Цифровая эра: как и почему аналоговые технологии уступают место цифровым

«Интернет вещей»

«Интернет вещей» — внедрение физических устройств с датчиками, сетевого подключения и других компонентов для обмена данными — часто воспринимается как революция. Но на самом деле это эволюция технологий, разработанных более 15 лет назад, ускорившаяся в связи с быстро развивающимися технологическими возможностями. В течение последнего десятилетия стоимость датчиков снизилась в два раза, расходы на пропускную способность канала сократились на 40%, а затраты на обработку данных — на 60% . Резкое падение расходов на сенсорные технологии, увеличение вычислительной мощности, достижения в области передачи данных в облачной коммуникации и коммуникации между устройствами способствуют объединению ранее отдельных элементов производства — IТ, технологий производства и технологий автоматизации, создавая новый принцип производства.

Служба обработки информации (IHS) прогнозирует, что к 2025 г. количество устройств «Интернета вещей» вырастет с сегодняшних 17 млрд до почти 80 млрд . Благодаря этому производители пересмотрят подходы к управлению предприятием, управлению эффективностью активов в режиме реального времени и производству «умных» и синхронизированных продуктов и услуг.

Трансформация операций, обеспечение сквозной прослеживаемости всей цепочки поставок в режиме реального времени, разработка новой продукции и услуг для клиентов показывают потенциал IoT для серьезных изменений в производстве. Ожидается, что к 2020 г. инвестиции в производство, связанные с IoT, удвоятся: с $35 до $71 млрд. Оценить объем рынка «Интернета вещей» (рис. 1) затруднительно, поскольку он не ограничен каким-то определенным типом изделий; тем не менее, согласно Gartner, к 2020 г. в мире будет насчитываться почти 21 млрд устройств с поддержкой концепции IoT . Общий потенциал рынка одних только приборов интеллектуального учета в России в сегменте частного коммунального электропотребления и водопотребления составляет более 206 млн интеллектуальных счетчиков, т. е. более 400 млрд рублей . Объем российского рынка M2M/IoT по итогам 2016 г. достиг $1,2 млрд .

На самом деле IoT — это не просто набор технологий, добавленных к современным системам автоматизации. Это также философия, требующая изменения мышления, ведь появляется возможность связать системы автоматизации с корпоративным планированием и системами жизненных циклов продуктов. Одним из примеров применения IoT-технологии является «цифровой двойник», использующий данные датчиков для создания динамической компьютерной модели физического объекта или системы. В ближайшие несколько лет он станет применяться повсеместно — для профилактического обслуживания, а также повышения операционной эффективности и качества разработки продукта.

А как это всё связано с цифровизацией?

В широком смысле цифровизацией принято называть внедрение digital-решений, в частности нейросетей. Весь процесс обычно проходит в несколько этапов. Разберём их на примере бизнеса.

На первом этапе данные с физических носителей просто переводят в цифровой формат. Это стадия оцифровки. Завершив её, можно приступать собственно к цифровизации. На этом этапе оцифрованные данные используют для упрощения и оптимизации процессов. Но цифровизация не финальный этап. За ней следует цифровая трансформация. Это глубокое преобразование бизнеса с опорой на digital-решения. Цифровая трансформация открывает перед компанией новые возможности (например, выйти в новые ниши или повысить выручку за счёт новой стратегии), но не гарантирует успех. Это лишь возможности.

Аддитивные технологии

Аддитивные технологии коренным образом меняют традиционные производственные процессы благодаря возможностям использования металла. В ближайшей перспективе трехмерная печать станет востребованной в отраслях, где адаптация продукта к требованиям заказчика и время выхода на рынок являются ключевыми факторами эффективности (рис. 4). В первую очередь это производства с небольшими объемами и дорогостоящими деталями — предприятия аэрокосмической промышленности и здравоохранения. Сегодня и в обозримом будущем трехмерная печать не сможет заменить традиционное производство с длительным производственным циклом, а также массово локализовать производства ближе к потребителям, поскольку этому не будут способствовать экономика и промышленная динамика.

Трехмерная печать все чаще используется в промышленности, потому что она дает возможность производить более качественные продукты, а цепочки создания стоимости становятся все более согласованными благодаря Интернету. Движущие факторы для развития трехмерной печати — это увеличение выбора материалов, подходящих для технологий производства, способность создавать все более сложные геометрические формы (например, детали двигателя), меньшее количество компонентов, необходимых для изготовления продукта, и оптимизация рабочих процессов.

3D-печать становится все более востребованной благодаря своей способности дополнять традиционные производственные процессы, кардинально менять процесс разработки продукта и создавать новую ценность. Как уже было указано выше, применение этой технологии наиболее эффективно в тех отраслях, где важна адаптация продукта к требованиям заказчика, а компоненты производятся в небольших объемах и имеют высокую стоимость. Поэтому производство потребительских товаров и автомобильная промышленность, медицинская и аэрокосмическая отрасли лидируют в использовании технологий 3D-печати — например, производство высоконадежных медицинских устройств: слуховых аппаратов и стоматологических протезов.

В последнее время трехмерная печать усовершенствовалась и стала настолько универсальной, что теперь переходит от быстрого прототипирования к масштабируемому производству для избранных продуктов и начинает применяться в таких областях, как изготовление инструментов и моделей, а также ремонт и обслуживание. Ее влияние может сказаться на всей цепочке создания стоимости, поскольку она интегрируется в системы производства на уровне цехов и постепенно движется к точке безубыточности.

У экспертов разные мнения по поводу того, что произойдет в ближайшие 5–15 лет, но они сходятся в том, что рост объемов использования настольных устройств для печати будет опережать рост промышленных объемов. В течение следующих 2–5 лет применять 3D-печать для прототипирования, вероятно, станут многие технологии, что будет стимулировать ее широкое использование не только в узких областях (рис. 5).

Согласно исследованию ГК Остек, одним из основных драйверов, которые могли бы ускорить процесс внедрения аддитивных технологий в российскую промышленность, является изменение представления менеджеров и специалистов о том, как работать с конструкторской документацией, разрабатывать конструкцию и технологические процессы, управлять проектом и в целом руководить бизнесом (рис. 6). Также респонденты считают, что подстегнуть развитие технологии в России должно производство отечественных технологических материалов и оборудования.

Сейчас появляется много информации о новых областях применения аддитивных технологий, но многие предприниматели и руководители компаний проявляют мало энтузиазма по этому поводу, ссылаясь на их неотработанность. Вопрос в том, действительно ли технология еще «сырая» или у них отсутствует возможность предметно разобраться, какие именно технологии позволят решать конкретные производственные задачи. Подводя итог: развитию аддитивных технологий в России должны способствовать такие технологические факторы, как скорость и стоимость печати, стоимость оборудования и материалов и стабильность процесса. А также новый образ мышления: изменение подходов к конструированию, разработке производственных процессов, управлению проектами, развитию бизнеса и работе с клиентами.

Преимущества

Рассматривая плюсы повсеместной цифровизации, стоит выделить:

• Возможность появления новых специальностей.
• Увеличение производительности труда во всех сферах экономики.
• Более высокое качество жизни населения.
• Уменьшение проявлений бюрократии и коррупционной составляющей.

Но, в тоже время, понятие этого действия и внедрение разнообразных электронных и прочих новшеств вызывает ряд минусов, которые можно описать следующими процессами и явлениями:

• Уменьшение рабочих мест.
• Повышение рисков киберпреступности.
• Существенные финансовые вливания с точки зрения внедрения новых технологий.

Но, негативные процессы и последствия перекрываются преимуществами с точки зрения влияния на общество, экономику страны и мировой структуры в целом.

Искусственный интеллект как основное направление цифровизации

На данный момент многие производственные компании уже завершили первый этап цифровизации, автоматизировав технологические процессы. Задача следующего этапа — внедрение современных технологий во все уровни управления предприятием. На этом этапе ключевым фактором цифровой трансформации становится искусственный интеллект.

В использовании технологий искусственного интеллекта лидируют Китай и США, при этом правительство Китая сделало развитие ИИ стратегической приоритетной задачей. Россия существенно отстает от лидеров, но появление отечественных IT-компаний, предлагающих собственные разработки, основанные на передовых технологиях, в перспективе должны сократить это отставание.

Adeptik APS — российская автоматизированная система для оперативного производственного планирования, которая базируется на технологиях искусственного интеллекта и методах современной математики.

Ключевая функция APS — построение детализированного плана производства от закупок до выпуска продукции. При этом, каждая операция планируется с учетом параметров имеющихся ресурсов: наличия материалов, квалификации персонала, доступности оборудования.

В Adeptik APS реализован принцип оптимизационного планирования — система всегда находит наиболее оптимальное решение, учитывая заданные критерии и имеющиеся ограничения, а также проводит моделирование, предлагая альтернативные сценарии. За счет этого удается оптимизировать время выполнения заказов, повысить эффективность загрузки оборудования, сократить производственный цикл и объем незавершенного производства.

Отслеживание ситуации на производстве в режиме реального времени, высокая оперативность обработки информации и скорость расчетов позволяют корректировать планы при изменении ситуации, сохраняя при этом высокую эффективность.

Что такое цифровизация?

Цифровизация – это процесс превращения аналоговых данных и рабочих процессов в цифровой формат. Она включает в себя использование цифровых технологий для автоматизации бизнес-процессов, улучшения уровня качества услуг, оптимизации производства и повышения эффективности работы организаций и предприятий в целом. В результате этого меняется и общественная жизнь, повышается ее качество, у человека появляется электронный доступ к информации и услугам, происходит совершенствование систем здравоохранения и образования. 

Цифровизация на предприятии – это процесс внедрения цифровых технологий и инструментов в бизнес-процессы компании, чтобы повысить ее эффективность и конкурентоспособность. Она включает в себя автоматизацию рабочих процессов, использование облачных технологий, аналитику данных, интернет вещей, искусственный интеллект и другие инновационные технологии. Главным признаком цифровизации на предприятии является принятие решений на основе данных и вытеснение труда человека из рутинной деятельности. Такая компания при принятии решений использует данные и результаты отчетов, аналитические показатели из разных источников внутри компании.

Цифровизация предполагает усложнение информационного пространства. Данные, которые использует руководитель при принятии решений, становятся качественно сложнее и больше в объеме. Цифровизация не только сокращает время на принятие разных решений, вовремя предоставляя необходимые данные и делая систему управления более гибкой, но и позволяет предотвращать кризисные ситуации. Например, если в автомобиле двигатель обеспечен датчиками, контролирующими его эксплуатационные показатели, производитель или владелец авто может анализировать работоспособность изделия, сравнивать его параметры с изначальными показателями на заводе. Благодаря этому можно заранее понять, когда двигателю понадобится профилактика вне плана или ремонт. Это может помочь в управлении бизнесом логистическим и транспортным компаниям.

Факторы цифровизации в компании:

Увеличение производительности и эффективности работы. Цифровые технологии ускоряют процессы, благодаря их автоматизации, исключению человеческого труда и более эффективному управлению данными с помощью программного обеспечения, что уменьшает количество ошибок в работе.

Улучшение качества услуг. Цифровые технологии позволяют повысить качество обслуживания клиентов, в результате увеличивается клиентская база и улучшается репутация компании.

Сокращение затрат. Цифровые технологии позволяют снизить затраты на производство, обслуживание клиентов и управление компанией в целом.

Увеличение конкурентоспособности. Компании, которые используют цифровые технологии, могут быть более конкурентоспособными на рынке, чем те, которые не используют их, благодаря вышеперечисленным преимуществам.

Улучшение коммуникации и сотрудничества. Благодаря цифровым технологиям улучшается коммуникация и связь между сотрудниками и отделами компании, а это делает их работу эффективнее и ведет к более быстрому принятию решений.

Автоматизация бизнес-процессов. Цифровые технологии автоматизируют многие бизнес-процессы. Это сокращает время работы и позволяет сосредоточиться на других вопросах, требующих внимания. 

Улучшение аналитики данных. При цифровизации возможно собирать и анализировать большое количество данных, что помогает компании принимать более обоснованные решения.

Этапы развития

Исходя из указанных особенностей, стоит отметить, что цифровое развитие в нашей стране имеет свои особенности, которые влияют не только на качество жизни, но также на трудовые отношения и другие сферы жизни человека и отраслей экономики в целом. Их можно выделить в следующие шаги:

• Бытовая. Она является первым и самым быстрым шагом, так как ее финансирование незначительно, а многие молодые люди с охотой используют новые возможности для облегчения разных ежедневных процессов.
• На втором этапе оказывается внедрение новых технологий в разные сферы производства. Это уже более трудо- и ресурсозатратно. Но без применения таких технологий нельзя говорить о конкурентоспособности производимой продукции.
• Одновременно с этим подтягивается использование новых возможностей в государственных структурах и бизнесе. Это не только ускоряет все процессы, но и уменьшает фактор ошибки. А в некоторых случаях увеличивает получаемую прибыль.

Цифровизация городского хозяйства

В России есть государственная информационная система «Безопасный город». Это комплекс устройств по наблюдению и прогнозированию событий в городе, связанных с транспортом, экологией, преступностью. Здесь данные собираются видеокамерами, а потом обрабатываются искусственным интеллектом.

Система работает совместно с пожарной службой, скорой, полицией, антитеррором, службой газа и системой экстренного реагирования при авариях «ЭРА-ГЛОНАСС».

«Безопасный город» уже тестируется в Москве, Санкт-Петербурге, Астраханской области, Таганроге, Татарстане, Новороссийске, Сочи.

Их виды и свойства

Выделяют несколько основных видов цифровых технологий будущего:

1. Искусственный интеллект и машинное обучение, глубокое обучение.

Примечание 3

Искусственный интеллект характеризуется методами, которые позволяют имитировать человеческое поведение.

На основе данных об особенностях интеллекта и расшифровках аспектов обучения машина может воспроизвести эти процессы.

Выделяют три группы систем искусственного интеллекта:

• ограниченный искусственный интеллект (Narrow AI) — решение одной конкретной задачи;
• общий искусственный интеллект (AGI) — может выполнять много задач как человеческий мозг;
• сверхразумный искусственный интеллект — выше интеллекта человека.

Машинное обучение — направление искусственного интеллекта, включающее методы, с помощью которых можно обучить. Машины получают данные и обучаются по ним. Например, решение класса задач на распознавание образов.

Глубокое обучение — подмножество машинного обучения ‒ использует нейронные сети для решения реальных задач. Нейронные сети имитируют человеческое поведение в процессе принятия решений.

2. Компьютерное зрение — область искусственного интеллекта, направленная на анализ видео и изображений. Компьютер наделяют набором методов, с помощью которых он извлекает информацию из увиденного. Машины могут обнаруживать, отслеживать и классифицировать объекты.
3. Нейросети — математическая модель, программа которой функционирует подобно мозгу живого организма. Сущность нейросетей заключается в построении программы по принципу функционирования биологических нейронных сетей. С помощью нейронных сетей решают задачи классификации, предсказания, распознавания.
4. Блокчейн и криптовалюты.

Примечание 4

Блокчейн — непрерывная цепочка блоков для хранения информации, сформированная по определенным правилам. Цифровые данные защищены от подмены и изменений.

Информацию преобразовывают в битовую строку фиксированной длины — хешируют данные. В каждом блоке блокчейна хранится информация о предыдущем блоке. Например, база данных, в которой содержится список сотрудников с транзакциями в системе, краткими характеристиками информационных процессов.

Криптовалюта — разновидность цифровой валюты. Ее количество определяется количеством данных расчетных единиц, которое записывается в соответствующей позиции информационного пакета протокола передачи данных.

5. Большие данные или Big Data — структурированные или неструктурированные массивы данных большого объема. Их используют для статистики, анализа, принятия решений.

Источники сбора данных:

• социальные — действия человека в сети;
• машинные — информация от гаджетов;
• транзакционные — перевод средств при покупках, поставках и операциях с банкоматами.

6. Телемедицина — обмен медицинской информацией посредством использования компьютерных и телекоммуникационных технологий. Также дистанционное предоставление списка медицинских услуг.
7. Виртуальная и дополненная реальность.

Виртуальная реальность — искусственно созданная трехмерная цифровая среда, нацеленная на передачу человеку информации через его органы восприятия. С помощью сенсорных устройств человек может погрузиться в интерактивный мир.

Виртуальная реальность — правдоподобная, интерактивная, изучаемая, с эффектом присутствия. Специалисты тщательно изучают психологию будущих пользователей. Связь с реальным миром отсутствует.

Компоненты взаимодействия с виртуальной реальностью:

• голова — отслеживание положения. Гарнитура перемещает картинку согласно положению головы пользователя. Система называется шестью степенями свободы;
• движения — отслеживаются движения, что обеспечивает передвижение человека по виртуальной реальности;
• глаза — датчик анализирует направление взгляда.

Дополненная реальность — виртуальный мир накладывается на реальный. Человек получает информацию из двух источников.

8. Кибербезопасность — комплекс мер безопасности для обеспечения защиты и конфиденциальности, целостности и доступности данных.

Основные категории кибербезопасности:

• безопасность сетей;
• безопасность приложений;
• безопасность информации;
• операционная безопасность;
• аварийное восстановление и непрерывность бизнеса;
• повышение осведомленности.

9. Интернет вещей — Internet of Thing — подключенные к интернету физические объекты, которые способны взаимодействовать между собой и внешним миром. Строится на базе разветвленной сети устройств, сенсорных датчиков, которые фиксируют определенные параметры. Устройства идентифицируют с помощью специальных меток или маркеров по принципу «свой-чужой».