Промышленные технологии и инновации

целях активизации разработки технологий добычи нетрадиционных источников углеводородного сырья (трудноизвлекаемой нефти).

Реализация комплекса мероприятий, направленных на создание первого в России полигона по отработке технологий извлечения трудноизвлекаемых запасов нефти на территории Томской области.

Разработка комплекса мер по стимулированию компаний нефтегазового сектора к реализации проектов по разработке и добыче нетрадиционных источников углеводородного сырья, в том числе упрощение процедур вхождения бизнеса в проекты недропользования.

Кластер фармацевтики, медтехники и ИТ

Приоритетные направления:

Фармацевтика

Медицинская техника

Робототехника и IT Задачи кластера:

Создание глобально конкурентоспособной исследовательской и технологической среды на местном уровне;

Развитие кооперации между родственными кластерами в других регионах и странах;

Привлечение инвестиций в развитие входящих в кластер компаний; поиск глобальных партнеров для формирования совместных предприятий;

Импортозамещение, рост доходов от экспорта и инвестиционных потоков;

Стимулирование роста предприятий, обладающих технологической базой; и др.

Преодоление узости регионального рынка на основе использования потенциала

R&D;

Производство не только конкурентоспособной на мировом рынке, но и радикально новой продукции;

Расширение механизма стратегического сотрудничества: в структуру кластера должны войти не только предприятия, исследовательские организации, университеты, но и венчурные фонды, и другие посреднические структуры, обеспечивающие синергетический эффект взаимной поддержки производства инновационных продуктов и услуг;

Поддержка существующих и новых малых и средних инновационных экспортоориентированных предприятий;

Организация и реализация специализированных обучающих программ подготовка высококлассных специалистов для последующей работы по созданию и развитию высоких технологий в стране;

Формирование предпринимательской культуры;

Устойчивое развитие региона, расширенное развитие малого и среднего предпринимательства; создание новых рабочих мест.

Подкластер. ТУСУР входит в ассоциацию участников инновационного территориального кластера «Информационные технологии и электроника Томской области».

Ключевые специализации: информационные технологии и электроника.

Кластер «SMART Technologies Tomsk»

Цель кластера Масштабирование высокотехнологичных бизнесов, достижение мирового уровня

инвестиционной привлекательности и расширение экспорта продукции и услуг на основе кооперационных проектов компаний, университетов и научных организаций, и формирование проектных альянсов, как ключевой формы кооперации организацийучастников кластера.

211

В рамках кластера сформированы новые организационные элементы – ПРОЕКТНЫЕ АЛЬЯНСЫ, объединяющие инновационный бизнес, университеты и внешних партнеров для создания новых линеек экспортной продукции.

Арктика Проектный альянс «Многофункциональные информационно-коммуникационные

системы для регионов с экстремальными природно-климатическими условиями» направлен на разработку, производство и эксплуатацию перспективных информационнокоммуникационных системы различного состава и функционального назначения, созданных для работы в сложных и экстремальных природно-климатических условиях арктической и тропической зон мира, а также разработку и внедрение телемедицинских решений в области удаленного мониторинга здоровья.

Робототехника Проектный альянс «Робототехнические системы и образовательная робототехника,

включая системы локальной навигации, распределенные системы управления приводными устройствами, системы обмена данными, интеллектуальные сервоприводы и сенсорное окружение» направлен на создание новых технологических и конструктивных решений для промышленной и медицинской робототехники.

Smart city solutions

Проектный альянс «Smart City Solutions». В сферу компетенций проектного альянса относятся работы, связанные с разработкой и практическим внедрением проектов по носимой электронике (wearables), мобильным платежам (mobile payments), интернету вещей (IoT), различным инновациям на транспорте, идентификации пользователей и систем контроля доступа.

Техническое зрение Проектный альянс «Техническое зрение: линейка кроссрыночных продуктов для

воздушных, наземных и морских беспилотных аппаратов». Направлен на разработку библиотеки технического зрения на базе имеющегося опыта в области обработки видео при создании высокопроизводительных эффективных алгоритмов сжатия видеопотока.

Медицина. Фармацевтика Проектный альянс «Линейка активных фармацевтических ингредиентов и

биофармсубстанций» направлен на создание линейки новых продуктов (полипренолы, биологические субстанции и лекарственные средства на их основе, фармацевтические ингредиенты, штаммы микроогранизмов, твердые и мягкие желатиновые капсулы) в высокорентабельных нишах мирового рынка.

Digital health

Проектный альянс «Digital Health». Область компетенций проектного альянса включает в себя мобильные решения для сбора биологической и биометрической информации, сенсоры биологических сигналов, программное обеспечение для сбора и анализа больших массивов биологической информации и системы поддержки принятия решений на ее основе.

3.2. На пороге четвертой промышленной революции

3.2.1. Инновационная сущность четвертой промышленной революции

Все социально-политические и промышленные революции оказывали глубочайшее воздействие на общество. Промышленные революции приводили к кардинальным изменениям в технико-технологических способах производства, использовании энергии, материалов и труда, оказывая влияние на все без исключения сферы жизнедеятельности — на транспорт, системы связи, строительство и др., преобразовывали роль человека и характер труда, что объективно приводило к видоизменению общественного строя.

Постиндустриальная фаза, движение к информационному обществу не снижает принципиальной важности промышленности и практически безграничных возможностей для

212

инноваций. Одновременно в сферу активных преобразований, возможности которых предопределяются главным образом именно техническими новшествами, вовлекается сегмент сервисных услуг, что в конечном счете служит повышению качества жизни населения.

Непрерывное инновационное развитие, радикальное изменение технологий и материалов, ошеломляющий прорыв в цифровизации социума подвели человечество к четвертой промышленной революции. Этот термин широко дискутируется в научных и бизнес-кругах, активно обсуждается широкой общественностью. Авторство концепции четвертой промышленной революции закрепилось за Клаусом Швабом, президентом Всемирного экономического форума в Давосе. Шваб написал одноименную книгу, где проанализировал главные тренды мировых инновационных перспектив.

Четвертая промышленная революция на данном этапе рассматривается как концепция, согласно которой общество находится на пороге новой эпохи, когда технологии объединяют виртуальный (цифровой) мир с физическим. С позиции науки четвертая промышленная революция отличается от предыдущих производственных теорий гибкостью подхода, основанного на данных и знаниях о перспективах интегрированного выпуска продукции будущего на «умных» производствах — цифровых фабриках и заводах, где все производственно-технические и логистические задачи выполняются при поддержке интеллектуальных систем.

Глобальное влияние четвертой промышленной революции характеризуется всеобъемлющим проникновением цифровых технологий практически во все сферы человеческого бытия: от высоких технологий в научно-производственной сфере до многообразных социально-бытовых видов деятельности и времяпровождения, включая бизнес-процессы, государственное управление, социальные коммуникации, логистику, сервис, экономику впечатлений, национальную и личную безопасность. Общество насквозь пронизано цифровыми технологиями. Больше 30 % населения земного шара сегодня используют социальные сети и медиа для общения, обучения и распространения информации, практически каждая семья уже не представляет жизни без мобильной связи. Исследования воздействия на общество цифровой революции требуют междисциплинарного подхода.

Вспомним ключевые характеристики классических промышленных революций.

Первая промышленная революция произошла в конце XVII в. после появления паровых машин, которые позволили перейти от ручного труда к машинному. Это послужило толчком для развития машиностроения, транспорта, текстильной промышленности и других отраслей; резко повысилась мобильность населения — люди стали переезжать в города на фоне бурного экономического роста и приобщаться к индустриальному труду. Доля обеспечивающих себя первостепенными благами за счет натурального хозяйства стала сокращаться.

К концу XIX в. на базе машинных средств и использования электричества было освоено массовое производство; начался бурный рост сталелитейной и химической промышленности. Генри Форд запустил знаменитое поточное производство автомобилей, тем самым внедрив новый подход к организации труда и резко повысив его производительность. Это знаменовало вторую промышленную революцию.

Третья промышленная революция, которую называют цифровой, началась во второй половине XX в. с создания цифровых компьютеров и последующей эволюции информационных технологий. Автоматизированное производство органично «впитало в себя» робототехнику, электронику и IT. Компьютерные системы объединили в информационные сети; мобильные средства связи сняли границы для общения и стали неотъемлемым элементом технологических и логистических систем. Но одновременно с этим усиливаются угрозы, связанные с безработицей, негативным воздействием на

213

окружающую среду, несанкционированным вмешательством посредством Интернета в различные процессы и др.

Цифровая революция в настоящее время переходит в новую стадию, особенности которой заключаются в массовом внедрении киберфизических систем в производство. Эта революция стирает границы между физическими, цифровыми и биологическими сферами. «Речь идет о волне открытий, обусловленных развитием возможностей установления связи: роботы, дроны, умные города, искусственный интеллект, исследования головного мозга».

Вотличие от третьей, четвертая революция устанавливает новое качество связи между физическим миром — производственным оборудованием, «умными домами», автомобилями

идр. — и цифровым миром, уже входящим в физическое пространство, названное «киберфизическим пространством», на принципах которого действуют беспилотные транспортные средства, роботы в здравоохранении, ЗD-принтеры и др.

Современный переход от третьей к четвертой промышленной революции имеет много аналогий с переходом от первой ко второй промышленной революции. Они заключаются в следующем.

Изначально в период первой промышленной революции происходит генерация инноваций в рамках вертикального (или отраслевого) преобразования, как в случае с прядильной машиной, преобразившей текстильную промышленность. Затем в течение второй промышленной революции (в конце XIX в.) формируются горизонтальные (межотраслевые) связи между вертикальными новациями, не в последнюю очередь посредством железной дороги.

Вто время как электрические сети и железная дорога подготовили почву для третьей промышленной революции, вертикальное проникновение IT-технологий через Интернет вещей создало предпосылки для четвертой промышленной революции. После того как будут созданы и масштабированы горизонтальные соединения между существующими (вертикальными) нововведениями, появятся новые производства и бизнес-модели (Таблица 3.6).

Таблица 3.6 Четыре промышленные революции

Основания говорить о качественно новой стадии прогресса и выделять четвертую революцию в самостоятельную, отличающуюся от третьей, по мнению Клауса Шваба,

связаны с тремя факторами — скоростью, масштабом и системными последствиями:

темпы развития: в отличие от предыдущих, эта промышленная революция развивается не линейными, а скорее экспоненциальными темпами, поскольку новая технология сама синтезирует все более передовые и эффективные технологии;

широта и глубина: она основана на цифровой революции и сочетает разнообразные технологии, обусловливающие изменение парадигм в экономике, бизнесе, социуме, в каждой отдельной личности;

системное воздействие: она предусматривает целостные внешние и внутренние преобразования всех систем по всем странам, компаниям, отраслям и обществу в целом.

Переходную стадию к четвертой промышленной революции обеспечивают разнообразные мобильные устройства, облачные технологии, Интернет вещей, большие данные, дополненная реальность, краудсорсинг, биотехнологии, робототехника, беспилотные автомобили, автономный транспорт, ЗИ-печать, нанотехнологии,

214

материаловедение, квантовые компьютеры, в мире финансов — криптовалюты Bitcoin и технологии Blockchain и многое другое (Рисунок 3.5).

Рисунок 3.5. Базисные составляющие и основные технические компоненты цифровой революции

На первых местах после мобильной связи находятся следующие понятия.

Интернет вещей (Internet of Things, IoT) — это концепция пространства, в котором все из аналогового и цифрового миров может быть совмещено. Это не просто множество различных приборов, объединенных между собой каналами связи и подключенных к Интернету, а более тесная интеграция реального и виртуального миров, в котором общение производится между людьми и устройствами. При этом возникает возможность автоматического принятия рутинных решений, которая обеспечивается развитой системой «коммуникации» вещей (физических объектов), способных идентифицировать друг друга, характеризовать состояние, взаимно передавать и обрабатывать данные о текущей ситуации, исключая при этом человека из процесса управления и тем самым делая это взаимодействие более автономным, быстрым, системным и контролируемым.

Будучи внедренным в производство, Интернет вещей создает сразу несколько преимуществ:

гибкость производства, достигаемая отказом от жестких «конвейерных» решений, что в конечном счете позволяет массово принимать и выполнять индивидуальные заказы, свободнее внедрять в производство новые решения, шире использовать аутсорсинг;

настраиваемость производства, достигаемая за счет его контроля на всех уровнях и благодаря его функционированию на единой технологической платформе;

эффективность производства, обусловленная снижением издержек, связанных с человеческим фактором: ошибок, простоев, высокой стоимости человеческого

труда.

Виртуальная и дополненная реальность. Виртуальная реальность (virtual reality) — это созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения:

215

зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на него.

Дополненная реальность (augmented reality) подразумевает возможность свободно добавлять физическим объектам виртуальные свойства (Рисунок 3.6). Пример использования дополненной реальности — это когда реальные объекты (или их цифровые изображения) дополняются наложенной на них информацией, наделенной определенным смыслом и полезностью, которая к тому же может быть индивидуализирована под конкретного человека. Это может создавать, например, дополнительные удобства для туристов, когда при выборе тура возникают образы интересующих объектов (надписи, информация о размещении, исторические факты и т. п.); это применимо к виртуальным деньгам, к которым может быть добавлена история их использования, что исключит возможность «отмывания» денег.

Рисунок 3.6. Иллюстрация дополненной реальности

Сегодня существует 4 типа дополненной реальности:

Маркерная AR. Иногда ее еще называют распознаванием изображений, поскольку в этом случае для сканирования требуется специальный визуальный объект и камера. Это может быть что угодно — от печатного QR-кода до специальных знаков. В некоторых случаях устройство AR также вычисляет положение и ориентацию маркера для размещения содержимого. Таким образом, маркер инициирует цифровые анимации для просмотра пользователями, в следствие чего изображения могут превращаться в 3D-модели.

Безмаркерная AR. Основана на дополненной реальности, которая использует GPS, компас, гироскоп и акселерометр для предоставления данных на основе местоположения пользователя. Затем эти данные определяют, какой контент AR вы находите или получаете в определенной области. При наличии смартфонов этот тип AR обычно создает карты и направления, а также данные о ближайших компаниях. Приложения включают события и информацию, всплывающие рекламные объявления, навигационную поддержку.

Проекционная AR. Данный тип использует проецирование синтетического света на физические поверхности, а в некоторых случаях дают возможность взаимодействовать с ним. Это голограммы, которые мы все видели в фантастических фильмах, таких как «Звездные войны». Технология определяет взаимодействие пользователя с проекцией по ее изменениям.

216

AR на основе совмещений (наложений). В этом случае происходит полная или частичная замена исходного представления дополненным. Распознавание объектов играет здесь ключевую роль, без нее вся концепция просто невозможна. Мы все видели пример наложенной дополненной реальности в приложении IKEA Catalog, который позволяет пользователям размещать виртуальные предметы из каталога мебели в своих комнатах.

Печать на 3D-принтере может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твердого объекта. Это универсальный метод создания большого спектра физических объектов на базе единой платформы. Он дает возможность отказаться от разнородных подходов к решению разнообразных задач в пользу единого подхода, реализованного в цифровом виде. Существуют также экспериментальные биопринтеры, в которых печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится каплями, содержащими живые клетки.

Технологии 3D печати: Экструзия материала

FDM: Fused Deposition Modeling, или Моделирование послойным наплавлением Фотополимеризация в ванночке

SLA: Stereolithography, или Стереолитография

DLP: Direct Light Processing, или Цифровая светодиодная проекция

CDLP: Continuous DLP, или Непрерывная цифровая светодиодная проекция Струйное моделирование

MJ: Material jetting, или Струйная 3D печать

NPJ: Nano particle jetting, или Струйная 3D печать наночастицами

DOD: Drop-On-Demand, или Наплавление с выравниванием слоя летучим резцом Нанесение связующего вещества

BJ: Binder Jetting, или Струйная печать связующим веществом

Плавка порошков

MJF: Multi Jet Fusion, или Мультиструйная плавка

SLS: Selective Laser Sintering, или Выборочное лазерное спекание

DMLS/SLM: Direct Metal Laser Sintering, или Прямое лазерное спекание металлов и Selective Laser Melting, или Выборочная лазерная плавка

EBM: Electron Beam Melting, или Электронно-лучевая плавка

Послойная плавка материала лазером / Электронно-лучевая плавка

LENS: Laser Engineered Net Shape, или Плавка путём создания формы лазером

EBAM: Electron Beam Additive Manufacture, или Электронно-лучевое аддитивное производство

Ламинирование

LOM: Laminated Object Manufacturing, или Печать объектов методом ламинирования

Большие данные (Big Data) — это совокупность технологий, которые призваны совершать следующие операции:

обрабатывать большие по сравнению со «стандартными» сценариями объемы данных;

уметь работать с быстро поступающими данными в очень больших объемах;

уметь работать со структурированными и плохо структурированными данными параллельно в разных аспектах.

Примером Big Data может стать большой адронный коллайдер, который производит огромное количество данных и делает это постоянно. Установка непрерывно выдает большие объемы данных, а исследователи с их помощью решают параллельно множество задач.

217

Характеризуя особенности четвертой промышленной революции, необходимо обратить внимание на идею сервис-ориентированного проектирования. Оно может варьироваться от пользователей, использующих заводские настройки для производства собственных продуктов, до компаний, которые поставляют индивидуальные продукты индивидуальным потребителям, позволяя тем самым реализовать один из важнейших принципов менеджмента качества — клиентоориентированность.

Ядром концепции четвертой промышленной революции считают инновационную программу «Индустрия 4.0», разработанную и впервые представленную на Ганноверской ярмарке в 2011 г. немецкими учеными X. Кагерманом, В.-Д. Лукасом и В. Вальстером. Затем она воплотилась в «Стратегию в области высоких технологий 2020» — Industrie 4.0. В литературе и деловом общении два этих понятия часто употребляют как синонимы. Например, в аналитическом обзоре реализации концепции «Индустрия 4.0», составленном известной компанией PwC, термин «Индустрия 4.0» означает четвертую промышленную революцию.

Главный постулат концепции «Индустрия 4.0» — это создание так называемых «умных предприятий». В США аналогичный вектор развивает Консорциум промышленного Интернета (КПИ).

Участники Петербургского экономического форума (июнь 2017 г.), которые обсуждали перспективы развития цифровой революции в России, относительно «Индустрия 4.0» высказывали следующие мнения:

прежде всего «Индустрия 4.0» — это инновации и производство, это В2Всектор;

«Индустрия 4.0» — абсолютно новый тип промышленного производства, который будет основываться на так называемых больших данных и их анализе, полной автоматизации производства, технологиях дополненной реальности, Интернете вещей;

«Индустрия 4.0» — это концепция развития промышленного производства, основанная на максимальной индивидуализации производимых продуктов при практически 100 %-ной автоматизации;

под термином «Индустрия 4.0» понимают высокоавтономное децентрализованное реконфигурируемое производство, отличающееся непрерывным информационным обменом между его подсистемами и объектами производства в рамках выполняемых производственных и логистических процессов;

«Индустрия 4.0» — такое название получила нынешняя эпоха инноваций, когда передовые технологии радикально меняют целые отрасли экономики потрясающе быстрыми темпами;

«Индустрия 4.0» — это то, что может сделать наших заказчиков более конкурентоспособными в борьбе за воплощение их идей и производство продуктов;

Интернет вещей ориентирован больше на непосредственного потребителя. Основные принципы германского проекта «Индустрия 4.0» (Таблица 3.7) получили

развитие в национальных документах различных стран. Ведущие промышленные страны готовятся к усилению мировой конкуренции и разрабатывают новые программы развития. Первыми о цифровых фабриках будущего заговорили в 2011 г. в Германии, весной 2016 г. американцы создали консорциум НС, расширяют масштабы пространства Интернета вещей. На азиатском Востоке заявлен бренд «Сделано в Китае». Фактически происходит выработка стандартов нового производства, и началась борьба за право разрабатывать нормативное видение производства будущего.

218

Таблица. 3.7 Основные характеристики, требования и возможности «Индустрии 4.0»

В России для координации деятельности по реализации промышленной политики и переходу к цифровому производству, актуальность которого очевидна, как мозговой центр образована Национальная технологическая инициатива (НТИ). Главная ее цель — содействовать росту новых отечественных компаний для еще только формирующихся глобальных рынков.

Непременным условием четвертой промышленной революции является реиндустриализация, содержание которой рассматривалось в предыдущих разделах. У «Индустрии 4.0» и реиндустриализации одни и те же цели. Мировые практики показывают, что развитие высоких технологий находится в неразрывной связи с сильной промышленной базой и активной промышленной политикой, с объединением науки, производства и образования в единую систему.

Основные тренды и последствия цифровизации (в том числе «Индустрии 4.0»), затрагивающие различные сферы общественной жизни, действительно революционны; они проявляются в следующем.

Влияние на промышленные предприятия. «Индустрия 4.0» ведет к появлению цифровых заводов, которым свойственно:

применение комплексной цифровой инженерии, ориентированной на смартпродукты (интеллектуальные, самопрограммирующиеся, способные самостоятельно принимать решения о способе их производства), связанные цифровой цепью;

интеграция руководящего и рабочего уровней, когда роботизированные производственные комплексы и высококвалифицированные рабочие, ориентируясь на предпочтения клиентов, будут адаптироваться к непрерывным изменениям и созданию новых типов продуктов без реинжиниринга производственного процесса;

проведение анализа деятельности в режиме реального времени, моделирование структуры затрат, возможности прогнозирования изменений рынка и оперативной реализации бизнес-идеи;

219

индивидуализация массового производства под потребности заказчиков, интеграция продукции, соответствующей требованиям заказчика, с новыми услугами;

повышение производительности труда и качества продукции.

Влияние на бизнес. С учетом рыночных преобразований и изменений в формировании спроса и предложения, роста потребительских ожиданий, улучшения качества товаров, расширения практики совместных инноваций, смещения доходов производителей от продуктов к услугам, стирания границ между отраслевой принадлежностью организаций, компании вынуждены пересматривать способы ведения коммерческой деятельности, исходя из понимания, что в эпицентре новой цифровой экономики находится клиент (физическое или юридическое лицо):

развивать бизнес-сети с новой логистикой и интернет-продажами;

разрабатывать платформы с поддержкой технологий, сочетающих в себе как спрос, так и предложение, основанных на прозрачности за счет доступа к мобильным сетям и данным;

адаптировать дизайн, рынок и предоставляемые продукты и услуги, которые улучшаются с помощью цифровых технологий, что повышает их ценность.

Сейчас на рынке появляется все больше молодых ловких конкурентов, которые благодаря доступу к глобальной сети опережают ветеранов бизнеса в исследовании, разработке, маркетинге, продажах и производстве. Молодые конкуренты оперативнее, предоставляют услуги быстрее, качественнее, по более низкой цене, чем у их предшественников.

Аналитика потребительских отзывов и успешности ведения бизнеса требует новых форм рабочего сотрудничества, учитывающих возросшую скорость развития и изменения рынков.

Влияние на трудовые процессы. Критическим фактором производства становится кадровый потенциал, качество человеческого капитала, что ведет к еще большему разделению рынка труда на сегменты «низкоквалифицированные/низкооплачиваемые» и «высококвалифицированные/ высокооплачиваемые» кадры с инновационными навыками. Это в свою очередь становится фактором усиления социальной напряженности, безработицы. «Индустрия 4.0» — это разработка надежной основы для создания более качественных рабочих мест, получения соответствующих образовательных и инновационных навыков.

Последствия для правительства. Прозрачность электронного правительства и электронного документооборота, новые технологии и платформы повышают возможности граждан вступать в диалог с государственными структурами, высказывать свое мнение, координировать свою активность, в том числе и в оппозиционном плане. Одновременно правительства получают новые технологические полномочия, позволяющие увеличить контроль над населением посредством широко распространенных систем наблюдения и возможностей управления цифровой инфраструктурой.

Способность государственных структур и государственных органов к адаптации будет определять эффективность продолжения их деятельности. Основные изменения относятся к механизмам государственного регулирования. Законодательные и исполнительные органы должны оперативно адаптироваться к новой быстро меняющейся среде, перестраивать свою структуру, тесно сотрудничать с бизнесом и гражданским обществом. Это потребует разработки новой нормативно-правовой базы, улучшения нормативных практик, заключения и соблюдения международных и двусторонних соглашений в области цифровой экономики.

Значительное влияние четвертая промышленная революция оказывает на характер национальной и международной безопасности, затрагивая как вероятность, так и характер возможных конфликтов, которые становятся все более «гибридными».

220