Совершенно очевидно, что для революционного развития экономики России остро требуется переход от сырьевой модели к высокопередельной схеме. Совершать его, как уже всем ясно, следует не эволюционным путем (догоняя мировых лидеров), а именно революционным, совершая прыжок на более высокую ветвь спирали развития. Такую возможность дает сравнительно недавно родившийся «Интернет вещей», мало где и мало кем освоенный (а точнее говоря, осваиваемый), но сулящий действительно грандиозный эффект особенно там, где не надо менять устоявшиеся эффективные для своего времени технологии и принципы, а как раз в случае глубокой модернизации производства. На примере Германии рассмотрим суть вопроса и потенциальные преимущества.
Термин «Интернет вещей» (Internet of Things, IoT) был введен в профессиональный оборот в 1999 г. основателем исследовательского центра Auto-ID Center Массачусетского технологического института К. Эштоном и первоначально рассматривался как идея для маркетинговых кампаний с целью продвижения RFID-меток (Radio Frequency Identification). Ныне Интернет вещей стал технологией, уже давно вышедшей за рамки изделий, снабженных радиочастотными метками. Такой подход широко используется в современных концепциях как всепроникающие компьютерные системы (Pervasive Computing) и интеллектуальная окружающая среда (Ambient Intelligence).
В IоТ полная автоматизация производственных процессов происходит за счет взаимодействия объектов с уникальными (Unique Identifier) или виртуальными (Virtual Identifier) идентификаторами. Такие объекты или вещи взаимодействуют друг с другом, создавая постоянные или временные сети, изменяя свойства и адаптируясь к окружающей среде. Ключевым техническим условием Интернета вещей является вычислительная сеть физических объектов, которая предусматривает возможность обмена данными как между всеми компонентами производственной системы, так и системы с внешней средой.
Реакция мирового промышленного сообщества на такие возможности не заставила себя ждать. В Германии в 2006, 2010 и 2012 годах были последовательно сформулированы три стратегии развития промышленности, получившие общее название «High Tech Strategy 2020 Action Plan». Последняя называется «Платформа «Индустрия 4.0».
Вот о ней и пойдет речь.
По планам немецких деловых кругов, в 2030 г. в стране должна заработать вся система интернетизированной промышленности. Аналогичные проекты существуют в Нидерландах во Франции, в Великобритании и Италии.
Американская модель неоиндустриализации – промышленный Интернет вещей – выводит практически те же процессы, что и «Индустрия 4.0», за пределы собственно обрабатывающей промышленности. Американская модель промышленного IoT жестко встроена в существующий порядок вещей в новых технологиях и ищет решения проблем совместимости и безопасности в будущем. Наиболее важные отличия двух моделей неоиндустриализации можно свести к следующим положениям:
– «Индустрия 4.0» пытается оптимизировать производство, Интернет вещей, в принципе, способен применяться в любых сферах деятельности;
– «Индустрия 4.0» действует в рамках существующих правил и положений стандартизации.
В отношении Интернета вещей можно говорить только о работе над созданием платформ, устанавливающих будущие стандарты, адекватные новому этапу развития промышленности;
– «Индустрия 4.0» ориентируется в своей работе на высокотехнологичные инновации. Промышленный Интернет вещей базируется на принципе расширения границ применимости любых интернет-приложений.
В дальнейшем были сформулированы шесть основных принципов «Индустрии 4.0»:
- Функциональная совместимость – способность киберфизических систем (то есть носителей обрабатываемых деталей, сборочных станций и продуктов), людей и «умных» заводов связываться и общаться между собой посредством Интернета вещей и Интернета услуг.
- Виртуализация – создание виртуальной копии «умного» завода путем связывания сенсорных данных с виртуальными моделями производства.
- Децентрализация – способность киберфизических систем принимать собственные решения в рамках «умных» заводов.
- Функционирование в режиме реального времени.
- Ориентация на оказание услуг (в широком смысле этого слова через Интернет услуг);
- Модульность или открытая архитектура, подразумевающая оперативную адаптацию предприятий, заводов к изменяющимся в соответствии с запросами или вызовами рынка требованиям путем замены или наращивания возможностей отдельных функциональных модулей.
Упрощенная западная трактовка промышленных революций
Не случайно именно Германия стала родиной теоретического базиса новой промышленной революции. В этой стране сложился один из самых конкурентоспособных в мире высокопередельный сегмент промышленности, Германия является признанным мировым лидером в сфере производства технологического оборудования. Высокий уровень компетенций в области машиностроения в Германии, его глобально значимые компетенции в сфере ИТ и многое другое свидетельствует о том, что она обладает уникальными возможностями для использования потенциала нового типа индустриализации. Когда Интернет вещей и услуг будет широко введен в производственную среду, можно будет говорить о четвертой промышленной революции.
Есть все основания говорить о том, что в скором будущем «умные» предприятия будут формировать глобальные сети, в которые войдут их основные фонды и логистические системы. В производственной среде киберфизические системы включат в себя машины, системы хранения и производственные объекты, способные автономно обмениваться информацией, инициировать действия и контролировать друг друга независимо от человека-оператора. Это позволит облегчить радикальное совершенствования процессов на всем жизненном цикле изделия.
Встроенные производственные системы являются вертикально связанными с бизнес-процессами на предприятиях и горизонтально связаны с распределенными сетями, которыми можно управлять в реальном времени буквально с момента размещения заказа до финальной поставки. Все технологии могут быть успешно реализованы на базе облачной платформы СРS (Cloud Platform System).
В дальнейшем развитии умная продукция будет включать в себя отдельные сервисы и специфические особенности в конструкции, конфигурации, фазах формирования заказа, планирования производства, эксплуатации и утилизации. Эти сервисные функции могут быть интегрированы в умную продукцию на любом этапе, даже во время изготовления, что даст возможность прибыльного удовлетворения индивидуальных требований заказчиков в случае выпуска даже единичных изделий или малых партий товаров.
Одной из ключевых особенностей «Индустрии 4.0» являются умные предприятия, ориентированные на создание умных продуктов, процедур и процессов. Умные предприятия могут управлять сложными процессами, менее склонны к неполадкам и способны более эффективно производить товары. На таком производстве люди, машины и ресурсы общаются друг с другом так же, как в социальной сети. «Умные» продукты однозначно идентифицируются, способны «знать» свою технологическую историю, текущее состояние и альтернативные маршруты для достижения своего целевого состояния.
«Умные» предприятия выстраивают производственный процесс, исходя из «ответов» самих продуктов на вопросы: «Когда я был изготовлен?», «Какие параметры должны быть использованы для моей обработки?», «Куда я должен быть доставлен?» и многие другие. Такие интерфейсы сделают «умный» завод ключевым компонентом завтрашних интеллектуальных инфраструктур, что приведет к из менению традиционных ценностей и возникновению новых бизнес-моделей.
Как ни странно, интеллектуализированные производственные системы позволяют говорить о новом уровне трудовой и социальной политики на предприятиях. Внедрение передовых технологий позволит специалистам контролировать, настраивать производственные процессы и управлять ими через сети «умных» предприятий. Они сфокусируются на созидательной деятельности с дополнительными функциональными возможностями. Таким образом, они будут сохранять ключевую роль, особенно с точки зрения обеспечения качества.
Важную роль также будет играть смена парадигмы отношений «человек-технология» и «человек–окружающая среда» с новыми формами совместной заводской работы, которая теперь может выполняться за пределами завода на виртуальных мобильных рабочих местах. Сотрудники будут использовать системы с мультимодальными удобными пользовательскими интерфейсами. В дополнение к комплексной подготовке организации труда будут играть ключевую роль проектные модели с высокой степенью саморегуляции и управленческими решениями. Сотрудники должны иметь большую свободу в принятии собственных решений, более активно участвовать в производстве и регулировании собственной нагрузки.
С одной стороны, это потребует переподготовки. С другой стороны, ввиду прогнозируемой в Европе нехватки квалифицированных рабочих, эти технологии позволят пожилым сотрудникам продлить свою трудовую деятельность в рамках действующего пенсионного законодательства (в Германии мужчинам запрещена работа по найму по достижении 65 лет, т.е. пенсионного возраста). Последние исследования показали, что индивидуальная производительность зависит не от возраста человека, а связана с организацией рабочих мест и количеством времени, проведенным человеком в определенном положении.
Для поддержания и увеличения производительности труда на протяжении всей трудовой жизни работников необходимо координировать и трансформировать здравоохранение и организацию рабочих мест, непрерывное образование и модель карьерного роста, командные структуры и менеджмент знаний. Это испытание не только для бизнеса, но и для системы образования. Таким образом, появятся не только новые технические, деловые и юридические факторы, которые будут определять будущую конкурентоспособность Германии, но и новые социальные инфраструктуры в условиях «Индустрии 4.0», которые потребуют более активного участия работников в инновационном процессе.
В любом случае новая организация производственных процессов будет способствовать улучшению баланса труда и качества жизни.
Предпосылкой к переходу на четвертую ступень индустриализации станет возникновение интеллектуальной вертикальной рабочей сети с непрерывным проектированием и горизонтальной интеграцией через всю сеть для создания все более «умных» систем в тесном сотрудничестве с другими ключевыми областями промышленности.
Этот процесс требует формирования стратегии перехода к горизонтальной интеграции в области производства, нового уровня автоматизации жизненного цикла изделий и, безусловно, нового витка в совершенствовании всех параметров информационных технологий, начиная от быстродействия вычислительных систем и заканчивая взломостойкостью коммуникационных сетей. Внедрение технологий «Индустрии 4.0» потребует дальнейшего развития сетевой инфраструктуры, пропускной способности для ресурсоемких приложений и качества обслуживания сети для приложений, критичных ко времени выполнения.
«Индустрии 4.0» приведут к развитию новых моделей деловых и партнерских отношений. Бизнес-модели более высокого уровня дадут возможность формировать динамическое ценообразование, учитывающее специфику требований заказчиков и сферу конкуренции, связанные с качеством соглашений об уровне обслуживания, сетевого взаимодействия и сотрудничества между деловыми партнерами. Неизбежно встает на повестку дня вопрос о сценариях развития событий, связанных с сетевым производством, самоорганизующимися адаптивными логистиками и клиент-интегрированным машиностроением.
Эти сценарии потребуют изменения бизнес-модели сети предприятий, а не одной отдельно взятой компании, что позволит решить ряд вопросов, касающихся финансирования, разработки, надежности, рисков и ответственности. Отдельные этапы бизнес-процессов будут отслеживаться все время, обеспечивая документальное подтверждение их завершения. В целях эффективного предоставления индивидуальных услуг необходимо следить, чтобы срок службы соответствовал гарантированному, а условия работы позволяли новым партнерам, особенно из малого и среднего бизнеса, присоединиться к бизнес-сетям.
В свете сказанного вполне вероятно, что Индустрия 4.0 приведет к труднопрогнозируемым глобальным эффектам и высокодинамичным процессам в отношении технологий, важных корпоративных данных, ответственности, защиты данных, торговых ограничений, использования криптографии и т.д., поэтому необходимо иметь в виду некий новый подход, при котором все технологии будут оцениваться на предмет их совместимости с законом и до, и во время их внедрения.
«Индустрия 4.0» неизбежно приведет к появлению новых решений вида «облако в коробке» СРS, ориентированных на поддержку совместных бизнес-процессов и связанных с ними бизнес-сетей
«умных» предприятий. Службы и приложения, предоставляемые этими платформами, соединят людей, объекты и системы между собой и будут обладать следующими характеристиками:
- гибкость, производительность и простота использования сервисов и приложений, разработанных на CPS-платформах;
- простое развертывание модели бизнес-процессов прямо из Арр Stоге;
- комплексное, безопасное и надежное резервное копирование всех бизнес-процессов;
- безопасность и надежность всего производственного процесса, от первичных датчиков до всей совокупности пользовательских сетей;
- поддержка мобильных платформ и устройств;
- поддержка совместного производства, процессов обслуживания, анализа и прогнозирования в бизнес-сетях.
В контексте бизнес-сетей, приложений и услуг в промышленных бизнес-процессах существует особая потребность в «аранжировке» разработки сервисов и приложений на общих CPS-платформах с учетом требований к вертикальной и горизонтальной интеграции. Важно интерпретировать термин «аранжировка» в более широком смысле, подразумевающем создание общих служб и приложений в совместные процессы коммуникаций между вовлеченными компаниями. Необходимо будет решать проблемы, связанные с широким спектром различных источников данных и конечных устройств.
При межфирменном применении программными и сетевыми провайдерами и собственно пользователями платформ CPS в сфере ИТ будет необходима эталонная архитектура, которая учитывает различные перспективы развития ИКТ и обрабатывающей промышленности. Новые методы моделирования повлекут за собой разработку особых приложений и услуг для CPS-платформ, для того чтобы справляться с трудностями, связанными с увеличением функциональности, кластеризацией, динамичным взаимодействием между различными службами предприятий. Наличие надежной и эффективной сетевой инфраструктуры с широкополосной связью будет гарантом безопасного обмена данными.
Реализация концепции «Индустрия 4.0», судя по всему, станет эволюционным процессом, протекающим с разной скоростью в отдельно взятых секторах промышленности. Исследование, проведенное профессиональными ассоциациями иITCOM, DМА и ZVEI в отношении перспектив развития «Индустрии 4.0» подтвердило важность этой темы для конкурентоспособности германской промышленности и необходимость получения более полной и целостной информации. Около 47% компаний, принявших участие в исследовании, отметили, что уже активно используют технологии «Индустрии 4.0». 12% заявили, что уже испытали ее на практике. Около 50% опрошенных компаний заявили, что уже получили информацию об Индустрии 4.0 через свои профессиональные ассоциации.
Респонденты и исследователи выделили три главные проблемы, связанные с реализацией концепции, – стандартизация, организация труда и доступность технологий. Из результатов опроса следует, что ключевыми для плавного перехода к «Индустрии 4.0» являются следующие аспекты:
-
Осуществление в реальном времени действий, связанных с СРS, потребует доступности услуг сетевой инфраструктуры, с точки зрения пространства, технического качества и надежности. В целях обеспечения конкурентоспособности на международном уровне согласование услуг и бизнес-моделей на основе внедрения соответствующих международных стандартов должно быть подкреплено политикой как на национальном, так и на глобальном уровне.
-
Бизнес-процессы в производстве в настоящее время часто очень статичны и реализуются через негибкие программные системы. Тем не менее, они не могут быть в одночасье заменены. Таким образом, существующие системы должны быть модернизированы в системы с поддержкой действий в реальном времени.
-
Скорость разработки новых бизнес-моделей для производства в Интернете вещей и услуг сумеет догнать темпы развития самого Интернета и придаст им новую динамику.
-
Сотрудники на ранних стадиях будут вовлечены в инновационные процессы, повышение квалификации и техническое развитие.
-
Для осуществления перехода к «Индустрии 4.0» отрасли ИКТ, априорно привычной к коротким инновационным циклам, необходимо будет работать в тесном контакте с заводами, а также с мехатронными системами поставки (которые, как правило, работают с гораздо более длинными инновационными циклами) с целью создания бизнес-модели, которая будет приемлема для всех партнеров.