Цифровая база высокоточного оружия

Иммерсивная система трехмерной визуализации, которая применяется в программе постройки авианосцев типа «Форд», позволяет кораблестроителям как бы погружаться в цифровую модель корабля. Фото с сайта www.thefordclass.com

Двадцать лет назад на экраны кинотеатров вышел фильм «Матрица». Картина не только стала культовой, но и дала толчок новому раунду дискуссий на тему взаимодействия естественного и искусственного интеллекта, заставила многих задуматься о том, насколько реален сценарий такого будущего: люди, порабощенные созданными ими же умными машинами и существующие в виртуальной реальности, в матрице. На повестку дня был поставлен непростой вопрос: как определить допустимую границу для компьютеризации и роботизации различных сфер человеческой жизни, да и существует ли эта граница вообще?

Впрочем, сюжет «Матрицы» – это пока все же лишь сценарий отличного фильма, реальность, к счастью, далека от этого. Напротив, сегодня команды лучших специалистов ведущих стран мира работают не над тем, как избежать порабощения человеческой цивилизации умными машинами и искусственным разумом (хотя голоса ученых об опасности слишком стремительного продвижения в сфере создания и практического внедрения искусственного интеллекта раздаются все громче), а над тем, как наилучшим образом поставить цифровые технологии и роботов на службу людям, сделав наш труд эффективнее, а жизнь – более насыщенной.

Причем на смену отдельным цифровым технологиям, используемым в той или иной области, уже приходят многоплановые интегрированные решения, позволяющие управлять жизненным циклом отдельного предприятия и даже целого сегмента промышленности. Это и есть та самая четвертая промышленная революция, или «Индустрия 4.0», о которой в последние годы говорят на различных крупных международных форумах, включая Давосский.

ВИРТУАЛЬНЫЙ АВИАНОСЕЦ

Развитие цифровых технологий уже в буквальном смысле трансформирует целые отрасли промышленности. Возьмем, к примеру, атомоход «Форд» – новинку американского кораблестроения. Это первый в истории ВМС США атомный многоцелевой авианосец (АВМА), который проектировался и строился с применением полномасштабной 3D модели корабля. Причем инженеры и технологи судоверфи Newport News Shipbuilding, привлеченные к этому заказу, использовали специальную систему иммерсивной виртуальной реальности ROVR (immersive Rapid Operational Virtual Reality), создающую эффект присутствия специалиста как бы внутри виртуального корабля.

«Мы уверены, что переход к полностью цифровому предприятию с полным отказом от традиционного (бумажного. – «НВО») проектирования совершенно изменит процесс постройки кораблей и обеспечит Newport News конкурентное преимущество, необходимое для сохранения и развития нашего бизнеса в следующие десятилетия», – отмечала Дженнифер Бойкин, в то время вице-президент Newport News Shipbuilding по инженерным вопросам и проектированию, а с мая 2017 года – президент этой компании и исполнительный вице-президент ее головной структуры Huntington Ingalls Industries.

Уже через год с небольшим после получения контракта на постройку головного корабля разработчик подготовил полную 3D модель авианосца, с которой проектировщики, инженеры, технологи и рабочие могли в процессе своей работы постоянно сверяться, используя для этого персональные планшетные компьютеры. При этом разметка на металлических заготовках выполнялась в соответствии с цифровым чертежом с использованием плазменного травления, а 3D-визуализация и технология дополненной реальности позволили более эффективно планировать рабочий процесс: каждый специалист постоянно сверял имеющийся у него конкретный рабочий наряд с занесенной в базу данных – виртуальное 3D пространство – трехмерной моделью корабля. И если сегодня для этого используется iPad, то в перспективе судостроители планируют выводить данную информацию на защитные очки, которые носят инженеры и рабочие.

«Мне хватило всего трех минут, чтобы, просмотрев на компьютере содержание рабочего наряда, понять, что конкретно я должен сделать на этот раз, – отмечает специалист-трубомонтажник Аарон Уикл, работавший на постройке АВМА «Джон Ф. Кеннеди», второго корабля данного типа. – Это сэкономило мне массу времени».

И конечно, данные с трехмерной модели, или, как еще говорят, цифрового двойника, авианосца поступают в соответствующие автоматизированные рабочие центры (те самые умные машины), которые и выполняют в соответствии с полученными командами и информацией те или иные операции, включая различного рода разметку элементов конструкции корабля для их последующей корректной сборки.

Еще одно новшество, примененное в ходе строительства «плавучих аэродромов» нового поколения, заключается в том, что на основе использующегося в сервисе Google Maps рабочего алгоритма было разработано специальное программное обеспечение для определения наиболее оптимальных маршрутов прокладки электрических кабелей по всему кораблю. Это позволило существенно сэкономить время (по оценке американских экспертов, несколько тысяч человеко-часов на корабль) и средства, хотя по сравнению с АВМА типа «Нимиц» на «Форде» добавилось еще около 365,8 км кабелей, а общая их протяженность составляет примерно 3 тыс. км.

Вторым американским «цифровым» боевым кораблем стал стратегический атомный подводный ракетоносец нового поколения типа «Колумбия». По замыслу командования ВМС США, 12 таких «бумеров», каждый из которых будет нести по 16 межконтинентальных баллистических ракет, заменят 14 подлодок аналогичного класса типа «Огайо», первая из которых вошла в боевой состав флота почти 40 лет назад.

ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК

Цифровой двойник – это цифровая или виртуальная модель какого-либо объекта, которая позволяет осуществить моделирование этого объекта и оценить как его работоспособность и соответствие заданным параметрам, так и влияние на него различных изменений (окружающей обстановки, различных производственных сценариев, технологий производства и пр.). Причем применение технологии машинного самообучения позволяет системе, основываясь на данных, получаемых от различных источников (датчиков), самостоятельно изменять отдельные параметры своей работы.

«Для себя мы определили, что цифровой двойник – это обучаемая система, состоящая из комплекса математических моделей разного уровня сложности, уточняемая по результатам натурных экспериментов, позволяющая получить первый натурный образец изделия, соответствующий требованиям технического задания, а также предсказывающая его поведение на всем жизненном цикле», – указывает в статье «Цифровой двойник на производстве: задачи, вопросы, перспективы» доктор технических наук Юрий Шмотин, заместитель генерального директора и генеральный конструктор АО «Объединенная двигателестроительная корпорация».

В ведущих зарубежных странах наличию 3D модели уделяют важное внимание. В первую очередь, конечно, это касается Германии, которая наряду с США является лидером в практической реализации концепции «Индустрии 4.0». По ряду оценок, около 15% немецких предприятий уже активно используют элементы последней. Причем в разряд цифровых двойников уже зачисляют и технологические процессы, а немецкая компания Siemens на международной выставке Hannover Messe 2018 представила версию облачной операционной платформы MindSphere, способную создавать цифровые двойники целых производственных цехов и даже предприятий. Таким образом, речь идет о создании прототипов будущих заводов, на которых можно будет заранее просчитать если и не все, то большую часть потенциальных рисков, скорректировав при необходимости производственные процессы.

Следует добавить, что Евросоюз, уже и без того уверенно шагнувший в новую эпоху, недавно принял еще одну концепцию: на «Цифровую Европу» в 2021–2027 годы планируется потратить 9,2 млрд евро, в том числе 2,7 млрд – на суперкомпьютеры, 2,5 млрд – на искусственный интеллект, а еще 1,3 млрд – на обеспечение широкого использования цифровых технологий в экономике и обществе. В том же направлении семимильными шагами идут США, КНР, Япония и другие страны.

С другой стороны, как показывает опыт американцев, цифровизация – не панацея. В случае с АВМА «Форд» последние возникали почти со всеми новыми системами: электромагнитная катапульта, аэрофинишер, подъемники боеприпасов, главная энергоустановка и пр. В результате передача авианосца флоту состоялась не в сентябре 2015 года, как планировали изначально, а летом 2017 года. Да и до сих пор он не считается полностью боеготовым, а президент США Дональд Трамп, потеряв терпение, даже посоветовал своим адмиралам вернуть на корабль паровую катапульту.

Впрочем, это отнюдь не отменяет главного требования – добиваться максимально возможной цифровизации, или диджитализации, как еще говорят на английский манер, производства. Но что же под этим понимают сегодня?

КОНЦЕПЦИЯ НОВОГО ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ

В самом общем плане под цифровым производством понимается концепция организации последнего в единой виртуальной среде с использованием роботизации, аналитики больших данных и машинного обучения, искусственного интеллекта, технологии дополненной реальности и интернета вещей, облачных вычислений и пр. В рамках этого процесса происходит компьютеризация рабочих мест и производственного оборудования предприятия, а также внедрение современного программного обеспечения (ПО) по подготовке производства, управления производством и ресурсами.

В конечном счете появляется возможность посредством цифровой платформы объединить все идеи и процессы предприятия в общую виртуальную сеть – единое информационное пространство, объединяющее офлайн и онлайн сегменты предприятия и обеспечивающее дистанционное управление всем производством. Причем «цифровое» предприятие – это уже не просто совокупность материальных активов (производственные активы и человеческие ресурсы), а совокупность материальных и нематериальных активов (под последними понимаются различные стратегии, политики, методологии, бизнес-процессы, интеллектуальная собственность и пр.).

В результате внедрения цифровых технологий руководству предприятия удается добиться сокращения числа ошибок в процессе проектирования и организации производства того или иного изделия, снижения затрат и времени на наладку производства и на сам выпуск изделия, а также существенного повышения производительности труда и качества конечной продукции. В то же время возрастают и требования, предъявляемые к персоналу предприятия.

Комплексный характер внедрения элементов «Индустрии 4.0» в промышленность, а в более широком плане и в жизнь всего государства заставляет предпринимать действия на самом высоком уровне. Так, 24 декабря 2018 года решением президиума Совета при президенте РФ по стратегическому развитию и национальным проектам утвержден паспорт национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации». Он включает в себя шесть федеральных проектов: «Нормативное регулирование цифровой среды», «Информационная инфраструктура», «Кадры для цифровой экономики», «Информационная безопасность», «Цифровые технологии» и «Цифровое государственное управление». А 2 марта 2019 года правительство РФ приняло постановление № 234, утвердившее Положение о системе управления реализацией национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации», определяющее функциональную структуру системы управления реализацией нацпрограммы и порядок разработки, мониторинга и контроля выполнения входящих в ее состав федеральных проектов.

Ключевые цели программы – увеличение внутренних затрат на развитие цифровой экономики, создание устойчивой и безопасной информационно-телекоммуникационной инфраструктуры высокоскоростной передачи, обработки и хранения больших объемов данных, доступной для всех организаций и домохозяйств, использование преимущественно отечественного ПО госорганами, органами местного самоуправления и организациями. Срок реализации – с октября 2018 года по 2024 год включительно.

Программа охватывает все отрасли отечественной промышленности, а также многие сферы жизнедеятельности государства, устанавливая для них высокую планку в сфере цифровизации их деятельности. Однако, по оценкам экспертов, наиболее критически важно внедрение цифровых технологий для компаний, занятых разработкой и выпуском сложной высокотехнологичной продукции, к которой в том числе относятся вооружения и военная техника (ВВТ), а также авиационно-космическая и морская техника военного и гражданского назначения. Важно потому, что именно здесь цена любой, даже небольшой ошибки или временной задержки – огромна.

«ДОРОЖНАЯ КАРТА» В НОВУЮ РЕАЛЬНОСТЬ

Среди передовиков внедрения цифровых технологий – российское судостроение. Предприятия отрасли уже давно активно используют возможности различных 3D-технологий, включая сканирование, печать и моделирование деталей, а также их ремонт или доводку до требуемого состояния в ходе эксплуатации. Как отмечают эксперты, 3D-сканеры нашими корабелами применяются и для контроля над текущим состоянием судна, что позволяет своевременно выявить поломки и дефекты, возникающие при эксплуатации объекта морской техники, а также отследить изменения в геометрии корпуса судна (корабля) и пр.

Активно идет работа и в научно-практической плоскости. Так, в мае 2019 года АО «ПО Севмаш» по инициативе АО «Объединенная судостроительная корпорация» и при поддержке Союза машиностроителей России провело уже 5-ю общероссийскую отраслевую научно-техническую конференцию «Цифровые технологии проектирования и производства в судостроении».

Следует также напомнить, что еще в 2016 году Министерство промышленности и торговли РФ дало старт двум важным проектам – «Верфь-М» и «Адаптация». Первый имеет целью создание «специализированного программно-информационного комплекса для проектного управления строительством гражданской морской техники и сооружений, создания единой отраслевой системы нормативно-справочной информации», тогда как второй нацелен на создание «типового электронно-цифрового макета судна, разработки унифицированного российского формата хранения проектной документации и отраслевой модели передачи данных о проектировании объектов морской техники».

А в начале 2018 года Санкт-Петербургский государственный морской технический университет разработал проект «Цифровая верфь», который, по замыслу его авторов, должен обеспечить возможность информационной взаимосвязанности всех задействованных на такой верфи машин и станков и объединения их под общим управлением в целях достижения «максимальной точности и качества производимых работ от начала и до самого конца». Уже есть конкретные примеры практической реализации этой идеи.

Остается надеяться, что скоро к пионерам цифрового судостроения присоединятся и другие компании. Это позволит нашим корабелам более уверенно чувствовать себя в условиях нарастающей конкурентной борьбы на мировом рынке. Помощь им в этом окажет специальная «дорожная карта». Ее можно найти в опубликованном Минпромторгом 28 июня 2018 года проекте Стратегии развития отечественной судостроительной промышленности на период до 2035 года, который предусматривает среди прочего «формирование единого цифрового пространства» для всего российского судпрома. Дело за главным – реализовать на практике эти грандиозные задумки.