Четвертая промышленная революция стремительно меняет мир и уже давно диктует свои правила игры. Мировой опыт показывает, что высокотехнологичные продукты и услуги с каждым годом становятся все сложнее, а времени и финансов, выделяемых на их разработку, на все этапы инновационного цикла, как правило, все меньше.
В связи с этим практически перестали работать традиционные подходы, основанные на доработке изделий и продуктов на основе многочисленных испытаний, в том числе — на основе дорогостоящих натурных испытаний. Себестоимость инновационного цикла и разработки становится настолько высокой, что в случае организации массового производства финальная стоимость продукции на глобальных высокотехнологичных рынках также оказывается высокой, что заранее предопределяет ее неконкурентоспособность.
Стоит окончательно поставить точку в дискуссии: в быстро меняющихся условиях современных высокотехнологичных рынков создание продукта средствами традиционного производства — это долго, дорого и неоптимально по качеству.
Общепризнанной задачей нового уклада становится создание и развитие инновационной экономики знаний, высоких технологий и наукоемких производств. Суть состоит в том, чтобы создать экономику, генерирующую и применяющую наукоемкие инновации, а не генерировать инновации для их мучительного внедрения в экономику. Мировая тенденция современного развития — в стремительном развитии тотальной цифровизации, автоматизации и интеллектуализации промышленности, в осуществлении перехода к киберфизическим системам, в объединении материального и цифрового/виртуального миров. Эти глобальные изменения сопровождаются развитием принципиально новых бизнес-процессов на всех уровнях.
Слияние реального и виртуального миров является одним из наиболее значимых на сегодняшний день технологических трендов. Технико-эксплуатационные характеристики многих высокотехнологичных продуктов уже не ограничиваются конструкционными и технологическими инновациями, а все в большей степени совершенствуются благодаря сопутствующему программному обеспечению, дающему возможность снизить риски и издержки, а также оптимизировать процесс эксплуатации изделий. То же можно сказать и о производственных процессах — высокотехнологичное оборудование уже невозможно себе представить отдельно от сопутствующего ему программного обеспечения и цифровых технологий, применяемых на всех этапах создания продукта.
Слияние реального и виртуального миров знаменует собой начало перехода от так называемых встроенных систем (embedded systems) к киберфизическим (cyber-physical systems, CPS). Встроенные системы — центральные блоки управления (central control units), встроенные в различные объекты, которыми они управляют. Киберфизические — набор новых технологий (enabling technologies), позволяющий соединить виртуальный и физический мир, в котором «умные» объекты взаимодействуют друг с другом за счет использования Интернета/сетей и данных. Концепция киберфизических систем неразрывно связана с технологиями индустриального Интернета и реализацией «межмашинного взаимодействия» (Machine-to-machine communication, M2M), позволяющими машинам «общаться» друг с другом и принимать самостоятельные решения о режиме функционирования, быстро и гибко реагируя на меняющиеся внешние условия. Применительно к промышленности соединение виртуального и физического мира посредством киберфизических систем означает появление «умных» фабрик, характеристиками которых являются адаптивность, гибкость, ресурсоемкость и т.д.
Мировой сценарий все больше размывает отраслевые границы, сближает сектора и отрасли экономики, стирает границы фундаментальной и прикладной науки. Для национальных экономик в сложившейся ситуации необходимо эффективно использовать технологические достижения других развитых стран («открытые технологические инновации» — open innovations), развивать технологическое сотрудничество (по возможности «встраиваться в технологические цепочки» компаний-лидеров), стремиться к максимально широкой кооперации и международному разделению труда, учитывая динамику этих процессов во всем мире и, самое главное, систематически аккумулируя и применяя передовые наукоемкие технологии мирового уровня. Необходимо понимать, что передовые в технологическом отношении страны уже фактически создали единое технологическое пространство.
Отличительной характеристикой времени является создание с применением современных нанотехнологий новых функциональных и smart-материалов, материалов с заданными физико-механическими и управляемыми свойствами, сплавов, полимеров, керамик, композитов и композитных структур, которые, с одной стороны, являются «материалами-конструкциями», а с другой — составной частью или компонентом макроконструкции (автомобиля, самолета и т.д.).
Еще один мировой тренд — интенсивное развитие информационно-коммуникационных технологий и наукоемких компьютерных технологий, нанотехнологий, которые носят «надотраслевой характер». Изменения ощущаются в каждой индустрии, хотя их масштаб и скорость существенно варьируются. Они способствуют кардинальному изменению характера конкуренции и позволяют «перепрыгнуть» десятилетия экономической и технологической эволюции. Ярчайшим примером такого скачка являются Бразилия, Китай, Индия и другие страны Юго-Восточной Азии.
Мировая тенденция четвертой промышленной революции диктует инжинирингу четкий сценарий: шире, быстрее, короче. Ситуация требует гораздо более быстрых темпов развития, коротких циклов, низких цен и высокого качества, чем когда-либо прежде. Мировые наука и промышленность сталкиваются со все более сложными комплексными проблемами, которые не могут быть решены на основе традиционных, узкоспециализированных подходов.
— Безусловно, российская инженерия нуждается в прорывных технологиях. Активное развитие передовых производственных технологий — необходимое условие конкурентоспособности высокотехнологичной организации. Разумеется, это требует особых знаний, компетенций и опыта, консолидации усилий в науке, промышленности, подготовке кадров. Невозможно использовать новые разработки и без комплекса управленческих новаций: переходы к концепции управления жизненным циклом продуктов, цепочками или сетями создания стоимости, сложными системами, качеством. На этом сложном, наукоемком и ресурсоемком рынке могут существовать и эволюционировать только настоящие лидеры, способные решать соответствующие задачи комплексно.
Одним из таких признанных лидеров является петербургский Политех. Созданный на его базе Центр компетенций НТИ «Новые производственные технологии» реализует дорожную карту, нацеленную на поддержку российских производственных компаний на глобальных рынках и в высокотехнологичных отраслях промышленности.
АО «ОДК» и ПАО «ОДК-Сатурн» — участники проектного консорциума центра. Основной вектор взаимодействия — создание и применение технологий цифровых двойников газотурбинных двигателей. Это одно из самых актуальных направлений в инновационной деятельности ОДК. В рамках утвержденной в декабре 2018 года дорожной карты «Технет НТИ — ОДК» уже запущен ряд проектов по целому спектру продуктовых программ корпорации, целью которых является разработка комплексов математических моделей высокой степени адекватности для создания образцов глобально конкурентоспособных авиационных двигателей.
— В мировой практике развитие технологий четвертой промышленной революции часто центрировано вокруг университетов. Это связано с целым рядом факторов, начиная с сокращения time-to-market и необходимостью максимально быстрого трансфера технологий в рынки и заканчивая острым дефицитом квалифицированных специалистов для новых индустрий. Вокруг технических и инженерных университетов возникают настоящие хабы развития цифровых и передовых производственных технологий, как, например, хаб Industrie 4.0, который в последние несколько лет сформировался вокруг Рейнско-Вестфальского технического университета (Ахен, Германия).
Основная отличительная особенность таких хабов — наличие компетенций, которые позволяют решать весь спектр проблем, связанных с внедрением цифровых и передовых производственных технологий в промышленность. Иными словами, университеты и локализованные там компании и команды ведут технологический консалтинг, реализуют R&D по самым актуальным для промышленности направлениям и, конечно, разрабатывают новые продукты под ключ.
Одной из основ возникновения хабов вокруг университетов являются современные кампусы, поскольку новые форматы исследовательской деятельности выставляют новые требования к инфраструктурному обеспечению этой деятельности, включая наличие испытательных полигонов.
— Одной из системных проблем отечественной промышленности является то, что в ней существует недостаток компетенций по быстрой и эффективной сборке проектных консорциумов для решения проблем-вызовов государственного значения по созданию глобально конкурентоспособных продуктов нового поколения. В этом смысле важным представляется пункт 45 Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации, в котором говорится, что для достижения результатов по приоритетам научно-технологического развития России «формируются и утверждаются комплексные научно-технические программы (КНТП) и проекты, включающие в себя все этапы инновационного цикла: от получения новых фундаментальных знаний до их практического использования, создания технологий, продуктов и услуг и их выхода на рынок».
Как можно формировать такие комплексные научно-технические программы и проекты? Традиционный (прямой) алгоритм формирования комплексных научно-технических программ и проектов предполагает следующую последовательность: получение новых фундаментальных знаний (1), практическое использование фундаментальных знаний (2), создание технологий (3), создание продуктов и услуг (4), выход на рынок продуктов и услуг (5).
При выполнении проекта «Разработка прогноза реализации приоритета научно-технологического развития, определенного пунктом 20а Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации» мы предложили использовать обратный алгоритм формирования комплексных научно-технических проектов: глобальный высокотехнологичный рынок продуктов и услуг (мировой технологический фронтир) (5), создание глобально конкурентоспособных продуктов и услуг (4), создание и комплексирование передовых наукоемких мультидисциплинарных технологий (3) на основе применения фундаментальных знаний (2), получение новых проблемно-ориентированных фундаментальных знаний (1).
Реализация обратного алгоритма начинается с формирования проблемы-вызова государственного значения по созданию глобально конкурентоспособного продукта, поступившего или от государства, или от корпорации/компании высокотехнологичной отрасли промышленности, заинтересованной в создании прорывного инновационного продукта и выводе его на рынок (5). Далее для создания продукта разрабатывается его цифровой двойник (4), для чего используется широкий спектр best-in-class технологий мирового уровня, как правило, с разработкой собственных технологий и интеллектуальных ноу-хау (3).
При разработке цифрового двойника происходит практическое использование тех новых знаний (2), которые были получены и необходимы для выполнения главной цели — создания и вывода на рынок глобально конкурентоспособного продукта, то есть проблемно-ориентированных фундаментальных знаний (1).
Это серьезные перемены и для промышленности, и для науки, и для системы образования, и для бизнеса. Изменения принципиальные, системные: формируются новые бизнес-модели, изменяются производственные процессы, перелицовывается состав актуальных востребованных технологий, профессий, появляются и развиваются новые рынки. И все это напрямую связано с развитием и внедрением передовых производственных технологий, тотальной цифровой трансформацией производств.
Изложенный алгоритм — не просто работающая схема. Убежден, это единственно возможная сегодня модель, позволяющая компаниям (в противовес «долго, дорого, не лучшего качества») создавать глобально конкурентоспособную продукцию нового поколения при условии соответствия постоянно повышающимся требованиям глобального рынка, а именно: сокращение сроков принятия решений (Time-to-Decision), сокращение времени исполнения (Time-to-Execution), сокращение времени вывода продукции на рынок (Time-to-Market).
Это означает, что в конкурентной борьбе на глобальных рынках победит тот, кто быстрее генерирует (разрабатывает) множества (семейства) цифровых двойников и по мере рыночной необходимости выводит их на высокотехнологичные рынки, обеспечивая устойчивое развитие и технологическое превосходство.
Разумеется, для разработки цифровых двойников требуются новые инструменты: цифровые платформы, многоуровневые матрицы целевых характеристик и ограничений (временных, финансовых, технологических, производственных и т.д.), виртуальные испытания, стенды и полигоны, системы интеллектуальных помощников и, конечно же, инженерные компетенции мирового уровня.
Центр компетенций НТИ «Новые производственные технологии» такими ресурсами располагает. Во-первых, СПбПУ обладает необходимой инфраструктурой, прежде всего суперкомпьютерным центром «Политехнический» общей пиковой производительностью более 1,2 Петафлопс (сильнейший в стране СКЦ, ориентированный на решение промышленных задач в рамках ресурсоемких и наукоемких НИОКР). Во-вторых, одним из ключевых инструментов разработок центра является кросс-отраслевая мультидисциплинарная цифровая платформа CML-Bench. Цифровая платформа разработки цифровых двойников (Digital Twin) и «умных» цифровых двойников (Smart Digital Twin) изделий/продуктов и производственных процессов их изготовления является системой управления деятельностью в области цифрового проектирования, математического моделирования и компьютерного инжиниринга на основе лучших передовых технологий мирового уровня, общая трудоемкость разработки которых превышает 1 млн человеко-лет. Это собственная разработка специалистов Инжинирингового центра (CompMechLab) СПбПУ, удостоенная Национальной промышленной премии Российской Федерации «Индустрия» за 2017 год. В-третьих, непрерывный трансфер компетенций обеспечивает образовательная модель Института передовых производственных технологий СПбПУ — модель «Университет 4.0», предполагающая подготовку в рамках реализации сложных наукоемких промышленных проектов глобально конкурентоспособных специалистов, инженерного «спецназа», обладающего компетенциями мирового уровня. По сути, это и есть описанный выше обратный алгоритм формирования комплексных научно-технических проектов — в разрезе образовательной деятельности центра.
Санкт-Петербург
