Цифровые технологии в лесной промышленности: перспективы и барьеры

Введение

Лесная промышленность (или лесопромышленный комплекс) является одной из основных обрабатывающих отраслей в мире. Она занимает высокую долю в экономике среди отраслей промышленности таких стран, как Канада, Россия, Бразилия, США, Швеция, Норвегия и Финляндия [1] (Feng, Audy, 2020) (Feng, Audy, 2020)(Feng, Audy, 2020). Российская Федерация является мировым лидером по запасам древесины. На территории государства сосредоточено более 20% лесов планеты, что во много раз больше, чем в Скандинавских странах, США и Канаде [2] (Butko, Yakovenko, 2021). В то же время доля России на мировом рынке лесоматериалов составляет всего около 3%, что связано, с одной стороны, с использованием устаревших технологий лесозаготовки и деревообработки – в результате 50% экспорта приходится на круглый лес и пиломатериалы, то есть продукцию с низкой добавленной стоимостью [2] (Butko, Yakovenko, 2021), а с другой стороны, с низкими объемами лесозаготовки – используется менее 40% от доступной расчетной лесосеки [3] (Polyanskaya, Tambi, Mikhaylova, 2020). Текущее развитие отрасли лесной промышленности находится на уровне третьего технологического уклада [4] (Gavrikov, Melnikova, 2019), что прямо указывает на необходимость в преобразованиях и технологических изменениях с использованием цифровых технологий в лесопромышленном комплексе с целью его комплексного развития.

Цифровые технологии активно развиваются и внедряются на многих предприятиях различных отраслей. Лесная промышленность не осталась в стороне, однако значительно отстает в темпах внедрения инновационных решений [7, 9] (Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021; Choudhry, O’Kelly, 2018). На практике существуют такие технологические решения, которые себя зарекомендовали и применяются в большинстве случаев на всех предприятиях лесной промышленности [6] (Akberdina, 2018). Однако диапазон осваиваемых и перспективных технологий для внедрения в лесной промышленности гораздо шире того, что сейчас используется у предприятий на практике [1, 7–15] (Feng, Audy, 2020; (Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021; Choudhry, O’Kelly, 2018; Scholz, De Meyer, Marques, Pinho, Boaventura-Cunha, Van Orshoven, Rosset, Künzi, Kaarle, Nummila, 2018; Boitsov, Vagizov, Pavlov, Istomin, Aksenova, 2021; Cimino Chiara, Negri Elisa, Fumagalli Luca, 2019; Marques, Rasinmäki, Soares, Amorim, 2018; Veile, Kiel, Marius Müller, Kai-Ingo Voigt, 2019; Vagizov, Istomin, Miheev, Potapov, Yagotinceva, 2021). Результаты от внедрения цифровых технологий в лесной промышленности различны, но в большинстве случаев заключаются в сокращении финансовых и временных затрат, получении достоверных данных о работе предприятии. Так, Беспалова В.В и другие российские ученые [7] (Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021) говорят о том, что за счет имплементации цифровых решений возникает экономия времени, энергии, а также повышение эффективности и производительности производства. Канадские исследователи Джинграс Дж.-Ф. и Шаретт Ф. [8] утверждают, что современные технологические решения приводят к максимизации сбора фундаментальных, пространственно-явных данных об операционной среде в режиме реального времени, минимизации времени ожидания и потерь времени в пути грузовых машин и оптимизации работы системы поддержки принятия решения при управлении цепочкой поставок. Американские авторы Харш Чаудри и Глен О'Келли [9] (Choudhry, O’Kelly, 2018) отмечают, что цифровые технологии приводят к снижению затрат на доставку древесины, повышению уровня добычи древесины (реализации доступного лесного фонда), повышению эффективности предприятия за счет сбора и обработки данных в реальном времени, автоматизации процессов от рубки до логистики, оптимизации принятия управленческих решений за счет подробной аналитики данных. Канадские ученые Фэн Ю. и Оди Дж.-Ф. [1] (Feng, Audy, 2020) (Feng, Audy, 2020)(Feng, Audy, 2020) в своем исследовании делают вывод о положительном влиянии цифровых технологий на предприятия лесной промышленности, поскольку их внедрение приводит к снижению операционных затрат, повышению эффективности производства, ускорению логистики, ускорению скорости передачи информации, улучшению контроля и получению четкой информации о работе каждого организационного процесса. Вагизов М.Р и другие [15] (Vagizov, Istomin, Miheev, Potapov, Yagotinceva, 2021) заявляют о том, что за счет использования цифровых решений появляется возможность предиктивной аналитики – прогнозировать и визуализировать изменения в лесном фонде с целью снижения вероятности возникновения нежелательных событий и сопутствующих им затрат.

В данном исследовании была поставлена следующая цель – провести комплексный анализ цифровых технологий в лесной промышленности для определения их текущего состояния, перспектив, а также барьеров, возникающих при внедрении современных технологических решений на всей цепочке создания ценности лесопромышленного предприятия. Объект исследования – цифровые технологии в лесной промышленности. Предмет исследования – особенности, перспективы и барьеры, характерные для цифровых технологий, используемых на цепочке создания ценности лесопромышленного предприятия. Задачи научной работы заключаются в следующем: в определении того, что из себя представляет современное предприятие лесной промышленности; в проведении сравнительного анализа традиционной и инновационной моделей лесопромышленного предприятия; в определении и классификации цифровых технологий, встречающихся на цепочке создания ценности лесопромышленного предприятия; в определении функционала выявленных технологий на каждом этапе цепочки создания ценности предприятия лесной промышленности; в определении проблем, с которыми сталкиваются предприятия лесопромышленного комплекса при внедрении цифровых технологий, а также способов их решения. В исследовании предложен новый подход к классификации цифровых технологий в лесной промышленности в зависимости от статуса их применения на цепочке создания ценности лесопромышленного предприятия – активно применяемые, осваиваемые, перспективные. Можно предположить, что большинство современных цифровых технологий для лесной промышленности находятся в статусе осваиваемых или перспективных в освоении, внедрении.

Методы исследования

Для достижения обозначенной выше цели работы были применены следующие методы исследования: проведен анализ научных работ авторов в области исследования цифровых технологий лесной промышленности, позволивший определить текущее состояние и перспективы инноваций, используемых в лесной промышленности, их функционал, а также проблемы и возможные результаты от внедрения; использован метод сравнительного анализа для выявления отличий традиционной и инновационной модели предприятия лесной промышленности; классифицированы цифровые технологии в лесной промышленности в зависимости от этапа на цепочке создания ценности предприятия, а также их текущего статуса применения на практике.

Результаты исследования

Определим, что представляет из себя лесная промышленность, а также современное предприятие лесопромышленного комплекса. Лесная промышленность (или лесопромышленный комплекс) формируется из трех направлений – лесозаготовка, деревообработка, а также глубокая переработка древесины (лесохимия и целлюлозно-бумажная промышленность) [3] (Polyanskaya, Tambi, Mikhaylova, 2020). Данные процессы неразрывно и технологически связаны между собой и формируют цепочку создания ценности в лесной промышленности. Первичным этапом в лесозаготовке является лесоводство, заключающееся в поиске и отводе лесосеки и проведении иных лесосечных работ, в том числе оценка и планирование лесовосстановительных работ. На основном этапе в лесозаготовке подразумевается заготовка круглых лесоматериалов (хлыст, балансы, пиловочник и т.д.), затем на первом этапе деревообработки формируется продукция первичной механической обработки (доски, брусья, бруски, шпалы и т.д.), на втором этапе деревообработки (глубокая переработка) формируется продукция вторичной обработки (клееный брус или брусок, бумага, картон, целлюлоза, топливные гранулы и брикеты). Предприятия лесной промышленности могут быть исключительно лесозаготовительными, исключительно деревообрабатывающими или осуществлять только глубокую переработку. Однако современное предприятие лесной промышленности формируется из всех вышеупомянутых направлений [1, 7–10] (Feng, Audy, 2020; Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021; Choudhry, O’Kelly, 2018; Scholz, De Meyer, Marques, Pinho, Boaventura-Cunha, Van Orshoven, Rosset, Künzi, Kaarle, Nummila, 2018). Иными словами, цепочку создания ценности у современного предприятия лесной промышленности можно представить следующим образом: лесоводство – лесозаготовка – деревообработка – логистика – маркетинг.

В настоящее время предприятия лесопромышленного комплекса достаточно консервативны в рамках ведения собственного бизнеса. Несмотря на наличие возможностей внедрения цифровых решений в бизнес, руководители не желают внедрять такие технологии, игнорируя явные преимущества, получаемые при имплементации современных решений [1, 9] (Feng, Audy, 2020; Choudhry, O’Kelly, 2018). Менеджеры опираются на традиционную систему ведения бизнеса в лесной промышленности, однако некоторые организации придерживаются инновационной модели, связанной с созданием цифровой экосистемы предприятия лесной промышленности. Поэтому конечной целью внедрения цифровых технологий в лесной промышленности является создание цифровой экосистемы на всей цепочке создания ценности предприятия лесопромышленного комплекса [1, 7–10] (Feng, Audy, 2020; Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021; Choudhry, O’Kelly, 2018; Scholz, De Meyer, Marques, Pinho, Boaventura-Cunha, Van Orshoven, Rosset, Künzi, Kaarle, Nummila, 2018).

Рассмотрим сравнительный анализ традиционной и инновационной моделей современного предприятия лесной промышленности, приведенный в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительный анализ традиционной и инновационной моделей современного предприятия лесной промышленности

Традиционная система основана на бумажном документообороте, а также применении ручного труда. Цифровая экосистема предприятия лесной промышленности, в свою очередь, подразумевает полную оцифровку входящих и исходящих данных, комплексный анализ этих данных для поддержки принятия управленческих, производственных, логистических и маркетинговых решений за счет использования передовых технологий на всей цепочке создания ценности.

Рассмотрим классификацию цифровых технологий на примере всей цепочки создания ценности современного лесопромышленного предприятия: лесоводство – лесозаготовка и деревообработка – логистика – маркетинг, а также необходимую для предприятия на всей цепочке создания ценности систему управления, учета и планирования. Классификация представлена в таблице 2.

Таблица 2

Классификация цифровых технологий на всей цепочке создания ценности современного предприятия лесной промышленности

Если рассматривать активно применяемые цифровые технологии на данный момент, то в их статусе находятся повсеместно используемые прикладные программные решения – система ЕГАИС, представляющая собой средство отчетности перед государством для лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий об использовании лесного фонда Российской Федерации, а также 1С:Предприятие, используемое на большинстве российских предприятий, или система ERP, используемая на российских и зарубежных предприятиях, которые предназначены для управления, учета и планирования ресурсов лесопромышленного предприятия, в том числе их производные программные решения активно используются в логистике и маркетинге. Так же себя зарекомендовали кроссфункциональные мобильные приложения и устройства на основе компьютерного зрения и искусственного интеллекта для учета лесоматериалов, подсчета кубометров и аналогичных операций. Стоит отметить, что такие мобильные приложения не являются основополагающей и крайне необходимой частью для функционирования лесопромышленного предприятия по сравнению с другими упомянутыми технологиями, однако представляют собой удобные и доступные инструменты, применяемые на некоторых этапах процессов лесоводства, лесозаготовки и деревообработки, а также логистики. Для навигации активно применяются спутниковые системы как на лесных участках, так и при перевозке леса и лесоматериалов. В лесозаготовке и деревообработке применяются стандартные технологические решения – MES (система управления производственными процессами), в логистике – CAD (система автоматизированного проектирования). Система ERP (система планирования ресурсов предприятия) применяется в лесозаготовке и деревообработке, а также в лесоводстве.

Осваиваемыми технологиями в системе управления, учета и планирования являются технологии, способные осуществлять поддержку в принятии решений – искусственный интеллект, технологии больших данных, машинное обучение и глубокое обучение. В лесоводстве дроны и лидар могут применяться как средства учета, инвентаризации и пожарного предупреждения, Интернет вещей – как источник постоянных достоверных данных о лесном фонде, компьютерное зрение и лазерные системы сканирования – для анализа состояния древесных пород, а искусственный интеллект и машинное обучение – для анализа и предиктивной аналитики лесного фонда. В лесозаготовке и деревообработке тоже может использоваться Интернет вещей – как источник данных о состоянии техники, лесозаготовительных и деревообрабатывающих процессов, лазерные системы сканирования и технологии компьютерного зрения для выявления параметров леса при его рубке или обработке, искусственный интеллект для решения производственных задач, цифровые двойники для обучения сотрудников и проектирования продукции деревообработки, в том числе в синергии с MES [12] (Cimino Chiara, Negri Elisa, Fumagalli Luca, 2019). В логистике существует возможность использования дронов как перевозчиков малых объемов лесоматериалов внутри лесосеки для их дальнейшей погрузки на машину, использования цифровых двойников для проектирования лесных дорожных сетей, а также применение технологий искусственного интеллекта для поиска и выбора оптимальных логистических маршрутов. В маркетинге технологии больших данных можно использовать для анализа потребностей целевой аудитории, в чем будет содействовать искусственный интеллект.

Перспективными технологиями являются облачные вычисления, робототехнические комплексы, виртуальная и дополненная реальность, 3D-печать и 3D-моделирование, а также машины с дистанционным и автономным управлением. В особенности стоит уделить внимание технологиям виртуальной и дополненной реальности в маркетинге как возможности создания виртуального опыта для клиента – осмотр лесозаготовительной и деревообрабатывающей продукции в онлайн-режиме в виртуальном пространстве.

Более подробное представление о функциональных возможностях цифровых технологий в лесной промышленности представлено в таблице 3.

Таблица 3

Назначение цифровых технологий в лесной промышленности на всей цепочке создания ценности современного предприятия лесной промышленности

Для технологий, которые присутствуют не на всех этапах цепочки создания ценности лесопромышленного предприятия (табл. 2), было предложено их логичное перспективное функциональное назначение (табл. 3). Например, технологии больших данных были представлены в таблице 2 только на двух этапах из пяти – «система управления, учета и планирования» и «маркетинг», поскольку в работах исследователей [1, 7–10] (Feng, Audy, 2020; Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021; Choudhry, O’Kelly, 2018; Scholz, De Meyer, Marques, Pinho, Boaventura-Cunha, Van Orshoven, Rosset, Künzi, Kaarle, Nummila, 2018) были обозначены только эти этапы, хотя на практике перспективно использование технологий больших данных как в лесоводстве, лесозаготовке и деревообработке, так и в логистике. Исходя из данных таблицы 3, можно сделать вывод о том, что функционал цифровых технологии в основном связан с поддержкой принятия решений, сбором данных из среды предприятия лесной промышленности и их полной оцифровкой, диагностикой и предиктивной аналитикой, визуализацией, обучением сотрудников, а также учетом лесного фонда, оборудования и продукции.

В процессе внедрения цифровых технологий предприятия лесной промышленности сталкиваются с рядом проблем. Исследователи сходятся в следующих позициях:

1. Высокая стоимость и высокие требования к персоналу, технологическая и практическая сложность в реализации – требуются существенные вложения в технологии, а также высококвалифицированный персонал, способный внедрять и использовать эти технологии. В данном случае в первую очередь организации требуется существенная сумма на дорогостоящие технологические решения, связанные с затратами на покупку цифровых технологий, работы по их внедрению и интероперабельности с существующими производственными системами, а также работы по обеспечению их бесперебойного функционирования, в том числе в условиях резких климатических изменений в случае работы технологий на открытом воздухе [1, 7, 8, 10] (Feng, Audy, 2020; Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021; Choudhry, O’Kelly, 2018; Scholz, De Meyer, Marques, Pinho, Boaventura-Cunha, Van Orshoven, Rosset, Künzi, Kaarle, Nummila, 2018). С другой стороны, необходимы существенные затраты на квалифицированный персонал – перед управленцами стоит выбор, заключающийся в переобучении текущих кадров, либо в привлечении новых и дорогостоящих специалистов [1, 7, 9, 14] (Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021; Choudhry, O’Kelly, 2018). Проблема со специалистами в особенности актуальна в крупных государствах, таких как США, Канада, Финляндия и Россия, в которых добыча леса ведется вдали от мегаполисов и крупных городов [1] (Feng, Audy, 2020), что значительно увеличивает стоимость услуг работников, не желающих переезжать и работать в тяжелых климатических условиях. С точки зрения решения проблемы персонала на государственном уровне актуальна разработка учебных программ и дисциплин, нацеленных на развитие компетенций по работе и внедрение цифровых технологий в лесной промышленности, а предприятие, в свою очередь, может повышать квалификацию кадров через существующие образовательные программы и курсы смежных отраслей. Финансовая проблема должна решаться за счет мер государственной поддержки в рамках стратегии развития лесного комплекса [16], а также за счет собственных инициатив предприятий, связанных с готовностью вкладываться в технологии, искать инвесторов, запрашивать возможные субсидии у государства.

2. Отсутствие GSM-покрытия на трудноудаленных участках подразумевает невозможность внедрения некоторых цифровых технологий, работа которых напрямую зависит или связана с постоянным подключением к сети Интернет. Так, отсутствие GSM-покрытия на удаленных участках исключает возможность внедрения технологии Интернета вещей (Internet of things) – делает недоступным поддержание связи между устройствами в реальном времени, а альтернатива в виде технологий, работа которых основана на взаимодействии со спутниковыми системами, очень дорогая и имеет технические ограничения [7–9] (Bespalova, Polyanskaya, Lipinskaya, Gryazkin, Kazi, 2021; Choudhry, O’Kelly, 2018). В рамках решения данной проблемы государству целесообразно, с одной стороны, создание качественной спутниковой сети Интернет, а с другой – заключение договоров с телекоммуникационными компаниями на строительство вышек сотовой связи с уровнем сигнала 2G/3G/4G-LTE в трудноудаленных территориях.

3. Малое количество случаев внедрения цифровых технологий на практике – в то время как инновационных технологий существует достаточно большое количество, не все предприятия готовы внедрять такие технологии, поскольку на практике их внедряют средние и крупные игроки лесной промышленности, которые составляют меньшинство от всех лесозаготовителей, среди которых преобладают предприятия малого бизнеса, ведущие консервативный стиль управления и не заинтересованные в совершенствовании производства [1, 9] (Feng, Audy, 2020; Choudhry, O’Kelly, 2018). Для решения проблемы поможет более частое упоминание успешного использования современных технологий в лесной промышленности, например, в журналах лесной промышленности, новостных порталах по данной тематике, в конференциях, в интервью с предпринимателями, внедряющими инновации. Иными словами, необходимо создать информационный фон – внедрение цифровых технологий имеет место и эффективно даже на некрупных предприятиях.

4. Отсутствие четкого взаимодействия между государством и лесозаготовителем в вопросах финансирования, внедрения, создания благоприятных условий для имплементации цифровых технологий – данная проблема наблюдается во всех странах, у которых лесная отрасль занимает довольно значительную долю экономики (США, Россия, Канада, Финляндия). В первую очередь это связано с упомянутым выше распределением игроков на рынке лесного хозяйства – имеется огромное количество мелких частных бизнесов, не заинтересованных в цифровых решениях [9] Choudhry, O’Kelly, 2018), что сильно подрывает содержание стратегий развития лесного комплекса многих государств, поскольку из-за отсутствия связи между государством и предприятиями указанные меры поддержки неактуальны и не востребованы среди мелких игроков [1] (Feng, Audy, 2020), поскольку такие меры, с одной стороны, не соответствуют интересам некрупных предприятий, а с другой – информация о государственной поддержке буквально до них не доходит. В данном случае необходимо активизироваться в первую очередь государству и пытаться доводить информацию до всех игроков отрасли, например, за счет отправки представителей в регионы, организации встреч с предпринимателями, доведения информации о том, что инновационный вектор развития, согласно Стратегии развития лесного комплекса [16], поощряется льготами и субсидиями. Также за счет встреч с предпринимателями имеется возможность корректировки вышеупомянутой стратегии развития за счет учета мнения малых предприятий.

Заключение

Таким образом, исследование позволило определить, что большинство современных цифровых решений для лесной промышленности на данный момент находятся только в статусе осваиваемых или перспективных в освоении, при этом их комплексное внедрение позволяет создать лесопромышленному предприятию цифровую экосистему. Цифровые технологии в лесной промышленности в первую очередь направлены на поддержку принятия решений предприятия, сбор данных из среды предприятия лесной промышленности и их полную оцифровку, диагностику и предиктивную аналитику, визуализацию, обучение сотрудников, а также на учет лесного фонда, оборудования и продукции. Высокая стоимость и недостаток высококвалифицированного персонала, отсутствие GSM-покрытия, малое количество случаев внедрения технологий, а также недостаточное взаимодействие между государством и лесозаготовителями являются основными препятствиями при внедрении цифровых технологий на предприятиях лесной промышленности. Сокращение финансовых и временных затрат, получение достоверных данных о работе предприятия являются основными преимуществами при имплементации современных технологических решений.

Для дальнейших исследований, связанных с имплементацией цифровых технологий в лесной промышленности, следует обозначить три направления:

1. Обоснование выбора эффективного способа внедрения цифровых технологий в лесной промышленности на практике.

2. Выбор и обоснование методики оценки эффективности цифровых технологий в лесной промышленности.

3. Эффект и его количественная оценка от внедрения цифровых технологий на предприятии лесной промышленности.