Архитектура цифрового предприятия

Рабочая группа «Цифровая промышленность» создана Министерством промышленности и торговли совместно с АНО «Цифровая экономика» в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 2 марта 2019 года № 234 «О системе управления реализацией национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации», является экспертно-консультационным органом для осуществления регулярного и всестороннего анализа потребностей промышленности в области цифровизации, мониторинга хода реализации национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации» в части промышленности, верификации лучших отечественных и зарубежных практик в сфере цифровизации и их распространения и поддержки в средствах массовой коммуникации. Соруководителем группы от государства стал заместитель Министра промышленности и торговли Российской Федерации Олег Бочаров, соруководителями от бизнеса – директор по особым поручениям ГК «Ростех» Василий Бровко и первый заместитель генерального директора – директор Блока по развитию и международному бизнесу ГК «Росатом» Кирилл Комаров.

Благодарим пресс-службу ПАО «ОДК–Сатурн» за предоставление данного материала. 

Автор: Дмитрий Иванов, директор по инновационному развитию ПАО «ОДК-Сатурн», член рабочей группы «Цифровая промышленность» АНО «Цифровая экономика», заместитель руководителя РГ «Технет» НТИ.

Одной из задач рабочей группы «Цифровая промышленность» было формирование референтной архитектуры ИТ-системы Цифрового предприятия к 2035 году и определение модели перехода, трансформации российской промышленности от текущего состояния до нашего, рабочей группы, идеалистического представления. Первая проблема, с которой столкнулись, ‒ что все участники процесса по-разному воспринимают термин «цифровое предприятие»; очень немногие при этом рассматривают, какие возможности появляются у предприятий для изменения существующей бизнес-модели. Единицы из них рассматривают в качестве инициирующего процесса цифровой трансформации изменение бизнес-модели предприятия. В своей основе, уже через «круг», дискуссия всегда возвращалась к набору неких ИТ-решений, которые надо срочно внедрить, в том числе и тех, которые весь мир вроде бы внедрил уже 20-30 лет назад. Речь идет о PLM, ERP, MES, и других системах. Это, безусловно, отражает разный уровень развития отечественных промышленных предприятий и их «отставание» от глобальных конкурентов. Отставание взято в кавычки потому, что, во-первых, хочется уйти от негативного оттенка этого слова, а во-вторых, и это важнее, не факт, что отсутствие тех или иных программных продуктов является отставанием, с точки зрения цифрового предприятия 2035.

«Что такое цифровая экономика? Чем она отличается от сегодняшней»? ‒ на эти вопросы пришлось ответить всем участникам процесса. Важно отметить, что концепция цифровой экономики продолжает развиваться в связи с появлением новых технологий, которые профессиональное сообщество относит к разряду цифровых технологий. Она, безусловно, выходит за рамки электронной торговли и включает в себя ведение бизнеса, поддержание коммуникаций и предоставление услуг во всех отраслях, включая транспорт, финансовые услуги, производство, образование, здравоохранение, сельское хозяйство, розничную торговлю, средства массовой информации и индустрию развлечений. По данным Всемирного экономического форума, цифровая экономика пронизывает все аспекты общества, включая характер взаимодействия людей между собой, экономику, навыки, необходимые для получения хорошей работы, и даже процесс принятия политических решений. Всемирный банк предложил следующее определение: «Цифровая экономика – это новая парадигма ускоренного экономического развития, основанная на обмене данными в режиме реального времени». Мне кажется, более подходящим такое определение, что цифровая – это экономика, способная к самооптимизации без непосредственного участия человека в этом процессе. Если взять за основу это определение, то процесс формирования целевой архитектуры идет по другому пути. Для начала нам придется исключить из этого процесса человека. Здесь, скорее всего, придется попрощаться со многими информационными системами, использующимися на предприятиях, так как они предназначены в своей основе для информационной поддержки принятия решения человеком. При этом процессы, закрываемые этими системами, могут оставаться. Например, процесс распределение работ останется, но управляться он будет не мастером участка с помощью сменно-суточного задания, а между гибкими производственными ячейками программно-аппаратным комплексом.

Далее необходимо разъяснить, что понимается под понятием «умное производство». Майкл Портер совместно с Джеймсом Хаппельманном в своей статье в HBR «Революция в конкуренции» определяют, что «умная техника» умеет: мониторить свое состояние, управлять своим состоянием, оптимизировать свое состояние, и наконец, может это делать автономно. Приняв за основу, что любое производство состоит из объектов, процессов, которые связывают эти объекты, и системы, которая так управляет взаимодействием между объектами и процессами, чтобы обеспечивать заказчику предоставление ценности необходимой ему в конкретный момент времени, то можно прийти к следующей матрице объясняющей «умное производство» (Рисунок 1).

Рисунок 1 Умное производство. Куб «цифровизации»

Для формирования «умного производства» необходимо, чтобы каждый объект (станок, приспособление, инструмент), каждый процесс (технология) и система, как совокупность первых двух, имела мониторинг, т.е. могла определять свое текущее состояние (положение в пространстве, температуру, вибрации, потребление чего-либо и т.д.). На основании мониторинга объект (процесс, система) мог бы управлять своим состоянием (т.е. изменять измеряемые характеристики в полном объеме), оптимизировать свое состояние с помощью управления, на основании данных мониторинга, и наконец, делать это все без участия человека, т.е. автономно. Для формирования третьей оси введем понятие «поколение», так как станки и тридцать лет назад имели примитивные системы мониторинга, но их нельзя сравнивать с современным оборудованием, контролирующим тысячи параметров. Попробовав «закрасить» каждый из «квадратиков», при наличии на вашем предприятии тех или иных возможностей, можно понять уровень готовности вашего производства к тому, чтобы стать «умным». Собственно, все незакрашенные области, это то, что вам необходимо приобрести или разработать. Понятно, что чем ближе вы к красной черте (черта автономизации), тем тяжелее вам будет приобрести какое-либо новое решение, тем дороже оно будет, потому что именно этот уровень определит теперь возможности (конкурентоспособность) вашего производства.

Возникает естественный вопрос: «О каких решениях идет речь»? Фактически, они должны наделить наши продукты или производственные системы разумом. Ну, хорошо, если не разумом, то хотя бы способностью принимать решения на основании потока данных. Как правило, подобный класс решений называется цифровым двойником, фактически – это набор сложных физико-математических моделей, которые могут с высокой степенью адекватности моделировать состояние системы, тем самым в любой момент времени можно смоделировать, как дальше будет развиваться состояние системы и, что нужно сделать, чтобы это изменение совпадало с вашими целями. Скептики уверяют, что это просто хайп, а на самом деле системы с подобным функционалом создавались еще раньше, вспомним, что первые роторно-конвейерные линии были разработаны проф. Кошкиным Л. Н. в 1944 году. При этом нельзя упускать из вида, что данный тип систем предназначен только для «жестких» массовых производств, которые почти не поддаются переналадке при переходе на выпуск другого изделия. Ключевое же требование умного производства ‒ это сохранение требуемого уровня качества и скорости производства, вне зависимости от выпускаемого продукта и объемов его производства, т.е. его «гибкость». Фактически ставится задача производить персонализированный продукт с качеством и стоимостью серийного продукта. Пытаясь решить эту задачу, мы через несколько итераций сформировали следующее представление целевой архитектуры (Рисунок 2):

  1. Ключевое требование к формируемой архитектуре ‒ доверие и безопасность, это основа формируемой системы, что связано с большим объемом данных, которые человек уже не в состоянии проверить и проконтролировать их сохранность, соответственно это должна обеспечить система, которой заказчик сможет доверять.
  2. Система обеспечивает бесшовную передачу данных и взаимодействие отдельных программных модулей и алгоритмов на всем жизненном цикле изделий. При этом если мы принимаем, что умное производство производит умный продукт, то это условие распространяется на всю эксплуатацию, включая утилизацию продукта. Фактически, это означает, что разработчик, производитель и эксплуатант (заказчик) действуют в единой информационной системе. Это верхний уровень (слой) схемы.
  3. Слой данных, банки данных могут быть распределенными, но их ключевое свойство, что любой компонент системы может быть поставщиком данных и их пользователем (как при этом обеспечивать конфиденциальность и достоверность данных ‒ открытый вопрос к слою «безопасность»).
  4. Ключевой слой – слой «цифровых двойников». Возможно, это не самое корректное название, так как умный «цифровой двойник» все-таки – совокупность физико-математических моделей, алгоритмов, больших данных, и они выделены на схеме цветными блоками.
  5. Следующий ‒ это слой искусственного интеллекта. Допускаю, что многие предложат объединить его со слоем «цифровых двойников», но мне представляется, что это слой для программного обеспечения, реализующего алгоритмы ИИ, и не основанный на физико-математических моделях, а основанный, например, на нейронных сетях. Собственно задача этого слоя ‒ принимать решения, управлять системой.
  6. Слой «Цифровая фабрика» достаточно условен. На нем размещаются компоненты, обеспечивающие основу, каркас для «цифровых двойников» и создаваемых на их основе продуктов.
  7. Слой «Умная фабрика» ‒ это размещение аппаратно-программных систем на цеховом полу и их связь с управляющими системами и автономными алгоритмами.
  8. Слой ИТ-систем обеспечивает интерфейс взаимодействия между человеком и киберфизическими системами. Как с точки зрения управления (а фактически программирования), так и с точки зрения разработки.

В дальнейшем, каждый слой получил набор каких-то типовых решений, который закрывает ту или иную функциональность. Надо сразу сказать, что на тот момент времени, когда данная статья увидит свет, возможно, эта схема поменяется, так как блоки, составляющие эту систему, сначала представляют наше видение на этапе проектирования, а потом начинают трансформироваться в реальные системы, уже с другими взаимосвязями и функциональной насыщенностью.

Рисунок 2 Проект архитектуры ИТ системы Цифрового производства

Представленный проект целевой архитектуры ‒ это некое идеальное представление ИТ-системы Цифрового предприятия, при этом всем понятно, что доля наследования от существующих информационных систем еще долгое время будет очень существенная, поэтому мы будем каждый раз сталкиваться с неким гибридом, полученным после реализации программ цифровой трансформации реальных производств.

Но ключевым вопросом при формировании целевой модели Цифрового предприятия является вопрос ‒ под какую бизнес-модель формируется новая архитектура. Ведь для существующих бизнес-моделей достаточно сегодняшнего уровня информатизации и автоматизации. Практически все существующие рынки достигли предела покупательской способности и конкуренции.

В какую бизнес-модель смещает нас цифровая трансформация?

Этот переход обсуждается в литературе с 90-х годов. Проводились исследования различных концепций, таких как «Сервитизация», «переход от продукта к услугам», «системы продукт-услуга» и т.д. Недавние исследования показывают, чтобы преуспеть в этом преобразовании, компания должна не только адаптировать свое предложение от продуктово-центричного к системе продукт-услуга, но также изменить бизнес-модель. Очень мало исследований пытается провести анализ схем таких бизнес-моделей, определить соответствующие функции / переменные, а также определить типичные конфигурации таких функций / переменных согласно различным характеристикам сервисно-продуктовых систем. Наиболее интересным мне показалось исследование, итоги которого изложены в статье «Типология структурированной бизнес-модели для систем «продукт-услуга» в секторе средств производства».

Рисунок 3 Типы бизнес-моделей.

Авторы по итогам исследования предлагают несколько типовых моделей, две из которых (Рисунок 3) соответствуют наиболее распространенным сегодня на производствах, а три ‒ это уже модели для «Цифровых предприятий». Как раз для того, чтобы продавать не продукт, а результат его работы, или время его работы и требуется переход от массового обслуживания массового продукта на основе регламента к индивидуальному обслуживанию персонализированного продукта на основе «предсказательных» моделей. А это не возможно без перехода на цифровые двойники, так как только они могут обеспечить релевантный уровень сервиса и экономики при таких бизнес-моделях.

Но как перейти от одной бизнес-модели к другой с учетом имеющего наследия ‒ вопрос отдельной работы. Пока что необходимо завершить формирование онтологии, фундаментальных принципов «Цифрового предприятия». Сегодня оно у каждого свое. Скорее всего, даже после формирования онтологии «Цифрового предприятия» и на его основе ‒ глоссария, в дальнейшем рабочая группа столкнется с тем, что попытается описать некое будущее (2035/2055), «идеальное» состояние, которое будет проектироваться исходя из имеющихся технологических трендов и отдельных «фрагментарных» кейсов внедрения отдельных технологических элементов. Поэтому речь изначально идет о неких вариативных представлениях об ИТ-архитектуре, и попытка «зафиксировать» в качестве стандарта какую-либо модель до того, как она будет успешно внедрена и докажет свою состоятельность в качестве конкурентного преимущества на глобальном рынке, окажет обратное, т.е. негативное влияние на российскую промышленность в целом.

Материал данной статьи основан на результатах обсуждений в рабочей группе «Цифровая промышленность» в 2019-2020 годах.

Начать обсуждение


СеминарыВыставкиКонференции
UP-PRO в сетях