Индустрия 4.0: к вопросу о перспективах цифровой трансформации промышленности в России

Введение

Проблемы связи научно-технического прогресса и экономического развития давно находятся в центре внимания исследователей и практиков. Так, видный отечественный ученый С.Ю.Глазьев обосновал влияние смены технологических укладов на параметры экономического роста, отмечая, что перемена «сопровождается технологическими революциями, в ходе которых происходит резкий рост инновационной активности, быстрое повышение эффективности производства, социально-экономическое признание новых технологических возможностей, изменение ценовых пропорций в соответствии со свойствами новой технологической системы» [1, c.23]. В этой связи подчеркивалась стратегическая необходимость экономического развития с опорой на технологическую основу зарождающегося уклада.

Известный немецкий экономист К.Шваб отмечал, что сутью происходящей в настоящее время трансформации является коренное преобразование глобальных цепочек создания стоимости: «распространяя технологию «умных заводов», четвертая промышленная революция создает мир, в котором виртуальные и физические системы производства гибко взаимодействуют между собой на глобальном уровне. Это обеспечивает полную адаптацию продуктов и создание новых операционных моделей» [2, c.12].

Новые производственные возможности стали предметом государственных программ развития ряда стран. Так, в Германии еще в 2011 году правительством была обозначена готовность немецкой промышленности к переходу на новые организационные принципы, отраженные в своего рода стратегии промышленного развития - «Industrie 4.0» [3, c.14]. В ее основе лежит опора на производственные системы, обладающие гибкостью и широтой решения производственных задач. Новая индустриализация, на которой сфокусирована данная стратегия, предусматривает модернизацию производств на более совершенной технологической основе, имеющей особую восприимчивость к цифровым технологиям и прогрессивным формам организации управления [4, c.20].

В сложном многоаспектном явлении трансформации производств несомненно ключевым элементом является совершенствование орудий и средств труда, что и определяет новые возможности производственной системы. Основой «умных заводов» должно стать комплексное развитие специализированных технически гибких производств обрабатывающей промышленности, готовых к цифровому взаимодействию и соответствующих информационных систем управления. Созданные таким образом кибер-физические производственные системы будут обладать новым качеством, получив свойства, транслируемые им «цифровыми технологиями».

В ходе предшествующей волны распространения инфокоммуникационных технологий была создана основа для развития глобальных промышленных сетей, построения связей внутренних процессов производства с внешними процессами коммуникации предприятия. Вовлечение кибер-физических производственных систем в сетевые взаимодействия создает предпосылки для возможности осуществлять и контролировать одновременно технологические, логистические и маркетинговые процессы на основе цифровых платформ, реализуя замысел Индустрии 4.0 [5, с.22]. Таким образом происходит «неизбежный переход от простой цифровизации (третья промышленная революция) к инновациям на основе гибридных, конвергентных технологий (четвертая промышленная революция), результатом которого станет полностью автоматизированное цифровое производство, управляемое интеллектуальными системами в режиме реального времени в постоянном взаимодействии с внешней средой, выходящее за границы одного предприятия, с перспективой объединения в глобальную промышленную сеть вещей и услуг» [6, c.84].

В этой связи, представляется возможным выделить два основных подхода к осуществлению изменений: во-первых, эволюционный - связанный с саморазвитием под действием сил, обусловленных экономической целесообразностью, обеспечивающий адаптацию прогрессивных решений к изменяющимся условиям; во-вторых, модернизационный, представляющий собой управляемое внедрение нововведений, направленных на создание перспективного состояния производственной системы. В каждом случае реализуемые изменения вызывают возмущения иных подсистем социально-экономической системы как реакционного, так и стимулирующего характера, что формирует различный профиль их результативности.

Текущие геополитические реалии, связанные с беспрецедентными санкционными ограничениями, существенным образом снижают возможности экономического и технологического международного сотрудничества, использования зарубежной технологической основы для модернизации производств в России, затрудняют возможности развития национальной производственной системы на основе эволюционного подхода. В данном контексте значительно повышается актуальность исследования проблем трансформации отечественной промышленности в соответствии с технологическими вызовами четвертой промышленной революции.

Цель статьи заключается в оценке перспектив цифровой трансформации производственной системы России.

Для достижения поставленной цели представляется плодотворным использование методологии исследования факторов цифровой трансформации с использованием следующих подходов: во-первых, процессного, направленного на рассмотрение изменений в процессах, составляющих цепочку создания стоимости от исследований, разработок и проектирования до производства, продажи и эксплуатации. Этому подходу будет уделено основное внимание в данной статье, здесь исследование будет сфокусировано на развитии средств труда, изменения в которых определяют новые возможности процесса производства. Во-вторых, технологического, предполагающего рассмотрение отдельных групп вовлекаемых технологий и оценку их воздействия на производственную систему; в-третьих, отраслевом, при котором рассматриваются отраслевые и межотраслевые связи, происходящие трансформационные изменения и их тенденции [7, c.299], [8, c.47].

Вопросы связи научно-технического прогресса и экономического развития получили свое отражение в трудах таких отечественных ученых как: С.Ю. Глазьева [1], С.Д.Бодрунова [5], В.В.Акбердиной [6], В.Е.Дементьева [9; 10], А.И.Анчишкина [11], О.С.Сухарева [12] и др.

Научная новизна работы непосредственно связана с реализацией поставленной цели и заключается в характеристике факторов цифровой трансформации производственной системы России, определяющих перспективы ее осуществления в текущих реалиях.

Авторская гипотеза состоит в том, что цифровая трансформация производств первостепенно направлена на совершенствование средств производства и опирается на ранее достигнутые результаты предшествовавшего ей этапа автоматизации производства.

Совершенствование средств труда как ключевой фактор цифровой трансформации производств, теоретический аспект.

Как уже было подчеркнуто, орудия и средства труда представляют материальная основу процесса производства и являются ключевым элементом трансформации. Их совершенствование определяет новые производственные возможности, реализация которых обеспечивается функционированием важной инфраструктурной надстройки - цифровыми технологиями.

Таблица 1. Средства производства в промышленных революциях

Источник: составлено автором

Предпосылкой для дальнейшего развития научно-технического прогресса становятся достижения его прежних этапов [9, c.10] (см.таб.1). Так, цифровая трансформация производственных систем как кардинальное изменение в характере их функционирования, опирается на результаты предшествующей ей механизации труда и автоматизации производств, в которой цифровые технологии уже нашли широкое применение (цифровизация) (см.рис.1).

Рис.1. Трансформационные этапы процесса производства

Источник: составлено автором

Таким образом, первым этапом организационного совершенствования производств стала их механизация – замещение применяемого в процессе производства ручного труда, трудом человека с использованием оборудования, машин и механизмов. Последующая автоматизация предполагала способ организации процесса производства без непосредственного участия в нем человека. Здесь могут быть выделены такие ее степени как: частичная автоматизация, при которой выполнение отдельных операций технологического процесса происходит без непосредственного участия человека (например, с использованием станков с ЧПУ); комплексная автоматизация, направленная на ряд сопряженных технологических процессов (например, изготовление и сборку с использованием автоматических линий, гибких производственных систем (ГПС) и т.д.); полная автоматизация, при которой также без участия человека осуществляются функции контроля и управления производством. Особо следует выделить возможность обеспечения безлюдного режима работы - степень автоматизации (станка, производственного участка, цеха или завода), при которой производственный процесс происходит в автоматическом режиме без присутствия человека более 8 часов. В случае же когда какая-то часть процесса все же требует участия человека принято говорить об автоматизированном процессе (оборудовании, производстве и т.д.) [13, c.5].

Перспективным направлением совершенствования производств в условиях большого разнообразия и частого изменения выпускаемой продукции стала их автоматизация с опорой на концепцию гибких производственных систем. Сформировавшаяся еще в конце 1980-х годов, она предполагала создание быстро перенастраиваемых (гибких), высоко автоматизированных производств (см.таб.7).

Таблица 7. Характеристика уровней в концепции гибких производственных систем

Составлено автором по [11, c.193]

Реализованные в соответствии с концепцией гибких производств предприятия представляют собой совокупность многоцелевых станков с ЧПУ, оснащенных промышленными роботами, связанных единой транспортно-складской и другими системами, которые работают под управлением специального программного комплекса. Промышленный робот является одним из средств интеллектуальной автоматизации производства, которое может быть использовано как вспомогательное или основное оборудование. В первом случае, робот осуществляет вспомогательные операции, реализуя функцию повышения производительности основного технологического оборудования; во втором – он сам выполняет ряд технологических операций [14]. Такая компоновка позволяет быстро перенастраивать оборудование для обработки любых новых деталей, соответствующих конфигурации производства без существенной переналадки и производственной перепланировки.

В результате каждого последующего этапа совершенствования организационного подхода существенным образом меняются производственные возможности и экономические параметры производственной деятельности. Так, отмечалось, что, например, «в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении с переходом от индивидуального к серийному типу производства трудоемкость снижается в 1,4 раза, от серийного к массовому - в 2-9 раз, и от массово-поточного к автоматизированному поточному - в 19 раз» [15].

Внедрение прогрессивных видов техники и организационных подходов были связаны с реализацией следующих мероприятий: 1) внедрение новых технологий; 2) механизация производства; 3) автоматизация производственных процессов; 4) модернизация оборудования; 5) внедрение вычислительной техники; 6) освоение новых видов промышленной продукции; 7) создание образцов новых типов машин, оборудования, аппаратов, приборов и средств автоматизации; 8) внедрение мероприятий по научной организации труда [16, c.178].

К техническим преимуществам автоматически управляемых производственных систем можно отнести: более высокое быстродействие, позволяющее повышать скорости протекания процессов; повышенная производительность оборудования; лучшую управляемость; стабильное протекание производственного процесса; возможность выполнения работ в тяжелых, вредных и опасных для человека условиях; длительный срок беспрерывной работы и др.

К экономическим преимуществам автоматически управляемых производственных систем можно отнести: возможность значительного повышения производительности труда; ресурсосбережение; сокращение расходов на оплату труда рабочих; возможность обеспечения более высокого и стабильного качества выпускаемой продукции; более высокие технологические возможности; сокращение периода времени от начала проектирования до получения изделия; возможность наращения объемов выпуска высококачественной продукции без необходимости вовлечения дополнительных высококвалифицированных рабочих, требующих долговременной подготовки и др.

Таким образом, автоматизация производства существенно изменила экономические параметры производственного процесса, сместив значительную часть затрат на этапы научных разработок и изготовления оборудования. Увеличивается размер инвестиций в средства труда и уменьшаются последующие затрат на труд по выпуску единицы изделия, меняются производственные возможности предприятий и характеристики выпускаемой продукции, формируется новый набор параметров ее конкурентных преимуществ на рынке.

Внедрение прогрессивной техники и новых организационных подходов не всегда сопряжено с получением положительного экономического эффекта, получаемые преимущества сопряжены с ростом затрат. Причин много: несовершенство техники и связанные с этим дополнительные расходы; низкий уровень оплаты труда высвобождающихся рабочих и необходимость набора сотрудников для обслуживания сложной техники и процессов; необходимость обеспечения больших масштабов производства для окупаемости инвестиций в оборудование; ограниченность номенклатуры выпуска продукции при переменчивости рыночной конъюнктуры, что сокращает плановый срок окупаемости инвестиций и т.д. Существует и так называемая «пространственная проблема» модернизации оборудования. Она связанна с значительным увеличением соотношения рабочей зоны универсальных станков с ручным управлением при их оснащении устройствами ЧПУ в ходе модернизации. Увеличение занимаемой площади часто сопоставимо с ростом производительности оборудования. Данный эффект особо сильно проявлялся при комплексной автоматизации производства. Вывод же высокотехнологичных производств за пределы крупных городов усиливает проблему кадрового обеспечения и стоимости материально-технического снабжения [16, c.167].

Среди ключевых элементов автоматизированных производственных систем можно выделить: основное технологическое оборудование (металлорежущий станок, кузнечно-прессовая машина, литейная машина и т.д.), средства автоматизации (промышленные роботы, датчики, контроллеры, транспортировочные устройства и т.д.); автоматизированные системы управления (АСУ) (системы управления предприятием/производством, системы управления технологическим процессом (АСУТП) и др.).

Как уже было отмечено программные комплексы и средства ЭВМ нашли широкое применение в планировании, управлении предприятием и производственным процессом (цифровизация). За время применения они существенно эволюционировали, представляя неотъемлемую организационную часть производственного процесса. Здесь следует выделить такие классы систем и средств как ERP (системы планирования ресурсов), MES (система управления производственными процессами), CRM (системы для взаимодействия с заказчиками), SCM (система управление цепочками поставок), CAD/CAE/CAM/CAO (системы автоматизированного проектирования) и др.

Информационные системы направлены на сопровождение и оптимизацию процессов на предприятии, таких как: планирование ресурсов предприятия, формирование производственных программ, обеспечение связи проектной и производственной деятельности, планирование снабжения и продаж, взаимодействие с контрагентами и др. Представляется оправданным прогноз о дальнейшем их развитии в направлении обеспечения возможности внешних коммуникаций предприятий на безлюдной основе с использованием цифровых платформ [10, c.67], формирования промышленных экосистем в парадигме Индустрии 4.0 (см.рис.2).

Рис.2. Информационные системы в процессе трансформации способа организации производства, на основе переход к сетевому способу взаимодействия.

Источник: составлено автором

Оценка состояния ключевых факторов цифровой трансформации производственной системы.

Процессный подход. Уровень развития выделенных элементов, возможность их модернизации становится фактором, определяющим способность перехода к следующему этапу развития на основе цифровой трансформации.

В этой связи следует отметить низкий уровень использования отечественных разработок и высокую зависимость производственной системы страны от импортных поставок зарубежной прогрессивной техники, комплектующих, программного обеспечения и средств ИКТ, обеспечивающих необходимые технические возможности.

Так, значительная доля потребляемого оборудования с ЧПУ импортируется, а отечественное производство такого оборудования испытывает существенные затруднения из-за санкций. По итогам 2021 года было произведено около 1200 ед. оборудования с ЧПУ из которых 350 приходилось на Ульяновский станкостроительный завод японо-германской компании ДМГ МОРИ, прекративший деятельность в марте 2022 года под санкционным давлением [17].

Развитие отечественного станкостроения современного периода, в первую очередь было направлено на освоение заключительных этапов создания станкостроительной продукции. Со снижением доли импорта в потреблении готовых изделий одновременно формировалась зависимость от поставок комплектующих, используемых при их производстве. Так, уровень локализации производства металлорежущих станков в 2019 году был около 47%, а доля импорта комплектующих, например, в потреблении шпинделя, систем числового программного управления, шарико-винтовых пар и направляющих составляла 80-95% совокупной потребности станкостроения [14].

Лидерами в производстве такой продукции являются прежде всего компании из недружественных стран, что существенно затрудняет приобретение высококачественных комплектующих в текущих условиях. Здесь могут быть выделены такие компоненты как револьверные головки, лидерами производства которых являются Baruffaldi, Duplomatic (Италия), Sauter (Германия), Setco (США); ШВП – THK (Япония), KSK (Чехия), Rexroth (Германия); линейные направляющие - Schneeberger (Германия), HIWIN (Тайвань), NSK (Япония); шпиндельные подшипники - NSK (Япония), SLF (Германия); датчики перемещения – Heidenhain, Fagor (Германия), Magnescale (Япония); устройства ЧПУ - Fanuc (Япония), Siemens, Heidenhain, Rexroth (Германия) и др.

Существенным образом ограничились возможности в оснащении роботизированных производств. Так, в 2019 году в России было продано 1410 роботов, из которых отечественного производства были только 87. При этом лидерами в производстве роботов также являются компании из «недружественных стран», такие как FANUC, Kawasaki и YASKAWA (Япония), ABB (Швеция), KUKA (Германия, контролируется компанией из Китая). Следует отметить, что порядка половины приобретенных в 2021 году промышленных роботов были произведены японской фирмой FANUC, а после ввода санкций такие поставки были прекращены.

Перспективы развития отечественного производства прогрессивной техники и переход на национальную технологическую основу пока не определены, так в соответствии с действующим планом мероприятий по импортозамещению в станкоинструментальной промышленности предусматривается достижение доли отечественной продукции в потреблении промышленных роботов для выполнения производственных операций к 2024 году лишь до 15%.

Имеет существенное значение факт отставания России от стран лидеров в сфере использования программных средств для различных бизнес-процессов в деятельности производственных предприятий, а также высокая доля применяемых зарубежных разработок. Так, по итогам 2021 года системы ERP использовали 28,7% организаций обрабатывающих производств из них 55,2% использовали отечественные разработки. Средства CAD/CAE/CAM/CAO использовали 28,9% организаций из которых 43% использовали отечественные разработки таких средств. Специальные продукты для управления автоматизированным производством и/или отдельными техническими средствами и технологическими процессами использовали только 22,2% организаций обрабатывающих производств, среди них 51,4% использовали отечественные разработки таких продуктов (см.таб.18).

Таблица 18. Использование специальных программных средств в бизнес-процессах (в % от общего числа организаций) в 2021 году

Источник: рассчитано автором по [18, c.211, 212].

Реализуемые мероприятия в рамках ведомственного проекта «Цифровая промышленность» Минпромторга РФ национальной программы «Цифровая экономика РФ» в первую очередь направлен на решение инфраструктурных задач и по своим масштабам не соответствует вызовам технологической модернизации [19].

Технологический подход. Здесь также необходимо подчеркнуть сильную зависимость от зарубежных решений и отметить недостаточное число отечественных разработок в области передовых производственных технологий, не соответствующих количественно и качественно существующим технологическим вызовам. Их фрагментарный характер не способен комплексно сформировать технологическую основу модернизации отечественной производственной системы (см.таб.12).

Таблица 12. Использование и разработка передовых производственных технологий, связанных с ИКТ в 2021 году (шт.)

Источник: составлено автором по [18, c.55-60]

Необходимо отметить низкий уровень использования прогрессивных средств производства и цифровых технологий организациями обрабатывающих производств. Так, автоматизированные линии и промышленные роботы используются на 19% организаций, RFID технологии используются 19,3% организаций, технологии интернет вещей (IIoT) используются на 17,6% организаций, работа с большими данными осуществляется на 29,9% организаций (см.таб.45).

Таблица 45. Использование цифровых технологий обрабатывающими производствами (в % от общего числа организаций вид деятельности) 2021 год.

Источник: Составлено автором по [18, с.219]

Отраслевой подход. Представляется возможный отметить отсутствие явных признаков трансформационных процессов в каких-либо отраслях промышленности России. Происходящие процессы цифровизации представляют собой часть технологического обновления прежних этапов прогрессивного развития, связанных с автоматизацией производств и развитием цифровой экономики.

Относительно межотраслевого сравнения, следует подчеркнуть, что на долю промышленности приходится всего 12,35% от всех затрат организаций на создание, распространение и использование цифровых технологий и связанных с ними продуктов и услуг, из них 7,9% таких затрат приходится на обрабатывающие производства, что формирует отстающий характер развития новых возможностей этих базовых секторов экономики по сравнению с информационным, финансовым секторами, сферой обращения, государственным управлением и др.

Рис. 3. Затраты организаций на создание, распространение и использование цифровых технологий и связанных с ними продуктов и услуг по видам экономической деятельности 2021 год. (млрд.руб.). Внутренние и внешние, связанные с оплатой услуг сторонних организаций

Источник: Составлено автором по [18, c.38, 39].

Заключение.

Резюмируя материалы статьи представляется необходимым акцентировать следующие моменты. Цифровая трансформация производственной системы, сопряжена с совершенствованием средств производства, опирающегося на достижения прежнего этапа – его автоматизации. В этой связи следует отметить высокую зависимость отечественных производств от импорта прогрессивного оборудования, средств автоматизации и программного обеспечения, несоответствие отечественного производства таких средств существующим технологическим вызовам.

Относительно дальнейших перспектив, следует подчеркнуть второстепенное положение проблем цифровой трансформации производств в реализуемой в настоящее время промышленной политики России. Так, национальный проект Цифровая экономика, предполагает до 2024 года приоритетное развитие информационной инфраструктуры, цифрового государственного управления, развития цифровых технологий, подготовку кадров и т.д., что лишь косвенно создает предпосылки для модернизации производственной системы страны, ее цифровой трансформации.

В этой связи, представляется необходимым подчеркнуть особую роль государства в модернизации производственной системы страны на прежних этапах промышленной революции, обеспечивавшего индустриализацию в 1930-х и внедрение автоматизации производств в 1980-х.