Нет ничего более постоянного, чем перемены.
Сочинения Людвига Бёрне
Карл Людвиг Бёрне, сказавший эти слова о постоянстве перемен, жил в Европе в конце 18-го, начале 19-го веков, в период Первой промышленной революции, ознаменовавшейся в текстильной промышленности переходом от ручного труда к машинному, что обеспечило многократный рост производительности труда. У этой Первой революции было много героев. Так, 4 апреля 1785 года Эдмунд Картрайт (англ. EdmundCartwright) получает патент на механический ткацкий станок с ножным приводом, который в 40 раз увеличил производительность труда ткачей. Следующим поворотным моментом в истории механического ткачества является 1822 год. В этом году сын сапожника, ставший знаменитым манчестерским инженером – изобретателем, Ричард Робертс (RichardRoberts) подводит итог усовершенствованиям, внесенным различными изобретателями на протяжении многих лет в картрайтовский станок, и создает ту рациональную форму ткацкой машины, которая уже всецело определяется принципами механики и является родоначальником современного механического ткацкого станка.
Станок, который сконструировал Робертс и начала изготовлять фирма Робертс и Шарп (Sharp, RobertsandCompany), завершил собой технический переворот в ткачестве - процесс превращения ручного орудия в машину. Ткацкие станки именно этой фирмы закупил в Англии и в 1847 году установил на Шуйско-Тезинской фабрике Иван Федорович Попов. Вместе с ткацкими станками, для привода их в рабочее движение Иван Федорович купил в Англии и паровую машину инженера Гика, вступив тем самым уже во Второй технологический уклад – «эпоху пара».
Кто создал паровой двигатель, решить сложно. В разное время над ним (с переменным успехом) работали Томас Сэйвери (1698), Томас Ньюкомен (1712) и Джеймс Ватт. Последний и вошел в историю как «изобретатель» паровой машины. Он запатентовал ее в 1769 году, однако на самом деле он просто усовершенствовал устройства, созданные до него. Отдельно следует упомянуть русского крепостного механика Ивана Ползунова — он создал паровую машину в 1764 году, причем, в отличие от Ватта, делал ее с нуля, не имея перед глазами действующих образцов.
В викторианскую эпоху, в период с 1837 по 1901 год — время правления королевы Виктории, эра спокойствия, процветания, упрочения власти в колониях, Британия была мощнейшим государством в мире. Ее население составляло свыше 500 миллионов человек (примерно четверть всего человечества), площадь территорий — свыше 37 миллионов квадратных километров (около трети всей суши Земли).
Небывалое развитие науки, стремительная индустриализация, проведение первой Всемирной Торговой выставки (1851), массовая прокладка железных дорог, открытие лондонского метро (1863), электрическое уличное освещение (1882)… Людей буквально опьяняла вера в бесконечную силу рационального мышления.
4 марта 1892 года спустя полвека после начала строительства Шуйско-Тезинской фабрики, в деревне Галуевской Тезинской волости Костромской губернии, расположенной всего в каких-то 80 километрах от Шуи в многодетной семье малозажиточного крестьянина Дмитрия Гавриловича Кондратьева родился мальчик, названный Николаем, ставший одним из известнейших российских экономистов, автором книги «Большие циклы коньюктуры».
Согласно ставшей классической теории больших циклов Кондратьева, «…войны и революции возникают на почве реальных, и прежде всего экономических условий… на почве повышения темпа и напряжения конъюнктуры экономической жизни, обострения экономической конкуренции за рынки и сырье… Социальные потрясения возникают легче всего именно в период бурного натиска новых экономических сил.»
Основной вклад в популяризацию идей Кондратьева внёс в своих работах Йозеф Шумпетер — именно он ввёл термин «кондратьевские волны». Циклы Кондратьева (К-циклы или К-волны) — периодические циклы сменяющихся подъёмов и спадов современной мировой экономики продолжительностью 48—55 лет.
Через пять лет после рождения Николая Кондратьева, 7 февраля 1987 года в России родился Алекса;ндр Леони;дович Чиже;вский - будущий советский учёный, биофизик, основоположник гелиобиологии. Изучая влияние космических физических факторов на процессы в живой природе, в частности, влияние циклов активности Солнца на явления в биосфере, в том числе, на социально-исторические процессы, проанализировав историю более 50 государств с ранних веков их существования, Чижевский пришел к выводу, что все самые главные войны, потрясения, бунты и революции напрямую зависели от солнечной активности, а точнее от ее последствий: неурожая, природных катаклизмов, воздействий на нервную систему человека.
Анализируя ход мировой истории за последние 200 лет трудно не согласиться с утверждениями наших великих соотечественников – Кондратьева и Чижевского о цикличности исторического процесса, проявляемых на разных уровнях, в том числе и экономическом и политическом. В настоящее время дискуссия в научном мировом сообществе ведется не по поводу самого факта цикличности исторических, политических и технологических процессов, с этим практически все согласны, а по поводу того, как эти циклы определять и измерять. Многие российские ученые придерживаются концепции технологических укладов, авторами которой, являются выдающиеся российские ученые, в частности, Сергей Юрьевич Глазьев и академик Дмитрий Семенович Львов. В основе этой концепции лежат работы Дж. Китчина, Н.Д. Кондратьева, Й. Шумпетера, Г. Менша, А. Клайнкнехта, П. Друкера, Т. Хегерстранда, Ф. Перу и т.д. Исследования закономерностей долгосрочного экономического развития были обобщены в теорию технологических укладов, под которыми понимают целостные комплексы технологически сопряженных производств и соответствующих им технико-экономических парадигм, происходящий периодически процесс последовательного замещения которых определяет «длинноволновой - Кондратьевский» ритм современного экономического роста. По этой теории технологии развитых стран сейчас находятся на шестом технологическом укладе и готовятся вступить в седьмой технологический уклад.
Зарубежные ученые стараются «дистанцироваться» от Циклов Кондратьева, дабы не признавать приоритет российских экономистов в этом вопросе. В Европе предпочитают не использовать российского термина «технологический уклад», заменяя его термином «научно-техническая и технологическая (промышленная) революция». По европейской терминологии, создателями которой считаются немецкие ученые, Германия, США, Япония и другие развитые экономики мира стоят на пороге Четвертой промышленной революции - Индустрии 4.0 (Industry 4.0).
Концепция Industry 4.0 привлекательна по двум причинам. Во-первых, впервые о новой промышленной революции заговорили до её наступления, а не после. Для производственных компаний и исследовательских институтов это открывает возможности для активного формирования будущего. Во-вторых, предполагается, что влияние этой промышленной революции на развитие экономики будет огромным, поскольку Industry 4.0 обещает значительное повышение эксплуатационной эффективности, а также возникновение абсолютно новых бизнес-моделей, услуг и продуктов. Немецкие специалисты прогнозируют, что уже к 2025 году это позволит увеличить валовый внутренний продукт (ВВП) Германии на 78 млрд евро.
Признавая приоритет российских ученых, как основоположников - Кондратьева и Чижевского, так и современных – Львова с Глазьевым и др. в создании стройной теории экономических циклов и технологических укладов, попробуем все-же разобраться в европейской терминологии Industry 4.0. Поскольку именно в Европе, и в первую очередь, в Германии, где Industry 4.0 официально провозглашена правительством в 2011 году, экономическая теория наиболее явственно обрастает «кровью и плотью», наполняется реальным практическим содержанием.
Термин Industry 4.0 (Industrie 4.0 – нем.) подразумевает очередную промышленную революцию, которая разворачивается практически уже сейчас. В истории человечества у неё было три предшественницы. Первая промышленная революция, о которой мы говорили выше, связанная с появлением оборудования для механического, в том числе и текстильного производства, началась во 2-ой половине 18-го столетия и интенсивно развивалась в течение всего 19-го века (эпоха «угля и пара»). Начиная с 1870-х годов, благодаря электрификации и разделению труда (тейлоризм), назрел переход ко Второй промышленной революции (эпоха «нефти, газа, электричества»).
Начало Третьей промышленной революции, называемой также «цифровой революцией», приходится на 1970-е годы. В то время развитие электроники и информационных технологий привело к дальнейшей автоматизации производственных процессов.
Термин Industry 4.0 был введён в публичный оборот в 2011 году, когда сообщество представителей немецкого бизнеса, политических и академических кругов Германии выдвинуло под этим именем инициативу, направленную на повышение конкурентоспособности германской промышленности. Федеральные власти Германии поддержали эту идею, объявив о том, что Industry 4.0 станет составной частью правительственной стратегии в области высоких технологий «High-TechStrategy 2020 forGermany», цель которой – добиться к 2020 г. мирового лидерства в области технологических инноваций.
Фонд содействия научно-техническому прогрессу«МЕЖДУНАРОДНОЕ СОДРУЖЕСТВО БАУМАНЦЕВ» попробовал ответить на вопрос «Так что же такое Industry 4.0.?» Информацией, обобщенной Фондом,мы и воспользуемся
Вапреле 2013 годарабочаягруппа (Industrie 4.0 Working Group), подготовилаосновополагающийдокументKagermann, H., W. Wahlster and J. Helbig, eds., 2013: Recommendations for implementing the strategic initiative Industrie 4.0: Final report of the Industrie 4.0 Working Group.
В этом документе в частности говорится: «В будущем бизнес-компании организуют глобальные сети, куда машины и механизмы, системы складского хозяйства и производственное оборудование будут входить в форме так называемых киберфизических систем (Cyber-PhysicalSystems – CPS). В производственной среде к киберфизическим системам относятся интеллектуальные станки, системы хранения информации и цеховое оборудование, которые в автономном режиме могут обмениваться информацией, запускать те или иные действия и независимо контролировать друг друга. Благодаря этому, коренным образом совершенствуются процессы во всех производственные сферах – технической подготовки, изготовления продукции, использования материалов, логистики каналов поставок и управления жизненным циклом изделий. Появляющиеся уже сейчас «умные предприятия» (SmartFactory) используют совершенно новый подход к производству. «Умные продукты» обладают уникальной идентифицируемостью, их местонахождение может быть выявлено в любое время, они «знают» свою историю, текущий статус и альтернативные маршруты к своему целевому состоянию.
Действующие в рамках предприятий и фабрик встроенные производственные системы вертикально по сети подключаются к бизнес-процессам, а горизонтально – к распределённым партнёрским сетям (valuenetworks), которые могут управляться в режиме реального времени – с момента выставления заказа и далее по всей цепочке добавления стоимости. Кроме того, по всей цепочке наращения стоимости возможно и необходимо инженерное сопровождение этих систем».
За пределами немецкоязычной аудитории термин Industrie4.0 известен не очень хорошо. Но подобная идея под именем «Промышленный Интернет» (IndustrialInternet) продвигается в США компаниейGeneralElectric. Он определяется как «интеграция сложных физических механизмов и устройств с объединёнными в сеть датчиками и программным обеспечением в целях предсказания, управления и планирования на благо бизнеса и общества». В области IndustrialInternet правительство США поддерживает проект «Передовое производство» (AdvancedManufacturing), выделив на усилия по его разработке и развитию два миллиарда долларов. Подобные идеи можно найти и под другими именами – «Интегрированное производство» (IntegratedIndustry) и «Умное производство» (SmartIndustry или SmartManufacturing).
По результатам анализа публикаций на тему Industry 4.0 выявлено четыре основных компонента понятия Industry 4.0:
- Киберфизическиесистемы (Cyber-Physical Systems),
- «Интернетвещей» (Internet of Things),
- «Интернетуслуг» (Internet of Services),
- «Умное предприятие» (SmartFactory).
Рассмотрим их немного подробнее.
Киберфизическиесистемы (Cyber-Physical Systems – CPS).
Важная составляющая концепции Industry 4.0 – сращивание физического и виртуального миров, создание киберфизических систем (КФС, CPS). КФС – это «интеграция вычислительных и физических процессов. Встроенные компьютеры и сети отслеживают физические процессы и управляют ими, как правило, через обратные связи, при которых физические и вычислительные процессы взаимно влияют друг на друга»
Развитие КФС характеризуется тремя этапами.
В первом поколении КФС используются технологии идентификации, такие как RFID-метки, позволяющие осуществлять уникальную идентификацию.
КФС второго поколения оборудуются датчиками (sensors) и исполнительными механизмами (actuators) с ограниченным спектром функций.
КФС третьего поколения могут хранить и анализировать данные, оборудуются большим количеством датчиков и исполнительных механизмов и могут подключаться к компьютерным сетям.
«Интернет вещей» (Internet of Things – IoT).
«Интернет вещей» позволяет «вещам» и «объектам», таким как RFID-метки, датчики, исполнительные механизмы, мобильные телефоны, используя уникальные схемы адресации, взаимодействовать друг с другом и «сотрудничать» с соседними «умными» компонентами, для достижения общей цели».
«Интернет вещей» можно определить, как сеть, в которой киберфизические системы взаимодействуют друг с другом через уникальные схемы адресации. Примерами «Интернета вещей» и «Умных предприятий» могут служить «Умные дома» (SmartHomes) и «Умные сети» (SmartGrids).
«Интернет услуг» (Internet of Services – IoS).
«Интернет услуг» позволяет «поставщикам услуг предлагать свои услуги через Интернет. IoS состоит из участников, инфраструктуры для оказания услуг, бизнес-моделей и собственно услуг. Услуги предлагаются и объединяются в пакеты дополнительных услуг (value-addedservices) различными поставщиками; поставщики общаются с пользователями и заказчиками, а те с поставщиками по различным коммуникационным каналам». Производственные предприятия могут сделать еще один шаг вперёд и предлагать не только разные виды продукции, но и специальные технологии производства.
«Умное предприятие» (Smartfactory).
«Умное предприятие» – ключевое понятие концепции Industry4.0 . «Умное предприятие» определяется как предприятие, которое на основе контекстного знания (context-aware) помогает людям и механизмам выполнять свои задачи. Это достигается с помощью фоново-работающих систем, так называемых Calm-систем, а «контекстное знание» означает, что эта система учитывает в своей работе контекстную информацию, такую как положение и статус объекта. Эти системы выполняют свои задачи на основе информации, поступающей из физического или виртуального мира. Информация из физического мира – это, например, положение или состояние инструмента, а информацией из виртуального мира могут быть электронные документы, чертежи или имитационные модели. Calm-системами в данном контексте называются технические средства «Умного предприятия». Основное отличие calm-систем от систем других типов заключается в их способности общаться и взаимодействовать с окружающей средой.
Взяв за основу определения, данные для КФС и IoT, понятие «Умного предприятия» можно определить как предприятие, на котором киберфизические системы общаются через «Интернет вещей» и помогают людям и механизмам выполнять свои задачи.
Определение Industry 4.0
Industry 4.0 – это собирательный термин для технологий и концепций организации цепочки создания стоимости (ценности). The term Industrie 4.0 is defined as “A collective term for technologies and concept of value chain organization.
Выявлены шесть принципов проектирования систем в рамках этой концепции:
- интероперабельность,
- виртуализация,
- децентрализация,
- возможность работы в режиме реального времени,
- ориентация на предоставление услуг,
- модульность.
Руководствуясь этими принципами, теоретики смогут и дальше исследовать эту тему, а инженеры и руководители - практики – создавать соответствующие их задачам организационные, технические и технологические решения.
В рамках модульно структурированных «Умных предприятий» киберфизические системы (КФС) отслеживают физические процессы, создают виртуальную копию физического мира и принимают децентрализованные решения. По «Интернету вещей» (IoT) киберфизические системы (КФС) общаются и взаимодействуют друг с другом и людьми в режиме реального времени. По «Интернету услуг» (IoS) предлагаются услуги, как в пределах организации, так и между организациями, которые используются участниками цепочки создания стоимости.
Исходя из вышеизложенного предложен сценарий реализации Industry 4.0, использующий следующие принципы проектирования, на которые компании могут опираться при создании пилотных проектов Industry 4.0 для последующей реализации. Всего из компонентов концепции Industry 4.0 получено шесть принципов проектирования.
Интеропребельность.
В концепции Industry 4.0 подразумевается, что бизнес-компании, киберфизические системы и рабочий персонал связаны друг с другом через «Интернет вещей» или «Интернет услуг». Ключевым фактором успешного взаимодействия между КФС различных производителей будут соответствующие стандарты.
Виртуализация.
Подразумевается, что КФС могут отслеживать физические процессы. Получаемые с сенсоров данные вводятся в модели виртуальных установок и имитационные модели. Таким образом создаётся виртуальная копия физического мира.
Эта виртуальная модель учитывает состояние всех КФС. В случае сбоя об этом сообщается человеку-оператору. Кроме того, предоставляется вся необходимая информация, например, описание следующих рабочих действий или шагов по обеспечению безопасности. Поэтому, справляться человеку-оператору с растущей технической сложностью становится проще.
Децентрализация.
В настоящее время растёт потребность в продуктах, изготовляемых по индивидуальным заказам, поэтому всё труднее и труднее управлять соответствующими системами централизованно. Благодаря встроенным компьютерам, КФС могут принимать решения самостоятельно. На более высокий уровень решение задач передаётся только в случае отказов Тем не менее в интересах обеспечения качества и оперативного контроля необходимо отслеживать состояние и поведение системы в любое время. Децентрализация означает, что RFID-метки «говорят» механизмам, какие рабочие действия необходимо выполнить. Следовательно, централизованное планирование и управление больше не требуется.
Возможность работы в режиме реального времени.
С точки зрения организации задач необходимо, чтобы данные собирались и анализировались в режиме реального времени. Таким образом, система может реагировать на отказ одного из механизмов и перенаправлять изделия на обработку к другому механизму .
Ориентированность на предоставление услуг.
Услуги компаний, киберфизических систем и рабочего персонала доступны через «Интернет услуг» и могут использоваться другими участниками. Услуги могут предоставляться как внутри компании, так и за её пределами. Так, архитектура цеховой площадки SmartFactoryKL предусматривает предоставление услуг. Все КФС предлагают свою функциональность в качестве пакета web-сервисов. В результате технологический процесс по изготовлению конкретного продукта может быть составлен на основе конкретных требований заказчика, зашифрованных и предоставленных с помощью RFID-метки.
Модульность.
Системы, составляемые по принципу модульности, могут гибко адаптироваться под изменяющиеся требования методом замены или расширения отдельных модулей. Таким образом, модульные системы можно легко приспосабливать к сезонным требованиям или к изменениям характеристик изготавливаемых изделий. В установке SmartFactoryKL новые модули могут добавляться по принципу plug&play («подключи и работай»). Новые модули, выполненные с использованием стандартизованных программных и аппаратных интерфейсов, идентифицируются автоматически и могут использоваться непосредственно через «Интернет услуг» (IoS).
«МЕЖДУНАРОДНОЕ СОДРУЖЕСТВО БАУМАНЦЕВ» внесло существенный вклад в дискуссию, которая развёрнута в научно-инженерном сообществе вокруг концепции Industry 4.0. Благодаря проведенному анализу создано общее понимание этого термина, необходимое для дальнейшего корректного обсуждения этой темы. Из четырёх базовых компонентов Industry 4.0 вытекают принципы проектирования систем в рамках данной концепции, которые помогают идентифицировать, описывать и выбирать сценарии реализации Industry 4.0 в контексте дальнейших исcледований.
Мы, инженеры - практики, должны понять – что-же такое Industry 4.0, когда, как и какие из перечисленных выше шести принципов проектирования мы использоваться для реализации проектов Industry 4.0 в наших производственных компаниях. Мы должны найти возможные вариантыприменения этих принципов и руководствоваться ими в нашей повседневной жизни.
Вероятнее всего при дальнейших исследованиях феномена Industry 4.0, будут выявлены и описаны и другие сценарии, принципы реализации четвёртой промышленной революции.
Когда-то Иван Федорович Попов оснастил свою фабрику механическими ткацкими станками и паровой машиной, отказавшись от всем привычных, проверенных столетиями ручных ткацких станков. Многие шуйские, да и российские купцы-промышленники не понимали «чудачеств» Ивана Федоровича, считали все это «блажью». И – ошиблись…
Когда на смену паровым машинам пришли индивидуальные электродвигатели к каждому станку, и из цехов исчезли бесчисленные ременные приводы, «опутовавшие» цеха почти 100 лет, многим это казалось чудом.
Когда в конторах и у бухгалтеров на смену добрым старым привычным конторским счетам и механическим пишущим машинкам пришли сначала калькуляторы, а затем и индивидуальные компьютеры с принтерами, люди с большим трудом и зачастую – неохотой осваивали эти электронные приборы.
Тем не менее, рано, или поздно, все эти и многие другие, не менее радикальные изменения произошли, и люди к ним привыкли.
Теперь, как бы то ни было, Industry 4.0 приходит к нам с неизбежностью, хотим мы этого или нет. Это часть организационных, производственных и технологических процессов будущего. И мы должны оказаться в лидерах этих преобразований.
Практически ровесник Шуйско-Тезинскойфабрики, шотландский биолог и градостроитель Патрик Геддес (PatrickGeddes; 1854 - 1932) сказал: «Мыслить глобально – действовать локально» (Thinkglobally, actlocally). Дорогу осилит идущий…
Мыслить глобально — действовать локально.
Девиз, призывающий к глобальному взгляду на проблему (ситуацию) и действию с учетом конкретных условий и места. Фраза вошла в русский язык из английского языка — Think globally, act locally. Автор фразы точно не известен. Некоторые историки считают, что автор этой фразы Патрик Геддес (Patrick Geddes; 1854 – 1932) — шотландский биолог, социолог и градостроитель.
9-12 мая 2017 года во Франкфурте - на – Майне в рамках выставки Techtextil прошел Симпозиума, который был посвящен проблеме ИНДУСТРИЯ 4.0 в текстильной промышленности.
«Вызов будущего – Индустрия 4.0 в текстильной промышленности»,
«Текстиль 4.0. Кибер – физические системы, основанные на волокнах»;
«Обработка данных; Комплексное проектирование; Новый Бизнес и дальнейшие аспекты цифровой трансформации в мире текстиля в направлении Индустрии 4.0».
Это – далеко не полный перечень тем прошедшего Симпозиума, участие в котором приняли и сотрудники нашего предприятия.
В том-же 2011 году, когда Федеральные власти Германии объявили о том, что Industry 4.0 станет составной частью правительственной стратегии в области высоких технологий, Правительство Российской Федерации Распоряжением от 11 августа 2011 г. N 1393-р учредило Автономную Некоммерческую Организацию «АГЕНТСТВО СТРАТЕГИЧЕСКИХ ИНИЦИАТИВ ПО ПРОДВИЖЕНИЮ НОВЫХ ПРОЕКТОВ». В Плане мероприятий («дорожная карта») «Технет» (передовые производственные технологии) Национальной технологической инициативы, утвержденной в России в феврале текущего, 2017 года намечено «Создание, развитие и продвижение передовых технологий, продуктов и услуг, обеспечивающих приоритетные позиции российских компаний на формируемых глобальных рынках (2017-2019 гг.)», создание к 2035 году «ФАБРИК БУДУЩЕГО». Правительство Ивановской области выступило с инициативой о создании Дорожной карты Фэшеннет, направленной на развитие не только индустрии моды, но и легкой и текстильной промышленности в целом.
С 2017 года «Шуйско – Тезинская фабрика «ТЕЗИНКА» входит в ОБЪЕДИНЕНИЕ «Специальный текстиль», предприятия которого уже более 25 лет занимаются созданием «умного текстиля» - «Smart–Textile».
Уходят в прошлое текстильные технологии, зародившиеся еще в период Первой промышленной революции два века тому назад. На смену этим уходящим технологиям приходят новые технологии, технологии 21 века. Шаг за шагом все предприятия нашего ОБЪЕДИНЕНИЯ неуклонно будут продвигаться к созданию этих инновационных технологий, к созданию «ФАБРИКИ БУДУЩЕГО».
МЫСЛИ ГЛОБАЛЬНО – ДЕЙСТВУЙ ЛОКАЛЬНО!