ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ИНДУСТРИИ 4.0 ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ ПОКРЫШЕК

Аннотация. В данной статье исследуется внедрение технологий индустрии 4.0 в процесс производства автомобильных покрышек с целью осуществления цифровой трансформации в данной отрасли. Рассматриваются основные концепции и принципы индустрии 4.0, такие как интернет вещей (IoT), облачные вычисления, биг-дата, искусственный интеллект и автоматизация процессов. Основное внимание уделяется возможностям, преимуществам и вызовам, связанным с внедрением этих технологий в производстве автомобильных покрышек. Исследуются примеры успешных реализаций индустрии 4.0 в данной отрасли и их влияние на качество, эффективность и конкурентоспособность производства покрышек.

Ключевые слова: технологии индустрии 4.0; цифровая трансформация; производство автомобильных покрышек; интернет вещей; облачные вычисления; биг-дата

Индустрия 4.0, также называемая Четвертой промышленной революцией или 4IR, — это следующий этап цифровизации производственного сектора, обусловленный прорывными тенденциями, включая рост объема данных и возможностей подключения, аналитику, взаимодействие человека и машины и усовершенствования в робототехнике [1].

Пар привел в движение первую промышленную революцию; электричество привело в движение вторую; предварительная автоматизация и машинное оборудование создали третью; а киберфизические системы — или интеллектуальные компьютеры — формируют Четвертую промышленную революцию.

До 2014 года поисковый запрос Google (По требованию Роскомнадзора информируем, что иностранное лицо, владеющее информационными ресурсами Google является нарушителем законодательства Российской Федерации – прим. ред.) “Индустрия 4.0” практически не существовал, но к 2019 году 68 процентов респондентов, участвовавших в глобальном опросе McKinsey, рассматривали индустрию 4.0 в качестве главного стратегического приоритета. Семьдесят процентов заявили, что их компании уже опробовали или внедряют новые технологии.

4IR основывается на изобретениях Третьей промышленной революции — или цифровой революции, — которая разворачивалась с 1950-х по начало 2000-х годов и принесла нам компьютеры, другие виды электроники, Интернет и многое другое. Индустрия 4.0 выводит эти изобретения за рамки прежних возможностей благодаря четырем основополагающим типам прорывных технологий (примеры приведены ниже), которые могут применяться по всей цепочке создания стоимости:

1. подключение, передача данных и вычислительная мощность: облачные технологии, Интернет, блокчейн, датчики

2. аналитика и интеллект: продвинутая аналитика, машинное обучение, искусственный интеллект

3. взаимодействие человека и машины: виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR), робототехника и автоматизация, автономные управляемые транспортные средства

4. передовые технологии: аддитивное производство (например, 3D-печать), возобновляемые источники энергии, наночастицы

Однако технология - это только половина уравнения индустрии 4.0. Чтобы процветать в условиях Четвертой промышленной революции, компании должны обеспечить надлежащее оснащение своих работников путем повышения квалификации и переподготовки кадров, а затем при необходимости нанимать новых людей. Повышение квалификации означает, что сотрудники осваивают новые навыки, которые помогут им на их нынешних должностях по мере развития необходимых им навыков. Переквалификация - это настоящая проблема: работники проходят переподготовку с приобретением новых навыков, которые позволят им занимать различные должности в своих компаниях.

Это становится все более важным по мере того, как прорывные технологии меняют требования к работе, но перспективы переквалификации различаются географически. В Европе 94 процента опрошенных руководителей считают, что баланс между наймом и повторным повышением квалификации должен быть равным или склоняться в сторону повторного повышения квалификации, по сравнению только с 62 процентами респондентов в США [2].

Четвертая промышленная революция может сделать продукты и услуги более легкодоступными и передаваемыми для предприятий, потребителей и заинтересованных сторон по всей цепочке создания стоимости. Предварительные данные показывают, что успешное масштабирование технологии 4IR делает цепочки поставок более эффективными, а рабочее время - более продуктивным, сокращает производственные отходы и имеет множество других преимуществ для сотрудников, заинтересованных сторон и потребителей.

Внедрение технологии "Индустрия 4.0" также особенно выгодно в условиях пандемии. Фактически, COVID-19 ускорил переход к 4IR, поскольку физическое дистанцирование и изменение потребительских требований вынудили компании перейти к цифровизации и бесконтактным операциям. Спустя шесть месяцев после начала пандемии 94 процента респондентов, участвовавших в опросе McKinsey, заявили, что "Индустрия 4.0" помогла сохранить работу их компаний, а 56 процентов считают эти технологии критически важными для реагирования на кризис.

До пандемии основные факторы, побуждающие компании к цифровизации, варьировались в зависимости от отрасли. Но в 2020 году три фактора были общими для всех секторов и географических регионов: оперативность, гибкость и эффективность производства. Компании, которые уже внедрили технологии индустрии 4.0 до COVID-19, были в лучшем положении для решения возникающих проблем.

• Одна компания по производству потребительских товаров в Азии создала цифрового двойника своей цепочки поставок для моделирования различных сценариев. Во время пандемии компания использовала этот симулятор, чтобы подготовиться к внезапным отключениям или перебоям в поставках материалов.

• Когда один завод по производству кофемашин в Тревизо, Италия, превратился из неконкурентоспособного предприятия в производственный маяк, производительность труда выросла на 33 процента, а сроки выполнения заказов сократились на 82 процента.

• Из опрошенных компаний, которые еще не приступили к внедрению технологий индустрии 4.0, 56 процентов в результате почувствовали себя ограниченными в своих ответах на вызовы пандемии.

В соответствие с идеями «Индустрии 4.0» Президентом РФ был утвержден указ, определяющий основные направления «Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017-2030 годы». Согласно стратегии, в нашей стране к 2030 году должно сформироваться информационное общество, основывающееся на новых возможностях цифровых технологий, но в то же время сохраняющее традиционные и привычные формы получения товаров и услуг. В итоге в соответствие с этой стратегией будет сформирована национальная цифровая экономика [4].

В рамках реализации вышеописанной стратегии была разработана программа «Цифровая экономика Российской Федерации». Данная программа обозначает основные направления прорывного технологического развития России до 2024 года. Тотальное подключение к сети и внедрение новых бизнес-моделей должны повлиять на повышение производительности труда, улучшение благосостояния граждан и качество государственного управления. Однако для этого необходима полная трансформация почти всех сфер жизни - начиная от производства и образования и заканчивая здравоохранением и государственным управлением [5].

Соответственно, компоненты многих передовых технологий уже используются на предприятиях, но полная цифровизация, как описано в программе, пока не достигнута.

Одним из компонентов, широко внедряемых на предприятиях, является "цифровой двойник". Это виртуальная модель реальной машины, продукта или системы, созданная на основе данных с датчиков "промышленного интернета вещей" [2]. С помощью этого компонента вы можете получить больше информации о продукте, проанализировать его и на этой основе улучшить его характеристики и свойства.

Процесс создания автомобильной шины состоит из множества этапов, которые являются довольно трудоемкими и дорогостоящими. Основными этапами являются: разработка модели, тестирование прототипа, приготовление резиновой смеси, подбор компонентов шины, сборочное производство, вулканизация, контроль качества. Но в последнее время многое в этом процессе начинает меняться: ряд этапов может быть объединен вместе или полностью пропущен, благодаря использованию методов математического компьютерного моделирования.

Основным сырьем для производства шин являются натуральный и синтетический каучук, сажа и масло. Доля резиновых смесей в шине составляет более 80%. Оставшаяся часть - это компоненты, которые усиливают конструкцию шины.

Около половины каучука в промышленности производится из каучуковых деревьев, выращиваемых в странах с тропическим климатом, таких как Малайзия и Индонезия. Большую часть синтетического каучука, производимого из нефти, мы получаем от европейских производителей.

Шины со сверхвысокими эксплуатационными характеристиками (UHP) и низким сопротивлением качению (LRR) представляют собой наиболее быстрорастущие технологии и сегменты рынка, и крупные производители стремятся в этот сектор, чтобы обеспечить более высокую маржу прибыли. Одновременно наблюдается смещение в сторону легких грузовиков от легковых автомобилей, а в сегменте высокопроизводительных автомобилей продолжается спрос на шины большего размера/диаметра обода, хотя сейчас они приближаются к своим практическим верхним пределам [6].

Планирование производства в шинном бизнесе сильно изменилось с 2000 года, поскольку увеличилось количество суббрендов и типоразмеров. Клиенты требуют более быстрых сроков доставки, поэтому цикл выполнения заказов стал короче, а склады больше не заполняются продуктами.

Однако производителям шин приходится балансировать между производственными циклами и заказами, а более короткие партии продукции и сложные составы продуктов создают проблемы для планирования и повседневной работы завода.

Для того чтобы шинный завод был эффективным, хороший производственный план является важнейшей основой для планирования материальных потоков. Несмотря на то, что проблемы, угрозы и возможные подводные камни различаются в проектах "браунфилда" и "гринфилда", обширный, аналитический и перспективный производственный план является ключевым при создании нового процесса [7].

При увеличении количества типоразмеров шин по-прежнему возможно уменьшить количество полуфабрикатов, если предусмотрена возможность модуляции. Не для каждой шины требуются специальные компоненты, и хорошим решением является модульная конструкция, например, со стальными ремнями и компонентами каркаса.

Небольшое увеличение или уменьшение ширины шин может быть небольшим, но высокоэффективным способом дальнейшего сокращения количества отдельных изделий на складе завода.

Модульизация должна быть систематической и планироваться совместно с профессиональными партнерами, поскольку она может значительно повысить производительность даже при сложном ассортименте продукции и минимальных инвестициях или вообще без них. На данном заводе, особенно на новой площадке, шинные компании все чаще отказываются от производства многоразмерных и разнотипных шин. Это позволяет специализировать процессы и оборудование, подходящие для конкретного размера или типа шин, и может значительно снизить сложность и повысить эффективность [8].

Компаундирование, смешивание и подготовка некоторых компонентов все чаще передаются на аутсорсинг, что приводит к ситуации, когда некоторые современные предприятия по производству шин в большей степени ориентированы на производство шин из материалов и компонентов, отправляемых с нескольких сторонних предприятий.

На мировом рынке это согласуется с тенденцией шинных компаний производить продукцию ближе к заводам по сборке автомобилей OEM. Такой подход экономит транспортные расходы и время доставки на рынок, избегая при этом определенных текущих и потенциальных будущих торговых ограничений или тарифов; и в будущем он будет увеличиваться, особенно учитывая неопределенность текущего торгового соглашения между США и Китаем.

Автоматизация по-прежнему остается одним из важнейших факторов, помогающих производителям шин справляться с вызовами глобальной конкуренции и консолидации, технологических инноваций и управления устареванием. Сочетание автоматизации с интеллектуальным программным обеспечением для искусственного интеллекта, включая алгоритмы обучения, было названо четвертой промышленной революцией, или Индустрией 4.0.

Это область, в которой достигнут значительный прогресс, главным образом на наиболее развитых рынках. Автоматизация может быть применена ко всему заводу или к конкретному технологическому оборудованию, такому как машина для изготовления шин.

На уровне предприятий была проведена большая работа по модернизации старых заводов и проектированию новых с учетом автоматизации. Чтобы оставаться конкурентоспособными, производители в США автоматизируют свои существующие предприятия, хотя это может оказаться серьезной проблемой, поскольку планировка заводов рассчитана на ручные процессы [9].

Полная автоматизация производства может дать множество преимуществ - снизить уровень складских запасов, оптимизировать пространство, свести к минимуму резервные запасы, а также возможность полной прослеживаемости каждой шины в процессе производства. В совокупности это может привести к получению высококачественных шин и повышению производительности, но делает упор на большую однородность материалов и на сорта, которые больше подходят для автоматической обработки. Внедрение встроенных RFID-чипов и датчиков в шины имело множество последствий для транспортных средств, использующих более интеллектуальные и автоматизированные платформы вождения. Та же технология может быть полезна и на заводе-изготовителе [10]. Его использование в дополнение к штрих-кодам дает отрасли более глубокое понимание и больший спектр удобств.

RFID–метки могут хранить важные данные – такие как марка, размер или тип шины, - которые можно быстро считывать и, таким образом, соответствуют тенденции к большей автоматизации. В отличие от этикетки со штрих-кодом, RFID-метки можно считывать, даже если они скрыты другими объектами или встроены в саму шину.

Крупные поставщики шиномонтажного оборудования и средств автоматизации, такие как Mesnac и Rockwell Automation, активно распространяют эту технологию, как и более мелкие специализированные компании, такие как Computype.

В то время как RFID и датчики в шинах могут помочь производству, внедрение, скорее всего, будет медленным, если новые нормативные требования не дадут особого импульса. Его первоначальное применение будет широко распространено в более дорогих сегментах, таких как шины для бездорожья, грузовиков и автобусов.

Дискуссии, связанные с автоматизацией и Factory 4.0, могут показаться непосильными для старых заводов, учитывая возраст их оборудования и процессов. Может показаться, что Индустрия 4.0 предназначена для новых предприятий и недоступна для устаревших объектов. Фактически, заводы в браунфилде также могут начать осваивать новую эру производства и дистрибуции шин, а именно благодаря модульному подходу, который поэтапно устанавливает сотовую автоматизацию. Вы можете постепенно соединять ячейки вместе и приводить фабрику в соответствие с технологиями индустрии 4.0, как с точки зрения роботизации, так и с точки зрения программного обеспечения для управления. Поэтапное внедрение также легко управляется и обеспечивает более быструю окупаемость инвестиций.

Постепенно шинные предприятия начнут ощущать чистый эффект промышленной революции Factory 4.0. Сегодня производители, которые внедрили технологии индустрии 4.0 или строят свои стратегии на их основе, уже опережают своих конкурентов. Они готовы перейти в новую эру производства и дистрибуции шин с гибкой и эффективной автоматизацией, которая оптимизируется за счет обратной связи, основанной на данных, обеспечивая полный контроль над производством и потоком материалов.