Россия: Технология цифрового имитационного моделирования (ЦИМ) начала внедряться на предприятиях «Трансмашхолдинга» (ТМХ) с 2018 года. Она помогает просчитывать оптимальные параметры различных производственных процессов. Машиностроитель заявляет, что применение ЦИМ позволяет выстраивать максимально эффективное производство и экономить десятки миллионов рублей.
Право на ошибку
Упрощенно цифровая имитационная модель — это компьютерная программа, которая полностью воссоздает виртуальную копию того или иного процесса, производственного участка или оборудования. С помощью математических алгоритмов она позволяет вносить любые изменения в организационные, операционные, технологические, логистические и прочие параметры — и получать на выходе тот или иной прогнозируемый результат. Таким образом, инженеры-технологи или специалисты по производственному планированию могут заранее на симуляторе просчитать все возможные риски и скорректировать особенности процесса. При этом в виртуальном пространстве у всех участников процесса есть ценное право на ошибку. А в реальную производственную и хозяйственную деятельность внедряются только тщательно выверенные решения.
«Виртуальная копия ведет себя точно так же, как и реальный объект, и достоверно описывает в цифровом виде все процессы и взаимосвязи, — объясняет генеральный директор «ТМХ Технологий» Алексей Сапунков. — Для дискретного промышленного производства это способ анализа, позволяющий с разных сторон оценить материальные и информационные потоки по всему производственному циклу: перемещение, хранение и обработку деталей, материалов, полуфабрикатов, готовых изделий. Огромным плюсом применения этой технологии является возможность оценки планируемых изменений на предприятии еще до момента их реализации, когда эксперименты ставятся не на «живом» объекте, а на виртуальном».
Технология ЦИМ применима практически к любому производственному процессу. Например, она незаменима для эффективного проектирования технического перевооружения промышленных мощностей с целью увеличения их производительности или освоения выпуска новой продукции.
При традиционном подходе реализация такого проекта требовала огромных объемов аналитических расчетов, которые осуществлялись вручную. Специалистам необходимо было учитывать множество параметров, условий, факторов, связанных с технологией, сырьем, оборудованием и инфраструктурой, а также возможность развития процесса по различным сценариям (комбинациям этих параметров), количество которых может достигать нескольких тысяч. И даже в этом случае однозначное решение получить было крайне затруднительно: свои коррективы вносили и узкие места, и другие факторы. А последствия серьезных просчетов могли выражаться в существенных дополнительных финансовых затратах.
Использование ЦИМ позволяет свести к минимуму количество ошибок и недостатков, которыми сопровождаются «ручные» расчеты. Всю аналитическую работу проводит компьютер, который на основании множества параметров и вводных выдает самое оптимальное решение поставленной задачи.
Пять лет имитаций
ЦИМ применяется в ТМХ с 2018 года, а первой площадкой, где оно начало активно внедряться, стал Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ). Пилотный проект оказался успешным, после чего технологию стали использовать и другие предприятия холдинга. Сегодня, помимо НЭВЗа, имитационным моделированием охвачены площадки Тверского вагоностроительного завода (ТВЗ), «Метровагонмаша» и Брянского машиностроительного завода (БМЗ). На этих производствах уже есть как готовые решения, так и проекты в стадии внедрения.
Разработкой продуктов в настоящий момент занимается команда компании «Программный инжиниринг и технологии». Центр компетенций имитационного моделирования состоит из восьми специалистов — это непосредственно программисты-разработчики и аналитики. Костяк коллектива составили ключевые сотрудники, уже имевшие опыт математического моделирования на более ранних проектах. Они же выступили в роли тренеров и консультантов при подготовке новых специалистов центра. Опыт они нарабатывали и в процессе обучения, и по ходу реализации масштабных проектов в периметре ТМХ.
«Наличие собственной команды в холдинге — это большое преимущество, поскольку оно позволяет не зависеть от внешних подрядчиков как с точки зрения сроков моделирования — а работы могут быть инициированы в любой момент, так и в части детализации проектов, помощи в постановке виртуальных экспериментов с использованием моделей, технической и бизнес-поддержки, — отмечает Алексей Сапунков. — Еще один положительный момент заключается в том, что лицензии на программное обеспечение были приобретены заранее, и теперь нам не требуется нести затраты на ПО. Соответственно, мы обеспечены всеми необходимыми ресурсами».
Общий видыпроизводства подвижного состава в имитационной модели. Источник: ТМХ
Имитационные модели, которые создают специалисты центра, относятся к одному из трех классов. Первый — это проекты, в основе которых лежит анализ технических решений в рамках реализации особо значимых инвестиционных программ. Объекты моделирования в этих случаях связаны с закупкой оборудования для существующих производств, созданием новых цехов или производственных площадок.
Второй класс моделей направлен на совершенствование операционной деятельности конкретного предприятия. В данном случае речь идет о поддержке процессов производственного планирования.
Модели третьего класса разрабатываются с целью совершенствования производственной системы. Особенность этой категории решений заключается в отсутствии необходимости в больших объемах инвестиций. Их создание предусматривает глубокие исследования существующих материальных потоков с последующим их изменением без существенных материальных затрат. Такие модели позволяют повысить эффективность производства без закупки нового технологического оборудования, а только за счет локальных изменений — оптимизации перемещений, подбора необходимых размеров межоперационных буферов для хранения полуфабрикатов и иных мер.
Модели всех трех классов стали прообразами серьезных изменений, внедряемых на предприятиях ТМХ.
Модели для всех уровней
На сегодня первую стадию начатого в 2018 году проекта, предусматривавшего освоение технологии цифрового имитационного моделирования и ее повсеместное внедрение в ТМХ, можно считать завершенной. Использование ЦИМ уже стало неотъемлемой частью производственной культуры производителя, а само цифровое моделирование помогает решать самые разные задачи.
Было проведено моделирование ряда проектов технического перевооружения, проанализированы существующие технические решения, сделаны предложения по их совершенствованию. Разработаны и внедрены модели для оперативного планирования производства. Например, модель «ЦИМ Сетевой график ТВЗ» на постоянной основе используется для планирования сборочных переделов ТВЗ, начиная от закладки рамы вагона до участка испытаний и сдачи продукции (то есть это изготовление рамы и кузова, окраска, сборка вагона и т. д.). На примере этого отдельно взятого предприятия можно увидеть, как цифровое имитационное моделирование позволяет на порядок ускорить подготовку сетевого графика сборочного производства: затраченное на это время сократилось с прежних двух недель до двух дней, в том числе с учетом разработки набора альтернативных сетевых графиков и выбора лучшего варианта. Еще один характерный пример на ТВЗ — проект ЦИМ «Новое малярное производство». За счет оптимизации капиталовложений по результатам анализа процесса в имитационной модели удалось получить экономический эффект в размере 32 млн руб.
«Если же говорить о доле смоделированных цехов и участков всего холдинга, то она сейчас составляет около 5%, — говорит Алексей Сапунков. — При этом у нас нет цели моделировать все процессы и все участки с максимальной глубиной детализации. На данном этапе мы занимаемся моделированием тех аспектов работы предприятий или тех участков производства, которые нужны для решения актуальных текущих задач».
Технологии ЦИМ можно эффективно применять на всех уровнях управления. Так, на уровне холдинга цифровое моделирование является надежным инструментом для дополнительной проверки и доработки технических решений, которые реализуются при внедрении проектов технического перевооружения. Руководители предприятий могут применять ЦИМ не только для повышения эффективности инвестиционных проектов, но и для подготовки корректных планов по выполнению годовой программы, своевременного контроля. А непосредственно специалисты предприятий при использовании моделей имеют возможность проверить свои расчеты и существенно снизить трудозатраты.
Проекты центры компетенций имитационного моделирования
Новое малярное производство НЭВЗ
В ходе реализации проекта, который предусматривает внедрение новых технологий окраски и повышение производительности, было предложено пять концепций. Между собой они отличались предполагаемым объемом использования производственных площадей, оборудования и ресурсов, а также итоговой производительностью — от 630 до 1500 секций. По каждой концепции была разработана своя имитационная модель, сопоставление и анализ которых позволил определить наиболее оптимальный вариант.
Размещение мощностей окраски и сборки на общей планировке НЭВЗа в среде имитационного моделирования. Источник: ТМХ
Производство рам тележек с лазерной сваркой на БМЗ
Целью проекта стала организация производства на площадке БМЗ рам тележек с лазерной сваркой для нужд НЭВЗа. При этом новый участок предусматривает выпуск рам тележек крупной и малой серии, пересечение на некоторых рабочих местах потоков продукции для НЭВЗа с рамами тележек для БМЗ, запуск производства рам тележек в двух корпусах завода с задействованием межцеховой логистики. Цифровая модель производства, которая сейчас находится в разработке, призвана проверить проектное решение с учетом набора производственнологистических факторов. Также на ее основе в случае необходимости можно будет подготовить рекомендации для корректировки проекта.
Цифровая модель производства рам тележек на БМЗ. Источник: ТМХ
Расчет производственных мощностей
Созданная аналитическая модель позволяет автоматизировать расчеты производственной мощности как предприятия в целом, так и его отдельных цехов и участков по утвержденной ТМХ методике. Расчеты проводятся на заводах холдинга на постоянной основе: полный расчет мощности проводится раз в год, расчет по откорректированному бизнес-плану — раз в квартал, локальные расчеты мощности отдельных цехов — периодически, по запросам подразделений С помощью модели «Расчет производственных мощностей» оценивается влияние организационно-технических мероприятий по отдельным группам оборудования на производственную мощность, дается прогноз изменения производственной мощности при закупке новых единиц оборудования и т. д. Работа над инструментом продолжается, но уже сегодня удается рассчитывать мощности по ряду технологических переделов: участкам со станочным оборудованием, участкам сборкисварки, сборочным участкам, термическим переделам, участкам окраски и гальваники.
Подготовлено на основе статьи «Виртуальный карт-бланш» из журнала «Вектор ТМХ» № 3 (54) 2023
Следите оперативно за новостями рынков подвижного состава в Telegram-канале ROLLINGSTOCK
