Инструменты Индустрии 4.0 комплексно используются крупными мировыми производителями уже сегодня. Такие «фабрики будущего» являют собой прообраз модели, на основе которой будет организовано производство Четвертой промышленной революции, и подобных предприятий становится все больше. Мы расскажем о поразительных перспективах новой индустриальной концепции на примере «умного» завода компании General Electric, где сегодня применяются:
Промышленная зона на окраине города Гринвилл, Южная Каролина, не самое очевидное место, куда можно отправиться, чтобы заглянуть в будущее. Но там, за железнодорожными путями и коробкообразными фабриками, можно найти новый передовой завод компании GE Power, открывшийся в апреле 2016 года. Это место меняет само представление о том, как можно создавать вещи.
Шаг в будущее №1: лазерные технологии и робототехника
Предприятие, занимающее территорию больше двух футбольных полей, похоже на огромный ящик с инструментами из будущего, украшенный гигантской монограммой GE. Элегантный лазерный резак на основе технологии MicroJet направляет лазерный луч через тонкий поток воды и вырезает формы на прочнейших металлах, делая это настолько точно, что они выглядят как нечто неземное. На заводе рядами установлены промышленные 3D-принтеры и печи с аргоном для обработки запчастей, изготовленных из легкого и жаропрочного суперматериала – композитов с керамической матрицей (ККМ).
Где-то в стороне – робот, которого назвали Автономный Прайм в честь персонажа «Трансформеров» Оптимуса Прайма, сканирует свою рабочую зону глазами со встроенной технологией лазерного локатора LIDAR – такая же технология использовалась компанией Google при создании самоуправляемых автомобилей – и обслуживает фрезерный станок с компьютерным управлением. Большинство из представленных здесь технологий используют встроенные сенсоры, которые по безопасным промышленным интернет-каналам передают данные в облако для анализа и обработки.
Шаг в будущее №2: суперматериалы
Во время посещения завода командой GE Reports машины изготавливали волнистые лопасти компрессора для крупнейшего в мире реактивного двигателя, керамические колпаки для газовых турбин и другие детали сложнейших форм и из новейших материалов, создание которых трудно было представить еще пару лет назад. По словам Курта Гудвина, менеджера GE, который управляет заводом, «это предприятие – мост между лабораторией и реальностью. Это инкубатор. Мы взаимодействуем с инженерами, позволяя им осуществлять их грандиозные планы и помогая внедрять их результаты в массовое производство по разумной цене».
Гудвин – человек, который носит очки, серую бородку и ведет себя как дружелюбный университетский профессор, – говорит: «Леонардо да Винчи принес в мир идею вертолета, но понадобилось 400 лет, чтобы Игорь Сикорский воплотил ее в жизнь. У нас есть все для того, чтобы помочь нашим изобретателям творить здесь и сейчас и без промедления внедрять разработки в массовое производство».
GE Power вложила в строительство завода 75 миллионов долларов. Он расположен рядом с огромным предприятием компании в Гринвилле, где GE Power производит крупнейшие в мире газовые турбины, весом в сотни тонн, детали которых выполнены с точностью, сравнимой с толщиной человеческого волоса. На новом заводе инженеры и их коллеги из других подразделений GE, таких как GE Oil & Gas и GE Global Research, будут проводить испытания новых моделей и конструкций, в короткие сроки создавать опытные образцы и затем искать способы массового производства наилучших моделей. GE называет этот проект по обмену знаниями и технологиями GE Store.
Шаг в будущее №3: аддитивные технологии
Второе подобное предприятие General Electric – Центр по совершенствованию аддитивных технологий (Center for Additive Technology Advancement) в Питтсбурге, помогающий компании внедрять методы аддитивного производства, среди которых главное место занимает 3D-печать.
По словам Гудвина, высокотехнологичный завод был необходим компании, чтобы идти в ногу с потребностями потребителей. «Невероятно, как быстро меняется мир, – говорит он. – Ожидания улучшений, предлагаемых рынком, поражают воображение. Наше предприятие-сосед – крупнейшее в мире, и оно уже оптимизировано для производства газовых турбин на пределе своей мощности. У работников этого завода есть много грандиозных идей и нет времени на игры».
Здесь установлены новейшие станки и устройства для анализа больших объемов данных, но главное – это правильно подобранные люди. На завод, где будут работать 80 сотрудников, уже наняты материаловеды со степенью доктора наук, инженеры и механики, которые десятилетиями оттачивали свое мастерство. «Мы тщательно подобрали команду изобретательных людей, которые ориентированы на поиски решений и не паникуют, когда что-то идет не по плану, – говорит Гудвин. – Они знают, что значит быстро потерпеть неудачу. Вместе они могут решить любую проблему».
На заводе General Electric в Гринвилле изготавливаются детали для крупнейшего в мире реактивного двигателя, газовых турбин и другие изделия сложнейших форм и из новейших материалов, создание которых трудно было представить еще пару лет назад.
Работа начинается, когда трехмерная CAD-модель первого прототипа поступает на рабочие станции через интернет. «Мы хотим, чтобы проектировщики показывали нам свое «неказистое детище» – модель, законченную только на 80 процентов, – говорит Блейк Фултон, инженер по материалам, работающий на заводе. – Мы поняли, что на этом этапе они гораздо более готовы к обратной связи». Затем Фултон и его коллеги приступают к созданию 3D-модели конструкции. Она может быть отпечатана из пластмассы или металла, или даже вырезана из древесины.
Раньше проектировщики отправляли свои архивы через службу экспресс-доставки подрядчикам, которые изготавливали модели и отправляли их назад недели спустя. Благодаря прямой передаче данных на 3D-принтеры проектировщики всего лишь за несколько дней создают множество вариантов чертежей и сразу видят, как они будут выглядеть в реальной жизни. «Это мы и называем быстрым прототипированием», – говорит Фултон.
Помимо этого, сотрудники Гудвина тестируют все производственные процессы. GE Aviation уже использует напечатанные на 3D-принтере детали в реактивных двигателях, однако когда у Гудвина появилась идея применить ту же технологию к газовым турбинам (они включают в себя многие из тех же деталей, что и реактивные двигатели, но намного больших размеров), на его пути появились препятствия.
GE Aviation использовала установки на базе технологии 3D-печати металлами Direct Metal Laser Melting. Она заключается в том, что лазерный луч сплавляет слои беспримесного металлического порошка, создавая детали с нуля. Но детали Гудвина были слишком большими и очень долго печатались на DMLM-машинах, что оказалось экономически нецелесообразным.
Гудвин поручил своей команде найти более экономичную машину. Ввиду того, что 3D-печать по-прежнему является новшеством, единственное более быстрое устройство, которое они смогли найти, был 3D-принтер SLM Solutions с двумя лазерными лучами, еще даже не выпущенный на рынок. «Мы купили три», – говорит Гудвин.
Это был рискованный шаг, и вскоре начали возникать трудности. «Мы следовали инструкциям, но качество продукции было неудовлетворительным». Команда провела четыре месяца, анализируя 200 различных параметров программного обеспечения, и сделала 400 аппаратных модификаций, прежде чем устройства были отлажены. Наконец они были использованы для оптимизации конструкции напечатанной на 3D-принтере топливной форсунки для новейшей газовой турбины General Electric и для ввода ее в производство. Новая конструкция понижает уровень выбросов оксидов азота, увеличивая при этом выходную мощность и производительность. «Мы смогли выполнить 10 вариантов дизайна всего за несколько месяцев, а затем спустя четыре месяца направить окончательную версию в производство, – говорит Гудвин. – Обычно на это уходит год».
Шаг в будущее №4: интернет вещей
GE использует программную платформу Predix для потоковой передачи данных через промышленный интернет в облако, их анализа и передачи проблем и решений команде.
Подобные петли обратной связи являются частью концепции GE под названием «цифровой поток» (digital thread). Клэй Джонсон, директор по информационным технологиям GE Power, говорит, что завод по-прежнему демонстрирует только часть того, что ожидается в будущем. По его словам, «цифровой поток» будет постоянно перемещать данные от клиентов и поставщиков к GE и обратно.
«Система будет получать обратную связь в реальном времени благодаря датчикам, расположенным на деталях внутри устройств, – отмечает Джонсон. – В будущем деталь будет сама «понимать», что она приходит в негодность, автоматически заказывать перенастройку и назначать наладчика, который установит обновление. Это настоящий Uber для промышленности».
Но технологии не решат всех задач. Стив Болзе, генеральный директор GE Power, заявил после церемонии открытия: «У нас есть робототехника и 3D-принтеры, но главное – это наши люди, которые доверяют друг другу настолько, чтобы вместе рисковать и создавать будущее».
Статья опубликована 23.03.2018 , обновлена 20.04.2021
