти дополнительных сотрудников и позаботиться о том, чтобы станки не вышли из строя в неподходящий момент.
Так модули формируют задачи для закупщиков, отдела кадров, кладовщиков и так далее, а вы, как руководитель компании, принимаете финальное решение. Если же обещанного пика заказов не происходит (вероятность всегда есть), модуль принятия решения помогает выйти из ситуации с наменьшими потерями.
Пишем приложения, создаем приборы. Мы пишем программы, которые помогают решать задачу.
Приложение для построения маршрута, которое работает на базе гугл-карт
Например, компании доставки написали 2 типа приложений: для экипажей и клиентов. Экипажи смотрят маршрут, видят дальнейшие заказы, статистику, могут принимать оплату прямо через приложение. Клиент — заказывает товар, видит прогнозируемое время доставки и может оплатить картой через смартфон доставщика.
Помимо этого мы создаем необходимые приборы и сенсоры. Но, если оказывается, что на рынке уже есть более дешевый аналог — мы посоветуем взять его. Подробнее об этом в статье про проекты под ключ.
Создаем цифровой двойник предприятия. Это виртуальные копии производственных линий, которые предсказывают более точный и эффективный прогноз деятельности и помогают сэкономить деньги. Например, они могут смоделировать, что произойдет, если увеличить выпуск продукции на линии или изменить технологическую цепочку. Это возможно благодаря обработке данных, которые собираются из программ финансов и планирования, датчиков на станках и камер на рабочих местах.
Сколько это стоит и как платить?
Как вы уже поняли, это дорогая услуга. Обычно мы говорим клиентам, что порог входа начинается от 10 млн. ₽, но все же он может быть меньше, потому что цифровой инжиниринг проходит поэтапно. Если в результате первого вам окажется достаточно анализа и описания процессов, то вы заплатите только за эту часть работы.
