Разработка системной модели организационно-экономического механизма развития приоритетных высокотехнологичных отраслей промышленного производства в соответствии с концепцией Индустрия 4.0

Введение

Осуществление реиндустриализации и переход к цифровой экономике привели к необходимости трансформации высокотехнологичных отраслей производств и создания единого информационного пространства его работы. Следуя майским указам Президента РФ, необходимо ускорить технологическое развитие России к 2024 году и увеличить количество организаций, занимающихся разработкой технологических инноваций до 50 %. По имеющимся данным, в 2017 году этот показатель составил 16,1 %, в 2018 году – 16,5 %, за 2019 год этот показатель стал выше 17 %. Достигнутые показатели являются недостаточными для ускоренного технологического развития отечественной промышленности.

В последние годы темпы использования прорывных технологий в рамках Индустрии 4.0 возрастают, создавая принципиально новые модели работы компаний, меняя отрасли и потребительские рынки [12], (Serebryakova, Petrikov, 2018). Однако, несмотря на значительные возможности в рамках новой технологической реальности, есть множество рисков и внешних обстоятельств, которые необходимо учитывать в работе компаний: необходимость правовой легализации создаваемых технологий, экономические дисбалансы в развитии организаций, большой объем изменений может дестабилизировать работу предприятия. Таким образом, сложность и масштабность происходящих изменений требуют новых инструментов и разработки моделей устойчивого развития высокотехнологичных отраслей.

Цель проводимого исследования заключается в разработке организационно-экономической модели, описывающей параметры работы высокотехнологичной отрасли в рамках роботизированной структуры с формализацией переменных модели в условиях цифровизации.

В представленной работе использованы методология построения организационно-экономических систем, проектирования инновационной деятельности, математического моделирования, методы теории систем.

Обзор литературы и исследований

В конце XX века в развитых экономических странах происходили процессы реиндустриализации, обусловленные необходимостью снижения затрат производства и себестоимости продукции от перемещения производства с высокой долей ручного труда и машинно-ручных операций в азиатские страны с дешевой рабочей силой. Впоследствии этот подход был признан ошибочным [1] (Buzgalin, Kolganov, 2019) и привел к росту потенциала азиатских производств и появлению новых конкурентов на мировых рынках. А продолжающееся технологическое развитие организаций-лидеров дало возможность снизить затраты производства до такого уровня, что производство рентабельно размещать на территории своей страны. Данные обстоятельства привели к развитию Индустрии 4.0.

В России вопросы разработки модели системного развития высокотехнологичных производств в условиях реиндустриализации и Индустрии 4.0 являются предметом обсуждения и научных дискуссий.

В настоящее время ряд ученых, таких как Тарасов В.И [16] (Tarasov, 2018), Кондратюк Т.В [4] (Kondratyuk, 2018), Трачук А.В., Линдер Н.В. [18] (Trachuk, Linder, 2019), Попов Н.А [15] (Tarasov, Popov, 2018)., Лисовский А.Л. [5] (Lisovsky, 2018), утверждают что сформировались необходимые предпосылки для четвертой промышленной революции, в условиях которой бизнес-процессы функционирования промышленных предприятий интегрированы с интернетом и «умными» технологиями. В отношении этой промышленной революции используют термин «Индустрия 4.0», она предполагает трансформацию основных производственных процессов в рамках использования следующих технологий: роботизация, имитационное моделирование, горизонтальная и вертикальная интеграция систем, облачные технологии, аддитивное производство, дополненная реальность, интернет вещей, кибербезопасность, большие данные и другие.

Использование данных технологий дает возможность организациям снижать затраты производства и логистики на 10–30 %, расходы на управление качеством – на 10–20 % [5] (Lisovsky, 2018).

К отечественным и зарубежным компаниям, использующим достижения Индустрии 4.0, относятся ПАО «Камаз», ПАО «Газпромнефть», ПАО «Сибур Холдинг», группа НЛМК, Konecranes, Siemens, Coca-Cola, Maserati, они отмечают следующие эффекты использования: снижение расходов на техническое обслуживание оборудования и уменьшение времени его простоев, сокращение времени выхода новых товаров на рынок, повышение эффективности взаимодействия с клиентами. Данные эффекты достигаются путем полной автоматизации деятельности и создания заводов-двойников, объединенных в единую сеть в режиме реального времени и работающих полностью в автономном режиме без участия человека.

Сравнительному анализу процессов четвертой промышленной революции в России и зарубежных странах посвящены работы Р.М. Нижегородцева, С.А. Дятлова, В.И. Суслова, О.С. Сухарева [22] (Dyatlov, Tcvetkov, Vasiltsov, 2014), С.Ю. Глазьевa [2] (Glazyev, 2018). Aвторы указывают национальные особенности реиндустриализации, причины данного процесса в России и зарубежных странах. Причины появления Индустрии 4.0 в зарубежных странах описаны выше, в России к ним относятся деструктивные преобразования экономики, ведущие к сокращению производств. Таким образом, первоочередная цель проводимых в нашей стране преобразований заключается в «перезапуске» национальной индустрии, которая сможет производить конкурентоспособную продукцию [11] (Perederiy, 2015).

Глазьев С.Ю. констатирует, что российская экономика функционирует в рамках четвертого технологического уклада производства с элементами пятого уклада [2] (Glazyev, 2018). Тарасов В.И., Крафт Й., Зайцев А.В. выделяют и анализируют факторы работы высокотехнологичных предприятий [16] (Tarasov, 2018).

Значительное внимание в отечественном научном сообществе уделено вопросам формирования механизма приоритетных отраслей промышленности на уровне региона. В монографии, изданной под редакцией Татаркина А.И., отражены вопросы теории и практики управления развитием территориальных систем муниципального и регионального уровня [19].

Гальченко С.А. и Сезонова О.Н. в своей научной статье рассматривают вопрос необходимости формирования рациональной отраслевой структуры в рамках устойчивого развития промышленного комплекса региона [21] (Galchenko, Sezonova, 2017).

В монографии, изданной в 2016 г. под редакцией Николаева М.В., Малышева Д.П., Бакуменко О.А. и Костинбой А.С., нашли отражение вопросы, посвященные выявлению перспектив модернизации промышленного комплекса российских регионов, а также сценариев развития перспективных технологических направлений модернизации [17].

Л.В. Стрелкова проводит оценку технологического развития альфа- и бета-отраслей промышленности [13] (Strelkova, 2012).

В работах Трофимова О.В., Ковылкина Д.Ю. Фролова В.Г., Стрелковой Л.В., Макушевой Ю.А. описана методика, используемая для разделения промышленного производства в регионе на базовые, ведущие и прогрессивные сектора, данная методика является основой разработанной данными авторами концепции устойчивого экономического развития промышленности региона. Осуществлена системная оценка инновационного потенциала приоритетных отраслей промышленности Нижегородской области [3] (Kovylkin, Trofimov, Frolov, Strelkova, Makusheva, 2019).

В рамках процесса формализации экономической науки появляются подходы к формированию экономико-математических моделей развития отраслей и предприятий различных сфер деятельности в новых условиях ведения бизнеса. Качественные модели рассматриваются в работах Михненко П.А. [8] (Mikhnenko, 2015), Орлова А.И. [10] (Orlov, 2014), Буркова В.Н. [6], они получили широкое распространение в менеджменте.

В коллективной монографии под ред. проф. Халикова М.А. методы математического моделирования используются для поиска оптимальных вариантов работы предприятия в условиях организационных и финансовых ограничений и различных факторов внешней среды. В других его трудах описывается математическая модель, описывающая колебательную динамику «затраты – выпуск» предприятия [20] (Khalikov, Zimina, 2016).

Таким образом, на основе анализа имеющихся работ по теме проводимого исследования можно отметить, что их авторы анализируют различные аспекты механизма функционирования приоритетных отраслей экономики, но можно отметить недостаточный уровень разработанности комплексного механизма развития приоритетных отраслей промышленности на региональном уровне в изменившихся внешних условиях функционирования промышленных предприятий и применения принципов цифровой экономики.

Теоретико-методологические подходы

Разработка организационно-экономической модели развития высокотехнологичных отраслей предполагает определение типовой последовательности действий по детализации оптимальной структуры входящих в нее элементов, представление иерархической структуры и взаимосвязи элементов цифровой трансформации предприятия, указанной на рисунке 1. Рассмотрим более подробно представленные элементы.

Рисунок 1. Организационно-экономическая модель развития высокотехнологичных отраслей в соответствии с концепцией Индустрия 4.0

Источник: составлено авторами.

1. На начальном этапе осуществляется выбор приоритетных высокотехнологичных отраслей промышленности региона с точки зрения разработанности системной модели организационно-экономического механизма развития. Для реализации указанной модели необходимо определить системообразующие высокотехнологичные предприятия, которые являются лидерами технологической модернизации при создании конкурентных преимуществ в цифровой экономике.

Для этого необходимо воспользоваться методологией оценки цифровой зрелости промышленных предприятий, разработанной экспертной группой «Стандартизация и нормативное регулирование» и утвержденной 25 ноября 2019 года на заседании рабочей группы «Цифровая промышленность» Минпромторга.

Данная методология состоит из двух ступеней и предполагает оценку уровня готовности компаний к цифровой трансформации и уровень внедрения цифровых технологий в их влияния на бизнес-модель предприятия.

2. Выявление оптимальной структуры и элементов модели организационно-экономического механизма развития приоритетных высокотехнологичных отраслей, функционирующих в условиях неопределенности внешней среды, с учетом институционального фактора в рамках концепции Индустрия 4.0.

Элементами такой модели служат: инструменты планирования производственных процессов, инструменты проектирования производственных процессов, инструменты управления бизнес-процессами, инструменты мониторинга и моделирования бизнес-процессов отраслей, государственная региональная и федеральная политика поддержки высокотехнологичных отраслей, неопределенность внешней среды.

3. Формулировка набора критериев оценки деятельности высокотехнологичных отраслей, наиболее полно характеризующих условия функционирования. К их числу могут быть отнесены:

уровень цифровизации и автоматизации основных бизнес-процессов:

;

уровень кадрового обеспечения реализации цифровых технологий или уровень цифровой квалификации:

;

уровень инвестиций в технологическое переоснащение предприятий и внедрения цифровых технологий;

снижение себестоимости, брака.

Рост скорости обслуживания клиентов и другие.

4. На следующем этапе осуществляется анализ глубины проникновения цифровых технологий и синтез оптимальной структуры бизнес-процессов на основе использования цифровых технологий в рамках Индустрии 4.0 в условиях заданных ограничений. На основе разработанных показателей и форм оценки устанавливаются основные подходы к анализу сформировавшейся глубины проникновения цифровых технологий и моделирования развития высокотехнологичных отраслей с учетом выделенных факторов.

Целью моделирования является использование математических методов для наиболее эффективного решения задач развития высокотехнологичных отраслей. Методология моделирования организационно-экономического механизма представлена на рисунке 2.

При этом сначала осуществляется анализ исходного состояния функционирования высокотехнологичных отраслей промышленности, затем на его основе разрабатывается качественная и (или) количественная модель трансформации бизнес-процессов на основе цифровых технологий в рамках Индустрии 4.0.

Рисунок 2. Методология моделирования организационно-экономического механизма развития высокотехнологичных отраслей

Источник: составлено авторами.

Внешнюю, функциональную сторону бизнес-процесса высокотехнологичной отрасли характеризует вектор частных абсолютных показателей трансформации деятельности в рамках концепции Индустрия 4.0 в условиях действия различных факторов Y (y₁, y₂, …, y_m), функционирующих на множестве абсолютных значений показателей RY.

К абсолютным частным критериям можно отнести кадровое обеспечение реализации цифровых технологий, уровень цифровизации и автоматизации бизнес-процессов, инвестиции в технологическое переоснащение предприятий и др.

К функциональным элементам относятся элементарные части, обеспечивающие функционирование других элементов системы или ее в целом. Структура S является некоторой семантической конструкцией, через которую можно охарактеризовать внутреннюю структуру объекта и определить входящие функциональные элементы и их взаимосвязь.

Функциональный элемент системы может быть охарактеризован набором количественных параметров Х_i,, совокупность которых образует вектор входных параметров X (x₁, x₂, …, x_ν) на множестве RX: x_jÎRX, j=1,n.

Таким образом, задачами моделирования организационно-экономического механизма развития высокотехнологичных отраслей будут являться:

1. Формулировка аналитической задачи, заключающейся в определении текущего функционирования высокотехнологичных отраслей в условиях цифровой трансформации:

.

2. Синтез, или выполнение обратной задачи, заключающийся в поиске оптимального состояния по задаваемому функционированию:

.

Данная оптимизация относится к классу экстремальных задач с поиском экстремумов для функции множества переменных:

где . (1)

Функция К(Х) однозначно характеризует достижение поставленной в задаче цели и ее экстремум определяет решение задачи:

.

Для решения указанных задач необходимо сформулировать относительные показатели функционирования высокотехнологичных отраслей, сформулированных в п. 3.

Для решения задачи синтеза нужно учесть ограничения, которые могут быть наложены на параметры системы на входе и выходе. Ограничения на относятся к прямым ограничениям, они задают допустимую область поиска D [7] (Mikheeva, 2008).

Помимо прямых ограничений в рамках осуществления синтеза можно применять функциональные ограничения, представленные в виде равенства или неравенства:

. (2)

Решение задачи (2) реализуется за счет ее скаляризации, то есть использования функции цели F(X), найденной на основе частных критериев . По отношению к F(X) задача (1) может быть представлена как задача математического программирования:

. (3)

Решение задачи (4) является эффективным (Паретовским) решением исходной задачи векторной оптимизации (2) [7] (Mikheeva, 2008).

Заключение

На основе проведенного исследования можно сделать вывод, что работа высокотехнологичных отраслей промышленности осуществляется в новых внешних условиях функционирования, использовании принципов цифровой экономики и различными уровнями разработки теоретических и методологических основ формирования механизмов развития приоритетных отраслей промышленности на федеральном и региональном уровнях.

Представленная модель организационно-экономического механизма развития приоритетных высокотехнологичных отраслей промышленности основана на анализе исходного состояния функционирования высокотехнологичных отраслей промышленности и синтезе оптимальной структуры бизнес-процессов на основе использования цифровых технологий в рамках Индустрии 4.0.