Индустрия будущего. Обойдётся ли она без человека?
Разворачивающаяся в мире четвёртая промышленная революция кардинально изменит характер производства. Какие процессы уже происходят в индустриальных отраслях и чего ожидать в обозримой перспективе?
Драйверами изменений в ходе нынешней индустриальной революции, по опросам технологических компаний-лидеров, стали обработка и анализ больших данных (big data), компьютерное моделирование промышленных образцов на основе высокоскоростных вычислений, искусственный интеллект (ИИ), робототехника и ЗD-печать как разновидность аддитивного производства.
Компьютерное моделирование
«Современные методы проектирования в промышленности резко увеличивают потребность в высокоточном количественном моделировании. Создаются сложные модели, описывающие не какой-то один аспект объекта (например, аэродинамику), а весь комплекс свойств нового изделия. Для этого конструкторским бюро нужны мощные вычислительные ресурсы – ведь все геометрические, физические параметры и другие свойства можно рассчитать и оптимизировать на суперкомпьютерах», – рассказал генеральный директор группы компаний РСК Александр Московский.
Численное моделирование и компьютерные испытания нового продукта, по его словам, позволяют убедиться в том, что изделие будет способно показывать заданные характеристики, не прибегая к натурным испытаниям, которые зачастую дороги, требуют много времени или просто невозможны. Поэтому в авиамоторостроении, автомобильной и энергетической промышленности, других отраслях используются суперкомпьютеры.
«Развитие интеллектуального общества невозможно без повсеместного доступа к серьёзным вычислительным мощностям, - считает эксперт по интеллектуальным системам Huawei Дмитрий Попков. – Сегодня в крупнейших странах и регионах объём таких мощностей на душу населения варьируется от 100 до 2500 Гфлоп/с (количество операций с дробными числами, производимых за секунду – Ред.), а в стадии развития общества этот показатель должен превышать 10 тыс. Гфлоп/с. Вместе с тем интеллектуальному миру необходимы суперкомпьютеры и мощные IT-технологии, которые позволят обрабатывать информацию во много раз быстрее и откроют бесконечное количество вариантов применения и типов данных. Именно разнообразие инноваций позволит дополнительно стимулировать отрасль компьютерных вычислений и обеспечить ей новую движущую силу».
К слову, Huawei – один из мировых лидеров в области компьютерных вычислений – представил в 2019 году самый быстрый в мире ИИ-процессор Ascend 910 и кластер Atlas 900, призванный ускорить обучение искусственного интеллекта.
Техника с «мозгами»
«Искусственный интеллект кардинально меняет технологии, используемые в различных отраслях промышленности, и позволяет достичь принципиально нового уровня качества и развития технологического процесса», – пояснил руководитель департамента разработки беспилотных транспортных средств Cognitive Technologies Юрий Минкин.
Производством «искусственных мозгов» для беспилотного транспорта занимаются многие технологические бренды. И речь идёт не только о перевозках по городу или между городами и странами, но и о беспилотной сельхозтехнике.
Как уточнил Минкин, сельхозмашины могут самостоятельно справляться с работой, управляемые ИИ на основе нейронных сетей глубокого обучения. В разработках его компании для этого достаточно одной видеокамеры и развитой системы машинного зрения.
В России такую технологию применяет целый ряд агрохозяйств из Белгородской, Ростовской областей и Татарстана. В числе её пользователей и Томская область с суровым климатом и сложной геометрией полей. А аграрии Курганской области даже поставили в прошлом году рекорд по сбору урожая с использованием «умной» техники.
«Умные» месторождения
Несмотря на то, что многие СМИ любят иллюстрировать материалы о нефтедобыче фотографиями «качалок», их давно уже нет. Современные месторождения – это высокотехнологичные производства с максимально автоматизированными процессами.
Внешне месторождение выглядит как большая сеть трубопроводов с несколькими цехами, где тоже – трубы и приборы. Даже наземная часть скважин – это всего лишь площадки с трубами, муфтами, вентилями...
Нефть поднимается из-под земли, очищается, транспортируется автоматикой. Некоторые процессы, в том числе разделение сырой нефти на фракции, контролирует искусственный интеллект. И за всем этим следят один или пара операторов у компьютеров. Аналогично выглядят и газовые месторождения.
В добыче твёрдых полезных ископаемых, которая ведётся в шахтах, тоже широко используются современные автоматизированные системы. Так в угледобыче атмосферу в шахте, передвижения по ней горняков и техники, подъём на поверхность угля контролируют они и операторы у компьютеров на земле. Впрочем, уже и шахтёров отчасти заменяют комбайны, способные «выгрызть» из пласта породу быстрее и эффективнее.
Фабрики будущего
Широкое внедрение передовых производственных технологий открывает дорогу созданию в нашей стране «фабрик будущего». Этот проект стартовал в 2017 году, когда президиум Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию России одобрил «дорожную карту» ТехНет Национальной технологической инициативы. В нём задействованы десятки компаний и корпораций, университеты, малый и средний бизнес.
Этапы развития проекта – «цифровые фабрики», «умные фабрики» и «виртуальные фабрики». В первой «цифровой фабрике», открытой на базе Центра компьютерного инжиниринга и Института передовых производственных технологий СПбПУ имени Петра Великого, все технологические процессы – от проектирования до виртуальных испытаний продукта – происходят в цифре.
«Умные фабрики» будут работать вообще без людей. Их прообразом являются многофункциональные обрабатывающие центры на базе робототехнических комплексов, а также аддитивные технологии (3D-печать), уже получившие распространение в строительстве, металлургии, энергомашиностроении, приборостроении, авиационной, космической и атомной отраслях промышленности.
«Виртуальные фабрики» – распределённая сеть цифровых и умных фабрик – смогут выстраиваться в производственные цепочки с помощью промышленного интернета из любой географической точки и оптимизировать производственные циклы.
«Фабрики будущего», по оценке Алексея Боровкова, проректора по перспективным проектам СПбПУ имени Петра Великого, позволят производить продукцию в 10 раз лучше, дешевле и быстрее, чем это делается сегодня на традиционных производствах.
Развернуть их в России с охватом всех отраслей высокотехнологичной промышленности и всех рынков планируется к 2035 году.
Связанные одной сетью
Общий объём мировых данных в «цифре», по мнению аналитиков, будет расти в геометрической прогрессии – от 16 зеттабайт (1 зеттабайт – 1021, то есть секстиллион байтов) в 2016 году до 163 зеттабайтов в 2025-м. Причём доля промышленности и других отраслей экономики в этом объёме увеличится в ближайшие годы до 60% (в 2015 году они генерировали 30% всех данных, пользователи ПК и гаджетов – 70%).
Всё возрастающий поток обрабатываемой информации требует высоких скоростей передачи данных. И они уже стали реальностью благодаря внедрению сетевой технологии 5G – мобильной связи нового поколения. От предшественника, технологии 4G, её отличает скорость, доходящая в пике до 35 Гбит/сек, высокая пропускная способность восходящей полосы частот и низкая задержка, а также небольшое энергопотребление.
Коммерческий запуск сетей 5G начался в конце 2018 года в Южной Корее. Сегодня лидеры лидерами в этом направлении стали, помимо этой страны, Великобритания, Германия и США – там развёртывание сетей идёт особенно интенсивно. Этого нельзя сказать о Швейцарии и Финляндии, но эти страны активно участвуют в разработке 5G. К концу 2019 года, по информации Глобальной ассоциации мобильных поставщиков (GSA), о намерении разворачивать сети 5G объявили 62 оператора связи из 34 стран, включая Россию. При этом 41 из них – две трети от общего числа – работают при поддержке Huawei.
«Активное развитие цифровых технологий оказывает существенное влияние на все сферы деятельности. Каждая отрасль переживает цифровую революцию, которая заставляет компании трансформировать бизнес-модели и внедрять инновационные технологии, - рассказал эксперт компании Huawei Дмитрий Попков. – Направление интеллектуальных вычислений и поддерживающего его оборудования только формируется».
В этой связи он напомнил, что Huawei уже обладает огромным опытом в этой области и считает развитие экосистемы AI – от микропроцессора до алгоритмов интеллектуальных вычислений, а также подготовки и обучения кадров в этой сфере – основным драйвером для изменений в традиционных отраслях.
«К примеру, некоторое время назад компания представила самый быстродействующий в мире ИИ-кластер Huawei Atlas 900. Он состоит из тысяч высокоскоростных процессоров, что позволяет значительно быстрее обучать модели ИИ с помощью изображений и речи, эффективнее проводить астрономические исследования и поиски месторождений нефти, составлять прогноз погоды, а также ускорять вывод на рынок решений для автономного вождения», - пояснил эксперт.
Сегодня, по его словам, повсеместно мы наблюдаем явный рост потребностей в цифровизации. В ней особенно нуждаются здравоохранение, образование, финансы, а также отрасль развлечений. А что будет завтра?
«В долгосрочной перспективе взрывной рост спроса на цифровые решения и инновации станет катализатором развития «бесконтактной экономики» - новой экономической модели на основе 5G, ИИ и облачных сервисов», - считает Попков.
Итак, новая экономическая модель, о которой в последнее время так много говорят, может оказаться «бесконтактной экономикой». Но даже в ней без человека не обойтись. Она открывает новые рынки, где понадобятся специалисты разного профиля, вызывает к жизни новые профессии. Так или иначе, искусственный интеллект и автоматизированные системы рождаются не сами собой – их создаёт человек. Именно от него и зависит дальнейший прогресс, который в конечном счёте работает на его же благо.