CC BY
62Селиванов С.Г.
д.т.н., профессор Уфимского государственного авиационного технического университета Шайхулова А. Ф.
аспирант Уфимского государственного авиационного технического университета
МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ, РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЕКТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ
Ключевые слова: инновационная деятельность, техническое перевооружение, машиностроение, подготовка кадров, специальность «Инноватика», автоматизированная система технологической подготовки производства.
Инновационную стратегию государства нередко оформляют в виде научной, инновационной доктрины или стратегии [1, 2], которая содержит описания инновационных прогнозов, приоритетов национальной инновационной политики, сценариев развития инновационной деятельности, пути государственной поддержки и концентрации ресурсов, обеспечивающих наиболее быстрое развитие производственного потенциала и конкурентоспособности страны.
Актуальность управления инновационной деятельностью в рамках названной стратегии определяется основным требованием исполнения этих документов: инновационное развитие должно превратиться в основной источник экономического роста.
Объектами управления в инновационной деятельности в соответствии с действующим законодательством являются:
1. выполнение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и/или опытно-технологических работ по созданию инновационной продукции, в том числе новых или усовершенствованных технологических процессов, предназначенных для практического применения;
2. деятельность по продвижению инновационной продукции на внутренний и мировой рынки;
3. технологическое переоснащение (техническое перевооружение) и подготовка производства для выпуска инновационной продукции, внедрения нового или усовершенствованного технологического процесса;
4. осуществление испытаний инновационной продукции, нового или усовершенствованного технологического процесса;
5. выпуск инновационной продукции, применение нового или усовершенствованного технологического процесса;
6. подготовка, переподготовка и повышение квалификации кадров для осуществления инновационной деятельности;
7. деятельность по проведению экспертиз, оказанию консультационных, информационных, юридических и иных услуг по созданию и/или практическому применению инновационной продукции, нового или усовершенствованного технологического процесса и иные виды деятельности, направленные на создание инноваций и введение их в гражданский оборот.
Приоритетными объектами управления инновационной деятельностью согласно модели П. Ромера [3,4] являются вложения в «человеческий капитал». Сказанное связано с тем, что в современной экономике с помощью инновационной деятельности по подготовке новых средств производства - х, повышения на этой основе эффективности затрат труда - Ь и сформированного инновационной системой государства «человеческого капитала» - Иу обеспечивается выпуск предметов труда - У или, как принято говорить в инноватике, инновационной продукции. Сказанное в математической модели инновационной экономики П. Ромера можно представить следующей производственной функцией:
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА В АСТПП
Введение
1. Приоритетные объекты управления инновационной деятельностью
г=1
(1)
где г - индекс, приписываемый каждому отдельному виду средств производства;
х=ш
- список средств производства, используемых организациями (предприятиями) для выпуска конеч-
й а, р
ной продукции; ' г - некоторые технологические параметры.
2. Методы подготовки кадров высшей квалификации для осуществления инновационной
деятельности
Из теории инновационной экономики известно, что в соответствии с:
- моделью делового цикла «Самуэльсона-Хикса» (нобелевские лауреаты из США и Англии);
- экономическими циклами Й. Шумпетера,
- математической моделью инновационной экономики П. Ромера;
- экономическими механизмами мультипликаторов и акселераторов...
первым шагом к сдвигу производственных функций вверх в направлении экономического роста является вложение средств в «человеческий капитал». Следующим шагом является инвестиционное (в т.ч. инновационное) проектирование, далее идут шаги, связанные с политикой государственных закупок и постановки на производство новой техники.
В настоящее время такие рекомендации науки, нередко, в расчет не принимают. В результате государство тратит миллиардные средства на преодоление некомпетентных движений в любую сторону (вниз, назад, в сторону) от магистральной линии научно-технического прогресса.
Из сказанного следует, что уже на первом плане существует острая проблема формирования компетентного и/или конкурентоспособного персонала, занимающегося инновационной деятельностью на всех уровнях управления.
Центральная проблема в этом направлении работ заключается в отсутствии специалистов высшей квалификации (кандидатов и докторов технических наук) за исключением аэрокосмической отрасли, которая уже приступила к выполнению работ данного плана, и задачами подготовки инженерных кадров в технических университетах.
Для преодоления названной проблемы рекомендуется: открыть новую научную специальность «Инноватика» и реализовать новую концепцию подготовки дипломированных специалистов по инноватике и инновационному проектированию, содержание которой пояснено ниже.
2.1.Формула научной специальности «Инноватика» (по отраслям).
«Инноватика (по отраслям)» - специальность, занимающаяся проблемами совершенствования, разработки и применения методов инновационной деятельности и инновационного проектирования нововведений, целенаправленного воздействия человека на процессы создания инновационной продукции и технологических инноваций, включая вопросы системного анализа и системотехнического проектирования, моделирования и оптимизации, совершенствования управления инновационными проектами для принятия решений с целью повышения эффективности объектов исследования.
Специальность отличается тем, что ее основным содержанием являются: теоретические и прикладные исследования научных законов, закономерностей, зависимостей инновационной деятельности; моделей и методов инновационного проектирования; инновационных технологий, обеспечивающих конкурентоспособность новой продукции, модернизацию производственных процессов и техническое перевооружение производства методами системотехнического проектирования и инновационной подготовки производства с учетом отраслевых особенностей развития производства.
Отличительной чертой специальности является существенный учет человеческого фактора, что выражается в активном формировании человеческого капитала и приоритетном влиянии науки на процесс управления научно-техническим творчеством в единой цепочке преобразования научных знаний в определенные ценности: фундаментальные исследования ^ поисковые НИР ^ прикладные НИР ^ прикладные НИОКР ^ технологии ^ производство ^ рыночная реализация. Специальность должна предусматривать преференции авторам крупных внедренных инновационных проектов международного, федерального и регионального значения: присвоение ученых степеней кандидата и доктора наук без защиты диссертации только на основании научного доклада и научных трудов, в том числе единых технологий и патентов, других внедренных научно-технических разработок в соответствии с требованиями Гражданского Кодекса России и законодательства по инновационной деятельности по теме эффективного инновационного проекта.
Значение решения научных и технических проблем данной специальности для народного хозяйства состоит в научно-обоснованной разработке инноваций, инновационных проектов, инновационной продукции, инновационных технологий иных средств управления развитием сложных технических систем по параметрам их высокого технического уровня, качества, конкурентоспособности, ресурсосбережения, экономической и социальной эффективности.
Область исследования:
1. Научные законы, закономерности и зависимости инновационной деятельности, в том числе патентоведения, разработки единых и специальных инновационных технологий, трансферта высоких и критических технологий, модернизации и внедрения новых базовых технологий.
2. Теоретические основы и методы инновационной деятельности и инновационного проектирования, в том числе имитационного моделирования инновационных проектов, верификации и внедрения инновационных технологий, проверки адекватности математических моделей объектов инновационного проектирования, инновационной продукции и технологических инноваций на основе данных натурного эксперимента и реального моделирования и инновационного проектирования для обоснованного решения задач замещения малоперспективных технологий, обновления парка технологического оборудования, использования новых средств автоматизации.
3. Разработка методов системного анализа и системотехнического проектирования, структурно-параметрического синтеза новаций и инноваций, их оптимизации, управления инновационными проектами и реализации жизненного цикла инноваций, построения интегрированных средств управления проектными работами в инновационной деятельности.
4. Разработка методов инновационной деятельности и инновационного проектирования, в том числе взаимодействия проектировщик-система на всех этапах жизненного цикла нововведений, методов управления качеством инновационных проектов.
5. Разработка проблемно-ориентированных систем управления инновационной деятельностью и инновационным проектированием, в том числе на основе разработки систем инновационной подготовки производства.
6. Разработка специального математического и программного обеспечения решения задач системного анализа и системотехнического проектирования новаций и инноваций, их математического моделирования и оптимизации, обоснование и тестирование эффективных численных методов оптимизации инновационных технологий на основе применения ЭВМ.
7. Разработка проблемно-ориентированных систем управления инновационными проектами для принятия решений и оптимизации технических новаций и инноваций.
8. Методы интеллектуальной поддержки и использования средств искусственного интеллекта при принятии решений по управлению инновационной деятельностью и инновационными проектами развития технических систем с помощью информационных технологий.
9. Методы прогнозирования и планирования разработки, внедрения и/или реализации инновационной продукции и технологических инноваций, в том числе осуществления технологического обмена, развития и внедрения инновационных технологий, совершенствования автоматизированных систем управления инновационными проектами, других методов совершенствования сложных технических систем.
10. Разработка новых информационных технологий в решении задач управления и принятия решений по инновационной деятельности и инновационному проектированию.
2.2. Управление проектами подготовки кадров высшей квалификации по «Инноватике» для обеспечения инженерно-технической деятельности
Эта проблема возникла в связи с тем, что в условиях реализации высшей школой Болонского процесса1, инженерная подготовка специалистов (конструкторов, технологов, проектировщиков и других инженерных кадров), которые остро необходимы инновационно-активному работодателю для создания конкурентоспособной продукции (инновационной продукции) и новых технологий (технологических инновации), сведена к минимуму в условиях, когда инновационное развитие должно превратиться в основной источник экономического роста.
Для устранения этого противоречия разработан, апробирован и рекомендуется для широкого применения в образовательных программах высшей школы новый учебно-методический комплекс по «Инноватике», который включает не только учебник [5], лабораторный практикум по инновационному проектированию [6], но и учебно-методические разработки для дистанционного, сетевого, дополнительного и других форм образования (монографии, автоматизированные системы научных исследований высоких и критических технологий, электронные базы данных для инновационного проектирования, учебные кинофильмы, патенты, авторские свидетельства, примеры инновационных проектов).
На этой основе можно рекомендовать включить учебные дисциплины инновационного профиля в Федеральные государственные образовательные стандарты подготовки специалистов, открыть новые специальности инженерного профиля в вузах и госзаказ на подготовку таких инженеров, новые научные специальности инновационного профиля в аспирантуре и докторантуре.
3. Методы управления проектами технического перевооружения и подготовки производства
для выпуска инновационной продукции
Эти методы были сформулированы авторами данной публикации в научных изданиях [7, 8, 9]. Краткий аналитический обзор названных методов инновационного проектирования [5, 6, 7] показывает, что новые научные разработки уже позволили определить основные требования системотехники к инновационному проектированию технологического (технического) перевооружения машино- и приборостроительного производства. Выполнение этих требований обеспечивает техническое регулирование и инструментарий развития инновационной деятельности (инновационного проектирования) на предприятиях, создания и постановки на производство конкурентоспособной инно-
1 Болонский процесс, как известно, не ориентирован на потребности работодателя, а исходит из социально-ориентированной модели, удовлетворяющей потребности обучаемых (студентов бакалавриата и /или магистратуры) в образовательных услугах, он дает только новый уровень образования, но не профессию.
вационной продукции и ускоренное внедрение технологических инноваций средствами технического перевооружения производства.
Основные системообразующие результаты НИР данного назначения внедрены1 в виде метода непрерывной реконструкции и технического перевооружения действующего производства. Реальное использование такой системы непрерывной реконструкции и технического перевооружения действующего производства показало фактическое удвоение объемов выпуска новых изделий на тех же площадях и при той же численности работающих, обеспечившее за 5 лет постановку на производство 52 новых изделий авиационной и космической техники, конкурентоспособной на мировых рынках. Данная система была реализована базовым предприятием ОПК за счет собственных средств объединения (прибыли, оставшейся в распоряжении предприятия, амортизации, выручки от продажи выбывшего имущества).
В названных работах дополнительно предложены и разработаны новые взаимосвязанные методы математического моделирования и оптимизации инновационных технологий: единых технологий, проектных и перспективных технологических процессов для обоснования инновационных проектов технологического перевооружения производств с использованием средств искусственного интеллекта, что обеспечивает не только рост их экономической эффективности, но и ускоряет использование высоких и критических технологий в промышленном производстве, постановку на производство новых изделий.
В ходе названного исследования [9] были дополнительно обоснованы новые прогрессивные методы автоматизации инновационного проектирования в АСТПП:
- кластерного анализа производственной программы;
- многокритериальной оптимизации проектных технологических процессов;
- объемного моделирования цехов и участков предприятия с помощью современных средств 3Б компьютерного моделирования;
- функционального, динамического и имитационного моделирования инновационных проектов технологического перевооружения машиностроительного производства, которые можно рекомендовать для применения в проектах технического (технологического) перевооружения производства и постановки на производство новых изделий машино- и приборостроения.
Дополнительно к названным методам управления разработкой инновационных проектов технологического перевооружения производства предлагаются новые методы управления внедрением и освоением инновационных технологий на примере авиадвигателестроительного производства.
Для решения данной задачи предложен каскадный метод управления инновационными проектами технического перевооружения в АСТПП, рис. 1.
Конструкторская докум е нтация, карты технического уровня_
Функции АСТПП
Кон структур скап докуме нтаци яг карты техн ичес кого уровн я_
Технологический анализ производства
Разработка комплекта
до кументации ресурсосберегающего ТП
V___;
Технологический анализ конструкции изделия
Ра зработка технологической части проекта цехов/корпусов
Организация и управление проектами в АСТПП
Разработка комплекта рабочейТД
Ж
Проектирование специального оборудования
Проектирование специальной оснастки
Разработка технологических нормативов
_ / Изготовление
Монтаж и отладка <}<М специального
технологического [ оборудования
комплекса I А
1 п
Изгото вление специальной осн а стки
Ра зработка программ для станков сЧПУ
Готовые изделия
Материалы и комплектующие
Рисунок 1.
Граф блок-схемы функций автоматизированной системы технологической подготовки производства
(АСТПП)
1 На авиаприборостроительном предприятии под руководством генерального директора Панкова Г.В. осуществлен реальный широкомасштабный промышленный эксперимент.
Метод призван:
- сократить сроки технического перевооружения предприятия (производства),
- сократить затраты по проекту,
- обеспечить гибкость производственной системы
на основе использования математических, функциональных, нейросетевых, трехмерных моделей автоматизации процесса управления.
Управление инновационным проектом осуществляется на протяжении всего жизненного цикла участка/цеха корпуса на основе принципов СЛ^-технологий. Рассмотрим подробнее общую концепцию метода, рис. 2.
Каскадный метод управления проектами технического перевооружения
Конструкторская документация, карты технического уровня
Анал из производства
Расчеты баланса мощностей, интегральных уравнения
Е$ольтещ>а;
корреляционно-регрессионный анализ;
Организация и управление процессом технического перевооружения
Графики Гантта, решение дифференциального уравнения Ферхюльста; имитационное моделирование; сетевой анализ:
Разработка технол о гич ее ко й части проекта технического перевооружения
Системы трехмерного моделирования;
каскадные нейронные сети оптимизации планировок
Монтажный план оборудования
Рисунок 2.
Схема реализации каскадного метода управления проектами технического перевооружения
производства
На вход системы (рис. 2) подается полный комплект конструкторской документации, включающий в себя карты технического уровня изделия, где в карте технического уровня и качества продукции приведены основные данные по трудоемкости изготовления. Эти данные необходимы для расчета баланса производственных мощностей и анализа производства, подробнее о методах расчета можно посмотреть в [5, 6, 7]. Далее (рис. 2) в соответствии с методами системного анализа на основании интегральных уравнений Вольтерра и решении задач регрессионно-корреляционного анализа, подробно рассмотренных в [9, 10], рекомендуется производить анализ загрузки производственных мощностей предприятия, назначить на этой основе сроки выполнения проекта, выявить потребность в технологическом оборудовании. После чего можно приступить к использованию математических моделей освоения новых технологий на основе решения дифференциального уравнения Ферхюльста [11], имитационного моделирования в программных средах типа Project Expert и разработать тем самым долгосрочную стратегию или целевую программу управления проектами развития анализируемого производства (блок «Организация и управление процессом технического перевооружения» на рис. 2). Такая долгосрочная стратегия разрабатывается с учетом планов технического и организационного развития производства и обеспечивает устойчивое развитие предприятия по методу непрерывной реконструкции [5, 6, 7].
На основании результатов предыдущих шагов управления проектами в АСТПП рекомендуется разрабатывать не только чертежи, но и 3-мерные технологические компоновки объектов реконструкции и технического перевооружения производства (блок «Разработка технологической части проекта технического перевооружения»). Ж-модели-рование производится в системах типа Autodesk Inventor и позволяет быстро получать планировки оборудования и/или осуществлять проектирование в системах виртуальной реальности по технологии Capturing Motion [9]. Кроме того на этом же этапе с использованием нейронных сетей Хопфилда или каскадных нейронных сетей в Matlab рекомендуется производить оптимизацию технологических планировок участков, цехов или корпусов по параметрам затрат, минимумов грузопотоков и площадей. В результате на выходе вычислительной системы каскадного метода можно получить Парето-оптимальный монтажный план оборудования и исходные данные для:
- управления проектом на последующих этапах жизненного цикла объекта проектирования (участка, цеха, производственного корпуса);
- долгосрочной стратегии или разработки целевой программы развития производства с учетом изменений планов выпуска продукции.
Управление процессом в АСТПП с использованием предложенного метода осуществляется непрерывно с момента создания участка, цеха или корпуса до момента его ликвидации, то есть на протяжении всего жизненного цикла производственной системы.
Оптимизация технологических планировок на основе нейросетевых моделей достаточно подробно описана в [5, 9]. Этот метод позволяет определить вариант технологического процесса, который обеспечивает Паретто-оптимальное решение задачи. Парето-оптимальное решение позволяет определить наилучший вариант проектного технологическо-
го процесса для дальнейшей разработки чертежей и 3П- моделей компоновок или технологических планировок оборудования.
Управление отдельными инновационными проектами освоения технологий и постановки на производство новых изделий на основе применения кривых освоения технологий может быть использовано, например, следующим образом (рис. 3), для профилактики срыва сроков выполнения инновационных проектов технологического перевооружения производства и устранения условий выхода за пределы локальных, сводных и объектных смет проекта.
Сроки наступления контрольных дат событий проекта, мес.
Рисунок 3.
Графики изменения стоимости проекта и хода его расписания
Я-образные закономерности инновационного развития технологических систем принято объяснять с помощью различных математических моделей:
- для закона смены технологических укладов - это система дифференциальных уравнений в частных производных [5];
- для закона эволюционного развития инновационной продукции и закона смены поколений технологий - это уравнение Ферми и сигмоидальные уравнения типа аг^ [5];
- для исследования научного закона диффузии (распространения) технологий - это логистические уравнения, уравнения Фишера-Прая, Гомпертца, Перла и другие [6, 7].
В ходе данного исследования внедрения проектов технического перевооружения машиностроительных производств в дополнении к уже существующим Я-образным кривым инновационного развития были установлены новые зависимости, характеризующие процесс освоения технологий (кривая освоения технологий, например, рис. 4). Этот процесс можно описать решением дифференциального уравнения Ферхюльста:
0 0/ч КР ■ ег1+х я = я (*) = +У
(2).
К + Р ■ е
• 5=КРехр(гИ-х)/(К+Р(ехр(П)-1))+у
Эмпирические данные
I [даты]
Примечание: точка А - особая точка, не связанная с подготовкой или исполнением проектной документации, а обозначающая только подготовку организационно-распорядительных документов. Точки, даты которых позднее 1.05.2014 - прогнозные.
Рисунок 4.
График ввода мехатронного станочного оборудования (многоцелевой обрабатывающий центр Негт1е С60)
Заключение
Построенная модель проблемно-ориентированной на разработку инновационных технологий АСТПП позволяет использовать современные методы системотехнического проектирования в проектах реконструкции и технического перевооружения производства. Функциональная модель проблемно-ориентированной АСТ ПП показывает, что существующие способы технологической подготовки производства должны быть дополнены новыми методами, в частности каскадным методом управления инновационными проектами технического перевооружения производства.
Разработанный в данной публикации метод решения задач АСТ ПП, основанный на комплексном использовании теории графов, интегральных уравнений Вольтерра, дифференциальных уравнений Ферхюльста и нейросетевых моделей, позволяет сокращать сроки внедрения инновационных проектов технического перевооружения производства и не выходить за пределы сметной части проектно-сметной документации.
Список литературы и источников
1. Указ Президента России «О долгосрочной государственной экономической политике» №596 от 7 мая 2012 г.
2. Стратегия инновационного развития РФ на период до 2020 г. (Распоряжение Правительства РФ от 8 декабря 2011 г. N 2227-р).
3. Romer P. M. Endogenous Technological Change // J. of Political Economy. 1990. - Vol. 98, N 5.
4. Инновационный менеджмент: концепции, многоуровневые стратегии и механизмы инновационного развития: учеб. пособие / Под ред. В. М. Аньшина, А. А. Дагаева. - М.: Дело, 2006. - С 114.
5. Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б., Кутин А.А. Инноватика. Учебник. - М.: Машиностроение, 2013. - 640 с.
6. Селиванов С.Г., Криони Н.К., Поезжалова С.Н. Инноватика и инновационное проектирование в машиностроении: практикум. -М.: Машиностроение, 2013. - 770 с.
7. Селиванов С.Г., Гузаиров М.Б. Системотехника инновационной подготовки производства в машиностроении. - М.: Машиностроение, 2012. - 568 с.
8. Поезжалова С.Н., Селиванов С.Г. Автоматизированная система научных исследований высоких и критических технологий в авиадвигателестроении. - Saarbrucken: Lambert Academic Publishing, 2013. - 163 с.
9. Селиванов С.Г., Шайхулова А.Ф., Камалова Г.Ф. Методы инновационного проектирования технологического перевооружения машиностроительного производства. - Saarbrucken: Lambert Academic Publishing, 2014. - 314 с.
10. Селиванов С.Г., Шайхулова А.Ф. Системотехническое моделирование и управление проектами технического перевооружения производства в машиностроении // Вестник УГАТУ. 2014. - Т. 18, № 2 (63). - С. 125-133.
11. Селиванов С.Г., Поезжалова С.Н., Шайхулова А.Ф. Использование закономерностей развития высоких и критический технологий в управлении инновационными проектами // Наука и образование. - М.: МГТУ, 2014. - № 6. - С. 29-44.
