Организация «Агат»: Сложности с внедрением цифрового моделирования производственных процессов

Специалисты из «Организации «Агат» опубликовали в журнале «Экономика космоса» статью «Инженерная практика применения цифрового моделирования производственных систем».

В статье рассматривается важная проблема оценки и повышения эффективности программ технического переоснащения и модернизации производственных систем в ракетно-космической отрасли с использованием цифровых моделей. Анализируются принципы моделирования производственных процессов, методика создания цифровых моделей и современные стратегии оптимизации производства. На примере практического перепроектирования механического участка продемонстрировано, что цифровое моделирование улучшает точность оценки пропускной способности на 20-30%, сокращает время разработки рациональных решений планировки и технологий в 2-3 раза и снижает операционные издержки на 10-18%. Публикация предназначена для инженеров, изучающих методы цифрового моделирования для подготовки производства и оценки инвестиционных проектов.

Предприятия машиностроительной отрасли, включая ракетно-космическую индустрию, постоянно нуждаются в обновлении производственных фондов и модернизации технологий. В условиях нестабильности внешних и внутренних факторов управленческие решения о капитальных вложениях принимаются в условиях высокой информационной неопределённости и ограниченности ресурсов. Традиционные методы оценки проектов основаны на расчёте чистой приведённой стоимости, внутренней нормы доходности и других финансовых показателей. Однако эти методы предполагают, что параметры проекта, такие как объёмы производства, цены и затраты, могут быть спрогнозированы с помощью экспертных оценок и исторических данных. Такой подход часто приводит к искажению оценок эффективности проектов из-за использования неформализованных данных.

В последние десятилетия активно развиваются подходы к улучшению управления производственными системами на основе цифровых моделей. Цифровой двойник — это виртуальное представление физической системы, синхронизированное с реальным оборудованием. Это позволяет проводить численные эксперименты, анализировать различные сценарии и выявлять оптимальные решения без риска для фактического производства. Применение цифровых моделей открывает новые возможности для оценки эффективности проектов технического переоснащения и модернизации. Однако на сегодняшний день эти методы ограничены в применении на отечественных предприятиях из-за сложности моделирования и его обеспечения.

В статье рассматриваются вопросы инженерной практики применения цифрового моделирования производственных систем, направленные на помощь инженерам в решении их задач по подготовке производства и оценке инвестиционных проектов. Основные аспекты включают:

• Основы цифрового моделирования производственных систем.

• Методы оптимизации производства и принципы их интеграции с цифровыми моделями.

• Практический пример применения цифрового моделирования при определении решений для механического участка.

• Рекомендации по внедрению цифрового моделирования на предприятиях отрасли.

Использование цифровых моделей предоставляет новые возможности для оценки производственных проектов. Во-первых, модели позволяют детально воспроизводить производственные процессы с высокой степенью соответствия реальности, включая технологические операции, логистику и управление. Во-вторых, они дают возможность анализировать различные сценарии при различных внешних условиях, что помогает выявлять наиболее устойчивые решения. В-третьих, цифровые модели могут быть интегрированы с системами мониторинга производства для получения данных в реальном времени, повышая точность прогнозов. В-четвёртых, результаты моделирования могут быть визуализированы, облегчая понимание влияния изменений на производственную систему. В-пятых, процесс поиска оптимальных конфигураций системы может быть автоматизирован с использованием специальных алгоритмов оптимизации.

В условиях многономенклатурного дискретного производства, особенно в машиностроении и ракетно-космической отрасли, традиционные экспертные методы обоснования производственных решений имеют свои ограничения. Высокая стохастичность процессов и сложная структура материальных потоков затрудняют применение аналитических математических методов для оптимизации.

Решение этой проблемы заключается в использовании цифрового моделирования, при котором оценка эффективности производственной системы проводится на основе виртуальных экспериментов с моделью, структурно соответствующей реальной системе. Однако в отечественной промышленности внедрение таких методов пока не получило широкого распространения среди предприятий.

В статье подробно рассматриваются основы моделирования, его преимущества и порядок применения для поиска рациональных решений в организации производства. На примере сквозного технологического процесса изготовления механической детали демонстрируется практический пример создания и использования модели. Вычислительный эксперимент позволил проверить гипотезу о дефиците производственных мощностей, выявить ключевое ограничение процесса и оценить изменения в загрузке смежных участков после его устранения.

Вариант организации механического участка, обоснованный с помощью цифровой модели, обеспечил выполнение производственной программы, увеличение выпуска продукции на 17,6 % и сокращение продолжительности производственного цикла на 19,7 %, без необходимости дополнительного оборудования.

Дальнейшее развитие данного подхода связано с переходом от разовых проектных моделей к цифровым двойникам, которые будут использоваться на стадии эксплуатации производственных систем. Интеграция имитационных моделей с информационными системами предприятия позволит актуализировать расчёты на основе фактических данных и применять результаты моделирования при изменении объёмов и номенклатуры выпуска. Это создаст условия для более оперативного принятия организационно-технологических решений, снижения инвестиционных рисков и повышения эффективности производственных процессов.

Для успешной реализации этого перехода необходимо владение и использование цифровых методов специалистами предприятий. Это вполне решаемая задача, так как все необходимые условия и стартовый задел для обеспечения уже разработаны.