Инновационные подходы в развитии производственных систем: вызовы и возможности в индустрии 4.0

Термин «Индустрия 4.0» впервые был упомянут на Ганноверской промышленной ярмарке в 2011 году. По инициативе правительства Германии, были предложены идеи цифровизации промышленности для повышения конкурентоспособности. Основные предложения заключались в интеграции киберфизических систем в производственные процессы, что позволило бы создать «умные» заводы, способных адаптироваться к изменяющимся условиям в режиме реального времени.

Эта концепция быстро распространилась за пределы Германии и стала глобальным трендом. Многие страны разработали собственные стратегии и программы развития передовых производственных технологий. Например, в США в 2014 году была запущена программа «Advanced manufacturing partnership», в Китае в 2015 году принята программа «Made in China 2025», в Японии в 2016 году стартовала инициатива «Society 5.0». Данные стратегии нацелены на ускорение цифровой трансформации промышленности, повышение конкурентоспособности национальных экономик и решение социальных и экологических проблем.

Термин «Индустрия 4.0» часто используется наряду с понятием «четвертая промышленная революция», однако эти концепции не являются полностью идентичными. Согласно определению Мирового экономического форума, четвертая промышленная революция – это масштабная трансформация экономических и социальных систем, включающих не только цифровую трансформацию Индустрии 4.0, но и достижения в области биотехнологий, точной медицины, новых материалов, нейротехнологий и энергетики [1].

В.В. Кутырев и А.Н. Дырдонова рассматривают Индустрию 4.0 как совокупность проектов четвертой промышленной революции, которые основываются на цифровых технологиях и активно внедряются в производственные процессы [2]. Л.В. Лапидус относит к Индустрии 4.0 все технологии, в основе которых лежат цифровые решения: роботы, дроны, блокчейн, искусственный интеллект и др. [3].

На промышленных предприятиях «Индустрия 4.0» предполагает внедрение цифровых технологий в процессы производства и управления, росту самостоятельности и адаптивности производственных систем.

Отличительными чертами предприятий Индустрии 4.0 являются: широкое применение искусственного интеллекта и автоматизации; гибкость и способность быстро перестраивать производство; управление жизненным циклом изделий и «виртуализация» производства (использование цифрового двойника); индивидуализация рабочих мест; безопасность и экологичность производства.

Переход к Индустрии 4.0 сопровождается рядом вызовов, с которыми сталкиваются предприятия. Во-первых, цифровая трансформация требует изменения производственных процессов и моделей управления предприятием. Как отмечает Л.В. Лапидус, технологии Индустрии 4.0 приводят к «новым масштабным трансформациям» [3]. Внедрение инноваций должно затрагивать не только производство, но и корпоративную культуру, стратегию развития компании. Многим предприятиям может потребоваться широкий реинжиниринг процессов и организационной структуры.

Во-вторых, с ростом цифровизации и соединения промышленного оборудования к сети Интернет возникают риски в области кибербезопасности. Предприятиям необходимо внедрять системы защиты данных, контролировать информационные потоки и обучать сотрудников основам кибербезопасности.

В-третьих, переход к Индустрии 4.0 существенно меняет требования к персоналу. Сотрудникам требуется осваивать новые цифровые компетенции для работы в автоматизированной среде. Как отмечает Л.В. Лапидус, «ключевой ограничитель сегодня – быстрое обесценивание знаний. Полураспад компетентности оценивается в 1,5 года» [3]. Компаниям необходимо постоянно инвестировать в переобучение персонала, взаимодействовать с вузами для подготовки кадров с релевантными навыками.

В-четвертых, развитие цифровизации производственных систем требует пересмотра подходов к управлению ресурсами. Предприятиям нужно обеспечить бережливое расходование материалов и энергии. Для этого необходимо внедрять интеллек- туальные системы планирования ресурсов, и оптимизации производственных процессов на базе технологий больших данных и машинного обучения.

Не смотря на серьезные вызовы, многие предприятия уже успешно внедряют технологии Индустрии 4.0 в производственные процессы:

• 1)    Автомобильный концерн «Daimler AG» в Штутгарте использует автоматизированную систему, которая анализирует данные для улучшения качества головки цилиндров и предотвращает ошибки на производстве. Данная система использует датчики и алгоритмы машинного обучения для мониторинга процесса производства в режиме реального времени. Собранные данные анализируются для выявления потенциальных проблем и оптимизации производственных параметров. Благодаря этому удается снизить количество дефектов и повысить эффективность производства.

• 2)    Химический концерн «BASF Societas Europaea» в Людвигсхафене разработал систему раннего предупреждения для быстрого техобслуживания насосов, теплообменников и производственных установок. Для этого используются сенсоры и передовые методы анализа данных для предиктивного обслуживания оборудования. Она непрерывно следит за состоянием критически важных компонентов и выявляет признаки потенциальных неисправностей до их возникновения. Благодаря этой системе планирование технического обслуживание проводится заблаговременно, сводя к минимуму незапланированные простои производства.

• 3)    Немецкий автомобильный концерн «Volkswagen» применяет технологию радиочастотной идентификации (RFID), которая позволяет мгновенно собирать данные с разных элементов испытательных машин. RFID-метки прикрепляются к ключевым компонентам и узлам испытательных стендов. С помощью RFID-считывателей инженеры могут быстро и точно идентифицировать каждый элемент, получая доступ к его истории, техническим характеристикам и другим важным данным. Затем эта информация анализиру-

• ется для изучения рабочих параметров прототипа и выявления областей для улучшения. Кроме того, RFID-технология используется и для отслеживания деталей и готовых автомобилей на всех этапах производства и логистики, обеспечивая прозрачность и эффективность всей цепочки поставок.

Российские промышленные предприятия также активно внедряют технологии Индустрии 4.0. Министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров заявил, что к 2035 году в России планируется создать 40 «умных фабрик», характеризуемых «безлюдным» производством на основе роботов и искусственного интеллекта.

Для достижения целей создания «умных фабрик» в России реализуется ряд государственных инициатив и программ поддержки. Так, Министерство промышленности и торговли РФ запустило проект «Цифровая промышленность», нацеленный на разработку и внедрение цифровых решений на предприятиях. В его рамках создаются «цифровые двойники», внедряются технологии промышленного интернета вещей, большие данные и искусственный интеллект [4].

В 2017 г. была утверждена программа «Цифровая экономика Российской Федерации», которая должна создать условия для развития цифровых технологий в промышленности и других отраслях [2]. Также реализуется Национальная технологическая инициатива (НТИ) - программа мер по поддержке перспективных отраслей, которые станут основой мировой экономики в ближайшие 20 лет.

Для ускорения инновационного развития промышленности созданы специальные институты - Агентство стратегических инициатив, Фонд развития промышленности, Фонд «Сколково», которые оказывают поддержку высокотехнологичным проектам и стартапам на разных стадиях.

Первопроходцами по внедрению идей «Индустрии 4.0» в России считают банки и нефтяные компании, постепенно к идее «умного производства» начали приходить и крупные промышленные предприятия:

• 1)    ПАО «Газпром нефть» активно внедряет цифровые технологии в свои производственные процессы. Компания использует предиктивную аналитику и машинное обучение для оптимизации добычи нефти, а также применяет беспилотные летательные аппараты для мониторинга трубопроводов и других объектов инфраструктуры. «Газпром нефть» также развивает собственную цифровую платформу для управления логистикой и снабжением;

• 2)    ПАО «Северсталь», один из крупнейших производителей стали в России, реализует проект «Цифровая фабрика», направленный на комплексную цифровизацию производства. Компания внедряет интеллектуальные системы управления производством, роботизированные комплексы и технологии промышленного интернета вещей. Ожидается, что к 2025 году доля продукции, произведенной с помощью цифровых технологий, достигнет 50%;

• 3)    Госкорпорация «Ростех» запустила проект «Цифровая промышленность», нацеленный на разработку и внедрение цифровых решений на предприятиях корпорации. В рамках проекта создаются «цифровые двойники» производств, внедряются технологии промышленного интернета вещей, большие данные и искусственный интеллект. Пилотные проекты реализуются на таких предприятиях, как ОАК, ОДК, «Вертолеты России», КАМАЗ и др.;

• 4)    ОАО «РЖД» также активно внедряет цифровые технологии. Компания развивает проекты «Цифровая железная дорога» и «Умный вокзал», которые предполагают внедрение интеллектуальных систем управления движением, предиктивного ремонта инфраструктуры, автоматизации вокзальных процессов и услуг для пассажиров. РЖД также экспериментирует с технологиями беспилотного управления поездами.

Кроме того, внедрением технологий Индустрии 4.0 выделяются и предприятия Республики Татарстан. В Республике реализуются проекты по цифровой трансформации предприятий нефтехимии, машиностроения и других отраслей. Первопро- ходцами по внедрению технологий Индустрии 4.0 в республике стали «Татнефть», КАМАЗ, «Нижнекамскнефтехим» и др.

По данным Министерства промышленности и торговли Республики Татарстан, регион демонстрирует значительный рост в секторе высоких технологий, что подтверждается рядом успешных проектов и внедрением передовых технологических решений на предприятиях:

• 1)    «Сетевая компания» реализует проекты по созданию интеллектуальных сетей, внедрению систем интеллектуального учета электроэнергии и автоматизации подстанций;

• 2)    одной из первых пилотных площадок Татарстана по внедрению «Индустрии 4.0» стала Казанская ТЭЦ-3. На станции внедрена система удаленного мониторинга и диагностики оборудования, что позволяет повысить надежность и эффективность работы ТЭЦ;

• 3)    в Иннополисе активно развивают проекты в сфере Индустрии 4.0, такие как робототехника, искусственный интеллект, большие данные, интернет вещей;

• 4)    особая экономическая зона «Алабуга» также характеризуется своей адаптацией к Индустрии 4.0. Например, завод «Тракья Гласс Рус» применяет роботизированные линии и системы удаленного мониторинга оборудования;

• 5)    ПАО «КАМАЗ» успешно реализует проект «Индустрия 4.0», который предполагает цифровизацию производства, внедрение роботов, интернета вещей, системы управления жизненным циклом изделия.

Таким образом, Индустрия 4.0 открывает огромные возможности для повышения эффективности и непрерывного развития промышленных предприятий. Несмотря на вызовы, связанных с реинжинирингом производственных процессов, обеспечением кибербезопасности и развитием компетенций персонала, передовые предприятия, осваивающие Индустрию 4.0, уже демонстрируют впечатляющие результаты. Для максимального освоения потенциала четвертой промышленной революции предприятиям необходимо разработать комплексные стратегии цифровой трансформации, инвестировать в новые техно- логии и развитие персонала.