Development of a testing management model to minimize quality losses of industrial products at various stages of the life cycle

Введение

Государственная политика по реализации цифровой экономики в различных отраслях включает в себя ряд программ по цифровой трансформации деятельности предприятий, в соответствии с которыми планируется создание гибкой системы правового регулирования цифровой экономики в целях устранения барьеров для развития современных технологий и ведения бизнеса в таких сферах, как промышленность, гражданский оборот, финансовые технологии, интеллектуальная собственность, телекоммуникации, стандартизация и др.

В программах указана необходимость в обеспечении преобразования промышленности посредством внедрения цифровых технологий и платформенных решений в систему управления жизненным циклом промышленной продукции, созданы федеральные и ведомственные проекты различного назначения.

Целью настоящей статьи является разработка общей модели управления испытаниями промышленной продукции на основе применения совокупности цифровых технологий на разных этапах жизненного цикла в целях снижения рисков потери качества промышленной продукции. Для достижения поставленной цели в статье решаются следующие основные задачи:

1. Обоснование необходимости перехода к цифровой системе управления требованиями продукции с использованием машиночитаемых smart-стандартов для реализации виртуальных испытаний на разных этапах жизненного цикла промышленной продукции.

2. Анализ роли блокчейна в системе управления виртуальными испытаниями.

3. Разработка модели управления испытаниями на основе применения совокупности цифровых технологий на разных этапах жизненного цикла промышленной продукции.

4. Разработка набора ключевых компетенций сотрудников органа по сертификации продукции в условиях цифровизации сертификационных испытаний.

Переход к цифровой системе управления требованиями продукции с использованием машиночитаемых smart-стандартов

Прежде чем рассматривать сам процесс цифровизации испытаний, необходимо отметить, что для обеспечения высокого качества проведения виртуальных испытаний продукции необходимо предусмотреть входные данные, отвечающие требованиям цифровой трансформации в системе управления жизненным циклом (СУЖЦ) промышленной продукции.

Цифровая трансформация СУЖЦ сопровождается необходимостью в изменении подходов в сфере стандартизации. Российские ученые Шалаев А.П. [1] (Shalaev, 2019), Петухов О.А. [2] (Petukhov, Korolevskiy, 2021), Саламатов В.Ю. [3] (Salamatov, 2021), Стреха А.А. [4] (Strekha, Dokukin, Galkin, 2014), Понкин И.В. [5] (Ponkin, 2020), Зажигалкин А.В. [6] (Zazhigalkin, Pugachev, 2017), а также зарубежные специалисты А. Лоибл [7] (Loibl, Manoharan, Nagarajah, 2020) и Д. Ехринг [8] (Ehring, Luttmer, Pluhnau, Nagarajah, 2021) обосновывают значимость перехода стандартизации на использование машиночитаемых smart-стандартов в целях обеспечения качества и безопасности продукции через цифровую систему управления требованиями.

А.Н. Лоцманов, председатель Совета по техническому регулированию и стандартизации при Минпромторге России, на конференции отметил, что машиночитаемые стандарты становятся востребованными в машиностроении, строительстве, многих других отраслях. При этом данные стандарты являются неотъемлемой частью Индустрии 4.0 и формируемого сегодня российского аналога – «Промышленность РФ 4.0».

С.Г. Тихомиров, генеральный директор АО «Кодекс», отметил, что цифровые стандарты нужны, прежде всего, для того, чтобы российская промышленность уверенно следовала трендам цифровизации. Один из них касается повышения эффективности производства, строительства, повышения качества продукции, а в конечном счете – реализации целей социального развития. В своем выступлении спикер рассказал об основных направлениях работы консорциума «Кодек», в частности о внедрении в России классификатора eCLASS, разработке систем управления требованиями, которые являются основой цифрового моделирования продукции, системы «Конструктор нормативной документации».

Для целей машинного поиска, анализа, сравнения и создания автоматизированных сервисов необходимо новое цифровое представление стандартов – smart-стандарт (цифровой стандарт). Трактовка Тихомировым С.Г. системы управления требованиями через цифровой стандарт представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Система управления требованиями в smart-стандарте

Источник: [9].

В результате разработки нормативной документации в «конструкторе» создается машиночитаемый формат, в котором можно выделять и классифицировать требования в «Подсистеме формирования требований». Свойства продукта, предоставляемые из центрального хранилища контента, являются важным вариантом использования машиночитаемых стандартов.

14 октября 2021 года в Санкт-Петербурге в ходе Международного технологического форума «Российская неделя стандартизации» большое внимание привлекла сессия, посвященная роли стандартов в цифровой трансформации экономики [10].

В.Ю. Саламатов, генеральный директор ООО «МТИ», утверждает, что важно устанавливать взаимосвязи к требованиям к продукции с методами испытаний и отбора образцов для оценки соответствия через машиночитаемые стандарты. Тогда возможно прийти к однозначной системе, которая будет работать в автоматизированном режиме при оценке соответствия продукции установленным требованиям.

В.В. Новиков, директор дирекции по качеству ПАО «Туполев», считает, что переход от бумажной документации к цифровой является модельно ориентированным и предполагает обмен математическими моделями для всех участников процесса на всех стадиях проектирования самолета. Без перевода процесса проектирования в цифровое пространство невозможно представить работу в территориально распределенной среде, которая сейчас повсеместно практикуется в авиастроительной отрасли.

И.О. Мищенко, руководитель управления стандартизации АО «РАСУ», выступил с докладом «Интеллектуальный анализ нормативной документации». АО «РАСУ» успешно решили задачу использования принципов системной инженерии при реализации проекта строительства атомной станции в Финляндии, провели оцифровку стандартов и выделили в отдельное приложение около 100 тыс. требований.

Петухов О.А., заместитель генерального директора АО ЦНИИ «Электроника», предлагает провести цифровизацию сведений об оборонной продукции, причем отображает важную взаимосвязь между оборонной продукцией и электронно-компонентной базой, необходимой для нее. Он говорит о важности создания стандартизованных электронных моделей изделий, которые представляют собой наборы требований, установленные в документах по стандартизации применительно к интересующим условиям эксплуатации. Состав и значения нормируемых характеристик изделий могут существенно различаться при эксплуатации в жилых зданиях, транспортных средствах, промышленных предприятиях, медицинских и иных учреждениях и т.д. Стандартизованные электронные модели изделий являются единой базой данных цифровых стандартов, и каждая конкретная модель выражается как результат параметрического поиска – подмножество интерактивно формируемых правил для заданных видов изделий и условий их эксплуатации.

Можно сделать предположение о том, что для реализации многоуровневой матрицы требований и ресурсных ограничений и проведения виртуальных испытаний цифровых двойников промышленной продукции [11] (Starozhuk, Yakovleva, 2019) целесообразно использовать стандарты с машиночитаемым содержанием. Также необходимо сформировать единые стандартизованные электронные модели изделий как основу цифровых двойников с их привязкой к базе данных цифровых стандартов.

Роль блокчейна в системе управления виртуальными испытаниями

Внедрение цифровой системы управления требованиями ведет за собой необходимость в обеспечении цифровых гарантий, а именно безопасность и в то же время прослеживаемость и прозрачность данных о промышленной продукции, что возможно реализовать с помощью блокчейна. Российские ученые Запечников С.В. [12] (Zapechnikov, 2019), Бром А.Е. [13] (Brom, Terenteva, 2018), Дадонов В.А. [14] (Dadonov, Garina, 2019), Бакулина А.А. и Григорьев В.В. [15] (Bakulina, Grigorev, 2021), Нигматулин Т.А. [16] (Nigmatulin, Krasnova, Lavrinovich, 2016), Кирилова Д.А. [17] (Kirilova, Maslov, Reyn, 2019) и Хассе Ф. [18] (Khasse, 2018) отмечают значимость использования технологии блокчейна в управлении жизненным циклом наукоемкой продукции.

Разработчиками основополагающих теорий в сфере внедрения технологии блокчейна считаются Д. Тапскотт и А. Тапскотт [19] (Tapskott, Tapskott, 2017) и М. Свонн [20] (Svonn, 2017). Среди зарубежных авторов, которые исследуют целесообразность внедрения блокчейна в разных сферах, необходимо выделить работы Б. Шульца [21] (Shultz, Bayer, 2015), П. Тейлора [22] (Taylor, Dargahi, Dehghantanha, Parizi, Choo, 2020), К. Лу [23] (Lu, Xu, 2017), К. Качина [24] (Cachin, 2017).

По мнению экспертов, в России блокчейн в первую очередь будет наиболее востребован в тех секторах, где основная задача – обеспечить прозрачность взаимодействия и защиту от внесения изменений в данные. К примеру, новгородский блокчейн-проект для борьбы с поддельными лекарствами сэкономил 12% бюджетных средств. Пилотный проект запущен в отделении гематологии областной клинической больницы на базе блокчейна Ethereum.

Обратим внимание на разработку Blockcerts [25] – система академической сертификации на базе блокчейна. Блокчейн-система представлена на платформе GitHub. Причем интересно, что в свободном доступе отражена схема cert-schema (рис. 2), написанная на языке JSON, который является одним из языков в машиночитаемом формате.

Рисунок 2. Схема сертификатов в Blockcerts

Источник: [26].

Схемы сертификатов блокчейна реализуют схемы проверяемых учетных данных. Как и в случае с проверяемыми учетными данными, предоставляется как контекст JSON-LD, так и схема JSON. Целью контекста JSON-LD является сопоставление типов с интернационализированными идентификаторами ресурсов (IRI), предоставляя семантический контекст для данных. Схема JSON используется для синтаксической проверки.

Разработка модели управления испытаниями промышленной продукции

Рассмотрим трансформацию системы испытаний на разных стадиях жизненного цикла промышленной продукции для дальнейшего представления этого изменения в модель управления испытаниями в условиях становления цифровой экономики.

Изготовителям промышленной продукции целесообразно применить технологии имитационного моделирования для создания цифровых двойников промышленной продукции и проводить испытания на соответствие требованиям нормативно-технической документации на этапе проектирования для обеспечения прохождения натурных испытаний с первого раза. После завершения виртуальных испытаний цифровых двойников промышленной продукции на этапе ее проектирования целесообразно осуществлять мониторинг результатов натурных испытаний для сбора информации и усовершенствования цифровых моделей для двойников. Для достижения достоверности и прозрачности результатов сертификационных испытаний промышленной продукции или компонентной базы, критически важной для безопасного и качественного функционирования промышленной продукции и подлежащей обязательной сертификации, автором предлагается применить систему управления сертификационными испытаниями, основанную на технологии распределенного реестра и отличающуюся введением блока автоматической регистрации результатов испытаний, кодированием и размещением их в защищенной базе данных, доступной ряду пользователей по специально сформулированным запросам, которые защищены специализированным закрытым ключом [27] (Starozhuk, Yakovleva, 2019).

Внедрение цифровых технологий в систему управления жизненным циклом позволит повысить качество и конкурентоспособность промышленной продукции, поставляемой в рамках оборонных заказов [28]. Для внедрения цифровых технологий в систему испытаний промышленной продукции на разных этапах жизненного цикла необходимо предусмотреть базу входных данных, необходимых для реализации разрабатываемой модели. Необходимо учитывать действующие нормативно-правовые акты и стандарты, регулирующие внедрение цифровых технологий на разных этапах жизненного цикла продукции при разработке программно-аппаратных комплексов по проведению испытаний продукции. В базу необходимых данных для реализации виртуальных испытаний цифровых двойников и автоматизации испытаний на этапе сертификации необходимо внести набор требований стандартов к продукции с машинопонимаемым содержанием. Это возможно реализовать с помощью smart-стандартов, разработка которых сейчас активно ведется в России, используя при этом XML-язык разметки. Также входные данные для разрабатываемой авторской модели включают в себя данные о требованиях к проведению сертификационных испытаний, методики, алгоритмы и документы, необходимые для наиболее полной информации о сертифицируемой продукции.

Под моделью управления испытаниями в данном случае будем понимать практически выстроенную совокупность представлений о том, как выглядит и как должна функционировать система управления испытаниями промышленной продукции, как она воздействует на объекты управления, как адаптируется к изменениям в условиях цифровизации, чтобы промышленная организация могла добиваться поставленных целей, устойчиво развиваться и обеспечивать свою конкурентоспособность за счет выпуска на рынок высококачественной продукции.

Объектами управления в данной модели выступают результаты испытаний продукции на разных этапах жизненного цикла. На рисунке 3 отобразим разработанную автором модель управления испытаниями продукции на основе применения технологии блокчейна на этапе сертификации и внедрения испытаний цифровых двойников промышленной продукции с использованием управления свойствами продукции за счет стандартов с машинопонимаемым содержанием и покажем, каким образом разрабатываемая модель позволит снизить риски потери качества промышленной продукции на разных этапах жизненного цикла.

Рисунок 3. Разработанная модель управления испытаниями промышленной продукции в условиях цифровизации

Источник: составлено автором.

Отличительной особенностью разработанной модели управления испытаниями промышленной продукции является организация взаимосвязи результатов испытаний цифровых двойников на этапе проектирования (с использованием стандартов с машинопонимаемым содержанием) и результатов натурных испытаний как самой промышленной продукции в рамках приемо-сдаточных и сертификационных испытаний, так и результатов сертификационных испытаний компонентов, критически важных для качественного функционирования промышленной продукции.

Для обеспечения соответствия цифровых двойников всем необходимым пунктам нормативно-технической документации предлагается активно внедрять и проявлять заинтересованность в разработке стандартов с машинопонимаемым содержанием. В разработанной модели речь идет не о стандартах в формате XML, понимаемом машиной на базовом уровне (выделение ссылок, терминов, поабзацный текст и пр.), а стандартах, включающих в себя контекстные требования с привязкой к конкретной продукции или ее компонентам, в связке с требованиями технических регламентов, сводов правил, технических условий и иных документов, с выделением обязательного и добровольного характера применения данных требований, в том числе с методиками их проверки. Такой тип стандартов называется smart-стандарты и относится к 3 и 4 уровням по классификации ISO.

В настоящее время ведутся работы по переводу стандартов в машиночитаемых формат и достижению их соответствия уровню 3 по классификации ISO. Предполагается, что в скором времени машиночитаемые стандарты будут проходить через весь жизненный цикл продукции, и на всех стадиях жизненного цикла под конкретный вид или тип продукции будут подобраны стандарты и переведены в машиночитаемый формат (смарт-стандарты 5-го уровня), однако на данный момент они в России отсутствуют.

Применение стандартов в машиночитаемом формате на этапе проектирования снизит риски, связанные с недостаточными испытаниями цифровых двойников [29] (Yakovleva, Kochetkov, 2021), так как все пункты стандартов будут внедрены в цифровые модели и при возникновении несоответствия стандарту будет появляться ошибка.

При испытаниях в сертификационных центрах снизятся риски ошибок, недостаточного соответствия стандартам, недостаточного учета ряда обязательных пунктов, что, в свою очередь, поможет в автоматизации процесса составления протокола испытаний и снижении трудоемкости испытаний.

Предлагается осуществлять автоматизацию испытаний на этапе сертификации и передавать данные о результатах испытаний в децентрализованную базу данных, что позволит по специальным запросам обеспечивать производителей промышленной продукции информацией, к примеру, через QR-код на продукции или компонентах, подлежащих обязательной сертификации.

При учете результатов сертификации продукции необходимо особое внимание уделять влиянию человеческого фактора, принимающего решение о выдаче сертификата соответствия. В рамках разработанной модели предусмотрено изменение подхода к оценке результативности сотрудников органов по сертификации за счет внедрения компетентностного подхода.

Все результаты испытаний, количество доработок, результаты прохождения сертификационных испытаний и результаты эксплуатации необходимо «запомнить» в рамках «умной» цифровой тени и использовать для доработки исходного «умного» цифрового двойника продукции и для управления рисками потери качества промышленной продукции.

Набор ключевых компетенций сотрудников органа по сертификации продукции в условиях цифровизации сертификационных испытаний

В условиях цифровизации и реализации представленных авторских рекомендаций по внедрению системы управления сертификационными испытаниями на основе технологии распределенного реестра необходимо изменить подход к набору ключевых компетенций сотрудников органов по сертификации (ОС) [30] (Starozhuk, Yakovleva, Kochetkov, 2021), так как в блокчейне предлагается минимизация участия человеческого фактора только в процессе сертификационных испытаний. Остальные документы, за выдачу которых ответственны сотрудники ОС, будут лишь помещены в блокчейн как в защищенную базу данных.

На основе проведенного опроса сотрудников органов по сертификации и анализа необходимых профессиональных и личностных компетенций для сотрудников ОС разработан список ключевых компетенций сотрудников ОС и проведена балльная оценка их значимости (рис. 4).

Необходимо отметить, что анализ компетенций проводился на основе формировании связи между компетенциями, которые необходимы на рабочем месте сотрудникам ОС, и теми, которыми должны обладать выпускники вузов после освоения федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 27.03.01 «Стандартизация и метрология».

По рисунку 4 можно определить значимость той или иной категории сотрудников для достижения главной цели органа по сертификации, такой как выполнение работ по подтверждению соответствия продукции требованиям нормативных документов.

Рисунок 4. Балльная оценка ключевых компетенций сотрудников ОС на основе результатов балльной оценки

Источник: составлено автором.

Заключение

Подводя итоги всего вышесказанного, можно сделать вывод о том, что переход к индустрии «Промышленность РФ 4.0» отразится на системе управления испытаниями на разных этапах жизненного цикла промышленной продукции.

Выявлено, что качественное проведение цифровых испытаний возможно при трансформации входных данных для проведения данных испытаний. Одним из основных являются требования нормативных документов к продукции на разных этапах СУЖЦ. Следовательно, обоснована значимость в необходимости изменения в сфере стандартизации в части цифрового представления системы управления требованиями продукции с использованием smart-стандартов с машиночитаемым содержанием.

Показано, что внедрение цифровой системы управления требованиями влечет за собой необходимость в обеспечении цифровых гарантий, а именно безопасности и в то же время прослеживаемости и прозрачности данных о промышленной продукции на разных этапах СУЖЦ, что возможно реализовать с помощью блокчейна. Приведен пример системы сертификации, реализованный на блокчейн-платформе, в том числе с использованием языка разметки JSON.

Разработана общая модель управления испытаниями продукции на основе применения технологии блокчейна на этапе сертификации и внедрения испытаний цифровых двойников промышленной продукции с использованием управления свойствами продукции за счет стандартов с машинопонимаемым содержанием. Показано, каким образом разработанная модель позволит снизить риски потери качества промышленной продукции на разных этапах жизненного цикла.

В условиях цифровизации процесса сертификационных испытаний предложен набор ключевых компетенций для сотрудников ОС, использование которого позволит упростить и сделать более объективным и эффективным процесс управления персоналом и реализовать принцип честного профессионализма в условиях перехода к «цифровой» сертификации, что, в свою очередь, повысит доверие к результатам сертификации в целом.