Научный журнал
Вестник Алтайской академии экономики и права
Print ISSN 1818-4057
Online ISSN 2226-3977
Перечень ВАК

АРХИТЕКТУРА ЦИФРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Подлевских А.П. 1 Фролов А.Л. 2, 3
1 ГБОУ ВО Московской области Университет «Дубна»
2 ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет», Москва; Институт гостиничного бизнеса и туризма РУДН
3 Институт гостиничного бизнеса и туризма РУДН
В статье рассматриваются и обосновываются решения по архитектуре производства в рамках концепции «Индустрия 4.0». Представлено общее видение развития концепции, дано определение архитектуре цифрового производства. Анализ имеющихся публикаций позволил определить и дополнить свойства архитектуры цифрового производства, что позволяет представить общую картину с учетом основных признаков и свойств цифрового производства. В качестве примера рассмотрена архитектура предприятия с общими функциональными областями, которые сгруппированы в области центров по специализациям. Дополнение классического подхода к построению архитектуры предприятия и производства с учетом перспективных наработок в области цифрового производства позволяет расширить функционал и обеспечить перспективу для дальнейшего исследования и изучения. Несмотря на трудности реализации подобных проектов сегодня, авторы предлагают учитывать современный уровень производства и использовать его для научно-технических наработок и подготовки высококвалифицированных кадров. Предполагается, что в обозримом будущем в связи с нехваткой специалистов и высокоэффективных мощностей: производство, управленческий аппарат, потребители и научные центры – будут укрупняться и концентрироваться с целью оптимизации затрат и повышения качества продукции. По мнению авторов наиболее эффективным инструментом при изучении и реализации цифрового производства является моделирование технологических и управленческих решений с учетом максимальной загрузки автоматизированного гибкого и модульного производства. Внедрение элементов на начальном этапе перехода к цифровому производству подразумевает разработку перспективных образцов на несколько поколений вперед, что позволяет обеспечить конкурентное преимущество на начальном этапе и с последующим удержанием лидирующих позиций на рынке. Экономический эффект от подготовки кадров на перспективу с учетом концепции «Индустрия 4.0» и проработкой вопроса разработки перспективных образцов для первоначального этапа трансформации под цифровое производство может обеспечить повышение эффективности производства на 10–25%.
индустрия 4.0
архитектура предприятия
архитектура производства
архитектура цифрового производства свойства цифрового производства
гибкие производственные модули
технологические процессы
моделирование
1. Позднеев Б.М., Сутягин М.В. и др. Новые горизонты стандартизации в эпоху цифрового обучения и производства // Вестник МГТУ «Станкин». 2015. № 4 (35). С. 101-108.
2. Прохончуков С.Р., Подлевских А.П., Методология написания магистерских диссертаций студентами направлений «Информатика и вычислительная техника» // В сборнике: Образовательная среда сегодня и завтра Сборник научных трудов IX Международной научно-практической конференции / под общей редакцией Г.Г. Бубнова, Е.В. Плужника, В.И. Солдаткина. 2014. С. 84-89.
3. Подлевских А.П., Михед А.Д., Жигалов К.Ю. Технические средства автоматизации и управления: учебное пособие. М.: МТИ, 2016. 180 с.
4. Суетин С.Н., Кубаев А.М. Комплекс мер по повышению уровня конкурентоспособности предприятия // Фотинские чтения. 2014. № 2 (2). С. 157-163.
5. Кудрявцев Д.В., Арзуманян М.Ю. Архитектура предприятия: переход от проектирования ИТ-инфраструктуры к трансформации бизнеса // Российский журнал менеджмента 2017. Том 15. № 2. С. 193-224.
6. Данилин А., Слюсаренко А. 2007. Архитектура предприятия. Учебный курс. ИНТУИТ: Национальный открытый университет. URL: http://www.intuit.ru/department/itmngt/entarc/ (дата обращения: 27.04.2020).
7. Коношенко Н. Под знаменем цифровой революции: настоящее и будущее. // Цифровое производство сегодня и завтра Российской промышленности. 2017. №1. С. 16-24.
8. Туровец О.Г., Родионова В.Н., Каблашова И.В. Обеспечение качества организации производственных процессов в условиях управления цифровым производством // Организатор производства. 2018. Т.26. № 4. С. 65-76.
9. Зеленков Ю.А. Гибкая корпоративная информационная система: концептуальная модель, принципы проектирования и количественные метрики // Бизнес-информатика. 2018. № 2 (44). С. 30-44.
10. Ананьин В.И., Зимин К.В., Лугачев М.И., Гимранов Р.Д., Скрипкин К.Г. Цифровое предприятие: трансформация в новую реальность // Бизнес-информатика. 2018. № 2 (44). С. 45-54.
11. Кудрявцев Д.В., Зараменских Е.П., Арзуманян М.Ю. Разработка учебной методологии управления архитектурой предприятия // Открытое образование. 2017. Т. 21. № 4. С. 84-92.
12. Прохончуков С.Р., Подлевских А.П., Квасова Е.Н. Коммуникационный уровень распределенной системы управления гибкими производственными модулями // Современные проблемы науки и образования. 2015. №1-1. С. 260.
13. Подлевских А.П., Фролов А.Л. Экономическая оценка обоснованности выбора инновационного проекта // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 12-7. С. 1287-1292.
14. Shaw М. Prospects for an Engineering Discipline of Software // IEEE Software. 1990. Vol. 7(6). P. 15-24.
15. Подлевских А.П. CASE – технологии при проектировании информационных систем. Сборник научных трудов / редколл. Бубнов Г.Г., Плужник Е.В., Солдаткин В.И. / отв. ред. Солдаткин В.И. М.: МТИ «ВТУ», 2012. С. 162-164.
16. DIN SPEC 91345: Referenz Architektur Modell Industrie 4.0 (RAMI4.0), 2016. 40 р.
17. Подлевских А.П., Прохончуков С.Р., Мотиенко Т.А., Задорожный В.Е. Информационные технологии в образовательном и научно-исследовательском процессе // Международный журнал экспериментального образования. 2016. № 3-2. С. 223-229.
18. Туровец Ю.В., Вишневский К.О. Стандартизация цифрового производства: возможности для России и ЕАЭС // Бизнес-информатика. 2019. Т. 13. № 3. С. 78–96. DOI: 10.17323/1998-0663.2019.3.78.96.

Введение

Современные рыночные условия диктуют свои требования к промышленности и производству. Рынок труда требует новых высококвалифицированных специалистов, которые могут использовать в своей трудовой деятельности современные инструменты IT-технологий. Таким образом, рынок и производство участвуют в оптимизации структуры и состава взаимоотношений в направлении развития промышленности, системы образования, и в подготовке кадров. Информационный рынок выступает в качестве платформы выстраивания рыночных отношений. Общее информационное пространство обеспечивает прозрачность сделок и позволяет сформировать стратегию развития различных направлений в промышленности. Для того чтобы продукция, поставляемая на рынок, имела статус «конкурентоспособная» каждое предприятие стремится обеспечить свое преимущество за счет внедрения современных информационных и цифровых технологий, которые способны оперативно перенастроить производство под требования новых отечественных и международных стандартов (ГОСТ, ISO, IEK и др.) [1].

Для обладания конкурентными преимуществами необходимо иметь задел перспективных разработок на несколько поколений вперед относительно действующих стандартов. Чаще всего речь идет о повышении качества продукции и снижении затрат на производство. Такой подход разработок на перспективу обеспечивает, за счет проектных решений, снижение затрат и повышение эффективности уже имеющегося производства на 5-10%. Эффект повышения качества продукции и снижение затрат на производство за счет включения в технологию элементов перспективных разработок позволяет естественным путем реализовать цифровую трансформацию в экономике и промышленности. Для плановой реализации перехода к цифровой трансформации рассмотрим два основных показателя: высококвалифицированный персонал и цифровое производство. Основная концепция «Индустрия 4.0» заключается в объединении предприятий в сетевую структуру и организация работ по единым стандартам с учетом принятой эталонной архитектурой предприятия. Необходимо отметить, что предполагаемая трансформация к цифровому производству позволит расширить номенклатуру и повысить загрузку предприятия. Предполагается, что цифровое производство за счет автоматизации и гибких модульных производств позволит выпускать продукцию характерную как для единичного, так и для массового производства. Такой показатель универсальности производства возможен только при наличии мощных вычислительных центров и высоких скоростях: выполнения технологических операций, и переналадке производства. Для разработки и внедрения цифровых технологий предлагается рассмотреть производство и систему подготовки кадров, как два основных элемента взаимосвязанной системы [2,3,4].

Цель исследования: в рамках научного изыскания и учебного процесса раскрыть содержание и дать определение архитектуре цифрового производства в перспективе развития промышленности «Индустрия 4.0» и внедрения новых стандартов качества. Наглядно рассмотреть и выявить все преимущества и сложности в реализации цифрового производства, а также наметить оптимальные пути его реализации.

Материалы и методы исследования

За период более чем три десятилетия понятие «Архитектура предприятия» (АП) менялось и расширялось с учетом развития технологии и в своем определении отражает управленческие и технологические стандарты и комплексы информационных систем, что позволяет представить общую архитектуру совместного использования общих ресурсов для достижения целей и задач предприятия [5,6].

Предмет анализа архитектура цифрового производства в целом, которая по мнению К. Шваб, будет трансформироваться из иерархической структуры к моделям, в большей степени, определяемой сетевым распределением по различным признакам [7]. Кроме того, отмечено, что сетевая структура распределения команд, сотрудников и производства будут концентрироваться около соответствующих центров, при этом поддерживая непрерывный обмен данными между собой [7,8,9].

Архитектура предприятия (АП) обозначает, как некоторый объект управления, обеспечивающий в бизнесе общий взгляд и взаимоувязку частей в единое целое, так и дисциплину, возникшую на основе этого объекта [5]

Цифровое производство предполагает организацию производственного процесса на основе автоматизации всех операции, использования станков с числовым программным управлением и роботизированного оборудования [8].

Цифровой организацией предлагается называть такую организацию, у которой наиболее изменчивым комплементарным активом организации являются активы компьютерного капитала [10].

Учитывая современные знания в области цифрового производства и АП [5,10,11], предлагается архитектуру цифрового производства (архитектура ЦП) представить в качестве некоторых объектов управления, увязывающие в единое целое все управленческие и технологические системы с различной структурой и высокой степенью автоматизации и/или роботизацией.

Свойства и требования к архитектуре цифрового производства [3,8,12] авторами предлагается дополнить и представить таблицей 1.

Таблица 1

Свойства и требования к архитектуре цифрового производства

Свойство/требование

Описание

1

Моделирование

Возможность разработки подробной виртуальной модели ЦП и систем управления;

2

Проектирование под целевые функции

Возможность проектирования архитектуры ЦП для обеспечения нескольких целей;

3

Единое цифровое

пространство

Обеспечение коммуникаций со всеми участниками производства;

4

Стандартизация

Соответствие архитектуры ЦП требованиям принятых стандартов с возможностью трансформации под новые условия;

5

Загрузка и синхронизация мощностей

Максимальная загрузка и синхронизация имеющихся мощностей за счет применения гибких модульных производств, автоматизации и роботизации;

6

Онтологический

инжиниринг

Возможность моделировать и реализовывать новые характеристики и свойства архитектуры ЦП;

7

Реализация общих архитектурных принципов в т.ч. и многоуровневость

Построение архитектуры ЦП с применением общих принципов построения всех систем производства;

8

Ориентация на потребителя

Обеспечение качества продукции/услуги с оптимизацией издержек на производство и логистику;

9

Многофункциональность

Возможность работать с широкой номенклатурой общего и специального ПО в зависимости от целей производства;

10

Энергоэффективности

Обеспечение снижения энергозависимости;

11

Экологичность

Обеспечение безотходного производства.

12

Универсальность

Возможность выпуска широкой номенклатуры продукции с учетом различных типов производств

Doc23.pdf

Рис. 1. Функциональные области архитектуры предприятия с центрами развития компетенций (A, B, C, D, E)

Исследования авторов [4,13,14] подтверждают, что экономический эффект от реализации практических решений во многом зависит от использования научных знаний во всех процессах жизненного цикла проекта. Новые знания и изыскания в направлении трансформации экономики и архитектуры ЦП безусловно невозможны без подготовки высококвалифицированных специалистов. Тем не менее изучение архитектуры предприятия или архитектуры ЦП позволяют выявить и устранить разрывы между теоретическими знаниями и практическим опытом пусконаладочных работ на производстве [15].

Известно, что ученые Евросоюза предложили эталонную универсальную архитектуру модели для Industrie 4.0 (RAMI 4.0) [16]. Однако при детальном рассмотрении выявлена сложность понимания и реализации стандарта в современных условиях. Кроме того, экономические издержи на переход к новым стандартам, могут превышать полученную прибыль, поскольку во многих странах уровень технологий и экономики может значительно отличаться.

По мнению экспертов в области «Индустрия 4.0» [7] Архитектура ЦП будет представлена распределенным сетевым взаимодействием всех участников производства и рынка. Поэтому на перспективу развития цифрового производства предлагается рассмотреть архитектуру предприятия с традиционными функциональными областями [5], которые будут сгруппированы вокруг центров развития компетенций (рисунок 1).

Под центрами развития компетенций будем понимать технологические или управленческие системы и т.п., цель которых является развитие и реализация специфических компетенций в перспективе развития цифрового производства отросли или направления.

Рассматривая архитектуру ЦП с точки зрения производства можно выявить и перспективные направления развития и усовершенствования бизнес-процессов. Поскольку для каждого предприятия, в настоящее время, проблематично подготовить и удержать высококвалифицированные кадры, то центры развития компетенций позволят обеспечить требуемый результат трансформации и организации цифрового производства за счет того, что в распределенной сетевой структуре будут взаимоувязаны эксперты и специалисты из различных направлений науки и техники [2,15]. Для формирования подобных центров компетенций необходимо обеспечить условия взаимодействия между учебными, научно-исследовательскими и производственными организациями [2,17]. Подобное взаимодействие обеспечивается за счет единого цифрового пространства и соответствующих регламентов. В качестве примера рассмотрим архитектуру цифрового производства предприятия технического сервиса по ремонту автомобилей (рисунок 2).

Принимая во внимание, что сегодня в мировой практике трансформация к цифровому производству различных промышленных кластеров выстраивается в двух основных направлениях:

1) производствено-технологические объекты с высоким уровнем автоматизации и роботизации в различных сферах и процессах (немецкий подход);

2) глобальная цифровая экосистема промышленности, основанная на интернет-технологиях, в различных отраслях экономики (американский подход).

Кроме того, для наглядного изучения и ознакомления разрабатываемыми стандартами Консорциум промышленного интернета (The Industrial Internet Consortium, IIC из США) предоставляет доступ различным организациям (здравоохранения, промышленности, транспорта, энергетики и др.) к стендами с базовыми и перспективными наработками технологий под стандартизацию [18]. Предполагаем, что для обеспечения цифрового производства высококвалифицированным персоналом предстоит провести реинжиниринг учебно-методических материалов и баз практик образовательных учреждений, и организацию на их базе центров компетенций, которые будут участвовать в изучении и запуске перспективных разработок с учетом мировых практик [17,18].

Doc24.pdf

Рис. 2. Схема организации цифрового производства на предприятии технического сервиса с центрами развития компетенций (А – закупка-логистика; B – логистика; С – производство-продажа-маркетинг; D – продажи; E – продажи-маркетинг)

На наш взгляд в каждом центре компетенций необходимы собственные учебные и научно-исследовательские департаменты, основная миссия которых будет заключаться в разработке перспективных технологий и синхронизации знаний между всеми участниками цифрового производства. Подразумевается, что образовательные департаменты на базе центров компетенций также должны перейти на технологию 4.0. В частности, для выпускников старших курсов ВУЗов необходимо обеспечить дистанционное обучение непосредственно с производства или рабочей площадки, с автоматическим сопровождением учебного процесса для каждого слушателя индивидуально. Кроме того, необходимо обеспечить возможность асинхронного изучения курсов дисциплин, что позволит привлечь академическую аудиторию для решения нетривиальных и практических задач цифрового производства.

Заключение

Рассматривая архитектуру цифрового производства необходимо отметить, что современные условия требуют детальной и скорейшей проработки архитектуры цифрового производства. Цифровое производство, как новый стандарт, предъявляет требования и необходимость обеспечить высокотехнологичным оборудованием и высококвалифицированными специалистами. Причем высокая квалификация специалистов требуется для проектирования и наладки производства. Учитывая, что ЦП стремится к снижению ручного труда, безлюдному и экологичному производству, то следует учитывать этот факт при разработке архитектуры ЦП в перспективе. Общие результаты:

1. Рассмотрены общие вопросы и даны определения цифровой архитектуры производства. Представлены перспективы и сложности перехода к новым стандартам;

2. Рассмотрены свойства и требования к архитектуре цифрового производства;

3. Представлена обобщенная схема проекта архитектуры ЦП для рассмотрения переходных процессов (трансформации) к новым стандартам.

4. Определены общее направление развития учебного и научно-исследовательских департаментов в структуре центров компетенций.


Библиографическая ссылка

Подлевских А.П., Фролов А.Л. АРХИТЕКТУРА ЦИФРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА // Вестник Алтайской академии экономики и права. – 2021. – № 2. – С. 89-95;
URL: https://vaael.ru/ru/article/view?id=1602 (дата обращения: 03.12.2021).