Каковы первые результаты применения технологий класса «Индустрия 4.0» на российских химических предприятиях и на что можно рассчитывать в перспективе?
24 октября 2017 г. в ЦВК «Экспоцентр» в рамках деловой программы выставки «Химия-2017» состоялась форсайт-сессия «Технологии «Индустрии 4.0» для химической промышленности». Сессия была посвящена изучению перспектив применения современных технологий цифровизации производства в химической и нефтехимической промышленности. В форсайт-сессии приняли участие представители Минпромторга РФ, крупнейших российских химических компаний, компаний-разработчиков ПО и средств автоматизации, ведущих вузов страны, а также отраслевых ассоциаций.
Форсайт-сессия (от англ. foresight – «взгляд в будущее») – набирающая сегодня популярность формат дискуссии, позволяющая оценить перспективы технологий и социально-экономических процессов, выработать желаемый образ будущего для предприятия, региона, отрасли или государства. За последние годы в разных городах России было проведено великое множество мероприятий, в том числе в формате форсайт, посвященных различным вопросам развития цифровой экономики и переходу отечественного производства на рельсы «Индустрии 4.0». В большом и пестром ряду данных мероприятий (нередко, увы, носящих надуманный характер) форсайт-сессия «Технологии «Индустрии 4.0» для химической промышленности» привлекает внимание своей конкретикой и актуальностью. Именно она оказалась первой в нашей стране дискуссионной площадкой, специально посвященной анализу возможностей применения технологий класса «Индустрия 4.0» на предприятиях химической и нефтехимической промышленности. Организатором сессии выступил ЦВК «Экспоцентр» при содействии Департамента химико-технологического и лесопромышленного комплекса Минпромторга России, ОАО «НИИТЭХИМ», а также Ассоциации служб КИПиА предприятий химических отраслей промышленности («Автометхим»).
Мероприятие проводилось в формате рэпид форсайт («быстрый форсайт»). Первый блок «Настоящее и вектор развития» (модератор – зам. директора Департамента химико-технологического и лесопромышленного комплекса Минпромторга России А.Ю. Орлов) был посвящен оценке текущего состояния цифровизации российского химпрома (в том числе в сравнении с зарубежными странами), а также анализу перспектив мирового и российского рынка технологий «Индустрии 4.0». Центральной темой второго блока «Будущее: технологический аспект» (модератор – зам. генерального директора ассоциации «Автометхим» Ю.А. Новик) являлась оценка потенциала российских разработчиков контрольно-измерительного оборудования, ПО и средств автоматизации в области создания импортозамещающих технологий класса «Индустрия 4.0». Третий блок «Будущее – управленческий аспект» (модератор – директор Центра навыков и компетенций SkillsCenter П.П. Черных) был посвящен вопросам управления процессом цифровой трансформации промышленных предприятий, а также подготовки кадров для химической промышленности с учетом реалий цифровой экономики.
В приветственном слове модератор первого блока, заместитель директора Департамента химико-технологического и лесопромышленного комплекса Минпромторга России А.Ю. Орлов отметил, что роль химической промышленности в развитии мировой экономики с каждым годом возрастает. В утвержденной Стратегии развития химического и нефтехимического комплекса до 2030 г. одной из целей является увеличение к 2030 г. доли химической промышленности в ВВП до 2%, а также рост потребления химической продукции с нынешних 230 кг на душу населения до 460 кг. Повышение эффективности управления отраслью остается актуальной задачей, решению которой как раз и могут поспособствовать технологии «Индустрии 4.0». Представитель Минпромторга подчеркнул, что за последние годы все мы стали свидетелями колоссального прогресса в области технологий сбора, хранения, передачи и обработки информации. Новые цифровые технологии позволяют существенно повышать качество управленческих решений на всех уровнях. Цифровизация химической промышленности является важной составляющей построения в России современной цифровой экономики. Внедрение технологий «Индустрии 4.0» в химической промышленности позволит получать информацию о состоянии отрасли в режиме реального времени, что имеет большое значение для Минпромторга.
Обзор состояния и перспектив рынка цифровых технологий класса «Индустрия 4.0» представил партнер, руководитель практики по оказанию услуг компаниям в области связи, ИТ и медиа компании PricewaterhouseCoopers в России Ю.В. Пухá. В основу доклада эксперта были положены данные интервью топ-менеджеров крупнейших мировых и российских компаний, собранные в ходе глобальных исследований PwC. По результатам исследований пяти глобальных трендов – сдвиг в расстановке сил в мировой экономике, старение мирового населения, урбанизация, рост дефицита ресурсов и усиление технологического прогресса – именно последний, по мнению большинства опрошенных руководителей компаний, окажет наибольшее влияние на бизнес в ближайшие пять лет.
На взгляд представителя PwC, основу «Индустрии 4.0» (или шире – цифровой трансформации экономики, digital transformation) составляют восемь ключевых технологий: виртуальная и дополненная реальность, 3-D печать, различные беспилотные устройства, искусственный интеллект, «Интернет вещей», роботизация, блокчейн. Каждая из них будет иметь разное влияние на мировую экономику в кратко-, средне- и долгосрочной перспективе. Наибольший эффект для своего бизнеса, по результатам опроса, компании ожидают от применения «интернета вещей».
Ю.В. Пухá отметил, что в мировой практике выделяют два этапа цифровой трансформации компаний: первый этап – вертикальная трансформация (означающая фактически продвинутую автоматизацию существующих процессов: производственных и поддерживающих); второй этап – горизонтальная трансформация, подразумевающая изменение бизнес-модели. В качестве примера второго этапа докладчик привел некоторые тестовые проекты крупнейших мировых производителей автомобилей: озабоченные ожидаемым падением спроса на свою продукцию вследствие развития интернет-сервисов такси и практики каршаринга гиганты автопрома пытаются определить, какие дополнительные сервисы они могут представлять своим потребителям на основе аккумулируемой от них информации, чтобы сохранить свою выручку.
Свое видение перспектив «Индустрии 4.0» также представил директор Ассоциации интернета вещей[1], один из основателей Рунета, А.В. Колесников. Докладчик определил «Индустрию 4.0» как средство повышения эффективности промышленного производства через усиленную интеграцию «Индустриального интернета вещей» в производственные и поддерживающие процессы. В числе важнейших предпосылок распространения «Индустриального интернета» А.В. Колесников назвал многократное снижение цен на датчики и контроллеры, а также изменение менталитета.
Развивая тезис предыдущего докладчика о двух этапах цифровой трансформации компании, директор Ассоциации интернета вещей отметил, что на втором этапе (этапе горизонтальной трансформации) у компании появляется возможность подключить к своей производственной цепочке своих поставщиков и, что особенно важно, потребителей своей продукции. Поэтому главная проблема цифровизации – не технологическая, а управленческая. Необходимым условием для перехода к «Индустрии 4.0» докладчик назвал отказ от практики «феодальных вертикалей управления», при которой предприятия (а подчас и разные подразделения одного предприятия) категорически не желают делиться друг с другом информацией и решать задачи сообща.
«Воля руководства предприятия, желание что-то менять в существующих процессах, повышать их эффективность – это важнейшее условие обеспечения цифровой трансформации», – заметил А.В. Колесников. Для перехода к «Индустрии 4.0» руководство химического предприятия должно ответить на две группы вопросов: первая группа – вопросы оптимизации цепочки снабжения и внутренних процессов: «Что мы можем цифровать?», «Какие данные мы можем снимать?», «Как на основе этих данных мы может повысить эффективность работы предприятия?»; вторая группа – вопросы оптимизации сбыта: «Как вести себя с потребителем?», «Как глубоко его можно пустить в свой производственный контур?», «Что мы знаем о том, как потребляют наш продукт?»
Докладчик заметил, что когда снабжение, производство и сбыт становятся некой цифровой цепочкой, то можно говорить, что мы имеем дело с Химией 4.0.
Большой интерес слушателей вызвали доклады об опыте цифровой трансформации производственных процессов в компаниях «ФосАгро» и «СИБУР». Об опыте внедрения цифровых технологий в компании «ФосАгро» рассказал IT-директор компании Р.Н. Будник. Он подчеркнул, что акционеры компании считают цифровизацию одним из важнейших направлений развития.
Ярким примером эффективности цифровизации стал проект создания системы усовершенствованного управления технологическим процессом цехов по производству аммиака в АО «ФосАгро-Череповец», позволившей на 1,5–2% повысить выход готовой продукции и снизить потребление топливного газа на 30–60 куб. м/ч в зависимости от технологического режима. Важнейший элемент системы – многопараметрические контроллеры, обеспечивающие автоматическое управление температурой, подачей сырья, оптимальную работу установок по производству аммиака. Срок окупаемости проекта по цеху № 1 составил полгода, по цеху № 2 – год.
Значительные выгоды компании «ФосАгро» также принесли проекты по цифровизации рудников, на которых осуществляется добыча апатитового сырья. Так, на руднике «Восточный», включающем в себя три открытых карьера, была создана объединенная автоматизированная система диспетчеризации, позволившая оптимизировать логистику. Оснащение карьерных самосвалов датчиками давления в шинах, а также датчиками, определяющими расстояние до края обрыва, позволило повысить качество перевозок и снизить риск аварийных ситуаций.
На закрытых рудниках (Кировском и Расвумчоррском) компанией была создана автоматизированная система позиционирования и связи, представляющая собой крупнейшую в России и СНГ беспроводную Wi-Fi сеть, работающую в подземном руднике. Благодаря этой системе появилась возможность, во-первых, отслеживать местоположение рабочих в руднике (и эффективно проводить спасательные мероприятия в случае возможных чрезвычайных ситуаций), а во-вторых, повышать качество подземных работ за счет возможности оперативного решения производственных вопросов. Кроме того, Wi-Fi сеть – это необходимая инфраструктура, которая позволит в дальнейшем работать с «Интернетом вещей».
Еще одной сложностью перехода к «Индустрии 4.0», отметил представитель «ФосАгро», является то, что мы входим в нее «не с чистого листа»: производственное оборудование далеко не всегда готово к тому, чтобы выдавать в полном объеме необходимую информацию. Но этот факт, по мнению докладчика, не должен останавливать предприятия на пути цифровизации: дооснащение оборудования необходимыми датчиками и контроллерами, как правило, экономически себя оправдывает.
Доклад руководителя направления «Системы улучшенного управления технологическими процессами» ООО «СИБУР» И.Т. Кимяева был посвящен опыту применения современных интеллектуальных систем оперативного управления на предприятиях ПАО «СИБУР Холдинг».
Докладчик напомнил, что системы улучшенного управления технологическими процессами (СУУ ТП, APC, Advanced process control) в иерархии систем управления занимают промежуточное место между уровнем систем управления технологическими процессами и MES-уровнем. Наиболее близкий технический аналог APC – система автопилота в самолете. Системы класса APC – достаточно зрелый продукт, который появился на мировом рынке около 30 лет назад. В России распространение этих систем началось относительно недавно. Отставание предприятий российской химической и нефтехимической промышленности от мировых лидеров по практике применения APC составляет 10–15 лет.
Основным преимуществом внедрения систем APC является резкое снижение влияния человеческого фактора на управление технологическим процессом. APC дают возможность стабилизировать технологический режим в зависимости от бизнес-целей предприятия по качеству продукции и/или производительности, уменьшить количество брака и снизить операционные затраты.
И.Т. Кимяев отметил, что можно выделить три эволюционных этапа в развитии систем управления технологическими процессами: первый этап – автоматизированное управление с участием только КИПиА и АСУ ТП; второй этап (настоящее время) –включение в контур управления систем APC. На этом этапе оператору требуется лишь выбрать нужный режим, поддержка режима осуществляется автоматически; третий этап, ожидаемый в будущем, – применение систем класса Bid Data, советующих оператору (на основе анализа данных о рыночной конъюнктуре, складских запасах, качестве и сырья и др.), какой режим управления в данный момент времени оптимален.
Применение APC на предприятиях ПАО «СИБУР Холдинг» позволило добиться экономического эффекта от экономии ресурсов, увеличить выход целевых продуктов, сократить время межмарочных переходов, а также снизить требования к квалификации аппаратчиков, сократить сроки их подготовки и оптимизировать их численность. На вопрос, приходилось ли компании в процессе внедрения APC сталкиваться с противоборством операторов, докладчик ответил, что случаи неприятия операторами APC, безусловно, имеют место, но это явление характерно не только для российских предприятий, но и для мировой промышленности в целом.
Так же как и представитель ФосАгро, представитель СИБУРа констатировал, что в процессе цифровой трансформации компании ключевую роль играет воля ее первых лиц.
Доклад заместителя зав. кафедрой Автоматизации технологических процессов РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина доцента Р.Л. Барашкина был посвящен вопросам разработки и применения систем мониторинга контуров регулирования для непрерывного производства. Докладчик отметил, что перед внедрением APC, о которых рассказывали представители химических компаний, на объекте должна быть налажена базовая автоматизация. Интеллектуальным системам управления для работы необходимы адекватные данные, кроме того, в исправном состоянии должны находиться исполнительные устройства. Этим задачам как раз и отвечают системы мониторинга контуров регулирования (СМКР), позволяющие отслеживать работу датчиков, а также качество работы исполнительных устройств. К основным преимуществам внедрения СМКР на производстве относятся: увеличение производительности (до 5%), экономия энергоресурсов (до 10%), снижение затрат на обслуживание (до 10%) и, что особенно важно, снижение затрат на внедрение APC (на 40–60%).
Р.Л. Барашкин отметил, что «Индустрия 4.0» в зарубежных странах возникла «не на пустом месте»: нынешние продвинутые технологические решения – результат многолетней подготовительной работы, связанной, в том числе, с внедрением СМКР. Разработка и внедрение отечественных СМКР – необходимый задел для будущего развития отечественных систем APC. Создание импортозамещающих решений в области систем класса СМКР является одним из направлений работы кафедры автоматизации ТП РГУ нефти и газа. Пример успешной разработки кафедры – система СМКР для биореактора, позволившая существенно повысить качество его работы и предотвратить гибель бактерий вследствие нарушения технологических режимов.
Основной проблемой при внедрении систем СМКР на производстве, отметил Р.Л. Барашкин, является квалификация персонала. При этом повышение квалификации работников – вопрос не только качества отечественной системы образования, но и личной мотивации людей.
Активное участие в форсайт-сессии принял Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск), доклады представителей которого прозвучали во всех трех блоках мероприятия. В первом блоке директор Центра элитного образования ЮУрГУ профессор А.Д. Дрозин рассказал об опыте представляемого им университета по внедрению цифровых технологий в производственные процессы. ЮУрГУ имеет долгую историю сотрудничества с металлургическими предприятиями региона и решения в области цифровизации промышленности, разрабатываемые университетом, как правило, предназначаются именно для металлургов. Вместе с тем, сталеплавильный процесс, отметил А.Д. Дрозин, – это химический процесс при высоких температурах, поэтому решения, оправдавшие себя в металлургии, при определенной доработке могут применяться и в химической промышленности.
Открывая второй блок форсайт-сессии «Будущее – технологический аспект», модератор – зам. генерального директора ассоциации «Автометхим» Ю.А. Новик отметил, что в настоящий момент правильная оценка перспектив «Индустрии 4.0» для российской химической отрасли – это вопрос ее выживания. Российская химическая и нефтехимическая промышленность сегодня находится в тяжелейшей конкурентной ситуации – ситуации «между Востоком и Западом». В этих условиях единственный возможный путь – ускоренное развитие собственных технологий класса «Индустрия 4.0» для химической промышленности и распространение их в рамках отрасли.
Четвертая промышленная революция, по мнению Ю.А. Новика, – это единство и борьба противоположностей. С одной стороны, мировыми лидерами в области технологий «Индустрии 4.0» являются такие гиганты, как Honeywell, Emerson, Siemens, Yokogawa. Но, с другой стороны, распространение облачных технологий может стать сильным ударом по их капитализации, поскольку «железо», которое они производят сегодня, больше не будет требоваться в таких объемах и такого качества. Это дает уникальный шанс развивающимся странам занять место на мировом рынке технологий «Индустрии 4.0».
Ю.А. Новик подчеркнул, что развитие отечественных технологий класса «Индустрия 4.0» должно быть ориентировано не на импортозамещение, а на «импортоопережение». Только отказавшись от практики копирования зарубежных образцов и поставив цель создавать прорывные вещи и стать «законодателем мод», российские разработчики смогут занять на рынке сколько-нибудь прочные позиции. Государство в этих условиях, по мнению эксперта, должно взять на себя консолидирующую роль – объединить усилия научных организаций, инжиниринговых компаний, производителей приборов в вопросах разработки конкурентоспособных отечественных решений.
Главный специалист по автоматизации ПАО «Уралхим» С.В. Клиншов представил доклад «Управление эффективностью производства на основе экспертных оценок и моделей». По мнению докладчика, информационная система, повышающая эффективность производства, должна выполнять четыре функции: мониторинг (оборудования и процессов как технологических, так и общепроизводственных), диагностика (определение проблемы), составление рекомендаций, ранжирование (определение того, на каком уровне должно быть принято необходимое решение).
С точки зрения эксперта, на сегодняшний день сильно недооцениваются возможности нейросетей для управления технологическими процессами. В настоящее время выход из строя всего одного датчика может привести к остановке оборудования. Между тем, с помощью нейросетей могут быть созданы виртуальные анализаторы, позволяющие на основе косвенных данных заменять вышедший из строя реальный датчик до тех пор, пока он не будет отремонтирован или заменен на новый реальный.
Ведущий инженер компании ОВЕН Ф.С. Разоренов рассказал о создании АСУ ТП нового поколения. Докладчик отметил, что важнейшая тенденция, наблюдаемая сегодня в экономике, – переход от приобретения средств к аренде или приобретению услуги. Эта практика уже получила широкое распространение в быту (пример – упомянутые в первом блоке интернет-сервисы такси и др.) и в скором времени получит распространение в промышленности ввиду необходимости снижения затрат на производство.
В этих условиях следует ожидать перехода предприятий от использования от локальных АСУ ТП к облачным системам SaaS, получаемым на время по подписке.
Ф.С. Разоренов подтвердил важность проблемы, упомянутой в первом блоке представителем ФосАгро Р.Н. Будником: отсутствие стандартизированных протоколов обмена данными на сегодняшний день является серьезным препятствием для развития «Интернета вещей».
Доклад заведующей кафедрой «Вычислительная математика и высокопроизводительные вычисления» Южно-Уральского государственного университета Н.М. Япаровой был посвящен математическому моделированию технологических процессов. Докладчик отметила, что математические модели – важнейшая составляющая цифровизации. Завершая выступление, Н.М. Япарова упомянула об актуальности кадровой проблемы для решения задачи цифровизации отечественной промышленности.
Генеральный директор ООО «АСУ Инжиниринг» А.В. Зарембо уточнил временные рамки ожидаемого перехода промышленности на АСУ ТП нового поколения. На взгляд докладчика, в период от 2018 до 2025 г. не следует ожидать серьезных изменений в архитектуре АСУ ТП. Переход на облачные АСУ ТП вероятен после 2025 г., когда разработчики смогут предложить на рынке готовый, легкий в применении продукт. Важнейшей угрозой для распространения новых АСУ ТП докладчик назвал проблемы с обеспечением информационной безопасности.
А.В. Зарембо не согласился с мнением большинства спикеров сессии о критической важности кадровой проблемы для российской промышленности. По мнению докладчика, уже сейчас эту проблему успешно решают корпоративные учебные центры. Кроме того, развитие «Индустрии 4.0» приведет к автоматизации многих видов деятельности, в результате чего спрос на трудовом рынке серьезно сократится.
Большой интерес вызвал доклад директора суперкомпьютерного центра ЛСМ Южно-Уральского государственного университета К.В. Бородулина, посвященный разрабатываемой в ЮУрГУ облачной платформе для поддержки цифровых двойников предприятий в химической промышленности.
Открывая третий блок форсайт-сессии «Будущее – управленческий аспект», его модератор – П.П. Черных отметил, что на сессии прозвучало много интересных докладов технической направленности, однако резюме практически каждого из них так или иначе содержало тезис о том, что решение задачи цифровизации требует высококвалифицированных специалистов. Вместе с тем, логика «Индустрии 4.0» состоит в том, что средства автоматизации, роботизации, программного обеспечения очень сильно вытесняют человека из реального производства. В этих условиях важно определить место человека: либо ему намеренно оставляют какие-то простые функции управления процессом, либо он становится высококвалифицированным партнером машины с точки зрения принятия решения. Помимо снижения роли человечества в производственных процессах в числе актуальных трендов П.П. Черных также назвал увеличение агрессивности человечества в связи с ростом населения и снижение доступности качественного образования. Корпоративные университеты, упомянутые во втором блоке, по мнению эксперта, не решают проблемы с качеством образования: в этих университетах готовятся узкоспециализированные работники, они проигрывают традиционным вузам в том, что называется «культурой образования».
Основными угрозами для развития «Индустрии 4.0» П.П. Черных назвал изоляцию России (причем не только изоляцию политическую и экономическую, но и самоизоляцию в системе образования) и возможное окончание моды на цифровизацию.
Декан факультета инженерного менеджмента РАНХиГС С.С. Серебренников отметил наблюдаемый тренд сокращения жизненного цикла продуктов и технологий. Таким образом, ускоряется цикл сменяемости технологий, что означает и возникновение требования ускоренного обновления к системе образования.
Эксперт отметил, что со временем становится все меньше «чистых профессий»: распространяются кросс-компетентностные модели, конкурентоспособным на рынке труда становится тот, у кого есть несколько разных, порой непересекающихся компетенций. Человек, обладающий компетенциями исключительно в области IT или исключительно в области управления, на трудовом рынке не востребован.
В зарубежных странах сегодня происходит формирование новой компетентностной модели – инжиниринг менеджмент, подразумевающей подготовку специалистов в области управления инженерными проектами. В СССР, признал С.С. Серебренников, такая компетентностная модель была, однако подготовка подобных специалистов занимала 8–12 лет. В текущий момент, в условиях упомянутого «ускорения времени», важно решить задачу ускорения подготовки без ущерба для качества.
Завершили форсайт-сессию два доклада, посвященных современным технологиям обучения: представитель ЮУрГУ Г.О. Жбанков презентовал одну из разработок университета – высокотехнологичные тренажеры-эмуляторы для химической промышленности, а заместитель руководителя по развитию консалтинговой группы «ТЕРМИКА» Д.Б. Черняев рассказал про перспективы применения мобильных устройств для обучения работников правилам техники безопасности.
По итогам сессии сотрудниками ОАО «НИИТЭХИМ» и АО «Экспоцентр» была составлена «карта будущего» технологий «Индустрии 4.0» для российской химической и нефтехимической промышленности (см. рисунок). В число важнейших трендов, влияющих на отрасль в контексте формирования «Индустрии 4.0», были включены: цифровизация промышленности, изменение модели потребления продуктов и услуг, а также изменение роли человека в производственном процессе.
По результатам анкетирования, проведенного по итогам сессии, большинство посетителей считают, что риски от применения технологий «Индустрии 4.0» в химической промышленности, в целом, сопоставимы с выгодами. Опрошенные представители инжиниринговых компаний, компаний-производителей оборудования и ПО считают химическую промышленность перспективной отраслью для внедрения технологий «Индустрии 4.0»: большинство из этих компаний либо уже сотрудничают с химическими предприятиями, либо рассматривают возможность подобного сотрудничества. Также большинство опрошенных положительно оценивают потенциал импортозамещения в сфере технологий «Индустрии 4.0»: российские разработчики, по мнению респондентов, способны создавать конкурентоспособные решения, однако им необходима поддержка со стороны государства.
