Исследование практики и системных проблем применения технологий четвертой промышленной революции в различных отраслях российской промышленности

Введение

Проблема соответствия российской промышленности вызовам Индустрии 4.0 стала максимально актуальна в 2022 году. В связи с проведением РФ специальной военной операции (СВО) на Украине странами Запада и Востока были введены санкционные пакеты в отношении сферы высоких технологий, которая относительно слабо развита в России. Ограничения на импорт микроэлектроники, программного обеспечения (ПО), компьютеров и т.д. привели к необходимости реализации политики импортозамещения. Особая роль здесь отводится технологиям Индустрии 4.0. Их внедрение в промышленность позволит преодолеть технологическое отставание от развитых стран Запада и Востока. Стоит отметить, что российские предприятия разных отраслей промышленности уже имеют опыт применения технологий Индустрии 4.0. Но при этом на макроуровне, так и на микроуровне присутствуют системные проблемы, которые препятствуют их дальнейшей цифровой трансформации. Также специфика производства приводит к разному уровню цифровой зрелости отраслевых промышленных компаний. Поэтому актуальность приобретает проведение исследования практического опыта использования технологий Индустрии 4.0 на промышленных предприятиях разных отраслей, а также анализа системных проблем их дальнейшего внедрения для поиска решений по обеспечению форсированной цифровой трансформации всей промышленности России

Актуальность темы работы обоснована необходимостью анализа практического опыта и системных проблем применения передовых технологий Индустрии 4.0 на российских предприятиях различных отраслей промышленности для разработки комплекса мер по их цифровой трансформации. В условиях санкционного давления и, следовательно, реализации политики импортозамещения, возникает необходимость сокращения технологического отставания в использовании передовых цифровых технологий четвертой промышленной революции, а также поиска действенных мер для форсированной цифровой трансформации российской промышленности.

Изученность проблемы. Актуальные проблемы и аспекты применения технологий четвертой промышленной революции представлены в работах следующих исследователей: Абанина И.Н., Басова А. Г., Оглоблина Е. В. [1], Галимова М. П. [4], Дмитриева С.В. [8], Зимовец А.В., Климачев Т.Д. [9], Маринова И.В. [11], Кускова А. А., Ильинский А. А. [19], Пипенко В.В. [23], Подшивалова М. В., Подшивалов Д. В. [25], Тарасов Ф. А. [28] и других.

Цель исследования заключается в проведении анализа практического опыта применения технологий Индустрии 4.0 на предприятиях различных отраслей промышленности для выявления системных проблем их внедрения, а также поиска мер по ускорению цифровой трансформации промышленности для обеспечения сокращения технологического отставания в использовании передовых цифровых технологий четвертой промышленной революции.

При проведении исследования использовались следующие научные методы: метод сравнения, аналитический метод, метод изучения информационных материалов, метод статистического анализа, графический метод, структурный метод, табличный метод.

Научная новизна исследования заключается в проведении анализа и оценки передового практического опыта применения технологий Индустрии 4.0 на предприятиях различных отраслей российской промышленности. Авторы использовали системный подход к определению проблем, препятствующих цифровой трансформации промышленных предприятий. Также авторы разработали комплекс системных мер по ускорению внедрения технологий Индустрии 4.0 на предприятиях всех отраслей промышленности.

1. Теоретические основы четвертой промышленной революции

Сейчас во всем мире, так и в России активно развивается концепция четвертой промышленной революции («Индустрия 4.0»). Впервые она была представлена на Ганноверской ярмарке (Германия) в 2011 году и дальше разрабатывалась президентом Всемирного экономического форума в Давосе Клаусом Швабом.

Индустрия 4.0 подразумевает создание нового мира, в котором виртуальные и физические системы производства будут гибко взаимодействовать между собой на глобальном уровне, что обеспечит создание инновационных товаров и услуг, которые имеют нулевые предельные издержки и будут выходить на товарные рынки посредством цифровых платформ. При этом распространяется применение автономных производственных линий, которые наиболее рентабельны в условиях массового и крупносерийного производства. Также Индустрия 4.0 предполагает развитие Интернета Вещей (IoT) и промышленного Интернета вещей (IIoT), которое предполагает массовое подключение интеллектуальных устройств (вещей) к системе «умный дом» и «умный город», а также к промышленному оборудованию [9,14,28]. Основой нового мира являются «умные» фабрики, в которых киберфизические системы (CPS), как совокупности цифровых и производственных систем, оснащаются искусственным интеллектом (ИИ), что позволяет компьютерам и производственному оборудованию (в т.ч. промышленным роботам) автономно обмениваться большими данными друг с другом на протяжении всего процесса создания продукта [20]. При этом полученные данные хранятся и анализируются в специальном облачном хранилище, которое защищенно технологиями шифрования кибербезопасности.

Таким образом, главным отличием Индустрию 4.0 от предыдущих промышленных революций является то, что максимальный приоритет отдается взаимосвязанности интеллектуальных цифровых систем и оборудования, масштабной автоматизации, ИИ, обмену данными и производству в реальном времени, а также персонализации (создание цифровых аватаров) и кибербезопасности [9].

Рынок данных технологий стремительно растет. Так, согласно прогнозу MarketsandMarkets, размер рынка технологий «Индустрии 4.0» должен был достичь 156 миллиардов долларов США к 2024 году, что в три раза больше, чем в 2019 году (около 58 миллиардов долларов) [8]. Данная мировая тенденция цифровой трансформации промышленности подчеркивает необходимость правительствам всех государств разрабатывать и реализовывать национальные программы по внедрению революционных технологий Индустрии 4.0 для обеспечения развития цифровой экономики.

Таким образом, переход к Индустрии 4.0 приведет к интеграции цифровых платформ с оборудованием предприятия, что создаст киберфизическую систему, которая при помощи технологий ИИ позволит максимально увеличить совокупный экономический эффект предприятия от сокращения издержек, увеличения эффективности производства и интеллектуализации технологических процессов, а также оперативной адаптации компании к меняющийся конъюнктуре рынка. Следовательно, концепция «Индустрия 4.0» предполагает применение совершенно нового подхода к промышленному производству на основе масштабной цифровизации и автоматизации бизнес-процессов на предприятиях.

2. Влияние санкционного давления на развитие технологий Индустрии 4.0 в России

Развитие четвертой промышленной революции в российских реалиях тормозит санкционное давление стран Запада. Первые санкции на инвестиции в высокотехнологичные компании РФ были ведены в 2014 году. Также с 30 апреля 2014 года прекращалось сотрудничество американских IT-компаний (Microsoft, Oracle, Symantec и Hewlett-Packard) с российскими банками и компаниями, в отношении которых власти США ввели санкции. Еще тогда, согласно установленной стратегии, началась реализация политики импортозамещения программного обеспечения (ПО) и другой высокотехнологичной продукции [1,10]. Но темпы импортозамещения в IT-секторе были достаточно низкими. Поэтому к 2022 году не удалось разработать отечественные аналоги всех технологий Индустрии 4.0. Поэтому самый мощный санкционный удар Запада в 2022 году, вызванный его реакцией на проведение РФ СВО на Украине, застал врасплох высокотехнологический сектор российской экономики.

Здесь следует отметить, что наибольшие проблемы наблюдаются у российских предприятий, которые оказались зависимыми от иностранного прикладного ПО, так и базового (операционные системы, управление базами данных и др.), а также от электроники. Так, в докладе НИУ ВШЭ отмечалось, что ПО Россия импортирует в основном из западных стран (крупнейшие поставщик – Германия с долей 16,4%, США с 9,6%, Нидерланды с 9,1% и др.). В импорте электроники, оборудования и прочих IT-товаров 85% приходится на страны Азии, в том числе 65% – на КНР [23].

Сами санкции включали в себя ограничения на импорт передовых IT-технологий. Например, квантовые компьютеры и передовые полупроводники, высокотехнологичную электронику и программное обеспечение, 3D-принтеры, оборудование для проведения квантовых вычислений, электронные и атомно-силовые микроскопы, катализаторы для нефтепереработки, электропроводящие полимеры, датчики, радиолокационное и навигационное оборудование. Здесь можно выделить следующие зарубежные ИТ-компании, которые в рамках санкций прекратили продавать данную продукцию пользователям из России: AMD, Adobe, Cisco, SAP, IBM, Imperva, а также Microsoft, Norton, Avast, Oracle, Fortinet, и др. Следует отметить, что в частности, для того же развития ИИ необходимы вычислительные мощности – суперкомпьютеры, при создании которых используются графические ускорители NVIDIA, Intel, AMD [1,20].

Помимо непосредственно ограничения импорта США были введены финансовые санкции в отношении технологического сектора России. Данные меры нацелены на ключевых поставщиков технологий, необходимых для обеспечения потребностей российских вооруженных сил, таких как микропроцессоры и полупроводники [1]. Это также замедляет разработку и внедрение технологий Индустрии 4.0. Компаниям теперь необходимо искать новые источники финансирования прорывных цифровых инноваций. Таким образом, невозможность в нужной мере наладить создание на промышленных предприятиях технологической инфраструктуры Индустрии 4.0 сильно тормозит развитие всей экономики РФ.

3. Анализ практических примеров применения технологий Индустрии 4.0 на предприятиях различных отраслей российской промышленности

Рассмотрим уровень оснащенности технологиями Индустрии 4.0 российских промышленных предприятий разных отраслей промышленности. В данном исследовании проанализированы отрасли обрабатывающей промышленности и топливно-энергетического комплекса. Анализ данных по долям организаций отраслей обрабатывающей промышленности, использующих технологии Индустрии 4.0 отражен на рисунке 1.

Рисунок 1. Доля организаций обрабатывающей промышленности, использующих технологии Индустрии 4.0 в 2020 году

Источник: составлено авторами на основе [31].

Набольшее распространение на предприятиях обрабатывающей промышленности получили облачные сервисы (27,1%), что связано с меньшими затратами на их внедрение и относительной простой интеграции. Практика применения промышленных роботов показала высокий результат (17,2%), что является следствием специфики обрабатывающих отраслей промышленности (высокая потребность в автоматизации обработки материалов и сборке машин). Реже всего используются цифровые двойники (3,3%) и ИИ (3,6%), что связано с их сложностью внедрения (мало импортных аналогов и большая потребность в технологической инфраструктуре) и высокой стоимостью.

Теперь необходимо проанализировать практику внедрения технологий Индустрии 4.0 по отраслям обрабатывающей промышленности (табл. 1).

Таблица 1

Примеры внедрения технологий Индустрии 4.0 на предприятиях различных отраслей обрабатывающей промышленности

Отраслью-флагманом по внедрению технологий Индустрии 4.0 может считаться металлургия. На ее предприятиях активно используются 2-4 технологии Индустрии 4.0 (ИИ, цифровые двойники, IIoT, облачные технологии). Химическая отрасль показывает более скромные результаты. Внедряются от 1 до 3 технологий (цифровые двойники, IIoT, AR и элементы ИИ). Машиностроение здесь показало самый худший результат: используется только одна технология IIoT или облачные хранилища, что говорит о материально-технической отсталости предприятий этой отрасли. И, наконец, пищевая отрасль промышленности характеризуется среднем уровнем внедрения IoT, облачных хранилищ и элементов ИИ (1-3 технологии).

Далее, проанализируем обеспеченность топливно-энергетической комплекса (ТЭК) технологиями Индустрии 4.0. Стоит отметить, что ТЭК представляет из себя структуру топливной и энергетической промышленности, а так же предприятий электроэнергетики. При этом он является стратегически необходимым для обеспечения развития ресурсно-зависимой экономики РФ. По данным Росстата, топливно-энергетический комплекс формирует более 20% ВВП страны, а именно 50% экспорта нефти, природного газа, угля, сланца, торфа. Стоит отметить, что бюджет страны, который складывается за счет топливно-энергетического комплекса, составляет более 40% [19].

На рисунке 2 представлены данные по долям организаций отраслей ТЭК, использующих технологии Индустрии 4.0.

Рисунок 2. Доля организаций топливно-энергетической промышленности, использующих технологии Индустрии 4.0 в 2020 году

Источник: составлено авторами на основе [31].

Набольшее распространение на предприятиях ТЭК получили облачные сервисы (19,4%) и Интернет вещей – 15,9%. Заметна большая разница в использовании промышленных роботов, которые более чем в 8 раз реже применяются. Это обуславливается сложной и специфичной технологией добычи нефти, газа (необходимы более высокие затраты на внедрение роботов, чем в других отраслях). Аддитивные технологии в ТЭК также в 5 раз меньше внедряются, чем в обрабатывающей промышленности, что также обуславливается спецификой ТЭК. Главной проблемой является внедрение ИИ, который может универсально применяться на предприятиях всех отраслей промышленности. Доля использующих его предприятий не превышает 6%.

Далее необходимо проанализировать практику внедрения технологий Индустрии 4.0 на стратегически важных для ресурсно-зависимой экономики РФ на предприятиях нефтегазовой и электроэнергетической отраслей промышленности (табл. 2).

Таблица 2

Примеры внедрения технологий Индустрии 4.0 на предприятиях различных отраслей ТЭК

Очевидно, что в нефтегазовой отрасли большее распространение получили цифровые двойники. Это обуславливается тем, что добыча энергоресурсов достаточно опасный и трудозатратный процесс. Поэтому цифровые модели скважин, месторождений и добывающего оборудования позволяют сократить риски травм, повысить эффективность добычи ресурсов и оптимизировать логистику. Реже применяется анализ больших данных, что обуславливается недостаточным уровнем технологической инфраструктуры. Наиболее внедряемой технологией на предприятиях электроэнергетики стал IoT, что обуславливается необходимостью наличия большого количества различных «умных» датчиков и счетчиков для контроля за энергосетью. Цифровые двойники в отличие от нефтегазовой промышленности здесь применяются реже. Электростанции только начинают осваивать данную технологию.

Здесь следует сравнить отрасли промышленности по степени оснащенности технологиями Индустрии 4.0. Видно, что цифровая трансформация успешно проводится на предприятиях металлургической и нефтегазовой отраслей, что вызвано их стратегической необходимостью для ресурсно-зависимой экономики России. Здесь IoT и IIoT, цифровые двойники, облачные технологии внедряются более системно, чем на предприятиях машиностроительной отрасли. Цифровизация машиностроения проходит медленно, ввиду ее слабого технологического развития (большая доля изношенных ОФ) и малой долей в ВВП и экспорте. Последняя проблема, вызвана ориентацией экономики РФ на экспорт ресурсов, а не машин, что тормозит развитие данной отрасли. Обычно на предприятиях машиностроения применяется одна технология Индустрии 4.0 (часто это только IIoT).

4. Системные проблемы внедрения технологий Индустрии 4.0 на предприятия различных отраслей промышленности

Несмотря на то, что отрасли промышленности имеют разный уровень по использованию технологий Индустрии 4.0, у них всех имеются системные проблемы развития, которые следуют из особенностей функционирования российской экономики. На основе проведенного анализа источников [4,7,8, 17,18,20,25,29], можно выделить следующее системные проблемы перехода промышленных предприятий к Индустрии 4.0:

1) импортозависимость. Несмотря на то, что уже имеются отечественные аналоги промышленного и инженерного программного обеспечения (Облачные хранилища, IIoT, IoT, ИИ и т. д.) они, тем не менее, содержат иностранные программные и электронные компоненты. Это ведет к угрозе функционирования IT-системы в условиях санкционного давления и росту финансовых издержек на внедрение;

2) нехватка у персонала и руководства знаний технологий. У сотрудников и руководящего состава, в большей мере, малых промышленных предприятий (МПП) не хватает цифровых компетенция для разработки и реализации проектов по внедрению и интеграции технологий Индустрии 4.0 с оборудованием. Поэтому цифровая трансформация проходит более «интуитивно» и не системно, что влечет за собой дополнительные издержки и отсутствие синергетического эффекта;

3) нехватка высококвалифицированных специалистов. Особенно это касается бизнес-аналитики, кибербезопасности, ИИ и робототехники, больших данных и облачных технологий. Проблема ведет к неэффективной работе технологий Индустрии 4.0;

4) плохая осведомленность инвесторов (в т.ч. венчурных) о технологиях Индустрии 4.0. Актуален вопрос окупаемости инвестиций в тот или иной технологический проект;

5) изношенность основных фондов (ОФ). Производственное оборудование на большинстве предприятий устаревшее, что делает проблематичным или невозможным его интеграцию с «умными» датчиками;

6) низкий уровень цифровой инфраструктуры. На небольшом количестве мероприятий имеется высокоскоростной интернет и покрытие IT-технологиями. Особенно проблема актуальна для компаний в удаленных районах РФ;

7) нехватка финансовых ресурсов. Выстраивание цифровой экосистемы на базе технологий Индустрии 4.0 требует наличия собственных огромных финансовых вложений промышленных компании (особенно МПП) для установки оборудования к которому могут подключаться «умные» датчики. Затраты необходимы и на обучение персонала;

8) низкая киберзащищенность. Выстраивание сложной киберфизической системы создает определенные риски осуществления хакерских атак на облачные хранилища, цифровые платформы, ИИ и т.д. Особенно это касается устройств, подключенных к Интернету. Это ведет к утечке конфиденциальной информации. простоям производства;

9) консерватизм топ-менеджмента и работников. Проблема заключается в неготовности персонала компании к цифровой трансформации. Руководство предпочитает использовать консервативные и опробованные методы в организации и управлении производством, что тормозит цифровую трансформацию;

10) технологическая безработица. Масштабная цифровая трансформация и роботизация промышленности может повлечь за собой массовые сокращения производственных рабочих;

11) локальное (частичное) внедрение технологий индустрии 4.0. Проблема предполагает использование какой либо одной технологии (часто это облачные хранилища или боты), что приводит к недополученной прибыли;

12) несовершенство законодательства. У технологий Индустрии 4.0 практически отсутствует нормативно-правовая база. Особенно проблематика касается регулирования использования ИИ в промышленности, что ведет к появлению юридических рисков.

Указанные системные проблемы оказывают интегральный неблагоприятный эффект на проведения форсированной цифровой трансформации промышленности, что требует разработки и реализации срочных мер по их нивелированию в условиях санкционных угроз.

5. Комплекс мер по ускорению внедрения технологий Индустрии 4.0 на предприятиях различных отраслей российской промышленности

Для решения данных системных проблем необходим комплекс мер, направленных на форсированное внедрение технологий Индустрии 4.0 на промышленных предприятий различных отраслей. Возможно применение следующих мер:

1) развивать сотрудничество с дружественными и нейтральными странами по кооперации в сфере технологий Индустрии 4.0. Здесь возможен обмен практическим опытом внедрения данных технологий, а также научно-техническое сотрудничество;

2) развивать собственные разработки технологий Индустрии 4.0 на базе НИОКР предприятия. Все промышленные компании (не только сектора высоких технологий) должны подключится к реализации политики импортозамещения;

3) ввести дополнительное субсидирование затрат на внедрение технологии Индустрии 4.0 и проведения по ним научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ НИОКР;

4) модернизацировать ОФ и промышленная застройка неиспользуемых участков. На промышленных предприятиях необходимо начать масштабное перевооружение ОФ. Старые станки необходимо заменять на станки с ЧПУ и промышленных роботов;

5) повышать осведомленность персонала и руководства о преимуществах технологий Индустрии 4.0, а также о мерах господдержки;

6) обучать работников цифровым компетенциям по использованию технологий Индустрии 4.0. В обучение могут использоваться различные учебные онлайн-курсы;

7) обеспечивать кибербезопасность. Сюда может входить двухэтапная аутентификация, шифрование данных облачных хранилищ и мониторинг киберугроз. Также необходимо проводить корпоративное обучение персонала основам кибербезопасности;

8) развитие цифровой инфраструктуры. Сюда входит прокладывание высокоскоростного Интернета в отдаленные районы страны, а также расширение внедрения 5G;

9) обеспечение льготным кредитованием, государственным субсидированием процентной ставки, налоговыми льготами и каникулами [9,20];

10) совершенствование нормативно-правовой базы технологий Индустрии 4.0 и ее системы правового регулирования. Здесь необходимо внесение нормативов, правил, ответственности в отношении интеллектуальных технологий;

11) федеральным и региональным органам власти стоит вернуться к концепции создания на некоторых территориях свободных экономических зон [11];

12) привлечение государственных и корпоративных венчурных инвестиций, а также содействие развитию практики страхования венчурного финансирования. Это поможет привлечь необходимы финансовые ресурсы для проведения цифровой трансформации промышленности [9,20];

13) снижение НДС на высокотехнологичное оборудование и продукцию (в первую очередь на технологии Индустрии 4.0) [9].

Залогом эффективности данного комплекса мер, в условиях санкционного давления, является его системная реализация. При внедрении технологий Индустрии 4.0 необходимо решать каждую проблему цифровой трансформации. Начиная с внутрикорпоративного искоренения консерватизма топ-менеджмента и заканчивая разработкой национальных госпрограмм финансовой и льготной поддержки внедрения технологий Индустрии 4.0. Здесь необходимо решение системных проблем так на уровне промышленного предприятия, так и на государственном уровне. Таким образом, можно успешно перевести все промышленные предприятия под стандарты четвертой промышленной революции и, следовательно, догнать в технологическом развитии передовые страны Запада и Востока.

Заключение

Внедрение технологий Индустрии 4.0 в промышленности является залогом прорывного развития высокотехнологичной экономики XXI века. Создание цифровых экосистем на базе IIoT, облачных хранилищ, ИИ, цифровых двойников и других технологий Индустрии 4.0 на промышленном предприятии позволят достичь огромного экономического эффекта путем автоматизации и интеллектуализации бизнес-процессов. Логистика, мониторинг оборудования, производство продукта, сбор и анализ больших данных, подготовка отчетности и другую рутинную работу уже сейчас можно предоставить машине.

В российских условиях развитие технологий Индустрии 4.0, помимо наличия ресурсно-зависимой экономики, было замедленно санкционным давлением. Запрет на импорт IT-продуктов вызвал необходимость в проведении политики импортозамещения. Отечественные аналоги ПО, стандарта Индустрии 4.0, уже применяются в промышленности. Но уровень обеспеченности данными технологиями различен в зависимости от отрасли промышленности. Было установлено, что цифровая трансформация успешно проводится на предприятиях металлургической и нефтегазовой отраслей, что вызвано их стратегической необходимостью для ресурсно-зависимой экономики России. Медленно проходит цифровизация машиностроительной отрасли, которая технологически слабо развита. Общий уровень слабой обеспеченности технологиями Индустрии 4.0 во всех отраслях российской промышленности является следствием наличия системных проблем, которые затрагивает технологическую, финансовую, правовую, культурную и образовательную сферу. Следовательно, только возможные комплексные меры, предложенные авторами, помогут их устранить и тем самым обеспечить прорывное развитие отечественной промышленности, технологический базис которой будет полностью подготовлен к вызовам грядущей пятой промышленной революции.