CC BY
78РАЗВИТИЕ АРХИТЕКТУР ЦИФРОВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ1
DEVELOPMENT OF THE DIGITAL ENTERPRISES ARCHITECTURES
DOI: 10.38197/2072 -2060- 2021- 230-4- 230-235
1ТЕЛЫНОВ Юрий Филиппович
Заведующий кафедрой прикладной информатики и информационной безопасности Российского экономического университета имени Г.В. Плеханова, д.э.н., профессор
YuryF. TELNOV
Head of Department of Applied Informatics and Information Security, Doctor of Economics, Professor
Аннотация В статье рассматривается влияние применения цифровых технологий, таких
как новые производственные технологии, промышленный интернет, искусственный интеллект, большие данные и предиктивная аналитика на построение динамичных и гибких архитектур современных цифровых предприятий.
В качестве инструмента, реализующего единое информационное пространство про -изводственных и бизнес-процессов предприятия, предлагается концепция Industry 4.0 и архитектурный подход на ее основе RAMI, которые рассматривают использование в качестве технологической основы предприятия сетевую структуру связанного мира.
Для моделирования производственных и бизнес-процессов цифрового предприятия рассматривается концепция построения предприятий, деятельность которых базируется на использовании моделей (Model-Based Enterprise) и подход к моде -лированию и управлению цифровым потоком (Digital Thread). Для повышения семантической интероперабельности взаимодействующих моделей цифровых предприятий предлагается использовать методы онтологического моделирования, а для ускорения гибкой конфигурации цифровых предприятий - методы микро -сервисной организации программного обеспечения.
The article examines the impact of the use of digital technologies, such as new production technologies, industrial Internet, artificial intelligence, big data and predictive analytics on the construction of dynamic and flexible architectures of modern digital enterprises.
As a tool that implements a single information space of production and business processes of the enterprise, the concept of Industry 4.0 and the architectural approach based on RAMI are proposed, which consider the use of the network structure of the connected world as the technological basis of the enterprise.
To model the production and business processes of a digital enterprise, the concept of building enterprises whose activities are based on the use of models (Model-Based
Abstract
1 Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 19-07-01137а.
Ключевые слова
Keywords
Введение
Развитие и широкое использование цифровых технологий в социально - экономических процессах существенным образом изменяет бизнес- модели предприятий, главным элементом которых становится инновационный характер деятельности, направленной на непрерывную адаптацию производства и оказания услуг к изменяющимся потребностям общества. Вместе с тем простое внедрение цифровых технологий в практику управления предприятиями само по себе не ведет автоматически к улучшениям социально - экономических показателей деятельности предприятий. Только глубокое преобразование всех производственных и бизнес- процессов, составляющее предмет цифровой трансформации, может способствовать построению эффективных и гибко настраиваемых производственных структур на решение задач удовлетворения динамически изменяющихся потребностей субъектов экономической деятельности.
В настоящее время широко развиваются научные исследования в области создания динамических архитектур цифровых предприятий, которые призваны комплексно решать задачи цифровой трансформации. Главными особенностями разрабатываемых архитектур цифровых предприятий являются:
■ Реализация основных принципов Индустрии 4.0 (Industrie 4.0).
■ Формирование гибких архитектур предприятий на основе цепочек и сетей создания ценности предприятий.
■ Непрерывное моделирование и развитие процессов создания продукции и оказания услуг в рамках концепции цифровых потоков.
Реализация основных принципов индустрии 4-го поколения на основе современных цифровых технологий
Развитие концепции индустрии 4 - го поколения или 4 - й промышленной революции тесно связано с внедрением в промышленное производство таких новых цифровых технологий, как промышленный интернет, основанный на интернете вещей и интернете «всего», искусственный интеллект и обработка больших объемов данных, новые промышленные технологии и роботизация, сервисные архитектуры информационных систем и организация облачной обработки данных и др. Обобщение основных принципов построения бизнес- моделей, связанных с цифровизацией производственных и бизнес- процессов, нашло отражение
Enterprise) and an approach to modeling and managing digital flow (Digital Thread) is considered. To increase the semantic interoperability of interacting models of digital enterprises, it is proposed to use methods of ontological modeling, and to accelerate the flexible configuration of digital enterprises - methods of microservice organization of software.
Цифровое предприятие, Индустрия 4.0, референсная архитектурная модель, предприятие, основанное на использовании моделей, цифровой поток, онтологическое моделирование, микросервисы.
Digital Enterprise, Industry 4.0, reference architectural model, model based enterprise, digital thread, ontology modelling, microservices.
в работах многих исследователей: Клауса Шваба [1], Августа -Вильгельма Шеера [2] и др.
Прежде всего, в концепции индустрии 4- го поколения развивается принцип открытых инноваций, непрерывного обновления и развития продуктовых линеек, обусловленных необходимостью индивидуализации производства под конкретные и перспективные потребности рынка. В инновационный процесс включаются все заинтересованные стороны: от заказчиков до предприятий - возможных смежников. Данному процессу способствует создание современных экосистем на базе облачных и мультисервисных программно -технических платформ. Бизнес- модели взаимодействия всех участников создания цепочек ценности, согласно Александру Остервальдеру [3], становятся более интегрированными и гибкими, образуя новые организационные формы такого взаимодействия, которые позволяют формировать необходимые производственные и бизнес- процессы «на лету» через множество каналов коммуникации.
В новых организационных формах предприятий, которые часто называют виртуальными или сетевыми, на первое место выходят сервис- ориентированные архитектуры предприятий и архитектуры предприятий, основанные на совместном использовании общих ресурсов (sharing economy). Даже классические производственные схемы поставки оборудования заменяются на бизнес-модели сдачи оборудования в аренду или с физическим его предоставлением арендатору, или предоставлением услуг через центры удаленного коллективного использования. Включение киберфизических устройств в производственное оборудование, создание сетей промышленного интернета позволяют владельцам производственных процессов посредством анализа возникающих больших объемов данных проводить оперативную диагностику эксплуатации оборудования и своевременно проводить его ремонт или замену.
Создание динамичных организационных структур совместного взаимодействия участников цепочек создания ценностей обусловливает необходимость разработки новых методов организационного управления, среди которых особенное место отводится децентрализации управления и выработки консолидированных управленческих решений, а также развития методов самоорганизации производственных и бизнес- процессов. В оперативных производственных процессах переключение в использовании производственных линий и оборудования может осуществляться автоматически на основе анализа больших данных, генерируемых в процессе эксплуатации. Для принятия более сложных решений, например, в инновационных процессах, могут применяться и более сложные многоагентные системы, связывающие участников сетевых взаимодействий с помощью интеллектуальных программных агентов.
Формирование гибких архитектур предприятий на основе архитектурной модели Индустрии 4.0
Цифровизация производственных и бизнес- процессов оказывает существенное влияние на построение архитектуры предприятия, под которой будем понимать «целостный набор принципов, методов и моделей, используемых в проектировании и реализации организационной структуры, бизнес- процессов, информационных систем и технологий» [4]. Среди современных подходов к построению архитектуры предприятий следует выделить подход, который направлен на описание типовой
(референсной) архитектурной модели Индустрии 4.0 (Reference Architectural Model Industry 4.0 - RAMI 4.0), специфицированной в Европейском стандарте DIN SPEC 91345 [5].
В архитектурном подходе RAMI рассматриваются структура производства в аспектах определения объектов и средств производства, стадии жизненного цикла создания продукции и услуг и архитектурные слои, которые включают бизнес- слой, функциональный, информационный, коммуникационный, интеграционный и физический слои [5]. С помощью такого подхода можно представить предприятие от рабочего места до системы связанных предприятий (connected world) в целом. На пересечении этих трех измерений определяются модели разных типов, которые позволяют отслеживать все связанные производственные и бизнес- процессы и осуществлять необходимые управленческие воздействия по достижению целевых состояний предприятия на оперативном, тактическом и стратегическом уровнях управления.
С позиции архитектурного подхода RAMI можно представить эволюцию концепции цифровых предприятий, которые широко используют цифровые технологии во всех аспектах своей деятельности. Концепцию цифровых предприятий в России (проект «Фабрики будущего») активно развивает Ассоциация «Технет» в рамках Национальной технологической инициативы [6], согласно которой различают цифровые, смарт («умные») и виртуальные фабрики.
Концепция виртуальных предприятий в теории организационного проектирования развивается достаточно давно [7]. Вместе с тем практическая реализация виртуальных предприятий с применением промышленного интернета и интеллектуальных технологий наблюдается только в последние годы. Причем в основном виртуальные предприятия достаточно активно создаются в инновационном бизнесе, на торговых площадках, в сетевом обслуживании клиентов, приобретая черты распределенных сетевых структур. Предполагается, что виртуальные формы отношений партнеров по бизнесу будут находить все большее применение в корпорациях и холдингах, образуя более динамичные структуры под конкретные проекты.
Модельно-ориентированный подход к построению архитектуры цифровых предприятий
Для создания гибких архитектур цифровых предприятий все большее значение приобретают вопросы математического и компьютерного моделирования всех элементов архитектуры. С этой точки зрения моделирование деятельности предприятий в различных слоях архитектурного подхода RAMI и на различных стадиях жизненного цикла предполагает создание системы взаимосвязанных и взаимодействующих моделей предприятия, на основе которых можно находить рациональные решения по организации производственных и бизнес-процессов. Подход к непрерывному моделированию деятельности предприятия на всех этапах жизненного цикла нашел развитие в концепции предприятий, деятельность которых базируется на использовании моделей (Model-Based Enterprise - МВЕ) [8].
Дальнейшим развитием концепции MBE является подход к моделированию и управлению цифровым потоком (digital thread), разработанный Национальным институтом стандартов и технологий США (NIIST) [9]. Этот подход характеризует интегрированное представление и использование связанных данных о совместно используемых ресурсах (активах), которые рассматриваются с позиции различных
функциональных точек зрения, на протяжении всего жизненного цикла продукции и услуг.
В существующем подходе моделирования цифрового потока не решены задачи установления семантического соответствия различных описаний продукции и услуг и соответствующих процессов, что становится основным критическим фактором для успешного создания совместно используемых программно -технических платформ, поддерживающих достаточно сложную экосистему цифрового предприятия.
Для обеспечения семантической интероперабельности различных моделей создания продукции и услуг на цифровом предприятии предлагается использовать методы онтологического моделирования всех взаимосвязанных производственных и бизнес-процессов [10]. Для ускорения процессов конфигурации архитектуры цифрового сетевого предприятия в соответствии возникающими потребностями целесообразно использовать методы построения микросервисных информационных систем, состоящих из взаимодействующих автономных интеллектуальных агентов [11].
Заключение
Анализ развития современных цифровых предприятий на основе реализации принципов индустрии 4 - го поколения показал, что внедрение современных цифровых технологий на предприятиях приводит к коренному изменению бизнес- моделей, направленных на обеспечение клиенто - ориентированности и устойчивости бизнеса. Применение современных архитектурных принципов способствует созданию цифровых предприятий будущего, формирующих экосистемы на основе интеллектуальных программно -технических платформ. Для повышения качества проектирования цифровых предприятий и обеспечения гибкости их конфигурирования необходимо применение методов онтологического инжиниринга и построения микросервисных архитектур программного обеспечения.
Библиографический список
1. Шваб К. Четвертая промышленная революция. / К. Шваб - «Эксмо», 2016 - (Top Business Awards). -138 с.
2. Шеер А.В. Индустрия 4.0: от прорывной бизнес-модели к автоматизации бизнес-процессов/Издательский дом «Дело», 2020. - 272 с.
3. Osterwalder A. et al. The Business Model Ontology - a proposition in a design science approach. Thesis PhD. - 2004.
4. Mark Lankhorst. Enterprise Architecture at Work. Modelling, Communication and Analysis/Second Edition Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009/ - 359 p.
5. Reference Architectural Model Industrie 4.0 (RAMI4.0) - An Introduction: https://www.plattform-i40.de/ PI40/Redaktion/EN/Downloads/Publikation/rami40-an-introduction. html (дата обращения 28.06.2021).
6. Многоуровневая структура фабрики будущего //Ассоциация Технет, https://technet-nti.ru/article/ fabriki-buducshego (дата обращения 28.06.2021).
7. Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. - М.: Эдиториал УРСС, 2002. - 352 с.
8. Frechette S.P. Model based enterprise for manufacturing // Manufacturing Systems Integration Division, Engineering Laboratory, National Institute of Standards and Technology, 2011. https://www.nist.gov/ publications/model-based-enterprise-manufacturing (дата обращения 28.06.2021).
9. Digital thread for smart manufacturing / NIST, 2020 [Электронный ресурс] https://www.nist.gov/ programs-projects/digital-thread-smart-manufacturing (дата обращения 28.06.2021).
10. Построение структуры сетевого предприятия для создания инновационных продуктов /Ю.Ф. Тельное и [др.]//Открытое образование, 2019, Т. 23, № 6, - С. 59-73.
11. Тельнов Ю.Ф., Казаков В.М., Трембач В.М. Разработка системы, основанной на знаниях, для проектирования инновационных процессов создания продукции сетевых предприятий // Бизнес-информатика, Т. 14. № 3 - 2020. - С 35-51.
References
1. Shvab K. The Fourth Industrial Revolution /K. Shvab - "Eksmo", 2016 - (Top Business Awards). - 138 s.
2. Scheer A.V. Industry 4.0: from a breakthrough business model to automation of business processes / Delo Publishing House, 2020. - 272 p.
3. Osterwalder A. et al. The Business Model Ontology - a proposition in a design science approach. Thesis PhD. - 2004.
4. Mark Lankhorst. Enterprise Architecture at Work. Modelling, Communication and Analysis/Second Edition Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009/ - 359 p.
5. Reference Architectural Model Industrie 4.0 (RAMI4.0) - An Introduction: https://www.plattform-i40.de/ PI40/Redaktion/EN/Downloads/Publikation/rami40-an-introduction. html (дата обращения 28.06.2021).
6. Multilevel structure of the factory of the future // Association Technet, https://technet-net.nti.ru/article/ fabriki-buducshego (дата обращения 28.06.2021).
7. Tarasov V.B. From multi-agent systems to intellectual organizations: philosophy, psychology, computer science. - Moscow: Editorial URSS, 2002 - 352 p.
8. Frechette S.P. Model based enterprise for manufacturing // Manufacturing Systems Integration Division, Engineering Laboratory, National Institute of Standards and Technology, 2011. https://www.nist.gov/ publications/model-based-enterprise-manufacturing (дата обращения 28.06.2021).
9. Digital thread for smart manufacturing / NIST, 2020 [Электронный ресурс] https://www.nist.gov/ programs-projects/digital-thread-smart-manufacturing (дата обращения 28.06.2021).
10. Telnov Y.F. et al. Constructing network enterprise structure to create innovative process // Open Education, 2019, v. 23, № 6, - P. 59-73.
11. Telnov Y.F, Kazakov V.A., Trembach V.M. Developing a knowledge-based system for the design of innovative product creation processes for network enterprises // Business Informatics - V. 14 № 3 - 2020. - С. 35-51.
Контактная информация / Contact information
ФГБОУ ВО «Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова»
117997, Москва, Стремянный пер., 36.
Plekhanov Russian University of Economics
36, Stremyanny Alleyway., Moscow, 117997, Russia.
Тельнов Юрий Филиппович / Yury F. Telnov
