БУДУЩЕЕ РАЗВИТИЕ КИБЕРФИЗИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

АННОТАЦИЯ

К началу 21-ого века собралось множество ученых и технических специалистов, желающих точно определить и закрепить теорию киберфизических систем. Позднее, в погоне за кастомизацией, производители техники начали заполнять рынок огромным количеством «умного» оборудования, которые используются почти во всех сферах. За этим последовал выпуск значительного числа платформ и программного обеспечения, позволяющих подключаться ко всему этому «умному» оборудованию и соединять их друг с другом. В следствие чего, получилось так, что накопленные теоретические знания и утверждения получилось реализовать на практике. Эпоха киберфизических систем началась в нашей повседневной жизни, когда у нас появились смартфоны, но технологию можно также активно развивать и в промышленной сфере. В данной статье мы попробуем узнать и разобраться, насколько нынешнее производство приблизилось к инновационной концепции, и что нужно и не хватает для внедрения киберфизических систем на предприятиях в России и мире.

ABSTRACT

By the beginning of the 21st century, many scientists and technicians have gathered, wanting to accurately define and consolidate the theory of cyber-physical systems. Later, in the pursuit of customization, technology manufacturers began to fill the market with a huge amount of "smart" equipment, which are used in almost all areas. This was followed by the release of a significant number of platforms and software to connect and connect to all of this smart hardware. As a result, it turned out that the accumulated theoretical knowledge and statements turned out to be put into practice. The era of cyber-physical systems began in our daily life, when we got smartphones, but the technology can also be actively developed in the industrial field. In this article we will try to find out and understand how the current production has approached an innovative concept, and what is needed and not enough for the implementation of cyber-physical systems at enterprises in Russia and the world.

Ключевые слова: киберфизические системы, киберфизические производственные системы, «умное» устройство, промышленность.

Keywords: cyber-physical systems, cyber-physical production systems, smart device, industry.

Концепция киберфизических систем была формализована множество раз, именно потому сегодня существует немало определений, описывающих данные системы. Если говорить обобщенно, то киберфизические системы представляют из себя различные природные предметы, искусственные подсистемы и управляющие устройства, которые могут использоваться как единое целое в новом образовании. В них присутствует тесная связь и согласованность между вычислительными и физическими ресурсами. В частности, электронная вычислительная машина отслеживает и управляет физическими процессами с использованием такой петли обратной связи, где происходящее в физических системах оказывает влияние на вычисления, и наоборот. Мы поговорим об отдельной части киберфизических систем — киберфизических производственных системах (КФПС), которые можно использовать в производстве [1].

Киберфизическая производственная система имеет свое традиционное определение — труд человека, «умная» техника, которые интегрированы в едином сетевом и цифровом пространстве с помощью аналитических платформ и облачных вычислений. Ключевыми отличиями КФПС от классических производственных систем являются: умное рассредоточение, почти абсолютная устойчивость и гибкость, а также умение к непрерывной оптимизации собственной структуры.

В Европе киберфизические производственные системы развиваются как стратегия “Industry 4.0”. Основные принципы концепции Индустрии 4.0 включают: функциональную совместимость человека и машины, возможность коммуницировать напрямую посредством использования интернета, прозрачность информации и способность систем создавать виртуальную подсистему, которая является имитацией физического мира. Потенциальные преимущества этой индустрии:

• интеллектуальная автоматизация, которая позволяет уменьшать серийность производства;
• производство с высоким разрешением, улучшающее предсказуемость и наглядность затрат;
• интеллектуальное планирование производства, которое делает более точным соблюдение сроков поставки и снижает затраты и время на изготовление продукции;
• прогнозируемое обслуживание и автоматическое обнаружение неисправностей и недочетов, приводящее к повышению общей эффективности техники и снижению затрат на техническое обслуживание оборудования;
• быстрое масштабирование и управление изменениями производственного процесса [2].

Так как концепция четвертой промышленной революции была придумана в Германии, то согласно информации, представленной на “Plattform Industrie 4.0”, сегодня в этой стране осуществлено около двух сотен проектов различной степени сложности на разных по объему и размеру предприятиях и в разных отраслях, и все эти решения реализованы по стратегии Industry 4.0.  Некоторые из них с определенными изъянами можно считать примерами КФПС, реализованными в производстве. Но если рассматривать общий высокий уровень промышленного развития, то для Германии такая цифра представляется крайне маленькой, причем учитывая, что немцы уже около одного десятка лет вкладывают значительное количество сил в развитие этого направления. Отсюда вытекает, что в использовании таких систем присутствуют некие проблемы.

Итак, разберемся, что мешает активному внедрению киберфизических производственных систем. Самая очевидная причина — на рынке не так много компаний, способных предложить промышленным объектам подобные передовые технологии. В свою очередь, для этой причины есть свои истоки. Во-первых, разумеется, существует недоверие к таким системам как к незнакомому, не проверенному временем продукту. Во-вторых, и это самое важное — компании, которые занимаются вычислением экономического эффекта и показателем возврата инвестиций от внедрения киберфизических систем, исходят из того, что итог от внедрения технологий киберфизических производственных систем кажется производителям неоднозначным.

Но условия на рынке изменяются скачкообразно, поэтому предприятия, продолжающие использовать только традиционные производственные методы, в скором будущем очевидно не смогут отвечать на динамично сменяющиеся запросы клиентов, и все может дойти до того, что производители рискуют прийти в большой упадок или вовсе перестать существовать.

На данный момент, в России нет готового проекта, связанного с такими системами. Хотя термин время от времени встречается на различных форумах, собраниях и научных конференциях, но пока технология находится на этапе планирования. В большинстве же случаев под киберфизическими производственными системами сейчас понимают традиционные робототехнические системы и роботизированную производственную технику. Такие системы решают весьма сложные технологические задачи и имеют набор интеллектуальных функций, но все же это типичные системы старого централизованного типа, ограниченные рамками заданной человеком логики и не способные целесообразно реагировать на происходящие сложные события и принимать решения минуя человеческое участие.

Поэтому будущее развитие киберфизических систем в России также неоднозначно. Мы провели опрос по поводу того, как видят будущее развитие таких производственных систем в нашем государстве (диаграмма 1).

Диаграмма 1. Процентное соотношение по опросу о будущем развитии КФПС в России

Выводом этого опроса являются следующие суждения: 72% опрошенных людей видят будущее в развитии этого направления, 11% не уверены и не смогли дать точный ответ, и оставшиеся 17% не видят будущего таких систем в нашей стране.  Но, несомненно, появление киберфизических производственных систем в России — это лишь вопрос времени, и в конце концов все зависит от спроса. Пусть даже и с отставанием, но такие системы должны начать внедряться на отечественных предприятиях. Из-за индивидуализации производства КФПС станут единственно правильным способом организации в промышленной сфере, и поэтому люди будут вынуждены выбирать такие компании, которые предлагают подобные инновационные решения. В дополнение стоит упомянуть, что совсем недавно инфраструктурный центр НТИ «Технет» уже успел разработать стандарты для «умных» фабрик. Руководитель Центра компетенций НТИ на базе СПбПУ Алексей Боровков утверждает, что эти стандарты позволяют сформировать общие технические требования в области умного производства для всех высокотехнологичных предприятий, что в итоге нацелено на формирование технологического превосходства отечественной промышленности [3].

Текущая неуверенность мировых компаний в массовом стремлении к развитию киберфизических производственных систем дает шанс отечественным предприятиям стать основным решением только формирующегося рынка таких технологий. Последние инициативы Российской Федерации, например, разработанные стандарты от НТИ «Технет», предоставляют фирмам, обладающим технологическими и инженерными технологиями, хорошую возможность для значительного опережающего развития в этой области в России и даже больше того — на всем мировом рынке, так как продукт будет широко востребован среди производителей уже в следующие пять-десять лет. В связи с этим, мы также провели опрос на тему того, сможет ли в скором будущем отечественная промышленность стать флагманом таких систем (диаграмма 2).

Диаграмма 2. Процентное соотношение по опросу об отечественной промышленности как о флагмане КФПС

По результатам опроса мы можем сделать вывод, что наши опрошенные люди не очень уж и верят в отечественные предприятия, так как преобладающее большинство в 48% людей ответили отрицательно. Другие 39%, наоборот, считают, что в России появятся передовые киберфизические производственные системы. А остальная часть с долей в 13% не уверена и не смогла дать точного ответа.

Список литературы:

1. Интернет-портал “TAdviser” «Киберфизические системы». [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL — https://clck.ru/PVNBG (Дата обращения: 05.01.2022)
2. Университет ИТМО «Промышленный интернет вещей». [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL — https://clck.ru/aiMTE (Дата обращения: 05.01.2022)
3. Технический комитет 194 «Кибер-физические системы». [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL — http://tc194.ru/ (Дата обращения: 06.01.2022)