Из английского городка Милтон-Кинс до шотландского Гринока - шестьсот километров пути. Пять дней пешком или пару суток на лошади, это если не спать. А на поезде - всего пять часов, и еще можно прикорнуть. Этим чудом, в смысле - поездом, который сегодня для нас обычное дело, мы обязаны в том числе родившемуся в Гриноке Джеймсу Уатту.
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Фото: S i e m e n s
Начало первой промышленной революции связывают не с изобретением парового двигателя как такового, а с изобретением первого эффективного парового двигателя. Этим-то мир и обязан Уатту. Его усовершенствования сделали работу этого устройства более стабильной, при этом увеличив мощность в пять раз. Более того, на основе механизма Уатта стало возможным преобразовать поступательное движение поршня во вращательное, и паровой двигатель мог крутить колесо и мельницы, и фабричного станка. А потом инженеры Ричард Тревитик и Оливер Эванс соединили бойлер и двигатель в одном устройстве, что позволило использовать их для движения паровозов.
Всего человечество уже пережило три промышленные революции, каждая из которых меняла мир до неузнаваемости. Переход от ручного труда к машинному изменил социальную структуру общества. Вторая промышленная революция за счет электрификации создала возможность поточного производства, товары массового потребления дешевели, креп и ширился средний класс. Третья за счет развития вычислительной техники компьютеризировала не только промышленное производство, но и всю нашу жизнь, информация теперь всему голова и все ужасно поумнело - от предприятий до домов.
Казалось бы, теперь бы человечеству взять паузу, передохнуть, вместо того, чтобы продолжать свое активное развитие, разложить олдскульную "косынку" или хоть половить покемонов. Но нет, на подходе промышленная революция номер четыре.
Дело даже не в том, что на производстве будут работать одни сплошные роботы. Этим сегодня никого не удивишь. Но эти роботы будут управляться другими роботами, которые будут взаимодействовать не только друг с другом, но и с предметами, которые они будут производить. Которые, в свою очередь, изучая предпочтения людей по пользованию собой, будут сообщать роботам об этих предпочтениях, и роботы будут эти предметы по умолчанию совершенствовать. Вы смущены и обескуражены? Наверное, так же чувствовала себя пряха XVIII века, которой пытались объяснить достоинства прядильных машин Аркрайта.
Сколько можно?
Мир уже пережил три технические революции, и мы неизбежно катимся к четвертой. Точнее, уже докатились.
Первая промышленная революция
Началась в Великобритании в последней трети XVIII века и приняла в первой половине XIX века всеобъемлющий характер, охватив затем и другие страны Европы и Америки. Ее успех был основан на нескольких инновациях, таких как паровая машина и прядильная машина, а также на использовании в металлургии каменноугольного кокса. Появились железные дороги, первый паровоз был построен в 1804 году. Спустя три года построили первый в мире пароход. Было положено начало химической промышленности, а улицы стали освещать газовыми фонарями.
Вторая промышленная, или технологическая, революция
Берет свое начало во второй половине XIX века, с внедрения бессемеровского процесса в металлургии, ставшего первым недорогим способом промышленного производства высококачественной стали. Была изобретена бумагоделательная машина. Зародилась нефтяная промышленность. Электрификация стала основой поточного производства, пионером которого в автомобилестроении стал Генри Форд. Все это привело к падению цен на автомобили. Например, Ford T подешевел с $780 в 1910 году до $360 в 1916 году.
Третья промышленная, или цифровая, революция
Массовый переход от, как теперь любят говорить, "ламповых" аналоговых технологий к цифровым начался еще в 80-е годы прошлого века. Основа всего - вычислительная техника, которая одновременно с тем, как становилась все продуктивнее, еще и быстро уменьшалась в размерах. Скорость распространения информации уже превысила, кажется, скорость звука. Все меньше людей стало работать на производствах, все больше - в сфере услуг. Интернет стал вездесущим, мир погряз в глобализации.
Четвертая промышленная революция
Ключевая роль тут отводится киберфизическим системам, которые подразумевают интеграцию вычислительных процессов в процессы физические. Они позволят сделать так, что целые этапы производства будут происходить без участия человека. Производственные мощности будут взаимодействовать с производимыми товарами, оперативно адаптируясь под новые запросы потребителей. Предметы начнут взаимодействовать друг с другом вроде того, как, например, смартфоны уже взаимодействуют с автомобилями.
Фото: S i e m e n s
Быстрее, лучше, точнее
Увидеть будущее промышленности своими глазами хотелось очень сильно. Для этого нас привезли в тот самый британский городок Милтон-Кинс. Здесь расположена база команды Red Bull Racing. Формула 1 сегодня - это не только королевские гонки на высоких скоростях, но и максимально быстрое производство высокотехнологичных машин. После окончания очередного сезона специалистам в условиях ограниченных возможностей реальных тестов нужно создать новый высококлассный гоночный автомобиль, который от гонки к гонке должен не только не терять своей эффективности, но и становиться все лучше. Это не говоря о том, что каждую гонку неплохо было бы заканчивать на подиуме.
Чтобы справиться со всем этим грузом ответственности, Red Bull Racing с 2004 года используют решения компании Siemens PLM Software. Казалось бы, какие преимущества может дать на гоночном треке какое-то там программное обеспечение? Элан Писленд, руководитель отдела по техническому партнерству Red Bull Racing, наверное, сто раз отвечал на этот вопрос. Но на лице его ни капли досады, он улыбается и терпеливо сто первый раз объясняет, что вообще-то исход гонки во многом определяется здесь, в Милтон-Кинсе, и еще до того, как автомобиль попадает на трассу.
То самое программное обеспечение от Siemens PLM Software на любом производстве, где его начинают применять, приближает ту самую четвертую промышленную революцию. И команда Red Bull Racing уже сегодня приступила к внедрению отдельных ее элементов. Но пощупать своими руками будущее, которое уже наступило, довольно-таки сложно, даже физически находясь на производстве. Потому что существует оно в виде несметного количества вычислительных процессов.
Новый автомобиль до последнего винтика проектируется в системе NX. Затем из эпоксидной смолы технологиями 3D-печати создается масштабная модель, которая продувается в аэродинамической трубе. Когда специалисты по аэродинамике на сто процентов довольны внешними обводами, в системе NX детально прорабатывается вся конструкция, оценивается ее технологичность, надежность и прочность, после чего начинается производство деталей и сборка автомобиля. Но особенность Siemens PLM Software в том, что и после этого можно последовательно доводить до совершенства каждую деталь и машину в целом, внося оперативные изменения в конструкцию перед каждой гонкой сезона. По сути болид Red Bull Racing - это постоянно эволюционирующий прототип, в который за гоночный сезон вносится около 30 000 изменений. На языке станков это один миллион производственных заданий, с учетом того, что в гонке участвуют всего два автомобиля.
Все эти процессы выполняются под управлением Teamcenter, системы, которая отслеживает все процессы, применяемые к каждой детали при ее изготовлении и испытании, а также сборке всего автомобиля. Программисты могут разрабатывать управляющие программы одновременно с тем, как конструкторы проектируют детали, что сильно сокращает сроки их изготовления. Более того, Teamcenter позволяет просматривать и изучать внесенные изменения прямо в ходе гонки, помогает при сборке и устранении неполадок и создает обратную связь, направляя предложения по улучшению конструкции. Весь этот свод данных - будто некая цифровая прокладка между инженером и гоночным автомобилем, которая позволяет любую идею и воплотить максимально точно в жизнь, по ходу доводя ее вообще до идеала. Что остается после этого? Да самая малость: пилот должен сесть за руль и выиграть гонку.
Как это сделано?
Проектирование и создание самых совершенных автомобилей
1. После окончания гоночного сезона перед командной Red Bull Racing каждый раз встает одна и та же задача: с нуля построить новый автомобиль для Формулы 1, еще лучше, чем прежний. От идеи до момента, когда в автомобиль должен сесть пилот и выиграть гонку, проходит всего пять месяцев. Машина сначала создается виртуально, в системе для автоматизированного проектирования, подготовки производства и инженерного анализа Siemens NX. Создается не просто модель, это виртуальный двойник будущей машины, который можно виртуально разобрать до последнего винтика.
2. С цифровым двойником виртуально проводятся все испытания - от продувки в виртуальной аэродинамической трубе до тестов на цифровых моделях реальных гоночных трасс.
3. На основе цифровой модели создается масштабная модель для испытаний в аэродинамической трубе.
4. Затем проводятся новые цифровые тесты: оценка технологичности, надежности и прочности деталей.
5. Когда все довольны созданной виртуальной машиной, начинается производство деталей. Все процессы выполняются под управлением программной среды Siemens Teamcenter, которая позволяет объединить проектирование и производство, при этом все данные продолжают оставаться доступными и проектировщикам, и конструкторам. На любом этапе любая деталь может быть подвергнута изменениям.
6. Сам автомобиль собирают не на конвейере, а вручную. Это ведь не масштабное серийное производство. Сборка происходит на основе данных Siemens NX.
7. Когда болид или же какой-то элемент его конструкции "видит" трассу впервые - это обычно происходит в пятницу накануне гонки, - с машины собирают максимум данных, чтобы сопоставлять их с данными, которые есть у команды в "виртуальном" виде, а также с данными, которые были получены в результате численного моделирования. Все это делается для того, чтобы подтвердить соответствие реального болида тому, который существует в виде цифровой модели.
8. Перед каждой гонкой в машину вносятся изменения. Какие, как и почему - все решения принимаются исключительно при помощи системы Teamcenter, доступ к которой имеют все члены команды и те, кто работают на базе в Англии, и те, кто находятся непосредственно на месте гонки в любой части мира.
9. Во время гонки за ней следят не только члены команды "на месте", но и группа специалистов из центра управления, который находится в Милтон-Кинс. Группа дает рекомендации по стратегии. Все решения принимаются на основе реальных данных системы Teamcenter. Никакой вам интуиции!