Текст книги "Инновации от идеи до рынка"

7. Ошибка реверсирования путем изменения восприятия отображаемого сигнала в противоположном направлении (например, повышение температуры вместо ее снижения).

8. Неадекватная ошибка реакции, недостаточное управляющее действие или усилие, приложенное во время управления (например, недостаточное движение педали тормоза во время маневра остановки), или ошибка реакции из-за ошибки в оценке величины сигнала, расстояния, скорости (при резком торможении впереди идущего автомобиля) и местоположения.

9. Ошибка разборчивости надписей или ошибка, связанная с невозможностью чтения дисплея (из-за таких факторов, как низкая контрастность буквы, недостаточное освещение, чрезмерные блики на экране).

10. Восстановленная ошибка, когда оператор смог исправить ошибку через некоторое время (выключенное наружное освещение автомобиля в вечернее время).

11. Неустраненная ошибка или ошибка, которую оператор не сможет исправить (движение автомобиля на продырявленной шине).

Производительность пользователя при работе с продуктом может быть измерена с помощью ряда показателей. Например, время, затраченное на выполнение задачи, количество ошибок, допущенных во время выполнения задачи, субъективные оценки легкости или трудности во время использования, увеличение пользовательского опыта. нагрузка и увеличение частоты сердечных сокращений пользователя. Типы показателей эффективности пользователей можно разделить на следующие категории:

• Поведенческие показатели на основе измерений поведения пользователя при выполнении задачи (например, путем записи движений глаз, тела, последовательности выполнения различных движений и задач, принятые решения и затраченное время).

• Физические измерения с помощью инструментов таких параметров, как время, расстояние, скорость, ускорение и прилагаемые силы.

• Субъективные показатели, основанные на суждениях пользователя, например рейтинги, предпочтения, пороги восприятия и обнаружение сигналов.

• Физиологические измерения по записям состояния пользователя, полученным путем измерения изменений частоты сердечных сокращений, скорости потоотделения, потребления кислорода, кожно-гальванического сопротивления, электрической активности в различных мышцах или сердца (электрокардиограмма).

• Показатели безопасности на основе поиска в базах данных об авариях. Например, количество несчастных случаев данного типа, уровень несчастных случаев за заданное время, количество несчастных случаев на километр пути, и тяжесть несчастного случая (рабочие дни, потерянные из-за травмы).

• Меры контроля основаны на количественном выражении затрат или выгод, таких как затраты на использование, потребление энергии или экономия на использование.

Многие руководства и стандарты по проектированию, учитывающие человеческий фактор, обычно содержат рекомендации по проектированию в дополнение к требованиям или характеристикам.

Нагрузка на оператора в некоторых стрессовых ситуациях (например, когда приходится обрабатывать несколько входных данных и выполнять множество управляющих действий в течение короткого периода времени) может быть очень высокой по отношению к возможностям конкретного человека. Примерами таких ситуаций являются летчик-истребитель в боевой обстановке; оператор атомной электростанции в ситуации с неисправным реактором; испытатель дорогостоящего оборудования; водитель, приближающийся к оживленному перекрестку и намеревающийся совершить быстрый левый поворот. Для обеспечения правильного принятия решений в такой обстановке сотрудников и операторов на отдельные позиции тщательно отбирают по медицинским показателям и нервно-психологическим характеристикам. Далее их тренируют по специальной программе со сдачей экзаменов при моделировании критических ситуаций. Например, летчики коммерческой авиации, где большинство функций в полете выполняют автоматы, проходят тренировки по переходу на ручное управление, при необходимости. Аварийные инструкции для операторов опасных объектов располагают в шаговой доступности от человека за пультом. Они должны содержать исчерпывающую информацию по ликвидации вероятных неожиданных отказов оборудования, написаны кратко, внятно, крупным шрифтом, без ссылок на другие документы. Разработчик продукта должен проектировать продукт так, чтобы рабочая нагрузка большинства пользователей оставалась на приемлемом уровне.

Глава 6.
Цифровизация процессов ОКР

6.1 Беглый анализ Индустрии 4.0

Четвертая промышленная революция (Индустрия 4.0), термин появился в 2011 г., означает переход на полностью автоматизированное цифровое производство, управляемое интеллектуальными системами в режиме реального времени при постоянном взаимодействии с внешней средой, выходящими за границы одного предприятия, с перспективой объединения в глобальную технологическую сеть. Вкратце этап представляет новый уровень организации производства и управления цепочкой создания стоимости на протяжении всего жизненного цикла выпускаемой продукции.

Этот период подразумевает в числе составляющих:

• распределенные производство и энергетику;

• сетевой и коллективный доступ к информационным ресурсам;

• киберфизические производственные системы;

• Интернет-торговлю продуктами и ресурсами;

• развитие Интернета вещей;

• реализацию цифровых предприятий;

• широкое использование искусственного интеллекта;

• внедрение машинного обучения и робототехники;

• аддитивное производство;

• использование открытых облачных вычислений и технологий;

• применение и анализ больших данных;

• обеспечение кибербезопасности;

• использование систем виртуальной реальности, и т. д.

Основными требованиями для технологий Индустрии 4.0 являются совместимость, виртуализация, децентрализация, возможность работы в реальном времени, сервисная ориентация и модульность. Дополнительным требованием для успешного развития устойчивых систем Индустрии 4.0 стал экодизайн. В результате реализации этих требований заводы должны становиться интеллектуальными и адаптируемыми, с возможностью взаимодействия и сотрудничества между системами, удаленного мониторинга, автономного принятия решений, надежных и гибких операций, комплексного предоставления услуг, гибкости производства и охраны окружающей среды.

Функциональная совместимость и сотрудничество для развития умного производства обеспечивают способность систем взаимодействовать друг с другом через Интернет вещей, а также возможность работать вместе, легко получая доступ и используя данные друг друга, функциональные возможности, технологии, компоненты, при участии человека или роботов.

Виртуализация служит для удаленного отслеживания и мониторинга промышленной системы «умная фабрика», создает виртуальную копию всех процессов, выполняемых в реальной среде. Данные датчиков в режиме реального времени, постоянно и синхронно обновляемые, используются для отслеживания и контроля физических процессов, а также в качестве банков данных.

Децентрализация обеспечивает способность управляющих систем работать независимо, с автономными модулями, принимающими решения о производственных потребностях в режиме реального времени. Благодаря делегированию узких мест производства более высоким (вертикальная интеграция) или аналогичным (горизонтальная интеграция) модулям система способна обрабатывать более сложную и персонализированную среду.

Возможность работы в режиме реального времени позволяет практически мгновенно принимать интеллектуальные решения по регулированию операций на основе сбора и обработки данных он-лайн, а также быструю смену производственных систем, чтобы обеспечить возможность перехода от одного заказа к другому в режиме реального времени. Помогает выявлять неисправности, потребности в техническом обслуживании, обеспечивать точную диагностику и безопасность эксплуатации, что минимизирует потери, повышает надежность и качество продукции и услуг.

Ориентация на сервисные услуги поддерживает стремление обрабатывающих отраслей расширять деятельность по интегрированной продаже продуктов и услуг.

Модульностью называют способность компонентов системы быстро и легко комбинировать функции в соответствии с потребностями. Она характеризуется гибкой и адаптируемой структурой, способной обеспечить разнообразие продукции за счет увеличения скорости разработки новых версий продуктов и сокращения времени вывода на рынок.

Экодизайн, поддерживая цель создания продуктов устойчивого развития, снижающих ущерб окружающей среде, причиняемый промышленной деятельностью, направлен на минимизацию или устранение воздействия на окружающую среду, вызванного как оборудованием и инструментами разработки, так и самими продуктами.

В части реализации инновационных проектов ОКР отметим основные преимущества внедряемой концепции гибких производств на предприятиях. Они представляют собой совокупность многоцелевых станков с программным управлением, оснащенных промышленными роботами, связанных единой транспортно-складской системой, которые работают под управлением специального программного комплекса. Промышленные роботы самостоятельно выполняют ряд технологических и вспомогательных операций для повышения производительности основного технологического оборудования. Гибкое производство позволяет быстро перенастраивать оборудование для обработки любых новых деталей, без существенной переналадки и производственной перепланировки. Автоматически управляемые производственные системы имеют более высокое быстродействие, повышенную производительность оборудования, лучшую управляемость и стабильность производственного процесса. Также они поддерживают режим круглосуточной работы, а также возможность выполнения операций в тяжелых, вредных и опасных для человека условиях.

К преимуществам Индустрии 4.0 относят:

a) гибкость производства, открывающую путь к массовому выполнению индивидуальных заказов и к использованию аутсорсинга;

b) перестраиваемость производственного процесса, функционирующего на единой технологической платформе; системы контроля на всех уровнях и этапах процесса, что позволяет своевременно реагировать на быстро меняющуюся высокотехнологичную внешнюю среду;

c) повышение эффективности производства благодаря снижению издержек, в том числе на оплате труда;

d) социальную значимость, что ведет к увеличению свободного времени у человека;

e) использование аддитивных технологий (промышленные 3D– принтеры, нано-электроника);

f) внедрение квантовых систем, меняющих природу информации, ускоряющих передачу данных (квантовое ускорение); и поддерживающих создание фундаментально защищенных каналов связи (квантовая телепортация).

Очередной этап промышленной революции усиливает взаимосвязь между упомянутыми составляющими, которая создает определенный синергетический эффект. Фактически Индустрия 4.0 является глобализацией и универсализацией принципов распределенного производства и доступа к финансам. Принципиально новых технических новинок на этапе не наблюдается, а именно:

• Не обновилась энергетическая платформа. Энергетика развивается консервативно, на базе ископаемых ресурсов. Разрекламированные источники возобновляемой энергии требуют субсидий, вопрос об их рентабельности не снят (некоторые подробности см. в главе 4.5).

• Не состоялась новая транспортная платформа. Используются в основном технологии прошлого века, включая область освоения космоса. Несколько улучшилась социальная доступность скоростных видов транспорта. Снижение логистических издержек достигается в основном за счет организационных мер.

• Не появились массово внедренные принципиально новые материалы, не получают широкого распространения алюминиевые сплавы и композиты вследствие дороговизны. Здесь есть прогресс, в частности, в авиационной технике, однако глобальных перемен не происходит.

• Не реализованы обещанные качественные сдвиги в части энергоэффективности производства. Есть определенные эволюционные подвижки в снижении энергоемкости социальной жизнедеятельности, однако соотношение стоимости и эффективности оставляет желать лучшего.

Фактически, главным элементом Индустрии 4.0 является кардинальная перестройка финансовых коммуникаций и финансово-инвестиционных отношений в современной экономике. Инвестиционный поток направляется по следующим целям:

1. Географическая мобильность активов. Организация компактных безлюдных предприятий вне признанных промышленных центров. Переход к сборочным производствам под потребности конкретных регионов.

2. Развитие базовых технологических решений. Разработка и массовый выпуск ключевых компонентов для них.

3. Человеческий капитал. Организация социально-производственного пространства вокруг активов и торговой инфраструктуры.

Базовое отличие появившихся новых систем управления Индустрии 4.0 можно охарактеризовать как количественное, пока не переходящее в качественное. Сенсорная революция, начавшаяся с датчиков RFID, компьютерные сети, сбор и накопление медийных данных, и другие технологии предоставили возможность системам управления получать практически любые сведения об окружающем мире, что позволило ускорить и улучшить ряд процессов. При этом окупаемость потребных вложений зависит от конкретных отраслей и решений.

По различным оценкам Индустрия 4.0 может принести мировой экономике определенные доходы за счет снижения затрат на 3…4% и увеличения выработки на 2,6…3,2% (оставим на совести инициаторов уровень точности оценок, сравнимый со статистической погрешностью). То есть, несмотря на активную рекламу, продвигаемые изменения носят слабовыраженный эволюционный характер, и связаны со значительными затратами на внедрение сопутствующего оборудования и инструментов, производителям которых удастся первыми освоить прибыльные заказы.

В Российской Федерации активнее всего цифровизацию внедряют предприятия, работающие в сфере розничной торговли, черной металлургии и нефтегазодобывающей промышленности. В 2022 г. при поддержке государства стартовала платформа цифровых решений в рамках национального проекта «Производительность труда». Она должна помочь бизнесу развивать цифровизацию своих предприятий, автоматизировать рутинные процессы, повысить контроль над производством и устойчивость компаний к внешним вызовам. Сегодня повышение производительности труда является для РФ одним из главных направлений развития технологического суверенитета. Например, российский энерго-металлургический холдинг En+ запустил программу интеграции роботов в процессы, отвечающие трем принципам: dirty, dull, dangerous (грязные, скучные, опасные).

В погоне за темпами цифровизации ее будут реализовывать, в том числе, на технологиях и платформах, которые поставляются глобальными ИТ-компаниями. То есть в РФ цифровизация инфраструктуры, стратегических отраслей промышленности, материального производства пока в значительной степени завязана на чужое аппаратное и программное обеспечение, с возможностью вмешательства извне. Например, сегодня отключены от систем удаленной поддержки импортные газовые энергетические турбины, их эксплуатация остановлена. Это требует ускоренного развития собственных импортозамещенных продуктов программного обеспечения для поддержания требуемого уровня промышленной безопасности. При поддержке правительства активизируются разработки отечественного ПО под запросы высокотехнологичных отраслей. Работают индустриальные центры компетенций по замещению зарубежных отраслевых ИТ-решений. К сожалению, требуется замена всей ИТ-инфраструктуры практически единовременно и в комплексе. Предстоит сложная и затратная работа по отладке перехода на отечественные аппаратные и программные ИТ-системы.

Сегодня система управления информацией EIM (Enterprise Information Management) предприятий, в том числе «умного производства», представляет собой типовой цифровой информационный модуль, который используется на всех стадиях жизненного цикла производственного проекта: для разработки, изготовления, в цепи поставок, логистике и связи с потребителем продукта при продажах и сервисном обслуживании. Набор компонентов полного цикла управления включает блоки:

1. PLM (Product Lifecycle Management), управление жизненным циклом изделий, обеспечивает управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации.

2. MES (Manufacturing Execution System), модуль управления и оптимизации производственной деятельности, который в режиме реального времени инициирует, отслеживает, оптимизирует, документирует весь цикл производственных процессов от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции.

3. ERP (Enterprise Resource Planning), блок управления ресурсами предприятия.

4. APS (Advanced Planning and Scheduling), система производственного планирования, на основе которой построено расписание работы оборудования в рамках всего предприятия. Частные расписания производственных подразделений, входящие в систему, являются взаимосвязанными с точки зрения изделия и его операций. Также система связывает сведения объемно-календарного планирования и систему планирования внутрицехового расписания.

5. MCM (Manufacturing Cooperation Management), система управления межзаводской кооперацией с поставщиками, включая контракты и договора предприятия, в рамках процесса производства сложных изделий с возможностью построения сетевых графиков изготовления, поставки и кооперации продукции.

6. CPM (Corporate Performance Management), система непрерывного цикла управления бизнесом на уровнях стратегии, процессов и исполнения для предприятия. Обеспечивает поддержку ключевых процессов бюджетирования и централизованного управления финансами предприятий холдинга, управления ликвидностью и платежеспособностью, консолидации и составления отчетности, оценки эффективности проектов и программ.

В различных секторах экономики РФ уже реализованы технологии будущего. Среди них можно отметить «умные» дом и город, систему удаленного управления, контроля потребления ресурсов. В «умном» городе автоматизировано регулирование транспортных потоков в режиме реального времени, интеллектуальное управление освещением улиц и магистралей, учет потребления разных благ, используют логистические системы отслеживания движения грузов и их состояние. В сельском хозяйстве работает система удаленного управления сырьем, технологии «точного землевладения». В здравоохранении налажена система дистанционного мониторинга показателей пациента (температуры, пульса, уровня сахара в крови, и т.д.). В электроэнергетике работают функции контроля и эксплуатации оборудования на АЭС; распространяется система «умных сетей»; наращивают единую сеть передачи данных для сбора необходимой информации.

Также можно отметить следующие плановые проекты в рамках реализации Индустрии 4.0 в РФ:

• Роботизация оборонно-промышленного и космического комплексов, с упором на поддержку лидерства в космических технологиях, для обеспечения безопасности страны.

• Роботизация транспортной инфраструктуры (железных дорог и федеральных трасс), и строительство высокоскоростных трансконтинентальных железнодорожных магистралей «запад-восток» для развития связности регионов по экономическим перевозкам.

• Развитие технологического суверенитета в создании конкурентоспособных высокотехнологичных продуктов, перечисленных в главе 1.

• Пространственное и территориальное планирование национальных проектов развития в масштабах всей страны и в отдельных регионах.

В работе над исполнением планов данной темы важно встроить цифровизацию аналоговых процессов в задачу создания ценности. В центре внимания должна быть экономическая эффективность оцифрованных процессов, с учетом понесенных затрат на переоснащение. Легко можно оцифровывать неэффективные процессы, например, электронную очередь в поликлиники и аудиозаписи приема пациентов, где у врачей нет необходимого оборудования, качества и базового содержания. Формат услуги не меняется, только не достигается создание ценности. Или обсуждаемый переход на онлайн-курсы в ВУЗах РФ. Процесс цифровизации и перехода на удаленный доступ к базовым знаниям, по заключениям ряда специалистов, приведет к шагу вниз с точки зрения качества образования. Интеллектуальное усвоение материала в процессе живого общения с хорошо подготовленной профессурой удаленной лекцией заменить не получится.