CC BY
358
ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯМИ, ОТРАСЛЯМИ,
КОМПЛЕКСАМИ
УДК: 658.58
ББК: 65.30
Бром А.Е., Терентьева З.С.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БЛОКЧЕЙН В УПРАВЛЕНИИ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ ПРОДУКЦИИ
Brom A.E., Terentieva Z.S.
USE OF THE BLOCKCHAIN TECHNOLOGY IN PRODUCT LIFECYCLE MANAGEMENT
Ключевые слова: жизненный цикл, блокчейн, Индустрия 4.0, PLM, информационно-логистическая система, централизация, управление, технический ресурс, цифровая логистика, машиностроительное производство.
Keywords: life cycle, blockchain, Industry 4.0, PLM, information logistics system, centralization, management, technical resource, digital logistics, machine-building production.
Аннотация: переход к идее «Индустрии 4.0» предполагает создание единой информационной и организационной среды, обеспечивающей процессы управления жизненным циклом продукции (PLM). Но для большинства российских предприятий характерно использование в качестве информационного обеспечения систем класса MRP/ERP, SAP, основанных на централизованном управлении потоками информации.
Цель статьи заключается в исследовании возможностей применения в промышленном производстве технологии блокчейн, вызывающей большой интерес в финансовом/банковском секторе на фоне отсутствия конкретных предложений по использованию этой технологии в промышленности.
В статье рассматриваются тенденции развития информационно-логистических систем, а также инструменты «Индустрии 4.0», позволяющие создать единую информационную среду процессов жизненного цикла продукции (УЖЦ/PLM). Для решения проблемы децентрализации управления информационными потоками предложено использовать технологию блокчейн. Показаны преимущества использования этой технологии в информационно-логистических системах, основанные на возможностях видеть фактические данные о надёжности, стоимости и качестве процессов ЖЦ.
Abstract: the transition to the idea of "Industry 4.0" assumes the creation of a unified information and organizational environment that ensures the processes of product lifecycle management (PLM). But for most Russian enterprises it is typical to use systems of MRP / ERP, SAP class for information support, which are based on the centralized management of information flows.
The purpose of the article is to investigate the possibilities of using blockchain technology in the industrial production, which is of great interest in the financial / banking sector but in the absence of any specific proposals for the use of this technology in the industry.
The article examines trends in the development of information and logistics systems, as well as the tools of "Industry 4.0", which allow creating a unified information environment for the life cycle of products (PLM). To resolve the problem of decentralization of information flows management, it was suggested to use a blockchain technology. Shown are the advantages of using this technology in information and logistics systems based on the ability to see actual data on reliability, cost and quality of the LC processes.
В современных условиях проблема ного производства в мировую экономику интеграции российского машиностроитель- отягощена технологическим отставанием и
экономическими санкциями. Высокие требования к качеству изделий и скорости выхода продукции на рынки имеют стратегическое значение. С уверенностью можно сказать, что главными показателями в современном промышленном мире являются время и стоимость выполнения заказа на основные процессы жизненного цикла (ЖЦ) изделия, связанные с его разработкой, поставкой и эксплуатацией.
Оптимизация стоимости ЖЦ достигается одновременным решением следующих задач:
- внедрение информационных систем, автоматизирующих проектно-конструкторс-кую деятельность, что обеспечивает минимизацию времени и затрат на разработку изделия без потери его качества и надежности;
- активный переход к логистическим концепциям и инструментам, направленным на рационализацию движения материальных потоков по цепям поставок, минимизацию запасов на всех этапах ЖЦ изделия и снижение издержек при производстве;
- передача производства отдельных деталей или узлов на аутсорсинг;
- объединение производственных мощностей для достижения общих целей в рамках проектов по разработке и производству наукоемких изделий;
- создание парков поставщиков, обеспечивающих все процессы поставки необходимых комплектующих;
- параллельное проектирование, призванное сократить сроки разработки изделий;
- объединенное планирование и мониторинг функционирования сетей поставок.
Основная направленность информационных технологий при автоматизации процессов ЖЦ - это обеспечение предприятий-участников ЖЦ оперативной и аналитической информацией в единой электронной среде, что должно в результате значительно повышать их эффективность. Это привело к возникновению и активному развитию новых тенденций в организации промышленного производства, таких, как концепция Виртуального предприятия, Цифровой логистики и т.д.
В итоге глубокая интеграция информационных технологий в производственные
процессы породила четвертую промышленную революцию, объединившую цифровые концепции и получившую название «Индустрия 4.0». Все больше немецких, французских, английских, американских предприятий внедряют у себя идею «Индустрии 4.0», предполагающую создание организационно-технической системы и основанной на интеграции в единое информационное пространство всех участников цепочки создания ценности. Концепция «Индустрии 4.0» охватывает следующие основные направления:
- Большие данные - Big Data. Представляет собой набор данных из традиционных и цифровых источников внутри и за пределами компании. Данные собираются везде: от датчиков, сотрудников компании, компаний-контрагентов, клиентов, сервисных центров, поставщиков и т.д., после чего данные структурируются, анализируются и используются. Основная задача предприятий при работе с Big Data - наилучшим образом интерпретировать данные для дальнейшего использования.
- Умный завод - Smart factory. В основе Smart Factory лежит концепция цифрового производства, позволяющая проводить виртуализацию этапов производства на основе моделирования производственных процессов на базе компьютерных систем автоматизированного проектирования (CAD).
- Киберфизическая система - Cyber-physical systems. Киберфизическая система - это организационно-техническая концепция управления информационными потоками, интеграция вычислительных ресурсов в физические процессы производства. В такой системе датчики, контроллеры и информационные системы объединены в единую сеть на протяжении всего жизненного цикла изделия. Киберфизическая сеть может быть как в рамках одного предприятия, так и в рамках динамической бизнес-модели, в составе которой несколько предприятий.
- Интернет вещей - Internet of things. Это концепция, объединяющая физические предметы и оборудование, оснащённые встроенными технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой, в одну общую вычислительную сеть. В рамках этой концепции, благодаря современному высокотехнологичному оснащению,
предметы смогут обмениваться информацией и собирать данные без участия человека.
- Функциональная совместимость -Interoperability. Без функциональной совместимости создать работоспособную интегрированную производственную систему «Industry 4.0» невозможно. К сожалению, компании-разработчики систем автоматизации долгое время развивали свои продукты без единых стандартов, не учитывая перспективы глобализации и потенциальные потребности в интеграции своих клиентов. Такая тенденция наблюдается и в настоящее время, но в последние годы ситуация в корне меняется, ведущие компании-разработчики систем автоматизации, модифицируют свои продукты, делая их интероперабельными, идя навстречу актуальным потребностям своих клиентов1.
Идея «Индустрии 4.0» неразрывно связана с концепцией Управления жизненным циклом продукции - УЖЦ (PLM, Product Lifecycle Management) (рисунок 1). PLM - это стратегия производства промышленных изделий, которая использует единую информационную среду (ЕИС), содержащую представление о продукте на всех
этапах жизненного цикла и используется всеми участниками: разработчиками, производителями, поставщиками, ремонтными организациями, заказчиками и потребителями. Реализация сквозного конструкторского, технологического и коммерческого циклов от идеи изделия до его эксплуатации и утилизации создает основу цифрового УЖЦ2
Но, несмотря на все усилия по созданию единой информационной среды ЖЦ продукции, предприятия-участники таких процессов являются финансово и юридически независимыми субъектами, часто географически распределенными, которые обладают различными, часто противоречащими друг другу целями. Если в рамках одного предприятия можно видеть примеры успешного внедрения инструментов «Индустрии 4.0» (например, цифровое производство в автомобилестроение), то попытки создания ЕИС УЖЦ продукции, в которой цифровой двойник изделия в полном соответствии с заложенными показателями «материализуется» и эксплуатируется в физической среде, сталкиваются с большими трудностями.
>y
vi S
■а я
Управление жизненным циклом продукции
УЖЦ/PLM
Большие данные Big Data
Умный завод Smart factory
Киберфизическая система Cyber-physical systems
Интернет вещей Internet of things
Функциональная совместимость Interoperability
Рисунок 1 - Основные направления «Индустрии 4.0»
1 Шесть составляющих Industry 4.0 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.plm.pw/ 2016/09/The-6-Factors-of-Industry-4.0.html (дата обращения 20.11. 2017).
2 См. подробнее Бром А.Е. Проектирование комплекса интегрированной логистической поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции // Вестник Волжского университета имени В.Н. Татищева. Информатика. -2015. - №1. - С. 5-10.
С увеличением сложности изделий, количества участников, задействованных в единой деятельности, происходит экспоненциальный рост объемов информации. Часть информации может быть неполной, или даже неопределенной (например, потребительский спрос), что создает дополнительные сложности при её анализе и принятии эффективных решений на ее основе. Кроме того, что решения принимаются в условиях неопределенности, они должны приниматься не только с учетом целей объедения предприятий, но и с учетом целей каждого из участников этих объединений.
Таким образом, эффективные решения должны приниматься с учетом всех вышеизложенных особенностей и с сохранением главного требования современной производственно-коммерческой деятельности -минимального времени выполнения заказов. Безусловно, что без получения актуальных данных и наличия методов быстрого принятия эффективных решений - это представляется проблематичным.
Современная производственная система должна быть реактивной и действовать в режиме реального времени, принимая решения в минимальное время и с учетом интересов множества разнородных организационных единиц.
Но единой чертой информационных систем в области управления ЖЦ, существующих на данный момент, является принцип централизованности организации управления, который означает, что управление осуществляется через единый центр, принимающий решения и обрабатывающий все потоки информации (системы класса MRP/ERP, SAP и т.д.). Даже для случаев децентрализованной структуры сетей поставок, производств, поддержки ЖЦ продукции с сотнями и тысячами независимых и территориально распределенных участников, для управления используется именно централизованный подход, который зарекомендовал себя при управлении одним предприятием.
Для сложных современных промышленных структур это начинает становиться ощутимой помехой на пути дальнейшего развития.
Тенденция в развитии информационно-логистических систем (ИЛС) заключается в
движении от систем, решающих вопрос одного предприятия с последовательной обработкой данных (без возможности функционирования в режиме реального времени) к системам реального времени, осуществляющим оптимизацию деятельности объединений предприятий. Такие системы должны действовать децентрализованно и учитывать интересы всех задействованных сторон. Именно должны быть ИЛС нового поколения, реализующие концепцию УЖЦ/PLM.
Сейчас существуют информационные технологии, которые децентрализованы по своей сути и позволяют реализовать принятие решений в режиме реального времени, проводить переговоры с учетом целей всех участников, принимающих участие в процессе решения. Это технологии распределенного искусственного интеллекта (ИИ), мультиа-гентых систем (МАС)1 и блокчейн (Blockchain) (рисунок 2).
На фоне роста интереса к технологии блокчейна и предложений по его использованию в финансовом/банковском секторе отсутствуют конкретные идеи по применению этой технологии в промышленных отраслях.
Но блокчейн может стать эффективным инструментом, решающим проблему децентрализации ИЛС в рамках системы УЖЦ.
По своей сути технология блокчейн - это децентрализованный журнал записи транзакций, который является частью более широкой вычислительной инфраструктуры, которая также должна включать в себя функции хранения, коммуникации, обслуживания файлов и архивирование. Блокчейн состоит из цепочки блоков, каждый из которых содержит определенную информацию, причем все вышеуказанные блоки цепочки связаны между собой. Блок содержит определенную группу записей, и при добавлении нового блока он будет дублировать информацию, содержащуюся в предыдущих блоках. Новый блок добавляется в конец цепи. Цепочка блоков строится на основе трех базовых принципов: анонимность транзакций, безопасность и доступность.
1 Бром А.Е., Шутеев В.А. Современные подходы к проектированию информационно-логистичес-ких систем поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции // Известия ТулГУ. Технические науки. -2009. - Вып. 2, ч. 2. - С. 42-49.
Уровень
децентрализации системы
МАС, ИИ, Блокчейн
ERP,CSRP, PLM
Уровень прозрачности информации в системе
Рисунок 2 - Схема развития информационных систем
Пользователи системы формируют некую компьютерную сеть. При этом в каждом персональном компьютере хранится копия каждого созданного блока. Такая система хранения данных является наиболее безопасной, поскольку не представляется возможным вывести ее из строя, только в случае поломки всех участвующих в данной системе компьютеров. А поскольку все пользователи находятся в разных уголках нашей планеты, то вероятность разрушения данной системы крайне мала.
Все данные защищены - это главная особенность блокчейна. Они упрощают процесс проверки корректности и правдивости информации и обеспечивают надежную защиту системы. Сам криптографический ключ — группа букв и цифр. Ключ рассчитывается с помощью применения специально созданного алгоритма, называемого функцией хэш. При этом у пользователя есть только один ключ, обладающий двумя разными качествами: невозможность доступа к первичной информации при незнании ключа и невозможность подбора другого пакета данных, позволяющих создать такой же ключ. В данный момент эта технология используется только для операций с крип-товалютой биткоин.
У блокчейн-революции существует три категории:
- Блокчейн 1.0 - это криптовалюта, применяемая в различных приложениях;
- Блокчейн 2.0 - это контракты, которые представляют собой классы экономических, рыночных и финансовых приложений, работающих с различными типами финансовых инструментов - с акциями, облигациями, фьючерсами, закладными, правовыми титулами, умными активами и умными контрактами;
- Блокчейн 3.0 - это приложения, область применения которых выходит за рамки денежных расчетов, финансов и рынков1. Именно эта концепция имеет все шансы успешно себя зарекомендовать в системах УЖЦ.
Технология блокчейн обладает явными преимуществами, дающими возможность реализовать систему УЖЦ:
- отсутствие множества посредников в цепях поставок,
- удешевление финансовых операций между участниками ЖЦ,
- оформления и проверки подлинности контрактов, обеспечение безопасности, доступности и анонимности транзакций,
- управление данными в режиме реального времени, создание интегрированной цепи поставок,
- подключения к блокчейну разра-
1 Воронцова Е.А., Мелешенко Е.Г. Блокчейн: панацея или угроза для хранения и передачи информации // Международный научный журнал «Синергия наук». - 2016. - №5. - С. 93-101.
г
ботчиков, поставщиков (существующих и потенциальных), производителей, эксплуа-тантов и ремонтных организаций.
Блокчейн позволит строить процессы производства и поставок комплектующих в реальном времени, в соответствии с фактическим состоянием изделий - информация об интенсивности эксплуатации, фактических нагрузках, реальном износе, - будет доступна всем участникам ЖЦ. Для технической продукции, номенклатура узлов и комплектующих которой составляет тысячи
наименований, заказываемых у десятков поставщиков, это преимущество блокчейна будет играть решающую роль.
Таким образом, при использовании технологии блокчейн центром становится распределенная база данных (РБД) фактических показателей надежности продукции в эксплуатации. Более того, возможно создать специальный реестр показателей стоимости, качества и длительности процессов технического обслуживания и материального снабжения (рисунок 3).
Рисунок 3 - Схема взаимодействия участников ЖЦ при использовании технологии
блокчейн
Современное цифровое производство уже позволяет работать с цифровой моделью изделия в различных аспектах, реализуя ее «физически» в автоматизированных производственных ячейках. Интеграция проектных, производственных и эксплуатационных процессов в информационно-логистическую систему - это повестка сегодняшнего дня, решающая задачи внедрения PLM. Но PLM должен в результате обеспечивать конкурентоспособность промыш-
ленных предприятий за счет сокращения времени и стоимости выполнения заказа, выполнения требований к качеству конечных изделий и комплектующих.
Использование технологии блокчейн обеспечит отслеживание, прозрачность и видимость информационных данных о текущих режимах, нагрузках, отказах техники и стоимости процессов обслуживания изделий на этапе эксплуатации. А децентрализованное управление материальными потока-
ми в реальном времени, в соответствии с фактической надежностью изделий, сократит количество посредников, что в конеч-
ном итоге позволит оптимизировать совокупную стоимость ЖЦ продукции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бром, А.Е. Проектирование комплекса интегрированной логистической поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции // Вестник Волжского университета имени В.Н. Татищева. Информатика. - 2015. - №1. - С. 5-10.
2. Бром, А.Е., Шутеев, В.А. Современные подходы к проектированию информационно-логистических систем поддержки жизненного цикла наукоемкой продукции // Известия Тул-ГУ. Технические науки. - 2009. - Вып. 2, ч. 2. - С. 42-49.
3. Букасова, А.Ю. Блокчейн-технология как инструмент децентрализованного мира // Современные тенденции развития науки и технологий. - 2016. - №10-9. - С. 5-9.
4. Власов, А.И., Карпунин, А.А., Новиков, И.П. Системный анализ технологии обмена и хранения данных Blockchain // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2017. - №3 (55). - С. 75-83.
5. Воронцова, Е.А., Мелешенко, Е.Г. Блокчейн: панацея или угроза для хранения и передачи информации // Международный научный журнал «Синергия наук». - 2016. - №5. - С. 93-101.
6. Компьютерный инжиниринг: Учеб. пособие / А.И. Боровков [и др.]. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - 93 с.
7. Корниенко, П.А., Касаев, Б.С. Применение Blockchain-технологии в логистике и управлении цепями поставок // Инновации и инвестиции. - 2017. - №3. - С. 164-169.
8. Корчагин, С. О текущих трендах в развитии блокчейн // Свободная мысль. - 2016. -№4. - С. 31-38.
9. Куприяновский, В.П., Синягов, С.А., Климов, А.А., Петров, А.В. Цифровые цепи поставок и технологии на базе блокчейн в совместной экономике // International Journal of Open Information Technologies. - 2017. - Т.5. - №8. - С.80-95.
10. Свон Мелан. Блокчейн: Схема новой экономики: Пер. с англ. - М.: Олимп-Бизнес, 2017. - 240 с.
11. Шесть составляющих Industry 4.0 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.plm.pw/2016/09/The-6-Factors-of-Industry-4.0.html (дата обращения 20.11. 2017).
12. Blockchain: Powering the Internet of Value [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.evry.com/globalassets/insight/bank2020/blockchain—powering-the-internet-of-value.pdf (дата обращения 12.12. 2017).
13. J. Ream, Y. Chu, and D. Schatsky. Upgrading blockchains: Smart contract use cases in industry // Deloltte Univercity Press, 2016. № 02 (04), pp. 1-11.
14. Maersk и IBM создадут первую в логистической отрасли блокчейн-платформу // ТАСС. Информационное агентство России: [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tass.ru/transport/4076367. (Дата обращения 01.12.2017).
15. Saveen A. Abeyratne, Radmehr P. Monfared. Blockchain ready manufacturing supply chain using distributed ledger//International Journal Of Research in Engineering and Technology, 2016. № 05(09), pp. 1-10.
