Помощь студентам в учебе
Разработка цифрового двойника цеха 23 завода ПАО «ЧТПЗ»
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОСОБЕННОСТИ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ 7
1.1 Цифровая трансформация бизнеса 7
1.2 Опыт предприятий по внедрению цифрового двойника 25
2 ОПИСАНИЕ ИДЕИ 28
2.1 Характеристика предприятия 28
2.2 Особенности технологического процесса производства труб 29
2.3 Описание предлагаемой модели цифрового двойника 41
3 АНАЛИЗ ВНЕДРЕНИЯ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА 53
3.1 Оценка затрат на реализацию проекта 53
3.2 Анализ ликвидности 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 72
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Финансовая отчетность ПАО «ЧТПЗ» 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Анализ ликвидности ПАО «ЧТПЗ» 82
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОСОБЕННОСТИ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ 7
1.1 Цифровая трансформация бизнеса 7
1.2 Опыт предприятий по внедрению цифрового двойника 25
2 ОПИСАНИЕ ИДЕИ 28
2.1 Характеристика предприятия 28
2.2 Особенности технологического процесса производства труб 29
2.3 Описание предлагаемой модели цифрового двойника 41
3 АНАЛИЗ ВНЕДРЕНИЯ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА 53
3.1 Оценка затрат на реализацию проекта 53
3.2 Анализ ликвидности 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 72
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А Финансовая отчетность ПАО «ЧТПЗ» 80
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Анализ ликвидности ПАО «ЧТПЗ» 82
Актуальность исследования выражается в том, что разработка цифрового двойника представляется в настоящий момент перспективным направлением для вложения средств в развитие предприятия в виду того, что активно развивается цифровизация экономик и бизнес переходит на новую ступень развития.
В настоящий момент наиболее актуальной перспективой развития конкурентоспособных преимуществ для бизнеса является интеграция цифровых технологий в бизнес процессы в организации. Инвестиции в данное направление позволяют предприятию создавать востребованный на рынке продукт, т.к. требования потребителей имеют тенденцию к росту.
Любое производство стремится к большему успеху, в настоящее время особо многообещающей становится концепция цифрового моделирования активов: создание виртуальных копий физических изделий, которые полностью повторяют внешний вид и функциональные способности своих прототипов.
Эксперты во всём мире прогнозируют окончательное пришествие цифровой эпохи уже в ближайшем будущем. «Цифровая революция проникает во все сферы жизни и в каждую отрасль экономики. Многие вещи сегодня воспринимаются как должное, хотя пять-десять лет назад их просто не существовало», - отмечает директор группы по природным ресурсам и сырьевым товарам Fitch Ratings Дмитрий Маринченко. Пожалуй, к таким вещам можно уже отнести и технологию создания «цифровых двойников», или, как их называют c легкой руки авторов идеи - инженеров НАСА, «цифровых близнецов» (digital twins).
Впервые это понятие появилось в 2003 году после публикации статьи профессора и помощника директора Центра управления жизненным циклом и инновациями в Технологическом институте Флориды Майкла Гривса «Цифровые близнецы: превосходство в производстве на основе виртуального прототипа завода». Объяснения ему даются разные. Например, по мнению доктора философских наук, вице-президента по исследованиям программного обеспечения GE Global Research Center Колина Дж. Пэрриса, слова которого приводит Sciencepop, цифровые близнецы - это гибридная модель (одновременно физическая и цифровая), которая создается специально для определенных целей бизнеса, например, предсказать неудачи, снизить затраты на обслуживание, предотвратить незапланированные отключения. Впрочем, так как речь идет о науке, в разных источниках описания технологии отличаются друг от друга непринципиально и, по сути, являются развитием с учетом возможностей «Индустрии 4.0» методов цифрового проектирования, которые в архитектуре, например, используются уже не один десяток лет и называются BIM (building information modeling, информационным моделированием здания). Смысл в создании трехмерной модели, связанной с информационной базой данных, в которой каждому элементу можно присвоить дополнительные атрибуты. При этом информационная модель существует и после возведения здания, позволяет управлять всем его жизненным циклом вплоть до сноса.
Четвертая промышленная революция придала технологии новую глубину. Концепция digital twin подразумевает соединение физического и цифрового мира через взаимодействие оборудования и аналитического программного обеспечения, полностью выполняя главный принцип «Индустрии 4.0»: переход к использованию киберфизических систем. Если проще, в рамках технологии digital twin для физического объекта, единицы оборудования или целого процесса, создается математическая модель, которая в дальнейшем используется для анализа поведения объекта. Более того, цифровая модель постоянно обновляется, чтобы максимально полно соответствовать текущему рабочему режиму реальной установки. Это дает возможность выявить непредусмотренные изменения в процессах, оптимизировать режимы работы оборудования, предотвращать поломки и аварии, что в итоге позволяет существенно повысить надежность и эффективность эксплуатации.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка модели цифрового двойника для цеха 23 ПАО «ЧТПЗ».
Объект работы - Публичное акционерное общество ПАО «ЧТПЗ».
Предмет работы - экономическая оценка внедрения цифрового двойника.
Задачи работы:
- изучить теоретические основы индустрии информационных технологий, а также опыт внедрения и разработки цифрового двойника для производства на предприятиях в России и за рубежом;
- описать предлагаемую модель цифрового двойника;
- провести анализ внедрения цифрового двойника в деятельность предприятия.
Для выполнения обозначенных задач был использован метод совокупной стоимости владения.
Научная новизна исследования состоит в разработке модели цифрового двойника для непрерывного производства бесшовных труб.
Практическая значимость работы заключается в том, что результаты данного исследования могут быть использованы предприятием для дальнейшей разработки и внедрения технологии цифровых двойников.
В настоящий момент наиболее актуальной перспективой развития конкурентоспособных преимуществ для бизнеса является интеграция цифровых технологий в бизнес процессы в организации. Инвестиции в данное направление позволяют предприятию создавать востребованный на рынке продукт, т.к. требования потребителей имеют тенденцию к росту.
Любое производство стремится к большему успеху, в настоящее время особо многообещающей становится концепция цифрового моделирования активов: создание виртуальных копий физических изделий, которые полностью повторяют внешний вид и функциональные способности своих прототипов.
Эксперты во всём мире прогнозируют окончательное пришествие цифровой эпохи уже в ближайшем будущем. «Цифровая революция проникает во все сферы жизни и в каждую отрасль экономики. Многие вещи сегодня воспринимаются как должное, хотя пять-десять лет назад их просто не существовало», - отмечает директор группы по природным ресурсам и сырьевым товарам Fitch Ratings Дмитрий Маринченко. Пожалуй, к таким вещам можно уже отнести и технологию создания «цифровых двойников», или, как их называют c легкой руки авторов идеи - инженеров НАСА, «цифровых близнецов» (digital twins).
Впервые это понятие появилось в 2003 году после публикации статьи профессора и помощника директора Центра управления жизненным циклом и инновациями в Технологическом институте Флориды Майкла Гривса «Цифровые близнецы: превосходство в производстве на основе виртуального прототипа завода». Объяснения ему даются разные. Например, по мнению доктора философских наук, вице-президента по исследованиям программного обеспечения GE Global Research Center Колина Дж. Пэрриса, слова которого приводит Sciencepop, цифровые близнецы - это гибридная модель (одновременно физическая и цифровая), которая создается специально для определенных целей бизнеса, например, предсказать неудачи, снизить затраты на обслуживание, предотвратить незапланированные отключения. Впрочем, так как речь идет о науке, в разных источниках описания технологии отличаются друг от друга непринципиально и, по сути, являются развитием с учетом возможностей «Индустрии 4.0» методов цифрового проектирования, которые в архитектуре, например, используются уже не один десяток лет и называются BIM (building information modeling, информационным моделированием здания). Смысл в создании трехмерной модели, связанной с информационной базой данных, в которой каждому элементу можно присвоить дополнительные атрибуты. При этом информационная модель существует и после возведения здания, позволяет управлять всем его жизненным циклом вплоть до сноса.
Четвертая промышленная революция придала технологии новую глубину. Концепция digital twin подразумевает соединение физического и цифрового мира через взаимодействие оборудования и аналитического программного обеспечения, полностью выполняя главный принцип «Индустрии 4.0»: переход к использованию киберфизических систем. Если проще, в рамках технологии digital twin для физического объекта, единицы оборудования или целого процесса, создается математическая модель, которая в дальнейшем используется для анализа поведения объекта. Более того, цифровая модель постоянно обновляется, чтобы максимально полно соответствовать текущему рабочему режиму реальной установки. Это дает возможность выявить непредусмотренные изменения в процессах, оптимизировать режимы работы оборудования, предотвращать поломки и аварии, что в итоге позволяет существенно повысить надежность и эффективность эксплуатации.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка модели цифрового двойника для цеха 23 ПАО «ЧТПЗ».
Объект работы - Публичное акционерное общество ПАО «ЧТПЗ».
Предмет работы - экономическая оценка внедрения цифрового двойника.
Задачи работы:
- изучить теоретические основы индустрии информационных технологий, а также опыт внедрения и разработки цифрового двойника для производства на предприятиях в России и за рубежом;
- описать предлагаемую модель цифрового двойника;
- провести анализ внедрения цифрового двойника в деятельность предприятия.
Для выполнения обозначенных задач был использован метод совокупной стоимости владения.
Научная новизна исследования состоит в разработке модели цифрового двойника для непрерывного производства бесшовных труб.
Практическая значимость работы заключается в том, что результаты данного исследования могут быть использованы предприятием для дальнейшей разработки и внедрения технологии цифровых двойников.
В данной выпускной квалификационной работе был рассмотрен процесс разработки цифрового двойника для цеха 23 ПАО «ЧТПЗ».
В ходе работы были выполнены следующие задачи:
- изучены теоретические основы индустрии информационных технологий, а также опыт внедрения и разработки цифрового двойника для производства на предприятиях в России и за рубежом;
- описана предлагаемая модель цифрового двойника;
- проведен анализ внедрения цифрового двойника в деятельность предприятия.
Данные задачи были достигнуты путем обследования вторичных источников информации, анализа литературы, а также применения метода совокупной стоимости владения для оценки затрат по проекту.
В первой главе выпускной квалификационной работы была рассмотрена актуальность цифровизации экономики, а также целесообразность применения в ходе создания цифровых двойников PLM-систем прикладного программного обеспечения для управления жизненным циклом продукции. Также было отмечено, что внедрение цифровых двойников целесообразно в непрерывных инновационных процессах, осуществляемых внутри ПС.
Выявлены основные проблемы производства, а также ситуации, при которых цифровой двойник будет наиболее эффективно внедрен в предприятие. Обозначена классификация, включающая три типа двойников изделия: цифровые двойники-прототипы DTP, цифровые двойники-экземпляры DTI и
агрегированные двойники DTA. Также было сказано, что цифровой двойник производственной системы включает в себя: инжиниринговую модель ПС и эксплуатационную модель ПС.
Основное преимущество цифровых двойников - скорость принятия технических решений и стоимость получения требуемых характеристик изделия.
Имея данную модель, можно на порядок сократить количество натурных испытаний, число попыток отработки техпроцессов, всего того, что связано с изготовлением реальной материальной части и её испытаниями, стоимость которых значительно выше, чем стоимость виртуального моделирования. Другое преимущество двойников - возможность работы всего коллектива над изделием совместно с территориально удалёнными отделами и инженерными центрами.
Если рассматривать цифровой двойник не конкретного изделия, а промышленного производства, то преимущество заключается в возможности симулировать в виртуальной среде все процессы, определении необходимого количества и оптимального расположения оборудования в зависимости от объёма и номенклатуры выпускаемых изделий. Также рассмотрен опыт организаций, внедряющих технологии цифровых двойников в производственные процессы на предприятии.
Во второй главе выпускной квалификационной работы дана краткая характеристика предприятия, выявлена организационная структура. Рассмотрен непрерывный технологический процесс производства бесшовной трубы в электродуговой печи, перечислены основные этапы создания изделия. Описана модель цифрового двойника для цеха.
В третьей главе выпускной квалификационной работы проведен анализ затрат по проекту. Затраты разделены по фазам жизненного цикла проекта. Затем, перечень затрат сведен в денежные потом от инвестиционной и операционной деятельности.
Можно сделать вывод о том, что в первый год реализации проекта будут самые высокие затраты в виду того, что для внедрения технологии цифрового двойника будут необходимы затраты на оборудование, оплату работ исполнителям и другие затраты, перечисленные выше.
Далее денежные потоки были продисконтированы. Показатели оценки эффективности инвестиционного проекта, предполагающие использование концепции дисконтирования, предоставляют более объективную основу для 70
оценки и выбора инвестиционного проекта, так как расчет дисконтированных показателей эффективности проекта предполагает учет фактора временной стоимости денег. Дисконтирование показало, что затраты сегодня обходятся нам дороже, чем затраты, осуществляемые через год и позже.
При формировании вывода о финансировании проекта, был проведен анализ ликвидности. Дано заключение о том, что предприятие имеет достаточно средств для финансирования подобного проекта. Сделаны выводы относительно реализации проекта.
Подводя итог по результатам исследования можно делать вывод о том, что применение современных инновационных технологий, таких как цифровой двойник целесообразно на крупных предприятиях, которые желают поддерживать определенно высокий уровень конкурентоспособности и отвечать всем требованиям современного быстроразвивающегося рынка.
Суммарные затраты на реализацию проекта составят 5 042 700 рублей, данные затраты будут покрыты за счет собственных средств предприятия.
В ходе работы были выполнены следующие задачи:
- изучены теоретические основы индустрии информационных технологий, а также опыт внедрения и разработки цифрового двойника для производства на предприятиях в России и за рубежом;
- описана предлагаемая модель цифрового двойника;
- проведен анализ внедрения цифрового двойника в деятельность предприятия.
Данные задачи были достигнуты путем обследования вторичных источников информации, анализа литературы, а также применения метода совокупной стоимости владения для оценки затрат по проекту.
В первой главе выпускной квалификационной работы была рассмотрена актуальность цифровизации экономики, а также целесообразность применения в ходе создания цифровых двойников PLM-систем прикладного программного обеспечения для управления жизненным циклом продукции. Также было отмечено, что внедрение цифровых двойников целесообразно в непрерывных инновационных процессах, осуществляемых внутри ПС.
Выявлены основные проблемы производства, а также ситуации, при которых цифровой двойник будет наиболее эффективно внедрен в предприятие. Обозначена классификация, включающая три типа двойников изделия: цифровые двойники-прототипы DTP, цифровые двойники-экземпляры DTI и
агрегированные двойники DTA. Также было сказано, что цифровой двойник производственной системы включает в себя: инжиниринговую модель ПС и эксплуатационную модель ПС.
Основное преимущество цифровых двойников - скорость принятия технических решений и стоимость получения требуемых характеристик изделия.
Имея данную модель, можно на порядок сократить количество натурных испытаний, число попыток отработки техпроцессов, всего того, что связано с изготовлением реальной материальной части и её испытаниями, стоимость которых значительно выше, чем стоимость виртуального моделирования. Другое преимущество двойников - возможность работы всего коллектива над изделием совместно с территориально удалёнными отделами и инженерными центрами.
Если рассматривать цифровой двойник не конкретного изделия, а промышленного производства, то преимущество заключается в возможности симулировать в виртуальной среде все процессы, определении необходимого количества и оптимального расположения оборудования в зависимости от объёма и номенклатуры выпускаемых изделий. Также рассмотрен опыт организаций, внедряющих технологии цифровых двойников в производственные процессы на предприятии.
Во второй главе выпускной квалификационной работы дана краткая характеристика предприятия, выявлена организационная структура. Рассмотрен непрерывный технологический процесс производства бесшовной трубы в электродуговой печи, перечислены основные этапы создания изделия. Описана модель цифрового двойника для цеха.
В третьей главе выпускной квалификационной работы проведен анализ затрат по проекту. Затраты разделены по фазам жизненного цикла проекта. Затем, перечень затрат сведен в денежные потом от инвестиционной и операционной деятельности.
Можно сделать вывод о том, что в первый год реализации проекта будут самые высокие затраты в виду того, что для внедрения технологии цифрового двойника будут необходимы затраты на оборудование, оплату работ исполнителям и другие затраты, перечисленные выше.
Далее денежные потоки были продисконтированы. Показатели оценки эффективности инвестиционного проекта, предполагающие использование концепции дисконтирования, предоставляют более объективную основу для 70
оценки и выбора инвестиционного проекта, так как расчет дисконтированных показателей эффективности проекта предполагает учет фактора временной стоимости денег. Дисконтирование показало, что затраты сегодня обходятся нам дороже, чем затраты, осуществляемые через год и позже.
При формировании вывода о финансировании проекта, был проведен анализ ликвидности. Дано заключение о том, что предприятие имеет достаточно средств для финансирования подобного проекта. Сделаны выводы относительно реализации проекта.
Подводя итог по результатам исследования можно делать вывод о том, что применение современных инновационных технологий, таких как цифровой двойник целесообразно на крупных предприятиях, которые желают поддерживать определенно высокий уровень конкурентоспособности и отвечать всем требованиям современного быстроразвивающегося рынка.
Суммарные затраты на реализацию проекта составят 5 042 700 рублей, данные затраты будут покрыты за счет собственных средств предприятия.
