Устойчивое производство это разумное производство. Часть 1

Перевод статьи «Sustainable Manufacturing Is Smart Manufacturing» К. С. Морриса выполнил Вадим Сеничев

По мере развития нашего общества мы осваивали все более совершенные способы производства и научились создавать удивительное разнообразие продукции. Но создание многих товаров сопряжено с побочными эффектами, отражающимися на окружающей среде, поэтому в наше время также необходимо учитывать воздействие наших производственных систем на природу также, как и на экономику. 

Согласно данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), устойчивое производство означает «способность управлять производственными операциями экологически и социально ответственным образом». На основе этой идеи сформировались различные стандарты и программы для контроля показателей, но многие из них лишь поверхностно описывают то, чего можно было бы достичь, если бы у нас в распоряжении были более качественные измерительные инструменты и наука, обслуживающая их. Они позволили бы реально оценивать компромиссы, на которые производители должны идти каждый день для обеспечения устойчивости.

Нет никаких сомнений в том, что если осторожность не будет предпринята, по данному направлению в производстве будет беспорядок. Реакцией на это часто были нормативные акты, требующие большего внимания к окружающей среде. Это «палочный» подход к устойчивому производству. 

Оказывается, «пряник» тоже существует - устойчивость ведет к большей эффективности использования ресурсов и, как следствие, к экономии затрат. Кроме того, социальное давление с целью продемонстрировать хорошее управление растет в форме потребительского спроса и интереса инвесторов. Производителям долгое время было трудно реагировать на это давление осмысленным образом, основанным на данных, особенно для малых и средних производителей, которые практически не имеют контроля над производимой ими продукцией, поскольку часто не участвуют в ее разработке. 

Не может существовать универсального решения для повышения экологической эффективности производства. Каждое производственное предприятие уникально. Даже крупные производители с несколькими предприятиями, производящими одни и те же продукты, изо всех сил стараются распространять знания о повышении производительности между заводами. Каждую ситуацию нужно решать индивидуально, основываясь на корпоративных знаниях производителя. 

Несколько ранних усилий по стандартизации были сосредоточены на управленческой перспективе, чтобы помочь решить, как лучше всего управлять производственными мощностями и другими ресурсами, но они не соответствовали основной функции производства - преобразованию сырья в новые продукты. 

Мои коллеги и я знали, что производителям нужен систематический способ углубиться в свою деятельность, чтобы найти собственные возможности для охраны окружающей среды. С июня 2015 года по март 2016 года мы провели серию отраслевых круглых столов и изучили опубликованную литературу, чтобы лучше понять, как производственные процессы оцениваются сегодня, и необходимость улучшений. Ясно было одно: стандартов в этой области практически не существовало. Наша цель как исследователей из Национального института стандартов и технологий (NIST) - развивать науку об измерениях, чтобы помочь производителям улучшить свою основную функцию, которая достигается с помощью производственных процессов.

Термин «производственный процесс» сам по себе является абстракцией, которая относится ко многим, многим различным типам процессов, и каждый из этих процессов уникален. Наша задача заключалась в создании стандартных методов, которые можно было бы применить ко всем этим процессам полезным образом. Мы хотели, чтобы стандарты были совместимы с появляющимися технологиями, чтобы безупречно интегрировать модели с растущим набором коммуникаций, искусственного интеллекта и других инструментов, которые являются будущим производства - так называемого «Умного производства». 

Подход, который мы избрали, заключался в определении стандартов применения информационных технологий для описания или характеристики производственных процессов. Предоставляя стандартные методы для характеристики производственных процессов, мы позволяем использовать эти описания в автоматическом режиме, чтобы их можно было повторно использовать для различных целей. Строительный блок для всех применений - это стандартная форма того, что мы называем моделью производственного процесса. 

Выходя за рамки чертежей

Модель производственного процесса (UMP) - это для производственного процесса то же самое, что и «синька» для продукта или конструкции здания. «Синьки», называемые так из-за синих чернил, первоначально использовавшихся на каждой странице в качестве фона, были впервые представлены в 1840-х годах для точного копирования технического чертежа с целью более широкого распространения информации. С годами было разработано все больше и больше стандартов для точного представления всех видов технических чертежей проектируемой продукции. 

Вперед в цифровую эпоху. Теперь мы можем собрать гораздо больше данных о дизайне, чем могли бы предоставить стандартные чертежи. В мире дизайна изделий системы автоматизированного проектирования или САПР используются для создания этих чертежей в виде трехмерных моделей. Стандарты для представления этих моделей обеспечивают богатую информацией основу, к которой трехмерные модели «прикрепляются» в виртуальном смысле этого слова.

Например, стандарт данных модели продукта ISO 10303 (также известный как STEP) определяет сложный массив информации, который может связывать цифровые 3D-представления с различными другими точками зрения на информацию о продукте, например, с жизненным циклом, используемым в других корпоративных системах, которые объединяют данные между организациями. 

Производственные процессы из физического мира представлены в виртуальном мире посредством моделей этих процессов, основанных на стандарте ASTM E3012, выделенном в середине рисунка. Эти модели могут использоваться для обмена информацией о процессах, оптимизации производительности процессов, моделирования потоков процессов и оценки воздействия жизненного цикла.

До сих пор такого формата для представления производственных процессов не было.

Начиная с 2013 года, мы работали с комитетом по устойчивому развитию ASTM E60 организации по разработке стандартов, чтобы сформировать подкомитет по устойчивому производству E60.13, где мы представили идею набора стандартов для моделирования производственных процессов - модель UMP. В 2020 году был опубликован краеугольный камень первоначального набора стандартов - Стандартное руководство по характеристике экологических аспектов производственных процессов, E3012. Эту работу возглавил Билл Бернштайн (NIST). Этот стандарт описывает формат UMP. 

Модель UMP, основанная на новейших информационных технологиях, с самого начала была разработана для интеграции в интеллектуальное производственное предприятие. Модель UMP может использоваться для сбора институциональных знаний о процессе, чтобы его было легко распространять. «Синьки» (копии чертежей) нового производственного процесса служат не только средством коммуникации, но и цифровыми моделями процессов. Их можно автоматизировать для оценки производительности процесса или использовать с другими моделями процессов для оценки потоков потенциальных производственных процессов.

Модель UMP предоставляет производителям единообразный и точный способ описания своих процессов, предоставляя: 

• Надежные и архивируемые сообщения о процессе

• Средство для установления базовых показателей эффективности

• Перспективы развития моделирования производственных процессов.

• Механизмы оценки воздействия на окружающую среду производственных процессов.

• Обоснованные решения при анализе компромиссов между конкурирующими целями, такими как скорость производства и использование ресурсов, таких как энергия и материалы.