Сотрудники Передовой инженерной аэрокосмической школы (ПИАШ) Самарского национального исследовательского университета им. академика С. П. Королёва разработали концептуальную модель цифрового завода. На основе этой концепции сейчас прорабатываются проекты киберфизических фабрик, в том числе конкретные программные продукты, которые будут использоваться для проектирования изделий, цифрового моделирования и для управления производственными процессами в режиме реального времени.
Киберфизические фабрики будут развёрнуты на территории университетского кампуса в интересах таких индустриальных партнёров, как Ракетно-космический центр «Прогресс» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос») и «ОДК-Кузнецов» (входит в структуру Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха). Это будут роботизированные опытные производства кубсатов и малоразмерных газотурбинных установок, оснащённые по самым современным требованиям.
«Создание концепции цифрового завода — один из ключевых моментов в развитии нашей Передовой инженерной аэрокосмической школы. Это стержень, вокруг которого уже сейчас выстраивается её научная, организационная и образовательная деятельность. В фокусе нашего внимания те интеллектуальные производственные системы и технологии, которые сегодня только внедряются на наших предприятиях и в которых они очень нуждаются. Мы готовим инженерные кадры, владеющие такими технологиями и способные внедрить их в реальное производство. А поскольку принцип Самарского университета им. Королёва — “Образование через исследования”, то в первую очередь мы разрабатываем и внедряем эти технологии у себя в университете», — подчеркнул Иван Ткаченко, директор Передовой инженерной аэрокосмической школы.
В разработанной концепции цифровой завод представлен как киберфизическая система, которая объединяет в себе информационные (цифровые) и физические (реальные) компоненты. Их совместная работа обеспечит гибкость производства, снижение себестоимости, ускорение и повышение эффективности всех процессов по разработке и изготовлению малых космических аппаратов, малоразмерных газотурбинных установок и другой аэрокосмической техники.
Базовых принципов, на которых построена модель цифрового завода, несколько. Прежде всего, это иерархичность её структуры, она разбита на несколько уровней. Модель строится на использовании сквозных технологий — больших данных, искусственного интеллекта, интернета вещей. В неё заложена способность системы к самообучению. Модель представлена как мультиагентная система, в которой агентами выступают интеллектуальные производственные ячейки, причём их роботизация и автоматизация должны привести к созданию на производстве безлюдного пространства.
В структуре цифрового завода разработчики выделили три иерархических уровня: цифровая фабрика — «умная фабрика» — виртуальная фабрика. Фабрики более высокого уровня включают в себя одну или несколько фабрик нижестоящего уровня по принципу матрешки.
Цифровая фабрика — это первый, начальный уровень, где рождается новое изделие и технология его производства. Здесь предлагается идея, на ее основе с помощью цифровых платформ специалисты разрабатывают проект и технологические процессы, по которым затем изготавливают опытный образец или малую серию из нескольких изделий. Также здесь разрабатывается методика виртуальных и натурных испытаний, моделируется работа интеллектуальных производственных ячеек, формируются цифровые двойники производственных процессов и автоматизированных производственных систем.
Например, в опытном киберфизическом производстве кубсатов, которое ПИАШ Самарского университета им. Королёва создает сейчас на территории кампуса, цифровая фабрика будет заниматься проектированием наноспутников, созданием цифровых двойников материалов и изделий, разработкой технологических процессов сборки наноспутников и их испытаний. Один из ключевых продуктов на этом уровне – цифровой паспорт изделия. Это «живая» электронная структура, в которой отражаются все актуальные характеристики космического аппарата, и которая сопровождает его на протяжении всего жизненного цикла.
Второй, более высокий структурный уровень цифрового завода — «умная фабрика». Здесь организуется серийный выпуск продукции. Для этого сюда передается вся оцифрованная проектная и технологическая документация, а также цифровые двойники и модели, разработанные в цифровых фабриках.
«Умная фабрика» — роботизированное производство, насыщенное современным оборудованием. Это оборудование находится под контролем и управлением автоматизированной производственной системы. Автоматизация позволяет исключить влияние человеческого фактора и повысить качество продукции, но требует особых подходов к проектированию изделий. Например, конструкция наноспутников, разрабатываемых сейчас в ПИАШ Самарского университета им. Королёва, будет изначально «заточена» под автоматическую сборку роботами.
Самый высокий уровень в структуре цифрового завода — виртуальная фабрика. Это информационно-аналитическая система, которая управляет предприятием в целом. Вся производственная, логистическая и экономическая информация стекается на этот уровень для анализа и подготовки управленческих решений. Отличие концептуальной модели, разработанной в ПИАШ Самарского университета им. Королёва в том, что кроме цифровых и «умных» фабрик, в нее включены сторонние предприятия-партнёры.
«Ключевая особенность нашей модели цифрового завода в том, что на входе она охватывает поставщиков оборудования, комплектующие и материалы, а на выходе – дилеров и эксплуатантов выпущенных изделий. Это принципиально важный момент для предприятий аэрокосмической отрасли, поскольку разработчики и изготовители авиационной и ракетно-космической техники сопровождают свои изделия на протяжении всего жизненного цикла, обеспечивают их доработку и модернизацию, а также замену узлов и агрегатов», — подчеркнул Иван Ткаченко.
Концептуальную цифровую модель уже начали внедрять. Первый роботизированный участок опытного производства кубсатов откроется осенью, сейчас для него закупается необходимое оборудование.
Федеральный проект «Передовые инженерные школы» реализуется в рамках государственной программы Российской Федерации «Научно-технологическое развитие Российской Федерации».