Перспективы развития киберфизических производственных систем

Опубликовано в номере:
PDF версия
Долгое время киберфизические системы существовали только в виде философских концепций в книгах зарубежных писателей-фантастов. Попробуем разобраться, насколько современное производство приблизилось к инновационному будущему и что нужно для активного внедрения киберфизических систем на предприятиях в России и мире.

От философских концепций к эре киберфизических систем

К 2000-м гг. накопилась «критическая масса» технических специалистов и ученых, желающих зафиксировать и четко сформулировать теорию киберфизических систем. В это же время в погоне за увеличением оборота производители техники начали наводнять рынок большим количеством «умных» устройств: от смартфонов, очков, часов до сложных сенсорных систем, роботов и станков (рис. 1). Разработчики программного обеспечения приступили к выпуску значительного числа платформ и программ, позволяющих подключаться ко всем этим «умным» устройствам и соединять их между собой. Таким образом, наступил момент, когда накопленные теоретические изыскания стало возможным реализовать на практике. Эра киберфизических систем началась в нашей повседневной жизни, но технологию можно активно развивать и в сфере производства.

Современное роботизированное производство

Рис. 1. Современное роботизированное производство

 

Что такое киберфизические системы

Желающих формализовать концепцию киберфизических систем было много, а потому сегодня существует немало определений того, что же представляют собой данные системы. Самое общее классическое определение гласит: киберфизическая система — это совместно разработанные взаимодействующие сети физических и вычислительных компонентов (рис. 2). Вычислительная часть киберфизических систем позволяет собирать и анализировать информацию, а также управлять физическими процессами — обычно с циклами обратной связи, где физические процессы влияют на вычисления, и наоборот. Мы будем говорить об отдельном подклассе киберфизических систем — киберфизических производственных системах (КФПС), которые можно использовать на промышленных объектах.

Составляющие киберфизических систем

Рис. 2. Составляющие киберфизических систем

 

Помощники в решении производственных задач

Классическое определение киберфизических производственных систем — человеческий труд, «умные» машины и транспорт, интегрированные в едином цифровом пространстве посредством сетей, «умных» устройств, сенсорных систем, аналитических платформ и облачных вычислений. Ключевыми отличиями КФПС от традиционных производственных систем являются децентрализация, высокая устойчивость, абсолютная гибкость и способность к непрерывной и бесконечной самооптимизации. Обязательный признак КФПС — наличие в их составе автономных «умных» устройств, машин и умного транспорта, распределенной системы интеллектуальных сенсоров, соединенных между собой с платформами облачных вычислений и аналитики. В новой производственной реальности киберфизические системы будут помогать человеку справляться со все возрастающей сложностью стоящих перед ним производственных задач.

 

Примеры использования

С 2005 г. в Европе киберфизические производственные системы развиваются в рамках стратегии Industry 4.0. К настоящему моменту наши зарубежные коллеги уже сумели сформировать несколько технологических платформ, на которых в том числе разрабатывают стандарты и примеры практических реализаций КФПС.

По мнению автора, одной из самых продвинутых в плане развития платформ стала немецкая SmartFactory KL [1]. Это некоммерческая организация, объединившая в одну технологическую инициативу усилия более 50 компаний-партнеров, которые создали принципиальную архитектуру и действующие демонстраторы киберфизической производственной системы. Что это дает? С помощью масштабируемого демонстратора SkalA можно производить кастомизированные товары личного пользования — пока небольшие по размеру (например, визитницы), но в полном соответствии с новыми принципами кастомизации. Платформа не зависит от какого-либо производителя и предлагает небольшим и средним предприятиям поддержку во внедрении киберфизических производственных систем на основе созданных платформой стандартов. Согласно информации, представленной на Platform 4.0, сегодня в Германии осуществлено 185 проектов Industry 4.0 различной степени сложности и комплексности на разных по размеру предприятиях и в разных отраслях. Некоторые из них с определенными допущениями можно считать примерами КФПС, реализованными в промышленности. С учетом общего высокого уровня промышленного развития Германии такая цифра представляется не очень большой, а если принять во внимание, что немецкое правительство уже больше 10 лет вкладывает ресурсы в развитие данного направления, то цифра в 185 проектов скорее мала.

 

Барьеры в развитии киберфизических производственных систем

Что же мешает активному внедрению КФПС? Во-первых, на рынке не так много компаний, способных предложить промышленности подобные инновационные решения. Во-вторых, существует естественное недоверие к таким системам как к новому продукту. В-третьих, и это самое главное, — компании, считающие экономические эффекты и ROI от внедрения киберфизических систем, исходят из существующих рыночных и экономических реалий. А они таковы: эффект от внедрения инновационных технологий КФПС кажется производителям неочевидным.

Но изменение рыночных условий происходит скачкообразно, поэтому компании, продолжающие использовать только традиционные производственные методы и системы, в скором времени не смогут отвечать на резко меняющиеся запросы клиентов и повышение конкуренции за ресурсы всех видов. В условиях тренда кастомизации такие производители рискуют прекратить свое существование.

 

Какие успехи у технологии в России

При подготовке этой статьи нам не удалось найти ссылок ни на один реализованный в нашей стране проект. Да, термин периодически слышно на форумах и конференциях, но пока о технологии говорят лишь с позиции «к чему нужно стремиться». Хотя есть и хорошие новости — технология как концепция упоминается в Федеральной целевой программе «Цифровая экономика». В большинстве случаев под КФПС сейчас понимают традиционные робототехнические системы и роботизированные производственные линии (рис. 3). Такие системы решают весьма сложные технологические задачи и, как правило, оснащены набором интеллектуальных функций, но все же это классические системы старого централизованного типа, ограниченные рамками заданной человеком логики и не способные адекватно реагировать на события и принимать решения без участия человека.

Киберфизические системы упомянуты в Федеральной целевой программе «Цифровая экономика»

Рис. 3. Киберфизические системы упомянуты в Федеральной целевой программе «Цифровая экономика»

На вопрос о перспективах развития киберфизических систем в России каждый читатель может ответить по-своему — оптимистично или нет. Несомненно, появление киберфизических производственных систем в России — вопрос времени. Пусть с отставанием, но они начнут внедряться и на предприятиях в нашей стране. В условиях кастомизации производств такие системы станут единственно верным способом организации производства, и мы будем вынуждены искать компании, которые смогут предложить подобные решения.

 

Возможность занять пока не сформированный рынок

Текущая мировая конъюнктура и нерешительность западных компаний массово стремиться к развитию киберфизических производственных систем дает шанс нашим предприятиям, особенно технологическим и инжиниринговым, стать флагманами только формирующегося рынка технологий КФПС. Последние инициативы нашего государства, например Федеральная целевая программа «Цифровая экономика», предоставляют компаниям, обладающим технологическими и инженерными технологиями, хороший шанс для интенсивного опережающего развития в этом сегменте в России и даже больше того — на мировом рынке, поскольку продукт будет массово востребован среди производителей уже в ближайшие пять лет.

Литература
  1. www.smartfactory.de/en/about-us

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *