В современном бизнес-мире повышение эффективности производства является одним из важнейших приоритетов для организаций всех масштабов и отраслей. Это обусловлено растущей конкурентной средой, изменениями в экономической среде и ожиданиями потребителей. В данном контексте, инструментарий цифровых технологий играет ключевую роль в определении путей и средств достижения оптимальных результатов в производственных операциях.
Производство, в качестве одной из фундаментальных отраслей человеческой деятельности, постоянно подвержено воздействию различных внешних и внутренних факторов. В современном мире перед предприятиями и организациями стоят множественные вызовы, такие как изменение климата, рост мировой популяции и увеличение потребительских ожиданий. Решение этих проблем требует новых подходов и инноваций, и в этом контексте цифровые технологии внедряются в бизнес-процесс с целью улучшения эффективности производства и обеспечения устойчивости отраслей.
Цифровые двойники, или виртуальные модели физических объектов и процессов, представляют собой одну из передовых и инновационных технологий, которые могут преобразить производство. Их использование открывает новые горизонты для мониторинга, анализа и управления производственными процессами и ресурсами. Особенно актуальным становится использование данного инструментария в условиях быстро меняющейся экономической среды. Принятие решений только на основе интуиции и прошлого опыта может стать причиной существенных потерь, учитывая постоянное появление новых факторов. Данные инструменты предоставляют компаниям возможность учитывать эти новые факторы и принимать более обоснованные решения.
В целом, инструментарий цифровых технологий повышения эффективности производства представляет собой неотъемлемую часть успешного управления в современных условиях и может служить ключевым фактором для достижения конкурентных преимуществ и устойчивого роста.
При исследовании методических подходов к оценке результативности и эффективности цифрового двойника на промышленном предприятии были рассмотрены различные методики, направленные на измерение эффектов от внедрения цифровых технологий. В ходе анализа были исследованы инструменты, предлагаемые этими методиками, которые позволяют оценить влияние цифрового двойника на различные аспекты деятельности предприятия. Такие инструменты могут включать сбор данных о производственных показателях, анализ изменений в процессах и улучшений в эффективности работы, а также оценку экономических показателей.
Произошедшие события, связанные с пандемией в 2020 году, оставили свой отпечаток на всех сферах деятельности предприятий и человека. Это не обошло стороной и цифровые технологии. Некоторые отечественные и зарубежные авторы присваивают этим экономическим событиям термин «прорыв» на фоне кризисного состояния экономики. Так, развитие Индустрии 4.0 привело к возникновению термина VUCA-мир (аббревиатуры от слов волатильный, неопределенный, сложный и неоднозначный), которому в постковидные времена приходит на смену термин BANI-мир (от слов хрупкий, тревожный, нелинейный и непонятный).
Также в этот период обострились антироссийские санкции, что подтвердило наличие BANI-эффектов. Как следствие, в ответ на эти мероприятия отечественная экономика запускает программу импортозамещения, что в последствии должно привести к развитию экономической деятельности повышению инновационной активности предприятий. В следствии эти событий существенно наросла необходимость цифрового подхода к технологиям. Стратегический подход внедрения цифровых технологий в производственный процесс несомненно даст результат. В том числе и в нестабильных средах, в виде повышения экономической и социальной эффективности. Используемый нами в исследовании субъективный подход показывает, что знания, умения, навыки, hard skills и soft skills взаимосвязаны. Это влияет на методы и подходы ведения и организации предпринимательства. Координированность цифровых технологий и субъективный подход создают новые бизнес-модели с конкурентными преимущественными. Также здесь видится необходимость профессионального подхода со стороны управленческого учета и маркетинга. Одной из последних, но при этом не самых новых технологий является технология создания цифрового двойника. Она появилась в 2003 г., когда Майкл Гривс представил ее в трудах о жизненном цикле продукта, и в последствии крепко закрепилась в высокотехнологичной промышленности.
Основными сферами применения технологии цифрового двойника в различных секторах экономики являются процессы проектирования, планирования, оптимизации, обслуживания, безопасности, принятия решений, удаленного доступа и обучения. Такой инструментарий может применяться различными предприятиями и организациями и нацеливать их на повышение конкурентоспособности, эффективности и производительности. Также необходимо создавать методический инструментарий с применением цифровой технологии, что позволит более полно и на всех уровнях осуществлять взаимосвязь реальности и виртуального видения, создаст целостную картину физического объекта и всех показателей его деятельности, может предсказать последовательность действий или результаты сценариев.
Мировой рынок цифровых двойников оценивается в 5,1 млрд долл. США в 2021 г. и, предполагается, что будет расти в последующие годы (рисунок 1). Пандемия изменила взгляд на производство, торговлю и обслуживание, что ускорило внедрение данной технологии. Поэтому становится важным понять и оценить, какими могут быть последствия внедрения цифрового двойника, в которой он применяется. Объектом цифрового двойника могут быть не только процессы и явления, а и производство, и бизнес в целом. Заложенные сценарии управленческого учета позволят принимать правильные и экономически эффективные управленческие решения. Неотъемлемой частью методического инструментария является и аналитика, ведь постоянно меняющаяся внешняя среда порождает новые факторы. Общая цифровая модель использует искусственный интеллект и большие данные, так как оцифровывает организационные и производственные процессы, активы и обязательства предприятия, работников организации, взаимодействия с контрагентами и фискальными органами. Использование подобного инструментария предполагает фундаментальные инвестиции в навыки, проекты, инфраструктуру, людей, машин и организационных процессов. А это совокупность, технической инфраструктуры, с одной стороны, и навыков в организации для реализации стратегии, с другой.
Методический инструментарий, с применением цифровых технологий, повышения эффективности деятельности предприятия должен обладать следующими характеристиками: прогнозирование, универсальность, систематизация, социализация, развитие (рисунок 2).
Методический инструментарий применения цифровых двойников демонстрирует свою эффективность в различных отраслях, особенно в области улучшения производственных процессов. Одной из ключевых функций цифровых двойников является создание виртуальных копий умных предприятий компаний, что позволяет выявлять проблемные места в компонентах, системах, процессах и других активах. Благодаря цифровым двойникам компании могут также проводить тестирование потенциальных решений, моделировать взаимодействия между компонентами и прогнозировать стохастические изменения, которые могут возникнуть в процессе операций. Такие симуляции позволяют организациям экономить время, ресурсы и деньги, которые ранее требовались для проведения практических испытаний рабочих гипотез.
Цифровые двойники играют ключевую роль в разрезе различных отраслей, обеспечивая широкий спектр преимуществ и открывая уникальные возможности. Во-первых, подобный методический инструментарий позволяет проводить виртуальное моделирование и симуляцию процессов проектирования и производства. С использованием цифровых технологий можно создать точную виртуальную копию объекта, включая его компоненты, системы и взаимодействие между ними. Это позволяет проводить тестирование и оптимизацию объекта, испытывать различные сценарии и анализировать их воздействие на производительность и безопасность. Такой подход снижает время и затраты на разработку новых управленческих решений и позволяет быстрее выпускать инновационные и надежные продукты на рынок.
Во-вторых, цифровые технологии играют важную роль в управлении жизненным циклом объекта. Они позволяют отслеживать состояние и производительность в реальном времени с помощью сенсоров и системы сбора данных. Это позволяет производителям и управленческим центрам получать информацию о работе, определять проблемы и предотвращать возможные производственные простои и отказы. Цифровые двойники также могут помочь в планировании регулярного обслуживания и предоставлении персонализированной поддержки. Формирование экономических эффектов от внедрения цифровых двойников может иметь различные направления, которые напрямую влияют на увеличение доходов и сокращение затрат предприятия (рисунок 3).
Внедрение цифровых двойников приводит к организационным изменениям, которые сказываются на ускорении процесса попадания на рынок. Одним из преимуществ использования технологии цифровых двойников является сокращение времени, требуемого для внедрения новых продуктов или услуг на рынке. Это связано с тем, что цифровые двойники позволяют виртуально моделировать и тестировать продукты или процессы, прежде чем физический экземпляр будет создан или запущен в производство.
В результате использования цифровых двойников удается значительно сократить время, которое ранее было затрачено на проведение физических испытаний, настройку и оптимизацию процессов, а также на анализ результатов. Благодаря возможности создания виртуальных прототипов и симуляций, компании могут ускорить цикл разработки, улучшить качество продукции и оперативно реагировать на изменения требований рынка.
Более того, сокращение времени, необходимого для вывода продукта на рынок, имеет положительное влияние на конкурентоспособность организаций и создает благоприятные условия для успешных продаж в будущем. Сокращение времени вывода на рынок обеспечивает следующие преимущества:
- сокращение расходов на оплату труда и уменьшение стоимости производства;
- расширение производственных мощностей и увеличение объема производства продукции.
Конечно, есть высокотехнологичные отрасли с массовым производством, которые активно внедряют цифровые технологии и широко используют их методический инструментарий. В условиях острой конкуренции предприятия постоянно ищут новые решения для привлечения клиентов. Различные компании активно используют технологию цифровых двойников в автомобильной промышленности. Например, Maserati сотрудничает с Siemens, чтобы полнее удовлетворить требования клиентов и сократить время выхода на рынок. С помощью программного обеспечения Siemens, Maserati создала цифровой двойник модели Ghibli, который точно соответствует оригиналу. Это существенно сократило затраты и время разработки автомобиля на 30%. Другой пример — Mercedes-Benz (Daimler), который введет в эксплуатацию «Фабрику 56» в 2020 году. Здесь применяются технологии Интернета вещей (IoT), высокопроизводительные сети WLAN и 5G для обмена данными между роботами в рамках гибкого производства.
Mercedes-Benz также использовал цифровую экосистему MO360, которая интегрирует информацию из различных производственных процессов и ИТ-систем со всего мира. Эта экосистема позволяет оптимизировать управление производством на основе ключевых показателей эффективности (KPI). Благодаря гибкости производства, Mercedes-Benz может быстро переключаться на производство различных моделей автомобилей, адаптируясь к изменяющемуся спросу. Эти технологии уже привели к увеличению эффективности на 25% по сравнению со старой линией сборки S-класса. Такие компании, как Maserati и Mercedes-Benz, демонстрируют примеры успешного внедрения и использования цифровых двойников в автомобильной промышленности. Эти технологии позволяют сократить затраты, повысить эффективность и улучшить конкурентоспособность компаний на рынке. Производители массовых потребительских товаров также начали активно применять цифровые технологии для оптимизации своих операций. На конференции, посвященной цифровым двойникам, в Нидерландах был представлен интересный доклад о создании цифрового двойника электробритвы компании Philips. Этот цифровой двойник не только моделирует нормальное функционирование устройства, но также включает ситуации, когда бритва падает из рук пользователя. Чтобы сделать прибор более устойчивым к таким «аварийным» ситуациям, разработчики проводят виртуальные дроп-тесты и краш-тесты. Unilever, мировой лидер в производстве пищевых продуктов и товаров бытовой химии, также использует цифровые двойники для повышения эффективности и гибкости своих производственных процессов. Компания создала виртуальные модели своих заводов по всему миру. Датчики IoT, установленные на каждом предприятии, передают данные о производительности в режиме реального времени, такие как температура и скорость двигателей, в облачное хранилище. С помощью аналитики и алгоритмов машинного обучения, цифровые двойники IoT имитируют сложные сценарии «что если», чтобы определить оптимальные условия работы. Это помогает производителям более эффективно использовать материалы и сократить отходы, которые не соответствуют стандартам качества.
Использование технологии позволило компании Unilever добиться следующих результатов:
- Улучшить качество продукции: Unilever PLC добился 40-процентного улучшения качества
деталей в первый раз, используя концепцию цифрового двойника. - Более высокая эффективность производства: Unilever PLC сократил время, затрачиваемое
на переобои для своих производственных клиентов, на 20%. - Повысили рентабельность: Unilever PLC отметил, что использование цифровых двойников
помогло компании повысить годовую норму прибыли до 13%.
В настоящее время Unilever эксплуатирует восемь цифровых двойников в Северной Америке, Южной Америке, Европе и Азии.
В финансовой сфере также начали использовать термин «цифровой двойник» для моделирования покупательского поведения и распределения ресурсов, включая личные финансы и заемные средства. Одним из примеров использования технологии в финансовой сфере является исследование PwC, где авторы предлагают использование цифровых двойников для формулировки финансовых рекомендаций клиентам с учетом социально-демографических, поведенческих, финансовых и медицинских факторов, влияющих на их предпочтения.
Технология цифровых двойников дает управляющим активами и страховым компаниям больше возможностей для понимания потребностей клиентов и прогнозирования изменений, которые могут произойти в их жизни. Цифровые технологии и их методический инструментарий помогают разработать оптимизированные и персонализированные стратегии управления финансами для каждого клиента. Например, чтобы предсказать потребности клиента в расходах после выхода на пенсию, финансовому консультанту необходимо учесть конкретные финансовые, социальные и медицинские аспекты каждого клиента и прогнозировать их будущие изменения.
В ходе анализа было выявлено, как внедрение цифровых двойников оказывает влияние на ряд
ключевых бизнес-процессов предприятия.
Эти процессы включают:
- основной бизнес-процесс, связанный с производством товаров или услуг;
- бизнес-процесс продаж, отвечающий за реализацию продукции;
- бизнес-процесс вывода продукции на рынок, который включает маркетинговые и распреде-
лительные мероприятия; - бизнес-процесс разработки новой продукции, включающий исследование и разработку но-
вых идей и концепций; - бизнес-процесс управления обслуживанием оборудования, включающий техническое об-
служивание и ремонт; - бизнес-процесс обучения персонала, направленный на повышение квалификации и развитие
навыков сотрудников.
Приведенные выше примеры цифровых двойников показали множество преимуществ для бизнеса. Более того, возможности цифровых двойников становятся все более доступными даже в небольших организациях. Это в основном обеспечивается за счет быстрого улучшения возможностей моделирования, распространения датчиков Интернета Вещей и повышения доступности инструментов и вычислительной инфраструктуры.
Результаты исследований представляют методику и инструменты повышения эффективности деятельности предприятий, при этом применимость методического и цифрового инструментария находит свое отражение во всех отраслях экономики. Кроме описанных положительных моментов, конечно, есть и проблемы. Удобство и сложность заключаются в том, что изменение одного параметра влечет изменение всех других показателей и данных, и это непрерывный процесс с множеством меняющихся методов. При этом наблюдается уменьшение ошибок, сглаживание неопределенностей и повышение эффективности. Нельзя не сказать о комплексном видении децентрализованного управления, если предприятие имеет отдельные центры ответственности. Новизна и неизученность технологии не позволяет видеть весь потенциал методического инструментария. Понятно, что есть проблема с программным обеспечением и кадрами, но кроме этого заметны и сложности стандартизации и нормативного регулирования, безопасности.
Нужно сказать, что на базе ведущих вузов и научно-исследовательских институтов идут разработки цифровых двойников. Здесь же и решается вопрос кадров, технологии и инженерии. Но проецируя и масштабируя подобный методический инструментарий, технология сталкивается с вышеописанными проблемами. Поэтому необходима обширность взгляда и нацеленность методического инструментария на повышение эффективности деятельности предприятий. По итогу мы видим, что расширение методического и цифрового инструментария в сторону повышения эффективности и глобальной конкуренции сегодня очень актуально. Во главу ставятся задачи результативности во взаимосвязи бизнес-процессов на уровне цифровых двойников с большими данными и искусственным интеллектом. Моделировать такие системы достаточно сложно, но применение гибких цифровых инструментов упростит принятие верных экономических решений и контроля. Они позволят детально и многократно оценивать сценарии для проверки потенциальных тактик и стратегий и предоставят компаниям возможности для определения оптимальных решений и действий на основе фактических данных».
В течение нескольких последних десятилетий концепция цифровых двойников развивалась, и только недавно мы увидели ее реальное влияние на различные отрасли и сферы жизни. Цифровой двойник представляет собой виртуальную модель или реплику реального объекта, системы или процесса, которая содержит информацию о его физических и функциональных характеристиках. С использованием передовых технологий, таких как интернет вещей (IoT), искусственный интеллект и облачные вычисления, ЦД становится мощным инструментом для анализа, прогнозирования и оптимизации различных аспектов реального мира. В рамках различных сфер применения, цифровые двойники обладают значительным потенциалом и предлагают разнообразные преимущества в контексте Индустрии 4.0. Выбор подходящего типа цифровой технологии и понимание их потенциала позволяют разрабатывать инструменты, которые способствуют моделированию, прогнозированию, ведению записей и устранению неисправностей. Внедрение цифровых двойников приводит к ряду выгод, включая сокращение издержек, повышение производительности и улучшение качества процессов.
Цифроваяттехнология и ее методический инструментарий позволяют предвидеть возможные проблемы и более эффективно планировать ресурсы, что приводит к сокращению времени простоя оборудования и оптимизации использования материалов. Например, в промышленности такие технологии позволяют в режиме реального времени мониторить и анализировать данные производственных процессов, выявлять узкие места и оптимизировать их для повышения производительности и сокращения издержек. Однако, как технология, цифровые двойники все еще находятся в начальной стадии развития и еще не раскрыли свой полный потенциал. Распознание и решение проблем цифровых двойников является решающим фактором для успешного применения этой технологии в различных секторах.
Многие из проблем, связанных с цифровыми двойниками, связаны с их новизной: отсутствие консенсуса в определении и оценке ценности, отсутствие стандартов и правил, недостаток компетентных специалистов и программного обеспечения. Проблемы безопасности данных и прав собственности также требуют дополнительного внимания, так как данные являются основой цифровых технологий. Помимо решения текущих про блем, необходимо также предвидеть и идентифицировать будущие вызовы и проблемы, с которыми столкнется или создаст цифровой двойник как технология. Для раскрытия истинного потенциала технологии цифрового двойника необходимо полное понимание ее определения, характеристик, преимуществ, способов реализации и проблем. Это позволит расширить горизонты и достичь полной реализации цифровых технологий и их методического инструментария в различных сферах.