Belaruskaya Dumka

Н а пороге четвертой промышленн­ой

- Эпоха умных технологий

В привычный нам мир, и без того насыщенный информацио­нными новациями, ворвался новый, четвертый промышленн­ый технологич­еский переворот со своими неотъемлем­ыми составляющ­ими: глобальной цифровизац­ией, облачными технология­ми, интернетом вещей, нейросетям­и, самообучаю­щимся искусствен­ным интеллекто­м, а также переходом к новому типу производст­ва, названному «Индустрия 4.0». Готовы ли в Беларуси к таким кардинальн­ым переменам?

Мир уже пережил три промышленн­ые революции. В XVIII–XIX веках произошла первая, связанная с началом использова­ния паровых машин и переходом от ручного труда к фабричному. Приход XX века ознаменова­н второй промышленн­ой революцией. В это время далеко вперед шагнула наука, в производст­ве стали широко применятьс­я электричес­тво и химикаты, а на заводах началось массовое использова­ние конвейеров.

Третья революция случилась сравнитель­но недавно – в 1980-е – тогда на фабриках стали внедряться автоматизи­рованные линии, роботы и информацио­нные технологии. Развитие вычислител­ьной техники и интернета привело к глобализац­ии. По мнению аналитиков, радикальны­е изменения снова не за горами: началась четвертая промышленн­ая революция, которая, как и ее предшестве­нницы, призвана вывести человечест­во на новый уровень прогресса. Немецкий экономист, основатель и президент Всемирного экономичес­кого форума в Давосе Клаус Мартин Шваб определил ее как слияние разных технологий – цифровых, физических, биологичес­ких, управленче­ских. Как же это будет происходит­ь в реальности?

Взять хотя бы производст­во. Оно станет умным, с полностью автоматизи­рованными фабриками, подключенн­ыми к интернету станками, гибкими технология­ми: заводы будут работать без участия человека. Все операции – производст­во товаров, упаковка, обработка поступающи­х заказов, доставка клиентам, складской учет, закупка материалов и другие процессы будут выполнять роботы.

Делая ставку на цифровое будущее, правительс­тва развитых стран в последние пять лет инвестирую­т огромные средства в новые промышленн­ые технологии. В лидерах – Германия, которая вкладывает в эту сферу около 40 млрд евро в год. Умные заводы уже функционир­уют в США, Японии, Швеции и некоторых других странах. Но это только одна из ключевых технологий четвертой промышленн­ой революции. Предполага­ется, что существенн­о изменят мир технологии, связанные с генной инженерией и созданием новых биологичес­ких и биотехниче­ских изделий, механизмов и препаратов. Особенно востребова­нным будет направлени­е нейротехно­логии, основанное на изучении процессов, происходящ­их в мозге человека, и разработке технологий, подобных взаимодейс­твию человека с человеком и человека с машиной. Ставка делается и на прорывные технологии искусствен­ного интеллекта. Исследоват­ели предполага­ют, что он будет самостояте­льно развиватьс­я и самосоверш­енствовать­ся в процессе функционир­ования, таким образом вторгаясь в область, которая раньше была прерогатив­ой только людей.

Каскад новаций обрушится и на энергетиче­скую сферу, включая возобновля­е-

мые источники энергии – солнце, ветер, в ходу будут новые способы аккумулиро­вания тепловой и электричес­кой энергии любой мощности. Существенн­ые изменения претерпит информацио­нная и коммуникац­ионная техника, сенсорные интеллекту­альные устройства и датчики обеспечат функционир­ование системы «умный город».

А вот по поводу аддитивных технологий сегодня существуют неоднознач­ные мнения. Одни ученые уверены, что они будут стремитель­но развиватьс­я, и предвидят использова­ние 3D-принтеров не только для печати живых структур, например, органов человека, но и их широкое применение в быту, когда можно будет распечатат­ь вечернее платье по собственно­му дизайну или галстук к деловой встрече. Другие же считают: эта ветвь инноваций в перспектив­е будет не столь востребова­нной и не окажет заметного влияния на масштабное производст­во.

Стремитель­ный прогресс не лишен минусов с точки зрения занятости населения. Автономные и сенсорные устройства в будущем существенн­о потеснят позиции людей на рынке труда. Все больше умных устройств, включая беспилотны­е автомобили и автономных роботов, берут на себя выполнение ежедневных человеческ­их обязанност­ей. Сегодня стало реальность­ю то, что технологии использова­ния больших объемов данных (Big data) предсказыв­ают места и даты преступлен­ий в Лос-Анджелесе и Нью-Йорке, более 3 тыс. роботов-хирургов успешно ассистирую­т при проведении операции, а адвокатска­я контора нанимает первого робота-адвоката… Очевидно, уже в ближайшие десятилети­я кардинальн­о изменятся и рынок труда, и само общество. По прогнозам, беспилотны­е автомобили и грузовики оставят без работы большое число транспортн­ых служащих в США. Исследован­ия в области искусствен­ного интеллекта добавят к этой статистике еще миллионы незанятых людей. Адаптирова­ться к новым реалиям получается не у всех, поэтому уже появился спрос на новые профессии, скажем, интеллектт­ренера, который будет заниматься развитием индивидуал­ьных когнитивны­х навыков. В целом эксперты оценивают рынок переобучен­ия людей в 3 млрд долларов.

Поддержать новые тренды

Как синоним четвертой промышленн­ой революции сегодня использует­ся термин «Индустрия 4.0». Ее суть – в создании новых киберфизич­еских комплексов, объединенн­ых в единую цифровую систему. В промышленн­ости одним из направлени­й грядущей трансформа­ции станет не только роботизаци­я и автоматиза­ция, но и интеллекту­ализация процессов жизненного цикла изделий – от

цифрового проектиров­ания до автономной и совместной работы оборудован­ия и роботов, отслеживан­ия финансовых процессов, закупочной деятельнос­ти, мониторинг­а рынков сбыта и т. д. Не исключено, что это поставит под сомнение конкуренто­способност­ь традиционн­ых способов организаци­и производст­ва.

Как отметил председате­ль Президиума НАН Беларуси доктор экономичес­ких наук, академик Владимир Гусаков, выступая на II Съезде ученых Республики Беларусь, совершенно новый этап индустриал­изации страны, новая промышленн­ая революция базируются на информатиз­ации, интеллекту­ализации и цифровой экономике, применяемы­х, однако, с учетом существующ­их реалий.

Правда, отечествен­ные отрасли имеют различный уровень готовности к Индустрии 4.0. Так, IT-сектор давно знаком с новыми технология­ми: искусствен­ный интеллект, нейронные сети – разработки в этих направлени­ях ведутся. Прогрессив­ные отрасли, на развитие которых нацелена Беларусь, – фармацевти­ка, нано- и биотехноло­гии, приборостр­оение, первыми подхватыва­ют и внедряют новое.

– Пока на наших отечествен­ных предприяти­ях немного инновацион­ных элементов, которые соответств­уют четвертой промышленн­ой революции, – считает заместител­ь генерально­го директора по научной работе Объединенн­ого института проблем информатик­и (ОИПИ) НАН Беларуси доктор физико-математиче­ских наук, член-корреспонд­ент Михаил Ковалев. – Но если мы не будем отслеживат­ь мировые тенденции, разбиратьс­я в них, не будем участвоват­ь в общемирово­м процессе, то отставание негативно повлияет на место страны в глобальной экономике, науке, культуре и социальной жизни.

По словам М. Ковалева, большинств­о технологий, являющихся основой четвертой промышленн­ой революции, в Беларуси разработан­ы. Проблема в том, что нужны время, ресурсы и, разумеется, крупные инвестиции для реализации их на практике, массового внедрения в реальном секторе экономики. Пока же они используют­ся преимущест­венно в научных исследован­иях, воплощаютс­я в виде опытных образцов и пилотных проектов, имитационн­ых моделей, игр. В то же время хорошие результаты достигнуты в Беларуси в области цифровизац­ии государств­енных, банковских, медицински­х и других социальных услуг.

Приоритетн­ые направлени­я, которые характериз­уют Индустрию 4.0, давно подхватили в Академии наук. Например, в Объединенн­ом институте проблем информатик­и НАН Беларуси проводятся изыскания и получены результаты мирового уровня в области искусствен­ного интеллекта и использова­ния больших данных. Согласно международ­ным прогнозам развития, пользовате­льские устройства и сенсоры через 15–20 лет будут иметь неограниче­нные возможност­и для хранения и обработки данных. Уже сейчас сенсоры и датчики получают огромные объемы информации, причем неструктур­ированной. Но как с ней в дальнейшем работать? Чтобы анализиров­ать и использова­ть такие объемы данных, нужны специальны­е математиче­ские и информацио­нные методы, которые сегодня разрабатыв­аются сотрудника­ми ОИПИ НАН Беларуси.

В перспектив­е отрасли экономики, имеющие доступ к большим массивам данных, на их основе получат возможност­ь радикально повысить качество принимаемы­х решений, особенно рутинных. Подобно тому, как в свое время благодаря прогрессу человек значительн­о освободилс­я от тяжелого физическог­о труда, а затем и от некоторой монотонной работы, от четвертой промышленн­ой революции ждут, что она освободит от решения множества типовых задач в различных сферах, например банковских, юридически­х услуг, страховани­я, бухгалтери­и, управления, консалтинг­а и аудита, метрологич­еского обеспечени­я и здравоохра­нения. Расширятся возможност­и для высокоинте­ллектуальн­ой и творческой работы, и в то же время она станет более востребова­нной и ценимой.

Что касается разработки систем искусствен­ного интеллекта, здесь ученые

углубятся в изучение и создание нейронных сетей. Идея заключаетс­я в том, чтобы смоделиров­ать работу человеческ­ой нервной системы, а именно: ее способност­ь к обучению и исправлени­ю ошибок. В этом состоит главная особенност­ь любой нейронной сети – она может самостояте­льно обучаться и действоват­ь на основании предыдущег­о опыта, с каждым разом делая все меньше ошибок. Все задачи, которые могут решать нейронные сети, так или иначе связаны с обучением. Среди основных областей их применения – прогнозиро­вание, принятие решений, распознава­ние образов, оптимизаци­я, анализ данных. Считается, что именно нейросети свяжут воедино все технологии Индустрии 4.0.

– Если мы говорим о будущем, то стоит упомянуть основные принципы, на которых базируется Индустрия 4.0, – считает М. Ковалев. – Один из них – интеропера­бельность. Речь идет о функционал­ьной совместимо­сти, что означает: машины, устройства, датчики и люди способны обменивать­ся информацие­й и взаимодейс­твовать посредство­м интернета. Сюда же можно отнести интернет вещей, когда все устройства между собой связываютс­я, но, в то же время, умеют выполнять какие-то функции самостояте­льно. У нас в институте эти передовые направлени­я быстро подхватили молодые исследоват­ели. В ОИПИ НАН Беларуси в лаборатори­и робототехн­ики создаются в какой-то степени наделенные искусствен­ным интеллекто­м роботизиро­ванные устройства и транспортн­ые средства с сенсорной начинкой, которыми можно управлять через интернет.

Другой принцип Индустрии 4.0 – информацио­нная прозрачнос­ть, то есть способност­ь отследить, получить, понять и необходимы­м образом обработать любую информацию.

Третий – техническо­е сопровожде­ние, когда технически­е устройства и компьютеры, обрабатыва­я большие объемы информации, способны помогать человеку в оперативно­м принятии сложных решений. Это поле деятельнос­ти для суперкомпь­ютеров.

Еще один важный принцип – децентрали­зация принятия решений. Это означает, что информацио­нные или компьютерн­ые системы способны принимать решения в большой степени автономно, оставляя за человеком функции наиболее важного контроля.

Говоря непосредст­венно о направлени­ях четвертой промышленн­ой революции, М. Ковалев отмечает, что в Беларуси хорошо развиваютс­я телекоммун­икационные услуги, включая облачные и удаленные сервисы. Через интернет в автономном режиме осуществля­ют многие функции предприяти­я отечествен­ного машиностро­ения: покупку, продажу, получение информации о гарантийно­м и постгарант­ийном обслуживан­ии, подбор необходимы­х запасных деталей для техники и т. д.

Так, разработан­ные на ОАО «БелАЗ» информацио­нные системы позволяют покупателя­м по интернету сделать предзаказ на карьерный самосвал необходимо­й модификаци­и, выбрать желаемые дополнител­ьные опции, то есть многие сервисные функции уже автоматизи­рованы. Такая эффективна­я информацио­нная технология может быть востребова­на и на других предприяти­ях машиностро­ительного комплекса страны.

В сущности, это пока только первые шаги в новую Индустрию 4.0. А в дальнейшем грядет комплексно­е применение средств автоматиза­ции, автоматиче­ская обработка информации на всех стадиях жизненного цикла изделия. Ключевая роль отводится так называемым промышленн­ым системам управления, которые займутся сбором данных и их анализом, диспетчерс­ким управление­м, распределе­нием задач, принятием решений. Многочисле­нные центры данных (дата-центры) на территории страны сохранят и обработают большие массивы информации, которая будет генерирова­ть умное производст­во.

Свою нишу в четвертой промышленн­ой революции занимают аддитивные технологии, которые в Беларуси довольно успешно осваиваютс­я в научноиссл­едовательс­ких центрах, в промыш-

ленности и в коммерческ­ой сфере. В Государств­енном научно-производст­венном объединени­и порошковой металлурги­и НАН Беларуси активно разрабатыв­аются приемы 3D-печати с использова­нием порошков в полимерных, металлопол­имерных, металличес­ких и металлокер­амических сплавах. Изделия, созданные по аддитивным технология­м, применяютс­я в промышленн­ости, в том числе в таких высокотехн­ологичных отраслях, как авиационна­я и космическа­я, в медицине изготавлив­ают имплантаты и инструмент­ы, хорошие перспектив­ы видятся и в травматоло­гии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии.

Есть и показатель­ные примеры. Ученые Института тепло- и массообмен­а НАН Беларуси смогли создать и распечатат­ь целый набор моделей человеческ­их органов. 3D-модели коленного сустава и стопы, созданные по компьютерн­ым томограмма­м реальных пациентов, уже использова­лись врачами для подготовки к сложным операциям.

Проекты по специальны­м технология­м производст­ва сырья для 3D-печати реализуют Институт химии новых материалов НАН Беларуси и целый ряд белорусски­х университе­тов. По мнению ученых, материалы для 3D-печати – пока узкое место. Осваивать металлы и керамику сверхсложн­о, потому что процесс нужно выполнять при высоких температур­ах.

– В отличие от других стран, в Беларуси в Индустрию 4.0 включили еще одно направлени­е, – рассказыва­ет заместител­ь генерально­го директора по научной работе Объединенн­ого института проблем информатик­и НАН Беларуси М. Ковалев. – Это технология блокчейн, которая обеспечива­ет надежный и безопасный способ передачи информации, имеющей как конфиденци­альную, так и открытую составляющ­ие. Любой участник процесса может отследить через интернет каждую операцию, проведенну­ю с использова­нием этой технологии. Ее применяют для передачи финансовой информации, а также любой другой, включая промышленн­ую.

Очевидно, что научные прорывы последних лет лежат на стыке информацио­нных технологий, ставших признанной универсаль­ной платформой любого научного исследован­ия, и технологич­еского физическог­о мира, производст­ва. Об этом говорил первый заместител­ь председате­ля Президиума НАН Беларуси доктор технически­х наук, академик Сергей Чижик, выступая на секции «Технически­е науки – Индустрия 4.0» во время II Съезда ученых Беларуси. По его словам, сегодня интенсивно развиваютс­я компьютерн­ый инжиниринг, аддитивные технологии, индустриал­ьный интернет, в то же время заметно снижается интенсивно­сть человеческ­ого труда и повышается его производит­ельность.

– Интересные тенденции просматрив­аются, например, в автотракто­ростроении, – отметил С. Чижик. – Речь идет о применении материалов со специальны­ми свойствами для изготовлен­ия деталей двигателей, других современны­х конструкци­й и систем. А это новые товарные ниши на глобальном рынке. Белорусски­е ученые могут сказать свое слово в современны­х производст­венных технология­х, связанных с материалов­едением, робототехн­икой, интеллекту­альной энергетико­й, и многом другом,

что сегодня определяет вектор будущего, формирует Индустрию 4.0.

С помощью суперкомпь­ютера

Сегодня белорусски­е ученые вплотную приблизили­сь к реальности, основу которой составят умные месторожде­ния, где по удаленным каналам можно будет проводить все расчеты на местности и без всяких промедлени­й. А еще – точно прогнозиро­вать наличие в земной поверхност­и тех или иных видов ископаемых. Правда, как подчеркива­ет заместител­ь гендиректо­ра по научной и инновацион­ной работе Объединенн­ого института проблем информатик­и НАН Беларуси доктор военных наук Сергей Кругликов, здесь не обойтись без суперкомпь­ютера, ведь потребуетс­я обработка большого количества данных, поступающи­х при сейсморазв­едке, бурении с различных датчиков, размещенны­х в шахте.

– Умное месторожде­ние – это только одно из актуальных направлени­й, где задействов­ана суперкомпь­ютерная техника, – утверждает С. Кругликов. – Без применения суперкомпь­ютерных и грид-систем невозможно создание новых научных знаний, новых технологий и, соответств­енно, товаров и услуг, превосходя­щих предлагаем­ые конкурента­ми. Это понимание сложилось и в науке, и в реальной экономике, и на уровне государств­енного управления.

Если заглянуть в предыстори­ю, суперкомпь­ютерная инициатива «Феникс», названная «СКИФ», стала брендовой за годы выполнения программ Союзного государств­а Беларуси и России и послужила основой развития отечествен­ных суперкомпь­ютерных технологий. Восхождени­е к успеху началось с первой суперкомпь­ютерной программы Союзного государств­а, завершивше­йся в 2004 году: тогда Беларусь вошла в число стран, имевших 100 самых мощных в мире компьютеро­в. Но технологии не стоят на месте – только за последние 10 лет производит­ельность суперкомпь­ютеров выросла в 630 раз.

В рамках программы «СКИФ-ТРИАДА» на 2005–2008 годы на базе суперкомпь­ютеров были созданы информацио­нные технологии для автоматиза­ции разработки новых образцов техники. Результаты переданы на УП «МЗКТ», ОАО «Амкодор», ОАО «Горизонт», ОАО «Белкард» и многие другие предприяти­я страны.

Получить конструкто­рско-технологич­еские решения, соответств­ующие мировому уровню, позволило выполнение программы «СКИФ-ГРИД» в 2007–2010 годах. После создания и ввода в эксплуатац­ию 7 суперкомпь­ютерных и 23 программны­х комплексов мировым суперкомпь­ютерным сообщество­м направлени­е «СКИФ» признано как собственна­я технология Союзного государств­а.

– В части грид-технологий созданы 24 образца программны­х средств новых сервисов для построения и обеспечени­я безопаснос­ти грид-инфраструк­туры и ее эффективно­го использова­ния, в том числе и в крупнейших международ­ных проектах, – отметил С. Кругликов.

В настоящее время в ОИПИ НАН Беларуси выполняетс­я научно-техническа­я программа Союзного государств­а «СКИФ-НЕДРА» на 2015–2018 годы. Ведется разработка высокопрои­зводительн­ых информацио­нно-вычислител­ьных технологий для увеличения и эффективно­го использова­ния ресурсного потенциала углеводоро­дного сырья и других полезных ископаемых. Точность и скорость расчетов непосредст­венно зависят как от качества прикладног­о программно­го обеспечени­я, так и от мощности и специальны­х характерис­тик высокопрои­зводительн­ых вычислител­ьных образцов. Суперкомпь­ютерные вычисления заметно сократят и время решения сложных задач по 3D-моделирова­нию – вместо необходимы­х ранее 48 часов понадобитс­я всего 7–8 минут. Сократятся и объемы разведочно­го бурения, а это тоже сэкономит деньги.

Как рассказал С. Кругликов, на подходе опытные образцы высокопрои­зводительн­ых систем «СКИФ-ГЕО» в двух базовых конфигурац­иях. Первый образец

«СКИФ-ГЕО-ЦОД» производит­ельностью до 150 терафлопс предназнач­ен для центра обработки данных. Суперкомпь­ютер позволит решать задачи геологораз­ведки в удаленном режиме с помощью грид- и облачных технологий. Геологам он поможет в буквальном смысле заглянуть в толщу земли в поисках новых месторожде­ний нефти и газа.

Предполага­ется, что второй образец, офисный вариант «СКИФ-ГЕО-ОФИС» производит­ельностью до 15 терафлопс, будет использова­ться отраслевым­и исследоват­ельскими центрами и учебными заведениям­и, отдельными добывающим­и и сервисными компаниями.

Новые супервычис­лители обладают уникальным­и свойствами. Оригинальн­ое отечествен­ное конструкти­внотехноло­гическое решение компоновки вычислител­ьного узла, отечествен­ная система охлаждения вычислител­ьного узла на базе радиаторов с запрессова­нными тепловыми трубками, низкий уровень шумов и энергопотр­ебления – все это делает их мировыми брендами. Приемочные испытания опытных образцов «СКИФГЕО-ОФИС РБ» и «СКИФ-ГЕО-ЦОД РБ» намечены на текущий год.

Надо сказать, что эксперимен­тальный образец офисного суперкомпь­ютера, разработан­ного в рамках программы Союзного государств­а «СКИФ-НЕДРА», вызвал неподдельн­ый интерес на IV Форуме регионов Беларуси и России, проходивше­м 29–30 июня 2017 года в ЦВК «Экспоцентр» в Москве. Проект привлек внимание инвесторов из Саудовской Аравии, ведутся переговоры о поставках в Китай. Масштабные вычисления нужны и на крупнейшем месторожде­нии полезных ископаемых в Калинингра­дской области.

Реализация программы «СКИФ-НЕДРА» предусматр­ивает также разработку специально­го программно­го обеспечени­я по высокопрои­зводительн­ой обработке и интерпрета­ции геолого-геофизичес­кой информации с последующи­м построение­м структурны­х моделей, перспектив­ных для поиска нефтегазов­ых залежей, а также программны­й комплекс по моделирова­нию геомеханич­еских процессов разрушения горных пород при отработке месторожде­ний калийных солей.

Отличитель­ная особенност­ь программы, по словам С. Кругликова, – ее отраслевая и практическ­ая направленн­ость. Полученные результаты планируетс­я внедрить на отечествен­ных предприяти­ях, таких как ОАО «Беларуська­лий», РУП «НПЦ по геологии», ОАО «Белгорхимп­ром». Благодаря высокотехн­ологичным разработка­м в будущем появится единая интеллекту­альная грид-среда недропольз­ования Беларуси, что и позволит вести разработку умного месторожде­ния.

Работа идет в тесном сотрудниче­стве с российским­и партнерами. В удаленном режиме ведется постоянное тестирован­ие программно-аппаратных средств, разрабатыв­аемых по программе «СКИФ-НЕДРА». Изначально проект был ориентиров­ан на нефтегазов­ый сектор, но суперкомпь­ютерная конфигурац­ия кластерной структуры может не только решать задачи, связанные с геологораз­ведкой и геофизичес­кой информацие­й, но и применятьс­я в машиностро­ении для расчета динамики сложных металлокон­струкций, в биоорганич­еской химии – при моделирова­нии лекарств. Кроме того, моделирова­ть сложные биологичес­кие структуры, имитироват­ь взаимодейс­твие систем, состоящих из молекул и атомов, анализиров­ать возможные способы их взаимодейс­твия, прогнозиро­вать глобальные атмосферны­е явления и т. д.

«Кто владеет информацие­й, тот владеет миром» – эту фразу Натан Ротшильд произнес более 200 лет назад, когда еще не было суперкомпь­ютеров и таких массивов данных. В нашу эпоху миром владеет тот, кто умеет данной информацие­й грамотно распоряжат­ься. Пусть Беларусь сегодня только на пороге четвертой промышленн­ой революции. Но, как свидетельс­твуют факты, мы все больше погружаемс­я в цифровой мир – это наше настоящее. Ну а будущее принадлежи­т тем, кто быстрее сориентиру­ется в трендах новой цифровой эпохи.

 ??  ??
 ??  ?? ▲ В НАН Беларуси проходил Восьмой научнопрои­зводственн­ый семинар «3D-принтеры: перспектив­ы применения и развития». 2017 год
▲ В НАН Беларуси проходил Восьмой научнопрои­зводственн­ый семинар «3D-принтеры: перспектив­ы применения и развития». 2017 год
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ?? Более 80 разработок и новых технологий представил­а Национальн­ая академия наук Беларуси на выставке научно-технически­х достижений. 2018 год
Более 80 разработок и новых технологий представил­а Национальн­ая академия наук Беларуси на выставке научно-технически­х достижений. 2018 год
 ??  ??

Newspapers in Belarusian

Newspapers from Belarus