«Четвертая технологическая революция» — J&P опубликовали исследование о Промышленном Интернете

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.

Промышленные революции
Промышленные революции

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.

Примеры оценок по числу соединенных устройств и доходам в разбивке по отраслям экономики
Примеры оценок по числу соединенных устройств и доходам в разбивке по отраслям 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).

Читать также: «Национальная ассоциация участников рынка промышленного Интернета начала свою работу»>>

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.
Показатели эффективности
Показатели эффективности

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.

Читать также: «Интернет вещей — мина замедленного действия?»>>

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.

Читать также: «Дмитрий Медведев выступил на «Иннопроме» за создание консорциумов для стандартизации и регулирования индустриального Интернета»>>

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.

Читать также: «Аналитики: Российский Интернет вещей отстает от мирового»>>