В июне 2019 года в Москве был впервые создан Московский
научно-образовательный Консорциум на базе образовательных
организаций высшего образования города Москвы. Главной целью
деятельности этого Консорциума являются: поиск путей и
формирование предложений по обеспечению эффективной
реализации Стратегии научно-технологического развития
Российской Федерации (СНТР), в соответствии с Указом
Президента Российской Федерации № 642 «О Стратегии
научно-технологического развития Российской Федерации», на
основе интеграции компетенции и инфраструктуры членов
Консорциума.
В состав Консорциума входят ведущие вузы по семи
направлениям СНТР: Московский государственный
технологический университет «СТАНКИН», Российский
химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева,
Российский государственный аграрный университет – МСХА имени
К.А. Тимирязева, Московский медико-стоматологический
университет им. А.И. Евдокимова, Московский авиационный
институт, Российский государственный гуманитарный
университет, Военный университет.
Напомним, Стратегия научно-технологического развития
Российской Федерации была утверждена 1 декабря 2016 года
указом Президента России. Это документ, который формулирует
цель и основные задачи научно-технологического развития
страны, а также определяет основные направления и приоритеты
государственной политики в этой области.
В документе определены проблемы российской науки, в
частности, то, что направления исследований фундаментальной
науки отстают от современных, научные и образовательные
центры в разных регионах страны работают с разной
эффективностью, молодежь не удается привлечь в науку,
общество и экономика не готовы к инновациям и так далее.
Кроме того, в Стратегии выделены так называемые «большие
вызовы» — существенные риски и проблемы, которые стоят перед
обществом, экономикой и государственным управлением России.
Справиться с этими проблемами можно во многом благодаря
развитию науки и технологий.
В сентябре 2019 г. Московский научно-образовательный
Консорциум выиграл конкурс Министерства науки и высшего
образования Российской Федерации на предоставление грантов в
форме субсидий в целях реализации Федеральной̆ целевой̆
программы «Исследования и разработки по приоритетным
направлениям развития научно-технологического комплекса
России на 2014-2020 годы». Мероприятие 1.1, очередь 1
«Проведение исследований, направленных на формирование
системы научно-технологических приоритетов и прогнозирование
развития научно-технологической̆ сферы» (далее – Конкурс). В
рамках Конкурса членами Консорциума будет проведена работа
по теме «Исследование состояния и перспектив реализации
приоритетных направлений научно-технологического развития
Российской Федерации».
24 октября 2019 года в рамках международной политехнической
выставки «Технофорум-2019» прошла первая экспертная сессия
Консорциума «Стратегия научно-технологического развития
России: цифровые конвергентные технологии», посвященная
исследованию состояния и перспектив реализации приоритетных
направлений научно-технологического развития Российской
Федерации.
В сессии приняли участия ректоры вузов, входящих в
Московский научно-образовательный Консорциум, руководители
федеральных органов исполнительной власти Российской
Федерации, научно-образовательных и исследовательских
организаций, в том числе, академических институтов РАН,
ведущих индустриальных холдингов и предприятий.
Были обсуждены проблемы, цели и задачи стратегического
научно-технологического развития Российской Федерации в
условиях динамично изменяющегося мира. Участниками встречи
много времени было уделено вопросам анализа внешних и
внутренних вызовов, состоянию и перспектив реализации
приоритетных направлений научно-технологического развития
Российской Федерации, подходам и
организационно-экономическим механизмам к формированию СНТР.
Открыла сессию
ректор МГТУ «СТАНКИН» Елена Катаева.
Она
отметила, что это мероприятие - по-настоящему историческое
событие. Семь университетов, представляющих семь
приоритетных направлений научно-технологического развития
Российской Федерации, объединили усилия и впервые заключили
соглашение о создании Консорциума, который призван
содействовать технологическому прорыву и развитию потенциала
российской экономики на основе разработки перспективных
технологий и обеспечения их трансфера в индустрию. Это
сотрудничество открывает грандиозные перспективы для
российской науки и образования и может стать хорошим
примером, когда объединение потенциала
научно-образовательных организаций направлено на решение
важнейших задач государства.
«По количеству студентов и охвату научных исследований мы
вместе превосходим любой российский университет.
Общеизвестно, что прорывные инновации всегда создаются на
межотраслевых стыках. Наше сотрудничество открывает
безграничные возможности для междисциплинарных и кросс
дисциплинарных исследований и разработок, развития сетевых
образовательных программ, и кроме того, еще даёт потрясающие
возможности для реализации студенческих проектов.
Подведомственность разным Федеральным органам исполнительной
власти создает возможности для максимально глубокой
интеграции в реализацию национальных проектов и программ», -
сказала Елена Катаева.
Ректор РГГУ Александр Безбородов продолжил:
«Сегодня
исследование больших вызовов и угроз связано с
необходимостью комплексного подхода и комплексного изучения
со стороны всех наук. Такое комплексное изучение и
образование на этой основе помогут сформировать в России
корпус специалистов, умеющих делать квалифицированные
прогнозы. Для страны же в целом это задача национального
стратегического планирования. Безусловно, это работа на
будущее, и у наших вузов здесь есть хорошие перспективы.
Всеобъемлющий характер гуманитарного знания задает сегодня
высокий уровень новой методологии, новых подходов к освоению
методологии как науки и как целого ряда прикладных
исследований, которых сегодня нам так не хватает. Всё это
вместе позволяет Консорциуму включиться в огромную работу
мирового масштаба - формирования новой картины мира», -
заключил Александр Безбородов.
На сессии было отмечено, что каждый вуз детально понимает
специфику своего приоритетного направления и может выступать
точкой входа в профильную область знаний, вовлекать в работу
исследовательские организации и индустриальных партнеров по
совместной тематике. Вузами были представлены доклады по
всем направлениям СНТР, были рассмотрены исследования
состояния и их реализации.
Сегодня на страницах нашего издания мы рассмотрим
направление Стратегии «а»: переход к передовым цифровым,
интеллектуальным производственным технологиям,
роботизированным системам, новым материалам и способам
конструирования, создание систем обработки больших объемов
данных, машинного обучения и искусственного интеллекта. О
нём подробно нам
рассказала ректор МГТУ «СТАНКИН» Елена
Катаева.
Целью такого исследования является формирование системы
научно обоснованной диагностики, прогнозирования и
планирования реализации приоритетных направлений
научно-технологического развития Российской Федерации.
В рамках выполнения проекта на первом этапе работ до конца
текущего года будет дана оценка научно-исследовательскому
потенциалу, то есть будет сформирован перечень российских и
мировых центров компетенций по всем приоритетным
направлениям Стратегии научно-технологического развития,
определена их значимость, выявлены их экономические,
функциональные и организационные связи. Для обеспечения
возможности комплексного анализа стадий инновационного цикла
по приоритетным направлениям научно-технологического
развития в состав задач проекта включены работы по
формированию переходных ключей «вид экономической
деятельности» – «приоритет СНТР» и «область науки» —
«приоритет СНТР». По итогам проведенной на 1-ом этапе работы
должен быть подготовлен проект Концепции системы
диагностики, прогнозирования и планирования
научно-технологического развития России. Кроме того, на 1-ом
этапе работы должна быть подготовлена методика национального
экспертного опроса «Оценка текущего и потенциального спроса
на результаты исследований и разработок».
Проект реализуется сформированным Консорциумом вузов. За
МГТУ «СТАНКИН» в данном проекте закреплены две важные
научно-организационные задачи. С одной стороны, за
Университетом закреплено проведение исследований по
приоритету «а» - Переход к цифровым, интеллектуальным
производственным технологиям, роботизированным системам,
новым материалам и способам конструирования, создание систем
обработки больших данных, машинного обучения и
искусственного интеллекта. С другой стороны, у МГТУ
«СТАНКИН» роль головной организации, обеспечивающей
систематизацию результатов исследований, выполняемых
Консорциумом вузов, а также формирование на основе
полученных результатов необходимых документов.
В настоящее время ведутся активные работы по выполнению
проекта. Подготовительная часть по проекту успешно
завершена: разработана методология выполнения работы,
определены состав и форматы отчетных материалов, найдены
подходы к формированию Концепции системы диагностики,
прогнозирования и планирования научно-технологического
развития России, а также методологии национального
экспертного опроса «Оценка текущего и потенциального спроса
на результаты исследований и разработок».
По приоритету «а» уже завершено формирование перечня
российских и зарубежных центров компетенций. Общее их
количество 250. Также проведен анализ сетевых связей центров
компетенций между собой с основными партнерами и клиентами.
Наряду с составлением перечня центров компетенций по
направлению «а» завершаются работы и по формированию
переходных ключей «вид экономической деятельности» –
«приоритет СНТР» и «область науки» — «приоритет СНТР».
Исследования, реализуемые МГТУ «СТАНКИН» по направлению «а»,
сосредоточены на нескольких основных составляющих: Индустрии
4.0 в целом, отдельных производственных технологиях,
рациональных для практической реализации, а также
технологиях, связанных с созданием и использованием новых
материалов, в том числе нанотехнологий.
Указанные составляющие в полной мере охватывают комплекс
технологий, отмеченных в приоритете «а» СНТР. При этом выбор
их в качестве объектов для исследования позволяет сделать
анализ системным, то есть включающим в себя не только
технологии, прямо указанные в приоритете СНТР, но и
технологии с ними связанные, что является важнейшим звеном в
цепи их практической реализации.
Индустрия 4.0 как производство, формирующееся в результате
четвертой промышленной революции, представляет собой
сложнейшую, по сути, кибернетическую систему. Одной из
важнейших ее составляющих является система управления
всевозможными элементами производственного процесса.
Технологическое содержание Индустрии 4.0 складывается из
двух составляющих:
- 1. Технологии формирования цифровых образов производства,
процессов (в т.ч. технологических) и объектов (изделий), а
также их воплощения в реальное производство, процессы или
объекты. Практической реализацией этой группы технологий
является Цифровое производство.
- 2. Технологии для сбора и обработки огромных объемов данных.
Это информационные технологии "Больших данных", "Облачные
технологии" и др.
В рамках решения задачи по определению приоритетных
технологий наибольший интерес представляет Цифровое
производство. Оно, как любая система, включает в себя
субъект управления (Человек + Системы управления) и Объекты
управления.
Системы управления цифрового производства включают в себя
всё разнообразие разработанных информационных технологий
управления:
- системы управления жизненным циклом изделия (системы
управления данными об изделии, комплекс систем
автоматического проектирования, исполнительные системы
производства, предназначенные для решения задач
синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска
продукции в рамках какого-либо производства, системы
управления производственным процессом),
- автоматизированные системы управления предприятием,
автоматизированные системы управления производственными
процессами, системы автоматического управления, системы
управления базами данных и др.
Ее полноценная работа предполагает трехмерную визуализацию и
автоматизированное проектирование различных процессов,
управление различным технологическим оборудованием,
автоматическое планирование транспортных потоков как внутри
предприятия, так и между ними и многое другое, что
обеспечивает слаженную и целенаправленную работу
предприятия. Для создания такого предприятия требуются
всевозможные инструменты проектирования, такие как
геометрические 3D- и символьные математические ядра, системы
виртуальной и дополненной реальности, инструментарий систем
искусственного интеллекта (системы поддержки принятия
решений, экспертные системы, искусственные нейронные сети,
системы машинного обучения) и другие современные средства
проектирования.
Вместе с тем, центральной и, пожалуй, главной составлявшей
системы управления пока все-таки остается человек. Поэтому
обязательной частью цифрового производства является
подготовка высококвалифицированного специалиста, способного
не только использовать современные производственные системы,
но и разрабатывать их. Разумное использование цифровых
технологий в этой сфере, как нам представляется, открывает
широкие перспективы этого направления.
Объекты управления в цифровом производстве — это рабочие
машины и оборудование с ЧПУ (станки, подъемно-транспортное
оборудование, роботы), информационные машины (оборудование
систем связи, средства измерения и управления, средства
вычислительной техники), энергетические машины (силовое
энергооборудование, генераторы, двигатели, а также
оборудование для рециклинга энергоресурсов).
Кроме того, для работы цифрового производства как системы,
объединяющей элементы, пространственно-разделенные на
существенные расстояния (между цехами на одном предприятии,
между предприятиями и т.д.), необходимы транспортные
средства для перевозок за пределами цеха. Такие транспортные
средства могут как быть интегрированными в цифровое
производство, так и взаимодействовать с ним без
использования цифровых технологий.
Для выявления оптимальных технологических средств реализации
Индустрии 4.0 в металлургии необходимо определиться с
конечными целями построения Индустрии 4.0, а также с
концептуальными основами реализации Индустрии 4.0. Цели
Индустрии 4.0 хорошо известны:
Во-первых, это высвобождение людей от рутинной деятельности.
Во-вторых, переориентация производства на удовлетворение
индивидуальных потребностей.
В-третьих, ресурсосбережение.
В практической плоскости достижение этих целей требует:
- создания технологий автоматизации и роботизации (для
высвобождения людей),
- обеспечение гибкости производства без ущерба его
эффективности (т.е. единичное и мелкосерийное производство
должны стать сопоставимыми по экономической эффективности с
крупносерийным и массовым производством),
- развития технологий оптимизации расходования ресурсов и
технологий повторного использования ресурсов.
Весь арсенал средств практического достижения целей
Индустрии 4.0 может быть обобщен концептуальными основами
реализации Индустрии 4.0, включающими в себя следующие
ключевые составляющие:
- 1. Производство должно иметь сервис-ориентированную
архитектуру, т.е. быть нацеленным на удовлетворение
индивидуальных потребностей. Это достигается на основе
использования трех подходов: за счет модульного построения
оборудования и технологий (это повышает гибкость
производства и дает возможность формировать технологию или
изделие под индивидуальный заказ как совокупность
стандартных технологических составляющих, соответствующих
крупносерийному или массовому производству), сокращения
числа технологических переделов, а также за счет
автоматизации и роботизации производства.
- 2. Необходимо создавать "умное производство", т.е.
производство с максимальным использованием сетевых и иных
цифровых технологий.
- 3. Производство в конечном итоге должно стать безлюдным. В
настоящее время такая перспектива представляется опасной с
социальной точки зрения, однако переход к безлюдному
производству представляется неизбежным и предметом
обсуждения может быть только вопрос о наименее болезненном
переходе к нему. Одним из факторов, определяющих остроту
социальных последствий, является развитие систем
электронного (в том числе дистанционного) обучения для
переподготовки кадров.
- 4. Перспективной в рамках Индустрии 4.0 является концепция
«бережливого производства», ядром которой является
постоянный контроль и минимизация потерь (в частности от
неэффективного использования ресурсов).
Сформулированным целям Индустрии 4.0 и концептуальным
основам ее реализации соответствует комплекс оптимальных
технологических средств. Эти технологические средства
реализации включают в себя различные группы технологий,
наилучшим образом вписывающиеся в Индустрию 4.0.
К числу таких технологий относятся металлургические
технологии горячебрикети́рованного
желе́за/прямовостанновленного железа (ГБЖ/ПВЖ)
(обеспечивающие сокращение числа технологических переделов),
технологии электродуговой и электронно-лучевой плавки
металлов (оптимальны для управления посредством систем ЧПУ и
других систем цифрового управления), аддитивные технологии
(максимальная гибкость, сокращение числа технологических
переделов, цифровое управление), прецизионное
3D-компактирование (сокращение числа технологических
переделов), инжекционные и литьевые технологии и многие
другие.
Оптимальными для Индустрии 4.0 технологиями, используемыми
во многих обрабатывающих производствах, являются технологии
немеханической обработки. Некоторые из этих технологий уже
широко применяются (например, лазерные, электроэрозионные и
пр.), другие пока еще находятся на стадии разработки
(например, нанотехнологии самосборки супрамолекулярных
структур).
Повсеместное использование в рамках Индустрии 4.0 будут
иметь большинство информационных технологий управления
цифровым производством. Задачи управления жизненным циклом
изделия, предприятием, технологическими процессами и т.д. —
задачи, решение которых в каждом конкретном случае имеющие
свою специфику, однако в основе работы систем, используемых
для решения таких задач, лежат общие принципы, идентичное
или аналогичное программное обеспечение.
Наряду с Индустрией 4.0 (и ее ключевой составляющей —
цифровым производством) в рамках исследований по приоритету
«а» существенное внимание уделяется новым материалам. Ввиду
чрезвычайно большого разнообразия физико-механических
свойств материалов и технологий их получения в рамках работы
предлагается систематизация новых материалов исходя из
функционального назначения.
Одним из наиболее активно развивающихся сегментов новых
материалов являются материалы для электротехники,
электроники и вычислительной техники. Это могут быть
полупроводниковые материалы, сверхпроводники, материалы с
гигантской магнитострикцией и др.
Другой важной функциональной группой новых материалов
являются конструкционные материалы. К числу таких материалов
в частности относятся сверхпрочные наноматериалы,
построенные на основе нанотрубок и фуллеренов, материалы,
«легированные» наночастицами, материалы, получаемые методами
интенсивной пластической деформации и многие другие.
Важной группой новых материалов являются экологичные
материалы. К их числу относят те, которые получают из
отходов производства, а также биоразлагаемые материалы.
Еще одной группой новых материалов являются последние
материалы для медицины: материалы с памятью формы
(применяются в транспланталогии и хирургии), биосовместимые
материалы и другие.
Следует отметить, что основная часть указанных выше
технологий и материалов являются объектом исследования не
только в рамках приоритета «а», но и одного или нескольких
других приоритетов. Подобно тому, как в рамках Индустрии 4.0
невозможно изолированно рассматривать какую-либо одну
отрасль (не учитывая ее взаимосвязь в рамках цифрового
производства и промышленного интернета вещей со всей
остальной экономикой), так же невозможно отдельно
рассматривать какой-либо приоритет СНТР, не учитывая
общности или взаимосвязанность используемых технологий, а
также реализацию всех приоритетов СНТР в рамках объединяющей
их задачи обеспечения устойчивого развития цивилизации.
Концепция Индустрии 4.0 предполагает использование всего
арсенала современных средств создания высокоэффективного
производства.
