Экспертное сообщество всё отчетливее осознаёт, что дальнейшее развитие цивилизации по исторически сложившемуся пути невозможно, так как ныне появились новые глобальные проблемы, угрожающие существованию этой цивилизации. Впервые в истории человечества сдвинулись со стационарных уровней важнейшие показатели состояния биосферы.
К таким показателям можно отнести: резкое ухудшение качества воздуха и воды; глобальное потепление; истощение озонового слоя; уменьшение биоразнообразия; достижение предела пищевых, сырьевых и энергетических возможностей биосферы; утрату нравственных ориентиров значительной частью человеческого сообщества (так называемый «феномен аморального большинства»).
Памятник нашему поколению будет выглядеть, видимо, так: посреди огромного шламового отвала стоит величественная бронзовая фигура в противогазе, а внизу на гранитном постаменте надпись: «Мы победили природу!».
Первая промышленная революция на базе угля и Вторая промышленная революция на базе нефти и газа фундаментально изменили жизнь и труд человечества и преобразили облик планеты. Однако эти две революции привели человечество к пределу развития. Среди главных вызовов, которые брошены человечеству - проблемы экологии (см. выше), истощение биоресурсов и традиционных источников энергии. И на эти вызовы человечество должно ответить ТРЕТЬЕЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ РЕВОЛЮЦИЕЙ.
«Третья промышленная революция» (ThirdIndustrialRevolution - TIR) - это концепт развития человечества, автором которого является американский ученый - экономист и эколог - Джереми Рифкин (JeremyRifkin). Вот основные положения концепции TIR:
1) Переход на возобновляемые источники энергии (солнце, ветер, водные потоки, геотермальные источники).
Хотя «зеленая» энергия все еще не заняла в мире большой сегмент (не больше 3-4%), инвестиции в неё растут огромными темпами. Так, в 2008 г. было потрачено $155 миллиардов на выполнение «зеленых» энергетических проектов ($52 миллиарда - энергия ветра, $34 миллиарда - солнечная энергия, $17 миллиардов - биотопливо и др.), и впервые это были больше, чем инвестиции в ископаемое топливо.
Только за последние три года (2009-2011) суммарная мощность установленных в мире солнечных станций утроилась (с 13,6 ГВт до 36,3 ГВт). Если же говорить обо всех ВИЭ (ветровая, солнечная, геотермальная и морская энергетика, биоэнергетика и малая гидроэнергетика), то установленная мощность электростанций в мире, использующих ВИЭ, уже в 2010 г. превысила мощность всех АЭС и составила около 400 ГВт.
На конец 2011 г. цена в Европе одного кВт-ч «зеленой» энергии для потребителей составляла: гидроэнергии - 5 евроцентов, ветровой - 10 евроцентов, солнечной - 20 евроцентов (для сравнения: обычной тепловой - 6 евроцентов). Однако ожидаемые научно-технологические прорывы в солнечной энергетике позволят к 2020 г. получить резкое падение цен на солнечные панели и снизить цену «под ключ» 1-го ватта солнечной мощности с $2,5 до $0,8-1, что позволит генерировать «зеленую» электроэнергию по цене меньшей, чем от самых дешевых сейчас угольных ТЭС.
2) Превращение существующих и новых зданий (как промышленных, так и жилых) в минизаводы по производству энергии (за счет оборудования их солнечными батареями, мини-ветряками, теплонасосами). Например, в Евросоюзе имеется 190 млн. зданий. Каждое из них может стать маленькой электростанцией, черпающей энергию из крыш, стен, теплых вентиляционных и канализационных потоков, мусора. Необходимо постепенно распрощаться с крупными поставщиками энергии, порожденными Второй промышленной революцией - основанных на угле, газе, нефти, уране. Третья промреволюция - это мириады малых источников энергии от ветра, солнца, воды, геотермии, тепловых насосов, биомассы, включая твердые бытовые и «канализационные» городские отходы и др.
3) Развитие и внедрение технологий энерго-ресурсо-сбережения (как производственного, так и «домашнего») - полная утилизация остаточных потоков и потерь электроэнергии, пара, воды, любого тепла, полная утилизация промышленных и бытовых отходов и др.
4) Перевод всего автомобильного (легкового и грузового) и всего общественного транспорта на электротягу на основе водородной энергетики (плюс развитие новых экономичных видов грузового транспорта таких как дирижабли, подземный пневмотранспорт и др.).
В настоящее время в мире эксплуатируется свыше одного миллиарда ДВС - двигателей внутреннего сгорания (легковые и грузовые автомобили, тракторы, сельхоз- и строительная техника, военная техника, корабли, авиация и др.), которые ежегодно сжигают около полутора миллиардов тонн моторного топлива (бензина, авиакеросина, дизтоплива) и оказывая угнетающее действие на окружающую природную среду.
По данным InternationalEnergyAgency, более половины потребляемой в мире нефти идет на нужды транспорта. В США на транспорт приходится около 70% всей потребляемой нефти, в Европе - 52%; неудивительно, что 65% нефти потребляется в крупных городах (в сумме - 30 млн баррелей нефти в день!).
Вольфганг Шрайберг, один из руководителей Volkswagen, привел интересную статистику: большая часть городского коммерческого транспорта в большинстве стран проезжает за день не более 50 км, а средняя скорость движения этих автомобилей - 5-10 км/час; однако с такими мизерными показателями эти автомобили потребляют в среднем литров моторного топлива на 100 км! Большая часть этого топлива сгорает на светофорах, в пробках или при мелкой погрузке-разгрузке (или на остановках - для общественного транспорта) с невыключенным мотором.
NationalRenewableEnergyLaboratory (США) в своих расчётах использовала среднюю дальность пробега легкового автомобиля 12000 миль в год (19200 км), потребление водорода - 1 кг на пробег 60 миль (96 км). Т.е. одному легковому автомобилю в год требуется 200 кг водорода, или 0,55 кг в день.
Недавно «водородомобиль» Ливерморской национальной лаборатории (LLNL) Министерства энергетики США прошел 1046 километров на одной водородной заправке.
Средний кпд ДВС невысок - в среднем 25%, т.е. при сжигании 10 л бензина 7,5 л уходит «в трубу». Средний кпд электропривода - 75%, втрое выше (а термодинамическое кпд топливного элемента - около 90%); выхлопы водородомобиля -только Н2О.
Важно отметить, что если для движения традиционного автомобиля необходима нефть (бензин, дизель), которая есть далеко не у каждой страны, то водород получают из воды (даже морской) с помощью электроэнергии, которую, в отличие от нефти, можно получать из различных источников - уголь, газ, уран, водные потоки, солнце, ветер и др., и у любой страны что-то из этого «набора» обязательно имеется.
5) Переход от промышленного к локальному и даже «домашнему» производству большинства бытовых товаров благодаря развитию технологии 3D-принтеров.
3D-принтер - устройство, использующее метод послойного создания физического объекта на основе виртуальной 3D-модели. В отличие от обычных принтеров, 3D-принтеры печатают не фотографии и тексты, а «вещи» - промышленные и бытовые товары. В остальном они очень похожи. Как и в обычных принтерах, применяются две технологии формирования слоёв - лазерная и струйная. У 3D-принтера тоже есть «печатающая» головка и «чернила» (точнее, заменяющий их рабочий материал). Фактически, 3D-принтеры - это те же специализированные промышленные станки с числовым программным управлением, но на абсолютно новой научно-технической базе XXI века.
6) Переход от металлургии к композитным материалам (особенно нано-материалам) на основе углерода, а также замена металлургии на технологию 3D-печати на основе селективной лазерной плавки (SLM - SelectiveLaserMelting).
Например, новейший американский «Boeing-787-Dreamliner» - первый в мире самолет, изготовленный на 50% из композитных материалов на основе углерода. В новом авиалайнере из композитных полимеров изготовлены в том числе крылья и фюзеляж. Широкое использование углепластика по сравнению с традиционным алюминием позволило значительно уменьшить вес самолета и сократить использование топлива на 20% без потерь в скорости
Американо-израильская компания «ApNano» создала наноматериалы - «неорганические фуллерены» (inorganicfullerene - IF), которые многократно прочнее и легче стали. Так, в опытах образцы IF на основе сульфида вольфрама останавливали стальные снаряды, летящие на скорости 1,5 км/сек, а также выдерживали статическую нагрузку в 350 тонн/кв.см. Эти материалы могут быть использованы для создания корпусов ракет, самолетов, морских судов и морских субмарин, небоскребов, автомобилей, бронемашин и в других целях.
NASA решила использовать технологию 3D-печати на основе селективной лазерной плавки как замену металлургии. Недавно сложную деталь для космической ракеты сделали с помощью лазерной трехмерной печати, в процессе которой лазер сплавляет металлическую пыль в деталь любой формы - без единого шва или винтового соединения. Изготовление сложнейших деталей по технологии SLM с применением 3D-принтеров занимает считанные дни вместо месяцев, кроме того, SLM-технологии делают производство на 35-55% дешевле.
7) Отказ от животноводства, переход к производству «искусственного мяса» из животных клеток с использованием 3D-биопринтеров;
Американская компания ModernMeadow изобрела технологию «индустриального» изготовления мяса животных и натуральной кожи. Процесс создания таких мяса и кожи будет включать в себя несколько этапов. Сначала учёные отбирают миллионы клеток у животных-доноров. Это может быть как скот, так и экзотические виды, которых часто убивают только ради их кожи. Затем эти клетки будут размножены в биореакторах. На следующем этапе клетки будут центрифугироваться для удаления питательной жидкости и соединения их в единую массу, которая затем при помощи 3D-биопринтера будет сформирована в слои. Эти пласты клеток будут снова помещены в биореактор, где произойдёт их «созревание». Клетки кожи сформируют коллагеновые волокна, а клетки «мяса» образуют настоящую мышечную ткань. Этот процесс займёт несколько недель, после чего мышечная и жировая ткань может быть использована для производства пищевых продуктов, а кожа - для обуви, одежды, сумок. Для получения мяса в 3D-биопринтере энергии потребуется втрое меньше, а воды - в 10 раз меньше, чем на производство того же количества свинины, а особенно говядины обычными способами, а выбросы парниковых газов снижаются в 20 раз по сравнению с выбросами при выращивании скота на убой (ведь в настоящее время для производства 15 г животного протеина нужно скормить скоту 100 г растительного протеина, таким образом, кпд традиционного метода получения мяса составляет лишь 15%). Искусственный «мясозавод» требует намного меньше земли (займет всего 1% земли по сравнению с обычной фермой той же производительности по мясу). Кроме того, из пробирки в стерильных лабораторных можно получить экологически чистый продукт, без всяких токсичных металлов, глистов, лямблий и прочих «прелестей», часто присутствующих в сыром мясе. К тому же, искусственно выращенное мясо не нарушает этических норм: не надо будет выращивать скот, а затем безжалостно его умерщвлять.
8) Перевод части сельского хозяйства в города на базе технологии «вертикальных ферм» (VerticalFarm).
Откуда взять на все это деньги, коль скоро и Европа, и Америка тонут в долгах? Но ведь везде ежегодно закладывается бюджет развития - каждая страна и почти каждый город планируют его. Важно делать капиталовложения в то, у чего есть будущее, а не в поддержание жизни таких инфраструктур, технологий, отраслей или систем, которые обречены на вымирание.
Хочется выразить надежду, что «всемирная TIR» случится гораздо раньше того момента, когда человечество исчерпает все имеющиеся в природе запасы угля, нефти, газа и урана, а заодно окончательно загубит окружающую природную среду.
В конце концов, каменный век закончился вовсе не потому, что на Земле закончились камни...
Итак, третья технологическая революция - результат кризиса массового индустриального производства, нацеленного на экстенсивное развитие, результат окончания эры дешевой нефти и нового обострения конкуренции на мировом рынке. Эта революция дала возможность начать переход к постиндустриальному обществу.
Общая схема трехволновой истории человечества выстраивается теперь так: доиндустриалъное (аграрное), индустриальное и постиндустриальное общества.
Когда начался переход к постиндустриальному обществу? Общепринятая оценка - с середины 1970-х гг., когда началось радикальное обновление технологий, особенно обнажились изменения в структуре занятости, системе ценностей и представлений о мире. Это было началом большого цикла экономического развития, по Н. Кондратьеву.
Особое внимание в таких аргументах технологического характера уделяется развитию информационной техники, и особенно быстрой смене поколений микропроцессоров, компьютеров, развитию систем связи (коммуникаций) - оптико-волоконной, спутниковой, сотовой и т. д. На этой основе развертывается информационная революция. Поэтому постиндустриальное общество называют также информационным обществом.
Научно-техническая революция. Так часто в 1970-е гг. называли бурное внедрение новейших технических достижений. Речь, по сути, шла о третьей промышленнотехнологической революции, ядром которой является информационная революция, поскольку производство и обработка информации и знаний становятся занятием большинства работников в развитых странах мира. Но название «научно-техническая революция» остается важным, поскольку оно подчеркивает одну из главных особенностей перемен. Сочетание слов «научная» и «техническая» революция означает не просто сближение науки и техники, науки и производства, а то обстоятельство, что наука становится непосредственной производительной силой. Это означает, что теоретическое научное знание - основа современного прогресса в развитии новейших технологий. Поэтому постиндустриальное общество называют часто также обществом знаний, а современную экономику - экономикой знаний. Именно знания, их совершенствование и расширение становятся основой для нововведений в различных сферах жизни и производства. Гонка за нововведениями - суть современной экономики.
Третья промышленно-технологическая революция
развертывается в результате изобретения и усовершенствования в 1970-е гг. микропроцессоров и интегральных схем и создания на их основе персональных компьютеров. Наряду с микроэлектроникой, информационными и коммуникационными технологиями, самыми перспективными отраслями современной науки и производства становится развитие биотехнологии, генной инженерии, нанотехнологии, технологии новых материалов и т. д. Достижения в этих областях основаны на новых способах обработки и передачи информации. Благодаря биотехнологии уже производится значительное количество продовольствия во всем мире, которое не подвержено воздействию вредных насекомых и болезней.
Так, большая часть сои в мире - это генномодифицированный продукт. Клонирование (создание двойника из клетки) овцы Долли в Великобритании в 1996 г. открыло новую эпоху в решении целого ряда проблем. Клонирование человека запрещено во всех развитых странах мира, исследования производятся в направлении возможного выращивания необходимых для пересадки человеку из его же клеток различных органов и тканей. Расшифровка генома человека, которая была завершена в 2002 г., открывает также невиданные перспективы в развитии современной науки. Новыми технологическими символами эпохи стали персональный компьютер и клонированная овечка Долли. Главной страной, совершившей технологический прорыв в рамках третьей промышленно-технологической революции, стали США.
Вторая и третья промышленно-технологические революции
Мировая промышленность сегодня стоит на пороге четвертой технологической революции, с которой связывают возможности кардинальной модернизации производства и экономики, а также появление таких явлений, как цифровое производство, экономика «совместного использования» (shared economy), коллективное потребление, «уберизация» экономики, модель облачных вычислений, распределенные сети, сетецентрическая модель управления, децентрализация управления и т.д. Технологической основой для перехода к новой экономической парадигме является Интернет вещей. Об этом говорится в отчете J’son & Partners Consulting о мировых тенденциях и потенциале развития Индустриального Интернета вещей в России.
В связи с этим для отечественной промышленности открываются как новые возможности, так и угрозы: к кратному отставанию по производительности труда и качеству производимой продукции может добавиться отставание в переходе на новые принципы взаимодействия в цепочке «поставщик-потребитель». Это может привести к принципиальной невозможности конкурировать с ведущими международными промышленными концернами, как по себестоимости продукции, так и скорости исполнении заказов.
Интернет вещей
Интернет вещей (IoT, Internet of Things) – система объединенных компьютерных сетей и подключенных физических объектов (вещей) со встроенными датчиками и ПО для сбора и обмена данными, с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме, без участия человека.
Различают потребительский (массовый) сегмент применения Интернета вещей, куда входят персональные подключенные устройства – смарт-часы, различного рода трекеры, автомобили, устройства умного дома и т.д. и корпоративный (бизнес) сегмент, куда входят отраслевые вертикали и межотраслевые рынки – промышленность, транспорт, сельское хозяйство, энергетика (Smart Grid), умный город (Smart City) и др.
В данном исследовании консультанты J’son & Partners Consulting подробно рассмотрели Интернет вещей в корпоративном (бизнес) сегменте, который называют Индустриальный Интернет вещей, в частности, его применение в промышленности — Промышленный Интернет.
Индустриальный (часто Промышленный) Интернет вещей (Industria lInternet of Things, IIoT) – Интернет вещей для корпоративного / отраслевого применения — система объединенных компьютерных сетей и подключенных промышленных (производственных) объектов со встроенными датчиками и ПО для сбора и обмена данными, с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме, без участия человека.
В промышленном применении используется термин «Промышленный Интернет».
Внедрение сетевого взаимодействия между машинами, оборудованием, зданиями и информационными системами, возможность осуществлять мониторинг и анализ окружающей среды, процесса производства и собственного состояния в режиме реального времени, передача функции управления и принятия решений интеллектуальным системам приводят к смене «парадигмы» технологического развития, называемой также четвертой промышленной революцией.
Четвертая индустриальная революция (Индустрия 4.0), — переход на полностью автоматизированное цифровое производство, управляемое интеллектуальными системами в режиме реального времени в постоянном взаимодействии с внешней средой, выходящее за границы одного предприятия, с перспективой объединения в глобальную промышленную сеть вещей и услуг.
В узком смысле Индустрия 4.0 (Industrie 4.0) – это название одного из десяти проектов государственной Hi-Tech-стратегии Германии до 2020 года, описывающего концепцию умного производства (Smart Manufacturing) на базе глобальной промышленной сети Интернета вещей и услуг (Internet of Things and Services).
В широком смысле Индустрия 4.0 характеризует текущий тренд развития автоматизации и обмена данными, который включает в себя киберфизические системы, Интернет вещей и облачные вычисления. Представляет собой новый уровень организации производства и управления цепочкой создания стоимости на протяжении всего жизненного цикла выпускаемой продукции.
Первая промышленная революция (конец XVIII – начало XIX века) обусловлена переходом от аграрной экономики к промышленному производству за счет изобретения паровой энергии, механических устройств, развития металлургии.
Вторая промышленная революция (вторая половина XIX – начало XX века) – изобретение электрической энергии, последовавшее поточное производство и разделение труда.
Третья промышленная революция (с 1970 года) — применение в производстве электронных и информационных систем, обеспечивших интенсивную автоматизацию и роботизацию производственных процессов.
Четвертая промышленная революция (термин введен в 2011 году, в рамках немецкой инициативы — Индустрии 4.0).
Несмотря на активное внедрение различных видов инфокоммуникационных технологий (ИКТ), электроники и промышленной робототехники в производственные процессы, автоматизация промышленности, начавшаяся в конце XX века, носила преимущественно локальный характер, когда каждое предприятие или подразделения внутри одного предприятия использовали собственную (проприетарную) систему управления (или их сочетание), которые были несовместимы с другими системами.
Развитие Интернета, ИКТ, устойчивых каналов связи, облачных технологий и цифровых платформ, а также информационный «взрыв», вырвавшийся из разных каналов данных, обеспечили появление открытых информационных систем и глобальных промышленных сетей (выходящих за границы отдельного предприятия и взаимодействующих между собой), которые оказывают преобразующее воздействие на все сектора современной экономики и бизнеса за пределами самого сектора ИКТ, и переводят промышленную автоматизацию на новую, четвертую ступень индустриализации.
В 2011 году количество подключенных физических объектов в мире превысило количество подключенных людей. С этого времени принято исчислять стремительное развитие эпохи Интернета вещей.
Несмотря на различия в методологии оценок различных международных аналитических агентств, можно констатировать, что применения новой концепции будут связаны в первую очередь с широким использованием Интернета вещей в отраслях экономики.
Зарубежные эксперты признают Интернет вещей разрушительной технологией, которая вносит необратимую трансформацию в организацию современных производственных и бизнес-процессов.
Проведенный консультантами J`son & Partners Consulting анализ опыта внедрения Интернета вещей в мире показывает, что переход на концепцию IIoT происходит за счет формирования кросс-индустриальных открытых (по горизонтали и вертикали) производственно-сервисных экосистем, объединяющих множество различных информационных систем управления разных предприятий и задействующих множество различных устройств.
Такой подход позволяет реализовать в виртуальном пространстве сколь угодно сложные сквозные бизнес-процессы, которые способны в автоматическом режиме осуществлять оптимизационное управление (сквозной инжиниринг) различного рода ресурсами через всю цепочку поставок и создания стоимости продукции — от разработки идеи, дизайна, проектирования до производства, эксплуатации и утилизации.
Для реализации такого подхода требуется, чтобы вся необходимая информация о фактическом состоянии ресурсов (сырье и материалы, электроэнергия, станки и промышленное оборудование, транспортные средства, производство, маркетинг, продажи) как внутри одного, так и на разных предприятиях, была доступна автоматизированным системам управления разных уровней (приводы и сенсоры, контроль, управление производством, реализацией и планированием).
Таким образом, можно сказать, что Индустриальный Интернет вещей представляет собой организационно-технологическую трансформацию производства, базирующуюся на принципах «цифровой экономики», позволяющую на уровне управления объединять реальные производственные, транспортные, человеческие, инженерные и иные ресурсы в практически неограниченно масштабируемые программно-управляемые виртуальные пулы ресурсов (shared economy) и предоставлять пользователю не сами устройства, а результаты их использования (функции устройств) за счет реализации сквозных производственных и бизнес-процессов (сквозного инжиниринга).
«До сего момента компании могли управлять лишь частью производственного процесса, никогда не имея возможности видеть всю картину целиком. И оптимизация каждой отдельной части этого процесса, оптимизирует всю цепочку. У нас также были трудности с обеспечением стабильности поставок, производительностью и эффективностью. Если посмотреть на перевозки, то 75% их общего объема обеспечивалось грузовиками, что создавало проблемы.
Сегодня с ABB мы можем предложить предприятиям объединить все производственные мощности почти в режиме реального времени. Чтобы видеть, что с ним происходит, иметь с ними обратную связь, контролировать их, идентифицировать и избежать различных проблем и подводных камней с разными этапами производства, отдельными службами и упростить инвентаризацию оборудования. Это даёт совершенно новый уровень оптимизации. Отсюда – рост производительности, инновации, любой аспект, важный для предприятия. Но это только одно из направлений. Подумайте об автоматизации, роботах, 3D-печати…»
Из выступления представителя Microsoft на конференции IoT World 2016, США (Çağlayan Arkan – General Manager, Worldwide Manufacturing & Resources Sector, Enterprise & Partner Group)
Внедрение Интернета вещей предполагает необходимость кардинального изменения подходов к созданию и использованию автоматизированных информационных систем управления (АСУ) и общих подходов к управлению предприятиями и организациями.
«С технической точки зрения Интернет вещей реализовать очень легко. Самая сложная часть – это изменения бизнес-процессов. И я не видел еще ни одной компании, которая пришла бы к вам в один славный день и предложила вам такое магическое решение».
Из выступления представителя Baker Hughes на конференции IoT World 2016, США (Blake Burnette — Director, Equipment Research and Development)
По мнению J’son & Partners Consulting, за количественным ростом Интернета вещей и организационно-технологической трансформацией производства стоят важные качественные изменения в экономике:
- данные, которые раньше были недоступны, с ростом проникновения встроенных устройств представляют собой ценную информацию о характере использования продукта и оборудования для всех участников производственного цикла, являются основной формирования новых бизнес-моделей и обеспечивают дополнительный доход от предложения новых услуг, таких как, например: контракт жизненного цикла на промышленное оборудование, контрактное производство как сервис, транспорт как сервис, безопасность как сервис и другие;
- виртуализация производственных функций сопровождается формированием «экономики совместного использования» (shared economy), характеризующейся существенно более высокой эффективностью и производительностью за счет повышения использования имеющихся ресурсов, изменения функционала устройств без внесения изменений в физические объекты, путем изменения технологий управления ими;
- моделирование технологических процессов, сквозное проектирование и, как результат, оптимизация цепочки создания стоимости на всех этапах жизненного цикла продукта в режиме реального времени, позволяют производить штучный или мелкосерийный продукт по минимальной цене для Заказчика и с прибылью для производителя, что в традиционном производстве возможно только при массовом производстве;
- эталонная архитектура, стандартизированные сети и модель аренды вместо оплаты полной стоимости владения, делают совместную производственную инфраструктуру доступной для среднего и малого бизнеса, что облегчает их усилия по управлению производством, позволяет ускорить реагирование на изменяющиеся требования рынка и сокращение жизненного цикла продукции, и влечет за собой разработку и появление новых приложений и сервисов;
- анализ данных о пользователе, его производственных объектах (машинах, зданиях, оборудовании) и характере потребления открывают возможности для поставщика услуги по улучшению клиентского опыта, созданию большего удобства пользования, лучшего решения и сокращению затрат клиента, что ведет к повышению удовлетворенности и лояльности от работы с данным поставщиком;
- функционирование различных отраслей экономики будет непрерывно усложняться под воздействием развития технологий и все больше осуществляться за счет автоматического принятия решений самими машинами на основе анализа большого объема данных с подключенных устройств, что приведет к постепенному снижению роли производственного персонала, в том числе квалифицированного. Потребуется качественное профессиональное образование, включая инженерное, специальные обучающие программы для работников и тренинги.
Ярким примером применения концепции Интернета вещей в промышленности является проект компании Harley Davidson , которая производит мотоциклы. Основной проблемой, с которой столкнулась компания, была медленная реакция на запросы потребителей в условиях возросшей конкуренции и ограниченная возможность кастомизации пяти выпускаемых моделей на стороне дилеров. C 2009 по 2011 год компания провела масштабную реконструкцию своих промышленных площадок, в результате чего была создана единая сборочная площадка, выпускающая любой тип мотоцикла с возможностью кастомизации из более чем 1300 опций.
На протяжении всего производственного процесса используются датчики, управляемые системой класса MES (SAP Connected Manufacturing). Каждый станок, каждая деталь имеет радиометку, которая однозначно идентифицирует изделие и его производственный цикл. Данные от датчиков передаются в платформу SAP HANA Cloud for IoT, выполняющую функцию интеграционной шины для сбора данных с датчиков и различных информационных систем, как внутренних производственных и бизнес-систем компании Harley Davidson, так и информационных систем контрагентов компании.
Компания Harley Davidson достигла фантастических результатов:
- Сокращение производственного цикла с 21 дня до 6 часов (каждые 89 секунд с конвейера сходит мотоцикл, полностью кастомизированный под своего будущего владельца).
- Акционерная стоимость компании выросли более чем в семь раз с уровня 10 долларов в 2009 году до 70 долларов в 2015 году.
Кроме того, реализовано сквозное управление производством изделия (мотоцикла) на всем его жизненном цикле.
Еще одним примером внедрения Промышленного Интернета является итальянская компания Brexton — производитель станков для обработки камня, которая развернула интеллектуальную систему, основанную на экосистеме Microsoft, в результате чего станки стало возможным подключать к удаленным серверам центра управления, в котором хранятся данные о производстве и инвентарная информация. Сами станки для резки и обработки камня управляются программируемыми логическими контроллерами (PLC), подключенными к HMI (человеко-машинный интерфейс). HMI с помощью ASEM Ubiquity подключается к PLC компании Breton. Оператор может выйти в сеть с помощью HMI, выбрать необходимую спецификацию, использовать сканер штрих-кодов для сканирования данных. Все данные, требуемые для производства конкретного образца, автоматически загружаются в PLC. Процесс не требует использования бумажных инструкций, ручных корректировок, ручного запуска станка для резки по камню.
Решение позволяет не только управлять и конфигурировать работу станков, но и осуществлять техподдержку в форме чата в режиме реального времени. Breton планирует значительно сократить расходы на поездки своих экспертов за счет удаленного обслуживания: 85% клиентов компании находятся вне Италии. Объем экономии компания оценивает в 400 тысяч евро.
В выигрыше оказываются и клиенты. Так, тайваньская компания Lido Stone Works, производитель изделий из камня под заказ установила три станка компании Breton и перешла к автоматизированному производству. Решение связало подразделение дизайна с производственным цехом, в результате внедрения новой системы, Lido Stone Works получили следующие показатели:
- рост выручки на 70%;
- рост производительности на 30%.
Сдерживающие факторы и требования к реализации проектов IoT в России
Экосистема и партнеры. Для реализации проектов в сфере Интернета вещей необходимо формирование целой экосистемы, включающей:
- доступность в России IoT-платформы для сбора, хранения и обработки данных, как глобальных, так и национальных;
- наличие обширного пула разработчиков приложений для платформ IoT;
- достаточное количество и номенклатура устройств, способных взаимодействовать с платформами, так называемых подключенных устройств;
- наличие предприятий и бизнеса в целом, организационная модель которых позволяет проведение трансформации, и так далее.
Если IoT-платформы уже доступны в России, то с разработкой прикладных сервисов и, самое главное, организационной готовностью потенциальных заказчиков пока связаны основные сложности. В то же время отсутствие хотя бы одной из указанных составляющих делает переход на технологии Интернета вещей невозможным.
Государственная поддержка. Внедрение проектов Интернета вещей в мире активно поддерживается государством в виде:
- прямого государственного финансирования;
- государственно-частного финансирования совместно с крупнейшими игроками;
- формируются рабочие и проектные группы из представителей отрасли, научно-исследовательских учреждений;
- организовываются тестовые зоны и предоставляется инфраструктура для совместного использования;
- организуются конкурсы и хакатоны по созданию приложений и разработок;
- поддерживаются пилотные проекты;
- финансируются исследования и разработки по различным направлениям внедрения (искусственный интеллект, информационные системы управления, безопасность, сетевое взаимодействие и т.д.);
- поддерживается экспорт разработок;
- в большинстве крупных стран утверждены долгосрочные государственные программы в поддержку Интернета вещей.
К примеру, проект Industrie 4.0 признается важной мерой в укреплении немецкого технологического лидерства в машиностроении, на его развитие предполагается прямое государственное финансирование в размере 200 миллионов долларов.
Дополнительно для реализации программы предусмотрено финансирование инновационных исследований в сфере ИКТ по линии министерства образования на изучение:
- интеллекта встроенных устройств;
- имитационных моделей сетевых приложений;
- взаимодействия человека и машин, языкового и медиауправления, сервисов робототехники.
Технологические системы и оборудование промышленно развитых стран становятся интеллектуальными и объединенными. Предприятия интегрируются в глобальные промышленные сети для объединения сети производственных ресурсов и глобальных приложений.
Эту модель также называют shared economy. Она строится на постулате о том, что в любой изолированной системе «эксклюзивное» использование ресурсов/устройств неэффективно, вне зависимости от того, насколько эти устройства/ресурсы технологически «продвинуты». И чем меньше такая изолированная система, тем менее эффективно используются в ней ресурсы, вне зависимости от того, насколько они технологически совершенны.
Поэтому задачей IoT является не просто подключение различных устройств (станков и промышленного оборудования, транспортных средств, инженерных систем) к сети связи, а объединение устройств в программно-управляемые пулы и предоставление пользователю не самих устройств, а результатов их использования (функций устройств).
Это позволяет кратно повысить производительность и эффективность использования объединяемых в пулы устройств относительно традиционной модели информационно изолированного их использования и реализовать принципиально новые бизнес-модели, такие как, например, контракт жизненного цикла на промышленное оборудование, контрактное производство как сервис, транспорт как сервис, безопасность как сервис и другие.
Достигается такая возможность за счет реализации модели облачных вычислений, применительно к физическим объектам (устройствам, ресурсам, оснащенным встроенными интеллектуальными системами). В отличие от проприетарных (закрытых) систем автоматизации, к IoT-платформе, используя открытые API, может быть подключено неограниченное количество и номенклатура устройств и любых других источников данных, а эффект «больших данных» позволяет совершенствовать алгоритмы анализа данных с использованием технологий машинного обучения.
То есть Интернет вещей – это не особенные высокотехнологичные устройства, а иная модель использования уже имеющихся устройств (ресурсов), переход от продажи устройств к продаже их функций. В модели IoT, используя ограниченную номенклатуру уже установленных устройств, можно реализовывать практически неограниченный функционал устройств без необходимости внесения изменений (или с минимумом таковых) в сами устройства, и таким образом добиваться максимальной утилизации этих устройств. В принципе, достижение 100-процентной эффективности в таких системах ограничено лишь несовершенством алгоритмов автоматического управления ресурсами. Для сравнения, утилизация устройств в традиционных изолированных системах находится, как правило, на уровне 4-6%.
Таким образом, можно сказать, что внедрение Интернета вещей не требует внесения значительных изменений в сами подключаемые устройства, и, как следствие, капитальных затрат на их модернизацию, но предполагает необходимость кардинального изменения подходов к их использованию, состоящих в трансформации методов и средств сбора, хранения и обработки данных о состоянии устройств и роли человека в процессах сбора данных и управлении устройствами. То есть внедрение Интернета вещей требует изменения подходов к созданию и использованию автоматизированных информационных систем управления (АСУ) и общих подходов к управлению предприятиями и организациями.
Основным вызовом в среднесрочной перспективе для России является угроза утраты конкурентоспособности на мировой арене по причине отставания в переходе на экономику совместного использования, технологической основой которой является модель Интернета вещей, что выразится в увеличении разрыва по показателю производительности труда от США с четырехкратного в 2015 году до более чем десятикратного в 2023 году.
А в долгосрочной перспективе, в случае непринятия адекватных мер, прогнозируется возникновение практически непреодолимого технологического барьера между Россией и ведущими технологическими державами, делающими ставку на внедрение высокоэффективных технологий и сервисных моделей развертывания, эксплуатацию информационно-коммуникационной инфраструктуры и программных приложений, таких как виртуализация сетевых функций и автоматическое программное управление ими. Это может привести к сокращению объема потребления ИКТ в России в денежном выражении более, чем в два раза в 2023 году по отношению к 2015 году и технологической деградации развернутой в стране ИКТ-инфраструктуры, а также к изоляции российских разработчиков ИКТ от участия в активно развивающихся в настоящее время глобальных экосистемах разработки и тестовых средах.
В оптимистичном сценарии появление и ускоренное внедрение принципиально новых бизнес- и сервисных моделей в идеологии IoT с учетом государственной поддержки и в сопровождении НИОКР, а также возможность создания открытой конкурентной экономики техническими средствами, опирающимися на принципиальное изменение роли ИКТ в управлении производственными предприятиями, будет являться ключевой точкой роста промышленности и экономики России на ближайшие три и последующие годы.
Если учесть, что по показателю производительности труда, то есть по интегральному показателю эффективности использования ресурсов Россия отстает в 4-5 раз от США и Германии, то потенциал роста для нашей страны кратно выше, чем у так называемых развитых стран. И этот потенциал необходимо использовать, благодаря совместным, хорошо скоординированным усилиям государства, бизнеса, игроков, научных и исследовательских организаций.
Очевидно, экономический кризис будет подталкивать российский бизнес к реализации проектов повышения эффективности. Если учесть, что переход на использование IoT-модели позволяет повысить ее в разы, а не на доли процентов, причем практически без капитальных вложений в модернизацию основных фондов, то консультанты J’son & Partners Consulting рассчитывают уже в этом году увидеть не единичные «истории успеха» новых IoT-проектов в России.
Технологическая революция – это качественные изменения технологических способов производства, сущность которых состоит в коренном перераспределении основных технологических форм между человеческими и техническими компонентами производительных сил общества.
Технологические революции стали возможными с появлением машин – технических объектов, способных самостоятельно выполнять технологические формы получения, преобразования, транспортировки и хранения (накопления) различных форм вещества, энергии и информации.
В общественном производстве произошли три технологические революции .
Первая технологическая революция была обусловлена передачей машине технологических функций формообразования вещественно-материальных предметов и возникла в недрах мануфактур и фабрик (конец XVII-нач. XVIII вв.). Массовое использование машин в текстильном производстве (чесальных, прядильных, ткацких и др.), металлообработке (ковочных, прокатных, металлорежущих и др.), бумагоделательной, пищевой (машины по переработке сырья) и других отраслях привело к первой промышленной революции. Количественные изменения (увеличение размеров машин, одновременное использование нескольких орудий и инструментов, объединение нескольких машин в системы и т.п.) привели к проблеме создания универсального источника энергии.
Вторая технологическая революция – энергетическая – была связана с осуществлением машинного способа генерации и трансформации энергии , ее началом стало изобретение универсального парового двигателя (вторая половина XVIII в.). Энергетическая технологическая революция привела ко второй промышленной революции, распространилась на транспорт, сельское хозяйство и др. отрасли материального производства.
Современная или третья технологическая революция (вторая половина XX в.) по своей сути является информационно-технологической . Она подчиняет себе все общественное производство, детерминирует революции в системе техники в целом и в различных её отраслях. Компьютеризация и роботизация завершают предыдущие технологические революции и связывают их в единое целое. По сути информационно-технологическая революция – это революция в области компьютерных технологий.
Компьютерная революция – это радикальные изменения во всех сферах (материальных и духовных) человеческой деятельности, обусловленные созданием и широкомасштабным использованием современной вычислительной техники, в рамках которой постепенно стираются грани между научным и техническим уровнем познания.
В основе «компьютерной революции» лежит возникновение и развитие кибернетики – науки об управлении и связи между объектами и системами различного уровня и качества, основателем которой является американский ученый Н. Винер. В книге «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» (1948) он обосновывает возможность количественного подхода к сигналу (информации), когда информация предстала в качестве одной из фундаментальных характеристик материальных объектов (наряду с веществом и энергией) и рассматривалась как феномен, противоположный по своей сути (знаку) энтропии. Этот подход позволил представить кибернетику как теорию преодоления тенденции роста энтропии.
С середины XX в. формируется структура кибернетики, куда входят:
а) математические основания (теория алгоритмов, теория игр, математическое программирование и др.);
б) отраслевые направления (экономическая кибернетика, биологическая кибернетика и др.);
в) конкретно-технические дисциплины (теория цифровых ЭВМ, основы автоматических систем управления, основы робототехники и др.).
Кибернетика – междисциплинарная наука на стыке естественных, технических и гуманитарных наук, для которой характерен специфический метод исследований объекта (или процесса), а именно: моделирование на ЭВМ. Кибернетика – дисциплина общенаучного характера.
Техническая кибернетика – одно из наиболее развитых отраслевых направлений кибернетики, куда входят теория автоматического управления, информатизация и др. Техническая кибернетика – общетеоретическая основа для группы дисциплин, изучающих информационную функцию техники. В процессе развития кибернетики возникла проблема искусственного интеллекта – выявление возможностей создания с помощью современных ЭВМ сравнительно самостоятельно мыслящих технических систем, которые должны не только оперировать полученной информацией, но осуществлять общение с человеком-оператором на естественном языке.
Выделяются следующие точки зрения на проблему имитационного моделирования (искусственного интеллекта):
1) оптимисты – ЭВМ обладает практически неограниченными возможностями при моделировании мыслительных процессов и любые формы человеческой деятельности, включая творческие процессы, поддаются технической имитации;
2) пессимисты – скептически подходят к самой возможности реализации идеи полной имитации естественных процессов техническими средствами;
3) реалисты – пытаясь примирить полярные воззрения, полагают, что в поведении и мышлении человека можно найти такие элементы и процессы, которые могут быть имитированы с помощью технических и программных средств.
Компьютерная революция – это научно-техническая основа информационного общества , для которого характерны:
– предельное увеличение скорости передачи информации, сравнимой со скоростью света;
– минимизация (и миниатюризация) технических систем, обладающих значительной эффективностью;
– новая форма передачи информации, основанная на принципе цифрового кодирования;
– распространение программного обеспечения, создавшее предпосылки для свободного использования персональных компьютеров во всех сферах деятельности.
Если НТР являлась научно-технической основой современного индустриального общества , то компьютерная революция обеспечила становление постиндустриального общества или техногенной цивилизации (буквально – цивилизация, порожденная техникой), которые характеризуются:
– доминированием не количественных (экономический рост), а качественных показателей развития социума (динамика здравоохранения, образования, социальной политики и т. п.);
– реализацией экологической политики, обеспечивающей не только удовлетворение рациональных потребностей социума, но и сохранение равновесия исторически сложившихся экосистем (стратегия устойчивого развития);
– экспансией глобализации при стремлении к сохранению национальной идентичности на государственном уровне.
Переход к техногенной цивилизации связан с техногенным изменением человека, которое можно рассматривать как совокупность непосредственно воздействующих на природу человека факторов, обусловленных развитием техники и технологии:
– резкое возрастание сложности, скорости и интенсивности производственных процессов сочетается с колоссальными требованиями к интеллекту, психическому здоровью и моральным качествам личности;
– опосредованно влияют на все аспекты человеческого бытия антропогенные изменения окружающей среды (загрязнение и перестройка которой наряду с другими возмущениями экосистем биосферы создают реальную угрозу существованию homo sapiens);
– тенденция денатурализации, т.е. утраты человеком устойчивых качеств своего естества как биологического организма, жизнь которого всё труднее поддерживать на оптимальном уровне, даже достаточном для простого воспроизводства себе подобных (это обстоятельство позволяет некоторым исследователям предполагать возможность пост-человеческой стадии эволюции).