Машины, «видящие» детали на сборочном конвейере, трехмерные принтеры, создающие макеты продуктов за несколько часов, — давайте приглядимся к адаптивному производству

Когда появляется новаторская идея в области производства, в игру вступает целый ряд новых участников и технологические правила меняются коренным образом. В первую треть XX века идея непрерывного производственного цикла и технология сборочного конвейера дали американской промышленности преимуществонад европейскими производителями. В последнюю треть XX века американских производителей застал врасплох бум «бережливого производства» и борьба с излишками.

Возможно, на следующем поворотном этапе промышленный сектор США опередит конкурентов и компенсирует свое отставание за последние несколько десятилетий. Такой переломный момент может наступить благодаря набирающему обороты адаптивному производству, то есть такому, которое мгновенно подстраивается под хаотичные изменения экономики.

Представим себе такую картину: рано или поздно центральные банки Азии — Китая, Японии, Гонконга и Кореи извлекут выгоду из падающего доллара США, так как прекратят покупать эту валюту или, еще хуже, начнут ее продавать.

Такая ситуация плохо скажется на отраслях американской промышленности, занимающихся импортом, но дела компаний-экспортеров, производящих товары, а не услуги, пойдут лучше. Тогда понадобится новая промышленная инфраструктура XXI века, в которой главную роль будут играть информационные процессы и управление информацией.Возрождение американской промышленности произойдет под руководством ИТ-директоров.

Уже сегодня производство начинает ориентироваться на ИТ. Компании, желающие повысить свою эффективность и конкурентоспособность, могут многое извлечь из появляющихся технологий адаптивного производства, таких как трехмерная печать и сенсорные сети.

Что стоит за адаптивным производством?

Как отметил в своей недавно вышедшей книге «Происхождение богатства: эволюция, сложность и кардинальные изменения экономической теории» Эрик Бейнхокер (Eric D. Beinhocker. The Origin of Wealth: Evolution, Complexity, and the Radical Remaking of Economics. Harvard Business School Press, 2006), интерес к адаптивному производству и растущее значение управления информацией в промышленности объясняются несколькими факторами. Один из них — это революция, которая происходит, пусть неприметно, в отношении экономистов к рынкам и экономикам. На протяжении большей части прошлого века рынки рассматривались как квазимеханические процессы, стремящиеся к балансу, определяемому как равновесие спроса и предложения. Сегодня все большее число экономистов считает рынки в основе хаотичными: сложными, нелинейными и не менее непредсказуемыми, чем погода.

По старой теории задача менеджеров состояла в том, чтобы направить деятельность компании в сторону баланса. Это называлось определением устойчивого конкурентного преимущества. Новая теория упраздняет эту обязанность, так как в хаотичной экономике конкурентные преимущества могут исчезать практически в мгновение ока.

Согласно новой концепции, в качестве бизнес-инструмента менеджеры должны использовать естественный отбор — закон природы, позволяющий видам расти и эволюционировать в таких же хаотичных условиях, как экономика любой страны. Это означает определение портфеля экспериментов, соответствующего имеющимся у организации компетенциям, использование его в рыночных условиях, перемещение ресурсов в соответствии с результатом, затем запуск нового набора экспериментов и т.д.

Естественный отбор не нов для капитализма: вложение инвестиций в успешные предприятия — самый настоящий пример эволюции. Многие компании производят продукты и услуги с небольшими вариациями, такими как различный вкус и цвет, и направляют ресурсы на те варианты, которые лучше продаются. Но отраслям промышленности, имеющим дело с материальными товарами, гораздо сложнее добиться адаптивности. По своей природе такие компании связаны с длительными производственными циклами и долгосрочными разработками (например, вложения компаний Детройта во внедорожники). Как правило, они имеют высокоцентрализованное бюрократичное избегающее рисков управление.

Чтобы заниматься адаптивным производством, компания должна быть способна производить постоянно меняющийся набор продуктов.

Для этого необходимы не только новые инструменты, но и новая структура и философия управления. К счастью, сложности управления изменениями не новость для ИТ-директоров, имеющих практический опыт управления информацией.

Зрячие сборочные машины

Какие технологии сделают возможным адаптивное производство? Машинное зрение — хороший пример технологии, превращающей производство в процесс, основанный на информации. Машинное зрение подразумевает не просто запись или регистрацию изображения, как это делает камера, но распознавание реальных объектов на изображении и соотнесение этих объектов с определенными свойствами, то есть понимание того, что они означают. Зрение в таком смысле значительно повышает эффективность каждого аспекта производства: операций с товарно-материальными запасами, транспортировки, обработки и сборки.

Если манипулятор (например, окрасочный пистолет) будет способен узнавать предметы в ящике или на конвейере и приспосабливаться к их расположению, вам не придется оплачивать проектирование, производство и управление устройствами, которые удерживают эти предметы в определенном фиксированном положении. Если машина сможет визуально распознавать предмет, вам не нужно будет платить за прикрепление электронной метки или печать штрих-кода на каждом продукте.

Зрячая машина способна не только контролировать проходящие через нее товары, но также распознавать в своей зоне объекты и процессы, потенциально снижающие стоимость поддержки и контроля качества.

Это может показаться фантастикой, но машинное зрение действительно существует. Консалтинговая компания Vision Systems International оценивает общую емкость североамериканского рынка систем машинного зрения в 1,5 млрд. долл. В настоящее время технология используется в основном для контроля, в особенности при производстве полупроводников и электронной техники, но она быстро развивается. Одно из новейших приложений называется «сервозрение» и используется для контроля над взаимодействием такого инструмента, как окрасочный пистолет, с конвейером непрерывно движущихся раскачивающихся объектов.

Зрение представляет собой простейший способ программирования сборки различных узлов как серии кратких процессов проектирования изделий. Эд Рони, руководитель Robot Vision Group японской компании Fanuc Robotics, отмечает, что роботы уже используют зрение для сборки комплектов: они выбирают определенные предметы из ящиков с деталями, пакуют их в комплект А, затем выбирают другие предметы для комплекта Б и т.д.

Чикагский музей науки и промышленности использует роботов Fanuc, обладающих машинным зрением, для того, чтобы посетители музея могли сами спроектировать игрушку (волчок), которую робот затем конструирует у них на глазах. Что касается применения машинного зрения для создания готовой продукции, то, как отмечает Рони, зрение и роботы уже задействованы в производстве мобильных телефонов, и, кроме того, роботы осуществляют сборку многих продуктов, включая ручки и машины.

Моделирование за несколько часов, а не недель

Другой пример технологии, делающей возможным адаптивное производство — это настольное производство или трехмерная печать, опережающими темпами ускоряющая процесс моделирования. Данное семейство технологий позволяет создавать физическую модель по трехмерному CAD/CAM-файлу максимум за несколько часов.

Объяснить, как функционирует эта технология, можно, насыпав слой порошка на плоскую поверхность и спрыснув его водой, которая придаст порошку форму, определенную отдельным срезом CAD-файла. (Муки и воды достаточно для демонстрации концепта). Принтер проходит через множество слоев или срезов, укладывая их один на другой. После того как было наложено достаточное число слоев, вы достаете объект, стряхиваете лишний порошок и получаете самую что ни на есть трехмерную модель. Такие физические свойства, как цвет, прочность и пр., достигаются благодаря использованию различных порошков, связующих веществ и «инфильтрантов» (химических веществ, пропитывающих матрицу).

Сейчас эта отрасль сосредоточена на создании демонстрационных моделей (так как большинство клиентов воспринимает трехмерные физические модели лучше, чем чертежи). Но трехмерная печать уже играет определенную роль и в мелкосерийном производстве.

Как правило, для создания металлического объекта в первую очередь изготавливаются необходимые инструменты. (Иногда приходится создавать инструменты для производства инструментов, необходимых для изготовления объекта.) Проектирование и производство этих специальных инструментов обходится недешево и отнимает время, но это необходимо делать, если вам нужно много сотен копий.

При более мелких партиях, около ста экземпляров, вы можете использовать трехмерную печать для создания нужного количества форм, а затем отлить предметы в формах, вместо того чтобы создавать их на станке. (В результате дальнейших разработок металлические объекты, возможно, будут печататься при помощи металлических порошков непосредственно трехмерным принтером.)

Тим Додж, главный инженер компании по производству специальных металлических изделий Dent Manufacturing, использует трехмерный принтер Z Corp. как раз с этой целью. По словам Доджа, значительную часть потребителей Dent составляют архитекторы и дизайнеры по интерьерам, нуждающиеся в целом ряде металлических изделий (таких, как дверные ручки) для особых проектов. Раньше для таких заказов требовались специальные инструменты. Сегодня, как говорит Додж, трехмерный принтер сократил их выполнение с недель или даже месяцев до нескольких дней.

Умные сенсорные сети

И машинное зрение, и трехмерная печать относятся к новым многообещающим технологиям производства: сетям датчиков и исполнительных механизмов высокого разрешения. Датчики (измерители ускорения, термометры и датчики машинного зрения) регистрируют изменения в окружающей обстановке; исполнительные механизмы (коммутаторы, двигатели, клапаны и трехмерные принтеры) реализуют изменения. Любой тип производства полностью состоит из этих двух функций.

Чем больше исполнительных механизмов, тем больше точек управления; чем больше датчиков, тем более целена-правленным и интеллектуальным становится это управление. Объедините эти устройства в сеть, и вы сможете осуществлять такое управление откуда угодно. До недавнего времени для этого требовалось устилать полы предприятия проводами, но поскольку беспроводная технология достигла высокого уровня развития, теперь ИТ-директора будут все больше заниматься развертыванием и организацией беспроводных сенсорных сетей.

Огромное повышение гибкости, вызванное такими технологиями, как сенсорные сети и трехмерная печать, позволяет глубже вовлекать новых участников —менеджеров, клиентов, бизнес-партнеров — в процесс производства. Успех их сотрудничества также будет зависеть от ИТ-директоров.

Новое мировое сотрудничество

Адаптивное производство ставит перед ИТ-директорами еще одну интересную задачу: объединение компетенций. Раньше руководители производственных предприятий обозначали целевую нишу и либо обучали свой персонал требуемым навыкам, либо нанимали соответствующих долгосрочных работников. Главный принцип адаптивного производства гласит, что мы живем в мире, где ниши возникают и исчезают быстро и непредсказуемо, и мировые компании больше не могут рассчитывать, что им хватит времени для создания наборов навыков, которые им, вероятно, пригодятся.

Альтернатива заключается в новом непоследовательном виде сотрудничества, то есть в краткосрочном партнерстве с компаниями, обладающими нужными навыками, даже в случае, если в других областях эти компании являются конкурентами. И наоборот, вы можете «сдавать внаем» ключевые компетенции своей компании коллегам и конкурентам. (Эта идея не является абсолютно новой: например, фирма Caterpillar сдает другим компаниям часть своей сети поставок и дистрибуции.)

В таком случае, если у вас есть только три навыка из пяти, необходимых для выполнения проекта, не нужно от него отказываться: вы можете одолжить оставшиеся два у других участников отрасли. Кевин Кроустон из Сиракузского университета называет это «объединением компетенций» и считает его возможным при высоком уровне информационной прозрачности и тесно интегрированной культуре.

Некоторые специализированные европейские производственные фирмы уже используют эту схему (см. врезку «Сотрудничество по требованию»). По мнению Кроустона, ИТ-директорам предстоит работать над поиском способов использования технологий для создания региональных культур глобального уровня.

Когда же американские ИТ-директора могут столкнуться с задачами адаптивного производства в широком масштабе? Близость этого момента зависит не от технологий, а от экономических стимулов. Сейчас доллар все еще занимает прочную позицию, и это способствует скорее импорту фабричных товаров, чем их производству. Когда курс доллара упадет, положение американской промышленности изменится. А пока технологии адаптивного производства, такие как трехмерная печать и сенсорные сети, имеют большую ценность для решения тактических вопросов повышения эффективности.

FRED HAPGOOD. Factories of the Future. CIO MAGAZINE. JANUARY 1, 2007

Сотрудничество по требованию

«Объединение компетенций», при котором компании делятся друг с другом производственными возможностями для завоевания особой рыночной ниши, уже встречается в Европе. Начиная с 1996 года на основе этой концепции функционирует транснациональная производственная структура, расположенная на Констанцком озере (другое название — Боденское озеро) в центре Европы на территории Германии, Швейцарии и Австрии. В эту структуру, названную «Virtuelle Fabrik» (виртуальная фабрика), входят компании, занимающиеся прецизионной обработкой, и специализированные производства, чьим клиентом может стать фирма по выпуску автомобилей, которой нужен специальный руль, или производитель сотовых телефонов, желающий изготовить кнопку.

Виртуальная фабрика удовлетворяет потребности рынка, задействуя навыки всех фирм-участниц (или только некоторых из них, в зависимости от проекта). Когда клиент обращается в фирму А, она может подключить к проекту всю группу компаний. Фирма А организует выполнение проекта, чтобы предоставить заказчику качественный продукт по приемлемой цене и в кратчайшие сроки.

Как пишут в недавнем отчете Кевин Кроустониз Сиракузского университета и Бернхард Катци из Мюнхенского университета федеральных вооруженных сил, виртуальная фабрика была организована при помощи небольших команд, которые разработали основные правила участия. Затем из правил были выявлены и устранены ненужные повторы, например, обязательные проверки при каждом пересечении полуфабрикатом границы фирмы. Каждое правило было принято голосованием всех участников проекта.

В результате вырос объем продукции и сократилась длительность производственного цикла. Это способствовало развитию компетенций партнеров, значительно расширив их совокупность навыков. Некоторые смогли даже стать суперспециалистами, повысив ценность своих услуг, — ведь теперь фирмы знают, что могут найти партнеров для большинства процессов производственного цикла.

Как отмечают Катци и Кроустон, будущее таких объединений во всем мире частично зависит от способности ИТ-директоров предоставлять инструменты, необходимые для того, чтобы консолидировать культуры и установить между ними взаимное доверие.

Примером такого инструмента могут быть видеоэкраны, работающие в режиме видеоконференцсвязи с эффектом присутствия, установленные в двух или более офисах в разных частях света и функционирующие непрерывно для того, чтобы в процессе общения между людьми складывались отношения.

Как сообщает Кроустон, в последнее время производственные сети, построенные по модели виртуальной фабрики, были организованы еще в четырех регионах Швейцарии и Германии.