В настоящее время развитие производственных процессов связано с развитием цифровых технологий, специализированных виртуальных платформ и программ, которые подталкивают к изменению структуры и организации производства в целом. Организации как частного, так и государственного сектора предпринимают попытки исследования передовых технологий и внедрения их в производственный процесс. Исследование, интеграция и эксплуатация современных цифровых технологий в производственных процессах становится актуальной задачей для развития предприятий. Влияние цифровой трансформации в организации производственных процессов при проведении технического обслуживания и ремонта пассажирского подвижного состава позволит определить динамику изменения структуры производства, а также способность адаптации существующей системы к цифровизации процессов.
Услуги, ориентированные на сервисное техническое обслуживание и ремонт, рассматриваются как первостепенные факторы, характерные для производства с замкнутым циклом [1]. Вопросы моделирования сервисного технического обслуживания и ремонта в управлении жизненным циклом при минимизации инвестиционных вложений представлены в исследованиях [2–4]. Сервисное техническое обслуживание и ремонт должны реализовываться с учетом потребности собственника подвижного состава и в конечном итоге ориентироваться на жизненный цикл [5]. Из множества возможностей использования пассажирского подвижного состава в зависимости от соответствующей бизнес-среды возникает множество информации эксплуатации. Влияние цифровой трансформации в организации производственных процессов при проведении технического обслуживания и ремонта пассажирского подвижного состава позволит определить динамику изменения структуры производства, а также способность адаптации существующей системы к цифровизации процессов.
При этом текущее планирование технического обслуживания и ремонта пассажирского подвижного состава является статическим [6]. Не учитывается динамическая составляющая в процессе жизненного цикла подвижного состава. Средства планирования представляют собой копию руководства по организации технического обслуживания и ремонта. Проведение работ планируется через определенные нормативными документами промежутки времени или фактический пробег подвижного состава, не учитывая пиковый спрос на пассажирские перевозки.
Основываясь на эволюции информационно-коммуникационных технологий – переходе к «цифровой экономике» – получена взаимосвязь через реальные и виртуальные объекты и процессы [7]. Создание специализированной цифровой модели для беспрепятственного обмена информацией, возможности быстрой ее обработки и, как следствие, возможности принятия управленческого решения позволит организациям по сервисному техническому обслуживанию и ремонту соответствовать быстро развивающимся технологиям в глобальном рынке.
Целью данной статьи является изучение цифровых технологий в производственных процессах по сервисному техническому обслуживанию и ремонту пассажирского подвижного состава для многоцелевого подхода оптимизации и принятия управленческих решений на всех этапах жизненного цикла подвижного состава.
Материалы и методы исследования
Исследование сложных структурных систем цифровых моделей, рассмотрение их структур, оценка сценариев функционирования с наличием неопределенности и динамики основаны на имитационном моделировании. Цифровое моделирование предоставит оценку влияния исходных параметров на результат моделирования с использованием стратегии поиска наилучшего варианта модели в целях принятия управленческого решения.
Организация сервисного технического обслуживания и ремонта основана на концепции модульности и разделении бизнес-ограничений [8]. Составы пассажирских поездов в зависимости от сезонности и пика перевозок переформировываются и могут находиться в пути следования или в парках на путях отстоя. Данная характеристика в жизненном цикле пассажирского подвижного состава не проработана на цифровом уровне.
Исследование, интеграция и эксплуатация современных цифровых технологий в производственных процессах становится актуальной задачей для развития предприятий. Цифровая трансформация – это процесс, охватывающий переход от традиционной формы организации производства к созданию цифровой модели различных производственных процессов.
Создание цифровой модели позволит выполнять исследования различных сценариев эксплуатации пассажирского подвижного состава в открытой распределенной системе с поддержкой принятия управленческих решений. Цифровая модель в полной мере способна реализовать модульный подход структуры для виртуального воссоздания интерактивных правил взаимодействия участников на протяжении жизненного цикла пассажирского подвижного состава. Взаимодействие участников в сервисном техническом обслуживании и ремонте приведено на схеме (рис. 1).
Рис. 1. Схема взаимодействия участников в сервисном техническом обслуживании и ремонте
Цифровая модель сервисного технического обслуживания и ремонта создается на основе цифрового описания:
– подвижного состава;
– собственника подвижного состава;
– менеджера инфраструктуры;
– завода-изготовителя / сервисного пред- приятия.
Использование цифрового описания необходимо для представления реальных решений в управлении, понимании транспортного процесса в пассажирских перевозках [9].
Цифровое описание физического объекта пассажирского подвижного состава формируется на географической информационной системе с открытым информационным кодом OpenStreetMap, визуализирующей пространственное представление. В целях отслеживания причинно-следственной связи в цифровой модели каждый пассажирский подвижной состав работает независимо друг от друга. Также цифровое описание включает в себя совокупность последовательно реализуемых процессов при эксплуатации пассажирского подвижного состава, а также установленные к нему требования по сроку эксплуатации, включая виды работ по техническому обслуживанию и ремонту.
Операционная структура взаимодействия участников процесса в цифровой модели при организации сервисного технического обслуживания и ремонта (рис. 2) представляет собой участвующие субъекты и их информационную зависимость. В описываемой структуре выделены основные участники процесса: собственник подвижного состава, менеджер инфраструктуры; завод-изготовитель / сервисное предприятие.
Рис. 2. Операционная структура взаимодействия участников процесса
1. Собственник подвижного состава. Контролирует ежедневный пробег пассажирского подвижного состава, а также сроки проведения сервисного технического обслуживания и ремонта на основании программы, предоставленной заводом-изготовителем.
2. Менеджер инфраструктуры. Предоставляет услуги по составлению расписания движения для планирования маршрута передвижения подвижного состава до места проведения работ и обратно в регламентированный промежуток времени, а также осуществляет контроль движения по сети железных дорог.
3. Завод-изготовитель / сервисные предприятия. Формируют программу проведения сервисного технического обслуживания и ремонта на основании регламента работ, а также информации о ежедневном пробеге подвижного состава.
Цифровая модель, по сути, является моделью, которая строит траекторию изменений состояния пассажирского подвижного состава в системе по сервисному техническому обслуживанию и ремонту. Можно сказать, что цифровая модель – это набор правил, согласно которым пассажирский подвижной состав переходит из одного состояния в другое. Правила задаются с помощью дифференциальных уравнений, диаграмм состояний [10] системы сервисного технического обслуживания и ремонта. Выходные данные цифровой модели позволяют анализировать поведение системы в заданных параметрах жизненного цикла пассажирского подвижного состава для принятия управленческих решений.
Следующим этапом формирования цифровой модели сервисного технического обслуживания и ремонта служит описание функциональной архитектуры (рис. 3).
Рис. 3. Функциональная архитектура цифровой модели сервисного технического обслуживания и ремонта
Трехуровневая архитектура цифровой модели представлена следующим образом.
Уровень предприятия: необходим для сбора данных от пограничных узлов через активы, датчики и шлюзы, о загруженности производственных подразделений, уровень запаса запасных частей. Информация формируется в базе данных (управление базой данных main).
Уровень платформы СТОиР: получает, обрабатывает и пересылает команды управления с уровня предприятия на уровень собственника, производя расчеты в соответствии с запросами собственника. Данный уровень выполняет вычисления согласно заложенному алгоритму, а также помощь в принятии управленческих решений для собственника подвижного состава. Так же производится мониторинг данных, аналитика активов.
Уровень собственника: реализует приложения домена через систему для принятия управленческих решений и предоставляет конечным пользователям интерфейсы для реализации функциональных возможностей (управление подвижным составом, управление цепью поставок подвижного состава на техническое обслуживание и ремонт, планирование ресурсов, планирование инвестиционных вложений).
Функциональные домены сгруппированы следующим образом.
Сеть предприятий: объединяет исполнительные механизмы, устройства, системы управления и активы со шлюзом, который соединяет с другими сетями (сервисными предприятиями) и позволяет передавать данные и управлять потоком между ними.
Доступ в сеть: обеспечивает связь для потоков данных и управления между сетью предприятий и уровнем платформы СТОиР.
Сервисная сеть (облако): обеспечивает подключение (обычно с использованием протоколов безопасности транспортного уровня) между службами платформы СТОиР и уровнями собственника подвижного состава.
Цифровая модель также включает в себя следующие положения:
– облако общего пользования: включает в себя компоненты, необходимые для интеграции производственных процессов корпоративного уровня (моделирование процессов, анализ данных, планирование производственной деятельности);
– частное облако: представляет собой основной функционал, включающий в себя управление и сохранение эксплуатационных и сервисных данных, адаптацию запланированных мероприятий к событиям, происходящим в реальном времени на производстве, а также помощь в принятии управленческих решений в производственных процессах.
Результаты исследования и их обсуждение
Исходя из проведенного исследования, можно сделать вывод, что планирование работ по техническому обслуживанию и ремонту необходимо производить в зависимости от динамической составляющей жизненного цикла пассажирского подвижного состава. Одно из решений данной задачи – создание цифровой модели сервисного технического обслуживания и ремонта пассажирского подвижного состава. Цифровая модель позволит управлять жизненным циклом пассажирского подвижного состава на основе принятия управленческих решений.
Модульный подход обеспечит оптимальную цифровую трансформацию в организации сервисного технического обслуживания и ремонта пассажирского подвижного состава. Использование цифровой модели связано в применении подробного описания производственных процессов, посредством создания алгоритма действия в цифровом описании.
Цифровая модель сервисного технического обслуживания и ремонта предложена в качестве поддержки для принятия управленческих решений для каждого участника процесса в жизненном цикле пассажирского подвижного состава.
Заключение
Формирование научного обеспечения позволит адаптировать переход пассажирского подвижного состава к сервисному техническому обслуживанию и ремонту. Всесторонняя оценка производственных возможностей цифровой модели позволит организовать систему сервисного технического обслуживания и ремонта. Поэтому цифровая модель обеспечит точность прогнозных оценок при эксплуатации и ремонте, обеспечивая эффективность управления жизненным циклом пассажирского подвижного состава в целом.
Создание специализированной цифровой модели для беспрепятственного обмена информацией, возможности быстрой ее обработки и, как следствие, возможности принятия управленческого решения позволит организациям соответствовать быстро развивающимся технологиям в глобальном рынке.