Цифровизация промышленности: возможности и преимущества

Концепция «Индустрия 4.0» долгое время воспринималась российским промышленным сообществом как технология, используемая только для высокоавтоматизированных зарубежных заводов. Отечественные предприятия, многие из которых были созданы более 20 лет назад, не рассматривали цифровую трансформацию как способ повышения эффективности и оптимизации затрат. Сегодня ситуация изменилась: дефицит квалифицированного персонала, рост цен на энергоресурсы и требования к прослеживаемости продукции создают осознанный спрос на цифровизацию, как на реальный способ снижения издержек и рисков.

В обзоре рассмотрим преимущества внедрения элементов «Индустрии 4.0» в российское производство и позицию ОВЕН как поставщика компонентной базы для такой трансформации.

Экономические предпосылки перехода к цифровизации для российского рынка

При оценке целесообразности цифровизации отечественные предприятия руководствуются тремя основными критериями:

• срок окупаемости;
• совместимость с существующей инфраструктурой;
• требуемая квалификация персонала.

Накопленный мировой опыт цифровизации позволяет выделить следующие выгоды от внедрения:

Важно подчеркнуть, что речь идёт не о замене всей системы управления, а о развитии действующей инфраструктуры с помощью внедрения цифровых каналов сбора данных.

От мониторинга к прогнозированию и моделированию

При традиционном подходе система управления реагирует на уже произошедшее событие. Предиктивный подход позволяет системе анализировать тренды параметров и предупреждать о возможных отклонениях до наступления критического события.

На начальном этапе в предиктивной аналитике не требуется использование сложных алгоритмов. Достаточно установки пороговых значений скорости изменения параметра: например, если температура растёт быстрее заданного значения, система формирует предупреждение. На более продвинутом уровне система может оценивать, через какое время параметры могут выйти за допустимые пределы.

Опыт внедрения на российских предприятиях показывает: даже простейшие предиктивные алгоритмы снижают количество аварийных остановов на 40–60 %, сокращая затраты на простои и ремонт:

По мере накопления данных предприятия могут переходить от мониторинга к созданию цифровых двойников – математических моделей физического объекта или процесса. Они выполняют следующие функции:

• получают актуальные данные от реальных датчиков;
• вычисляют параметры, которые невозможно измерить напрямую (или измерять экономически нецелесообразно);
• позволяют проводить сценарный анализ без вмешательства в реальный процесс.

Расчетные показатели помогают точнее оценивать состояние оборудования, чем анализ отдельных измеряемых параметров по отдельности. Например, отклонение удельного расхода энергии от паспортного на 15–20 % — это объективный признак необходимости технического обслуживания, даже если температура и ток находятся в пределах нормы.

Для большинства российских производств достаточно цифровых двойников базового и среднего уровня сложности, которые окупаются за считанные месяцы. При этом их эффективность напрямую зависит от качества исходных данных и регулярной проверки результатов расчета по реальным измерениям. Без такой верификации цифровой двойник рискует превратиться в источник недостоверной аналитики.

Технологические предпосылки перехода к цифровизации

Еще несколько лет назад цифровизация производственных объектов была затруднена высокой стоимостью измерительных каналов, сложностью организации сети и отсутствием простых IIoT-протоколов. Современное состояние компонентной базы упрощает эти задачи, позволяя перейти к дальнейшим технологическим изменениям.

Переход на единый физический уровень передачи данных

Современные технологии передачи данных SPE (Single Pair Ethernet) и APL (Ethernet-Advanced Physical Layer) позволяют организовать единую сеть от датчика до облака. По одной линии может передаваться питание и данные, что упрощает внедрение новых решений и снижает затраты на инфраструктуру.

Упрощение топологии сети

Применение промышленных Ethernet-коммутаторов позволяет строить гибкие сетевые топологии и на 30–50 % сокращать объем кабельных работ по сравнению с традиционными схемами подключения.

Рост «интеллекта» полевых устройств

Современные датчики с микроконтроллерами выполняют не только измерение, но и первичную обработку сигнала, самодиагностику и линеаризацию, передавая на верхний уровень верифицированное физическое значение для дальнейшего анализа и принятия решений.

ОВЕН – российский поставщик системных компонентов для цифровой трансформации

Компания ОВЕН на протяжении 35 лет разрабатывает и производит средства промышленной автоматизации, ориентированные на реальные условия эксплуатации в России. Сегодня мы наблюдаем устойчивый спрос предприятий на доступные и инженерно обоснованные средства цифровизации. Не «Индустрию 4.0» как концепцию, а конкретные инструменты для поэтапного развития существующей инфраструктуры. Именно поэтому одним из направлений развития продуктовой линейки ОВЕН становятся:

• датчики с цифровыми интерфейсами (включая диагностические функции);
• активное сетевое оборудование (промышленные Ethernet-коммутаторы), адаптированное к условиям температурных перепадов, вибраций и электромагнитных помех;
• шлюзы и контроллеры с поддержкой IIoT-протоколов для интеграции с системами верхнего уровня.

При разработке новых решений мы учитываем специфику российского промышленного парка, где наряду с современным оборудованием продолжает эксплуатироваться большое количество приборов с токовыми и частотными выходами, что вызывает необходимость поэтапного перехода без масштабной единовременной замены. Не менее важным остается вопрос надежности: сетевое оборудование, предназначенное для работы в тяжелых условиях индустриальных объектов, должно обладать устойчивостью к перепадам рабочей температуре, иметь высокую степень пылевлагозащиты и электромагнитной совместимости.

Еще одно требование современного предприятия — удобство сопровождения и масштабирования системы. Настройка и конфигурирование должны быть предусмотрены как через локальный веб-интерфейс, так и централизованно с учётом возможностей удалённого доступа.

Вместо заключения

Российское промышленное предприятие не обязано полностью перестраивать систему управления для получения выгод от цифровизации. Практика показывает, что переход может начинаться с отдельных участков и технологических систем, окупаясь в пределах одного производственного цикла (6–12 месяцев) и не требуя значительных затрат времени и бюджета на переподготовку персонала.

Для поэтапного перехода к цифровым технологиям важную роль играют следующие факторы:

• выбор измерительных каналов с цифровым интерфейсом (или оцифровка существующих аналоговых через доступные преобразователи);
• организация единой сети передачи данных на физическом уровне, устойчивом к индустриальным помехам;
• наличие точки сбора и визуализации (локальный контроллер, SCADA, облачный сервис).

ОВЕН последовательно развивает это направление, создавая компонентную базу для построения современных цифровых систем автоматизации с прогнозируемым бюджетом и измеряемым результатом. В следующих публикациях мы подробнее расскажем о новых продуктах компании для промышленных сетей, передачи данных и цифровизации производственных процессов.