Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«Национальный исследовательский университет

«Высшая школа экономики»

Кафедра менеджмента инноваций

Выпускная квалификационная работа

Создание институтов опережающей стандартизации в области интернета вещей (IoT)

по направлению 27.04.05 Инноватика

студента группы № МУИ161 (образовательная программа «Управление исследованиями, разработками и инновациями в компании»)

Шаронов Александр Вячеславович

Научный руководитель к.э.н., доцент ГУУ

Дуненкова Елена Николаевна

Москва 2018



Введение

В качестве проблемы для настоящего исследования была выбрана тема управления развитием технологий, входящих в экосистему интернета вещей (InternetofThings - IoT) при помощи создания института опережающей стандартизации. Работа основывается материалах курсовой работы по теме «Стандартизация как инструмент повышения отраслевой инновационной активности в сфере интернета вещей» и является ее дальнейшим развитием.

Если обратиться к публикациям, связанным с перспективами развития этой технологии, то в большинстве случаев авторы говорят о том, что пул технологий, объединенных под термином интернета вещей, существенным образом изменит не только жизнь человека, но и всю экономику в еще большей степени, нежели ее изменил интернет. С одной стороны об этом говорит множество профессионалов, связанных с данной областью, с другой стороны исследования, статьи и публикации на тему интернета вещей носят лоскутный характер.

Авторы приведенных в работе статей сходится во мнении, что интернет вещей станет базовой технологией в рамках шестого технологического уклада. Базовой в том смысле, что ее наличие станет фундаментом для других прикладных технологий и решений.

Само понятие интернета вещей достаточно широко и то, что информационные системы постепенно интегрируются и начинают взаимодействовать друг с другом без участия человека, хорошо прослеживается в настоящий момент. Технологии интернета вещей станут лишь унифицированной платформой для такой интеграции. Такая платформа необходима для дальнейшего развития, а значит ее создание в некотором смысле неизбежно. Вариации возможны лишь в том, как и когда будет происходить становление этой технологии и ее проникновение в нашу повседневную жизнь.

Как и в случае с любой технологической революцией освоение новой базовой технологии для России жизненно важно и напрямую связано с ее будущей конкурентоспособностью. При смене структуры экономики, правил ведения бизнеса, всегда появляется шанс наверстать отставание. Перемены это то самое время, когда стартовые позиции у лидеров и аутсайдеров рынка сближаются, что делает возможным рывок в развитии.

В данном контексте проблема ускорения развития технологий интернета вещей в России становится не просто актуальной, а жизненно важной. Задача развития интернета вещей не столько технологическая, сколько организационная. Технических препятствий для организации межмашинных (M2M) взаимодействий нет и в настоящий момент. Основная проблема состоит именно в выработке соответствующих правил и отраслевых стандартов, которые станут едиными для всех участников рынка.

Похожая проблема стояла и перед сетью интернет, развитие которого не шло гладко. В период становления существовало и множество конкурирующих технологий, например, token ring, была и ситуация продуктового хаоса. Само становление технологии заняло без малого 30 лет.

Тем не менее, существуют и более успешные примеры технологического развития в сфере телекоммуникаций, например, технология Wi-Fi, развитие которой осуществляется скоординировано всеми производителями и управляется организацией Wi-Fi Alliance по средствам выпускаемых ей опережающих стандартов.

В настоящий момент в промышленном производстве активно развивается, или даже уже постепенно завершается, модульная революция, в рамках которой происходит схожий процесс перехода к открытой архитектуре технических систем на основе межотраслевых стандартов, проектируемых в альянсах или консорциумах до момента их реализации в металле.

Эти примеры позволяют рассматривать опережающую стандартизацию как эффективный инструмент управления технологическим развитием. Учитывая данный факт для успешного и быстрого развития и проникновения технологий интернета вещей в экономику, при создании объектов данной экосистемы должна применяться та же или схожая методика.

Возвращаясь к проблеме данной работы, с целью обоснования ее актуальности, на первом этапе приводится обоснование необходимости применения опережающей стандартизации для влияния на развитие интернета вещей. Для этих целей решаются следующие задачи:

- обоснование необходимости влияния на развитие интернета вещей;

- обоснование целесообразности и эффективности применения для управления развитием интернета вещей института опережающей стандартизации в форме открытого отраслевого альянса.

На втором этапе производится развернутый анализ составных частей экосистемы интернета вещей и проектирование модели института опережающей стандартизации, в рамках которого осуществляется:

- составление перечня основных групп стандартов интернета вещей;

- разработка целевой модели деятельности института опережающей стандартизации в сфере интернета вещей, определяющей его миссию, цели, задачи, масштаб деятельности и укрупненную структуру.

На третьем этапе производится апробация разработанной модели в экспертном сообществе и ее уточнение с учетом полученных отзывов и существующей структуры институтов развития России:

- апробация целевой модели в экспертном сообществе;

- целевая модель адаптируется с учетом полученных отзывов опрошенных экспертов и существующих институтов развития, в область действия которых попадают элементы экосистемы интернета вещей;

- на основании адаптированной целевой модели производится разработка дорожной карты ее внедрения.



Глава 1 Предпосылки создания института опережающей стандартизации в сфере интернета вещей

1.1 Обоснование необходимости влияния на развитие интернета вещей

1.1.1 Проблемы эволюционного развития технологий, при отсутствии стандартизации

1.1.1.1 Продуктовый хаос

При создании и выходе на рынок новой технологии начинает формироваться процесс и типовые сценарии ее использования. Требования к качеству (в широком смысле) выводимых на рынок образцов, их характеристикам и функциональности в этот момент еще не определены. Если на начальном этапе не происходит монополизации данной технологии (из-за патентования основных принципов или сложности воспроизводства ноу-хау), то технология копируется и адаптируется компаниями конкурентами к новым рынкам и рыночным нишам.

В ходе адаптации на рынок выпускается большое количество различных продуктов имеющих свои собственные уникальные отличия от исходного и заточенных под собственные рыночные ниши. Цена таких решений, как правило, высока из-за их уникальности, а к задачам смежных рыночных сегментов такие решения еще применимы плохо.

Как следствие, для потенциального покупателя возникают следующие препятствия:

- высокая цена;

- отсутствие продукта полностью удовлетворяющего его потребностям;

- необходимость выбора наиболее подходящего продукта и его адаптации.

Все это является существенным сдерживающим фактором для проникновения технологии на рынок и ее широкого применения.

стандартизация интернет сетевой логистический

1.1.1.2 Стандартизация де-факто (естественная стандартизация)

По мере заполнения открытых рыночных ниш и насыщения первоначального рынка происходит обострение конкуренции. В ходе конкурентной борьбы участников начинается отсев продуктов (профилей технологии) не обладающих достаточными параметрами качества. Этот процесс происходит до тех пор, пока из всех профилей технологии не выделяется определенный (небольшой) перечень профилей, которые удовлетворяют потребностям рынка наилучшим образом.

В этот момент происходит формулирование и утверждение требований участников рынка к качеству и функциональности. Таким образом, выбранные профили принимаются всеми участниками рынка как стандарты де-факто.

Формирование стандартов приводит к повышению прозрачности применения технологии для смежных отраслей и как следствие к подстройке этих отраслей под сформировавшиеся стандарты (ускорение проникновения).

Производство выпускаемой продукции унифицируется и структурируется в соответствии со сформированными стандартами, налаживаются цепочки поставок, что приводит к проявлению:

- эффект масштаба;

- эффект обучения на опыте;

- эффект синергии у всех участников рынка.

Как следствие стоимость конечных продуктов значительно сокращается, что приводит к дальнейшему расширению областей применения. Технология переходит в стадию рутинизации.

1.1.2 Существующие проблемы в области развития интернета вещей

Из числа существующих проблем в области развития интернета вещей различные источники выделяют следующие:

- многообразие различных протоколов и технологий;

- безопасность устройств в сети;

- недоверие конечных пользователей;

- разнообразие существующего информационного окружения;

- охват сетей передачи данных и унификация доступа;

- и другие.

Прежде всего, проблемой развития интернета вещей является многообразие различных протоколов и технологий, выпускаемых различными производителями. В настоящий момент на решение данной проблемы уже брошены силы таких институтов, как International Telecommunication Union (ITU - Международный союз электросвязи), International Organization for Standardization (ISO - Международная организация по стандартизации), International Electrotechnical Commission (IEC - международная электротехническая комиссия), Internet Engineering Task Force (IETF - Целевая группа по инженерным проблемам Интернета).

C другой стороны в профессиональном собществе существует точка зрения, что технологические стандарты должны создаваться непосредственно производителями, например такими их альянсами как Open Interconnect Consortium или AllSeen Alliance. Такое фундаментальное расхождение во взгляде на решение проблемы создает два разнонаправленных вектора развития технологий.

Таких векторов даже не два. Альянсы организаций существуют в различных сферах, как например Thread Group в сфере устройств умного дома, Industrial Internet Consortium в сфере сотовой связи и передачи данных, oneM2M и т.д. Рисунок 1 содержит графическую схему корпоративных альянсов в соответствии с их функциональной областью [2]. Каждый такой альянс осуществляет формировании условно унифицированных стандартов, специализированных на решении какой-то определенной проблемы.



Рисунок 1. Схема корпоративных альянсов в области технологий интернета вещей

Второй по значимости проблемой является проблема безопасности устройств в сети. В связи с плачевным положением дел в этой области даже начал эксплуатироваться термин «интернет угроз». В США, например, существует рекомендация ФБР по полной изоляции умной бытовой техники от сети интернет. Да и вообще до настоящего момента основным способом обеспечения безопасности корпоративных сетей и вычислительных систем является практика их изоляции от сети интернет различными фильтрами и экранами. Однако, например, в случае с автомобилем, или беспилотным летательным аппаратом, находящимся вне защищенного периметра такая изоляция невозможна, что требует совершенно иных подходов к обеспечению безопасности [3].

Положение дел с проблемой безопасности интернета вещей настолько серьезно, что она упоминалась, в том числе, в отчете всемирного экономического форума. В отчете также отмечается, что выработка единого решения проблемы безопасности главная задача для развития интернета вещей. В соответствии с прогнозами Gartner к 2020 году 25% атак будет осуществляться с использованием умных устройств. [2]. Наиболее чувствительны к этой проблеме следующие сферы применения интернета вещей:

- Автотранспорт - Умные автомобиль, беспилотные автомобили;

- Авиация - Воздушные суда, беспилотные летательные аппараты.

Третьей по значимой проблемой является проблема приватности и недоверия со стороны пользователей к умным устройствам. Люди просто не готовы пустить в свою жизнь умные устройства и делиться с ними требуемой информацией при учете текущих проблем с безопасностью. Особенно это касается социально сферы и умных городов. Пользователи высказывают опасения, что информация, собираемая умными устройствами, может быть использована против их интересов. В особенности это относиться к информации, предоставляемой государству. Этот факт существенно ограничивает развитие спроса [2].

Четвертой по значимости проблемой является разнообразие сложившегося к текущему моменту информационного окружения, технических ландшафтов, форматов данных и различных систем управления. При создании систем на основе технологий интернета вещей, они, как правило, вписываются в существующее информационное окружение компаний, которое формировалось 10-20-30-40 лет назад. Изменить это окружение в одночасье невозможно, т.к. это требует огромных затрат. По этому, такие внедрения всегда сложны и дороги. Сами устройства интернета вещей еще далеко не везде имеют единые стандарты и совместимы между собой [4].

Пятая проблема это охват сетей. С одной стороны нам кажется, что сотовые сети есть практически везде, с другой стороны концерн BMW к 2016 году реализовал более 6 млн. машин, имеющих возможность подключения к сети, и только 10% из них имеют реальное соединение с сетью [4].

Это не только проблема охвата сети, но и роуминга. Для свободного подключения устройств интернета вещей необходимо обеспечить прозрачный механизм взаимодействия операторов сетей передачи данных и их техническую совместимость.

Далее существует бесчисленное множество технических проблем и препятствий, как:

- нерешенная задача электропитания бесчисленного количества датчиков, которые требуется устанавливать в разные места;

- отсутствие единого стандартного протокола передачи данных сетей с низким электропотреблением;

- проблема дефицита кадров, обладающих достаточной компетенцией в смешанных областях:

o ученые-математики с целью создания математических инструментов анализа собираемых данных;

o квалифицированные техники, способные обеспечить качественный сбор информации в требуемом формате;

o отраслевые специалисты, совмещающие в себе профессиональные компетенции в предметной области, а также высокие компетенции в области информационных технологий.

Но так или иначе, четыре основных проблем из пяти, включая самую главную, связаны с незрелостью пула технологий интернета вещей, а их решение, лежит в области стандартизации (или связано с этой областью - унифицированная система безопасности) и выработки единых подходов и стандартов всеми участниками рынка.

1.1.3 Значимость интернета вещей и перспективы его развития

1.1.3.1 Влияние интернета вещей на другие отрасли экономики

По мере развития пула технологий интернета вещей, они будут проникать в другие сферы человеческой деятельности, становясь основой для автоматизации операций выполняемых человеком на работе и в быту. Системы на основе интернета вещей станут средством автоматизации техпроцессов малого, среднего и даже крупного бизнеса (автоматизация малого бизнеса на сегодняшний день незначительна), становясь элементами АСУ ТП систем.

Т.е. граница между АСУ ТП системами и системами на основе интернета вещей будет постепенно стираться. Масштабируемость, совместимость и гибкость таких систем станут основой конкурентоспособности компаний, а учитывая то, что смещение производства в сторону малых и средних предприятий является одной из особенностей шестого технологического уклада, системы на основе интернета вещей будут влиять на конкурентоспособность всей экономики.

Хорошим примером такого влияния служит сельскохозяйственный сектор Голландии, одним из основных факторов успешности которого является степень автоматизированности и проникновения систем АСУ ТП в средний бизнес. В случае же с развитием интернета вещей у России появляется шанс наверстать отставание.

Рассматривая технологию интернета вещей как базовую, в рамках шестого технологического уклада, рассмотрим ее влияния на:

- городские агломерации и поселений (на сферу жилищно-коммунального хозяйства);

- производство;

- организацию бизнеса и структуру экономики.

1.1.3.2 Влияние на сферу ЖКХ и развитие городских поселений

Применительно к развитию городских поселений и агломераций в рамках шестого технологического уклада следует выделить такие направления развития как:

- применение современных технологий для увеличения энергетической эффективности зданий, а также уменьшения потребности в электроэнергии и соответствующее снижение выбросов парниковых газов;

- проникновение информационных технологий в область градостроения - создание так называемых умных зданий и сооружений, способных подстраивать часть или большинство своих параметров и функций в соответствии с тем, как они используются в текущий момент времени [6];

- управление распределением электроэнергии в режиме реального времени, управление генерацией, распределительной сетью, приведение в соответствие производства и потребления энергии [7] (а также других видов ресурсов);

- гибкое управление перемещениями грузов, людей, логистическими потоками в зависимости от состояния и загрузки существующей транспортной инфраструктуры [8].

Отметим, что приведенные примеры сценариев технологического развития основываются на информатизации и использовании сети датчиков, считывающих все необходимые параметры, и сети контроллеров и приводов, обеспечивающих само управление. Такие датчики и приводы как раз и представляют собой элементы интернета вещей. Т.е. интернет вещей станет основой для указанных трансформаций.

1.1.3.3 Влияние интернета вещей на развитие производства

Существующий опыт показывает, использование технологий, которые относят к шестому технологическому укладу, вызывает такие изменения в процессе производства, как [9, 10]:

- снижение продолжительности процесса производства, его длительности и стоимости;

- сокращение потребления материалов и энергии;

- снижение сопутствующих расходов;

- увеличение производительности труда;

- увеличение разнообразия продукции и повышение ее качества;

- снижение воздействия производства на окружающую среду;

- снижение издержек оплату труда;

- смещение акцента от крупного к мелкосерийному производству.

В большинстве случаев такие изменения связаны с проникновением аддитивных технологий (3D печати), при использовании которых меняются используемые компоненты и как следствие сама структура производства. В целях снижения трудозатрат конструкции промышленных изделий существенно упрощаются, это вызвано целенаправленным упрощение сборочных операций и уменьшением их числа. Возможные проблемы решаются путем адаптации самой конструкции конечных изделий. Оценки говорят о снижении числа компонентов изделия на 2 порядка (в 100 раз) [9].

Та же самая причина приводит к пропорциональному (в десятки раз) уменьшению времени проектирования, прототипирования, доводки и изготовления изделий. Поскольку любые сборочные операции и участие человека будут сокращены до минимума, потребность в производственных фондах сократится пропорциональным образом. Тысячи высокоспециализированных станков будут заменены несколькими универсальными принтерами. Оценки говорит об уменьшении производственных фондов на 4 порядка (в 10000 раз) [9].

Конвейер в большинстве случаев более требоваться не будет, либо превратиться в платформу для крупно узловой сборки готовых блоков.

Обобщив сказанное можно сделать вывод, что вместе с проникновением аддитивных технологий необходимость в существовании сложно организованных крупных компаний и сложных продуктах будет постепенно сокращаться. В своей книге «плоский мир» Томас Фридман дает описание того, как конкуренция за информацию и технологическое лидерство в процессе становления шестого технологического уклада приводит малые и средние предприятия к потребности играть по-крупному, однако с сохранением свойственной им динамичности и гибкости. Это возможно только при достижении соответствующего уровня производства, который невозможно обеспечить без соответствующего уровня автоматизации.

С другой стороны динамичная и изменчивая среда приведет крупных компаний к необходимости работать на микроуровне и адаптироваться, приспосабливая свои продукты под конкретные узкие ниши, группы и отдельных клиентов. Изменившийся подход со временем станет причиной дробления или разделения крупных компаний. Все сказанное вместе с переходом клиентов к самообслуживанию также потребует автоматизации бизнес-процессов малых компаний [10].

Стоит отметить, что перечисленные тенденции возможны только при достижении в малых и средних предприятиях степени автоматизации свойственной крупным промышленным корпорациям. Это возможно при массовом применении массовых универсальных систем управления технологическим процессом. Это же относится и к эффективности производства, которая должны поддерживаться на высоком уровне, для обеспечения конкурентоспособности готовой продукции. Именно в этом месте главную роль сыграют технологии интернета вещей, став основным элементом описанной трансформации. То есть технологии интернета вещей и в данном случае станут базовыми [9].

1.1.3.4 Влияние на развитие экономики аренды

Другим направлением изменений в экономике шестого технологического уклада является постепенный переход к аренде с отказом от собственности -экономика совместного потребления (Sharing economy).

Главной идеей экономики совместного потребления является потребность человека в конкретной полезной функции, а не самой вещи, которая ее обеспечивает, при этом собственность обоснована потребностью человека в спокойствии за то, что необходимая ему, или даже жизненно важная функция должна быть всегда доступна . Появление достаточно качественных сервисов, предоставляющих сопоставимый уровень доступности требуемых функций в том месте где человек находится и где они нужны, приведет к отказу от владения в пользу аренды. Существенным моментом тут являются издержки, связанные с необходимостью содержания и эксплуатации собственности и эффективности такого содержания.

Подобное экономики развитие является поступательным, поскольку выделение сегмента обслуживания как отдельной специализированной единицы повышает эффективность такого обслуживания. Кроме того, интенсивность использования устройств увеличивается, что влечет необходимость сокращения их выпускаемого количества и повышения требований к надежности. Т.е. переходу к выпуску устройств с многократно большим ресурсом. Подобное изменение структуры экономики ведет к увеличению эффективность использования ресурсов и снижению трудозатрат. Все это в целом приводит к повышению потребления рассматриваемой услуги в целом. Т.е. иметь доступ к машине строго там, где она требуется и проще и выгоднее, чем владеть ей и ее содержать ради нескольких поездок [11].

Развитие такой модели экономики невозможно без точного и своевременного определения фактического уровня потребления услуги эксплуатирующей организацией, а также без полной информации в режиме реального времени об эксплуатируемом объекте и его состоянии. Т.е. подобные изменения становится возможным именно благодаря технологиям интернета вещей, аналитическим системам, датчикам и устройствам. Из приведенной информации можно сделать вывод, что в этом случае технологии интернета вещей также станут базовыми, становясь инструментом перехода к модели аренды.

1.1.3.5 Развитие отраслей экономики за счет проникновения интернета вещей

В настоящем разделе приведена информация, полученная, в том числе, в рамках выполнения курсовой работы по теме «Стандартизация как инструмент повышения отраслевой инновационной активности в сфере интернета вещей» [1].

В настоящий момент пул технологий интернета вещей еще находится на стадии своего формирования, границы применения этих технологий постоянно расширяются. Определение наиболее чувствительных к ним и значимых отраслей стоит начать с рассмотрения областей использования интернета вещей в целом. В качестве названия для списка этих областей в некоторых источниках применяется такой термин таксономия интернета вещей.

Прежде всего, устройства интернета вещей делятся на два базовых класса - потребительский интернет вещей и промышленный интернет вещей. Устройства потребительского интернета вещей в свою очередь делят на носимые и устройства и связанные с управлением помещениями (окружением человека) - устройства умного дома. В качестве потребительских рассматриваются только устройства, которые принадлежат их пользователю. Вторая категория устройств, это устройства, предназначенные для коммерческого использования - их принято называть промышленным интернетом вещей. Именно эта категория нам наиболее интересна.

Имеющиеся на текущий момент результаты внедрения технологий интернета вещей в производстве, как правило, узко специализированы, но при этом есть почти во всех отраслях: транспорт, сельское хозяйство, ракетостроение, машиностроение, космос, здравоохранение, металлургия. Часть из этих внедрений связана с переходом предприятий к сервисной модели бизнеса, такой сценарий был рассмотрен в разделе 1.1.3.4. Другие с увеличением эффективности производства. В этом случае технологии интернета вещей используются для снижения уровня складских запасов, увеличения точности выполнения производственных операций и снижения влияния человеческого фактора на процесс производства. Т.е. в конечном счете, для управления технологическим процессом [12]. С течением времени проникновение таких систем должно охватить весь цикл производства и исключить из него непосредственное участие человека, сформировав цифровое производство.

Кроме того, в настоящий момент на некоторых нефтедобывающих и металлургических предприятиях в нашей стране реализуются проекты внедрения в производственном цикле систем межмашинного взаимодействия. О применении каких либо техник цифрового производства говоря:

- ПАО «Силовые машины»;

- ПАО «Газпром нефть»;

- Государственное унитарное предприятие «Московский метрополитен»;

- ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»;

- Холдинг «Российские космические системы»;

- ПАО «ЛУКОЙЛ»;

- ПАО «Северсталь»,;

- ООО «Локомотивные технологии»;

- ОАО «РЖД»;

- ОАО «НПО «Сатурн»;

- и другие. [13].

Данный перечень компаний говорит о том, что интернет вещей в той или иной степени проникнет во все возможные отрасли, однако, если обратиться к результатам исследований компании J'son & Partners Management Consultancy, максимальный эффект будет заметен в таких отраслях как:

- финансы;

- транспорт;

- обеспечение безопасности;

- промышленность;

- распределительные сети;

- коммунальное хозяйство;

- торговля;

- здравоохранение;

- эксплуатация зданий и сооружений.

Рисунок 2 содержит представленный J'son & Partners Management Consultancy аналитический слайд.

Рисунок 2. Отрасли, обладающие наибольшими перспективами внедрения технологий интернета вещей по оценкам J'son & Partners Management Consultancy

Альтернативным способом классификации является иерархия проектов Фонда развития интернет-инициатив (ФРИИ) в области интернета вещей:

- Smart City:

o решения по направлению «комфорт»: государственные услуги, управление парковками, управления транспортными потоками, информационно-справочные услуги;

o решения по направлению «управляемость» (градостроительное планирование, электронный документооборот, контроль поручений, мониторинг и контроль ЖКХ),

o решения по направлению «безопасность»,

- умный дом/умная квартира:

o безопасность квартиры,

o сервисы «Умная квартира»,

o забота о детях и пожилых родственниках,

o снижение потребления ресурсов;

- агро:

o платформы по управлению управления с./х. техникой, фермой, орошением,

o системы подготовки семян,

o системы метеоданных.

Объединим указанные классификации, в результате чего получим следующую структуру отраслей применения технологий интернета вещей:

- транспорт:

o мониторинг состояния подвижного состава/автопарка,

o управление транспортными потоками,

o оплата проезда,

o системы безопасности на транспорте,

o управление парковочным и стояночным пространством,

o управление дорожным движением,

o системы динамического построения маршрутов;

- промышленность:

o системы управления складом,

o системы управления технологическим процессом,

o системы мониторинга, наблюдения (в т.ч. видео) и контроля состояние объектов,

o логистические системы,

o системы самоконтроля охраняемых объектов,

o проактивная идентификация людей в опасности,

o проактивный мониторинг опасных объектов,

o системы самодиагностики;

- финансы;

o формирование тарифов на основе объективных данных о потреблении, переход к потреблению услуг от модели приобретения собственности,

o автономные системы оплаты товаров и услуг;

- торговля:

o роботизация/автоматизация торгового зала,

o точечный маркетинг и персонификация предложения,

o автоматическое управление логистическими потоками;

- здравоохранение;

o дистанционные методы диагностики и выявления заболеваний,

o персональные средства мониторинга состояния здоровья,

o проактивные подходы в медицине (оказание помощи до заболевания);

- обеспечение безопасности;

o системы самоконтроля и самодиагностики объектов,

o системы наблюдения и контроля состояния объектов,

o проактивные подходы к идентификации людей в опасности,

o проактивный подходы к контролю опасных объектов;

- генерация;

o формирование тарифов на основе объективных данных о потреблении, переход к потреблению услуг от модели приобретения собственности,

o системы автоматизации технологического процесса,

o системы самоконтроля охраняемых объектов,

o системы мониторинга, наблюдения (в т.ч. видео) и контроля состояние объектов,

o проактивная идентификация людей в опасности,

o проактивный контроль опасных объектов,

o системы управления распределением,

o системы самодиагностики;

- распределительные сети;

o системы управления распределением,

o системы самодиагностики,

o проактивный контроль опасных объектов,

o системы управления генерацией;

- эксплуатация зданий и сооружений:

o проактивный контроль объектов инфраструктуры,

o энергосберегающие технологии,

o системы самодиагностики;

- коммунальное хозяйство;

o системы самодиагностики,

o проактивный контроль объектов инфраструктуры,

o формирование тарифов на основе объективных данных о потреблении, переход к потреблению услуг от модели приобретения собственности,

o системы управления распределением,

o автоматическое управление логистическими потоками;

- домашнее хозяйство;

o роботизированные системы обеспечения ресурсами (автоматическая покупка комплектующих или заказ услуг),

o системы автоматизации быта,

o безопасность квартиры,

o энергосберегающие технологии,

o роботизированные средства ухода за домашними животными;

o умная квартира,

o персональные средства диагностики состояния здоровья;

- сельское хозяйство;

o системы управления орошением и сельхоз техникой,

o платформы по управлению фермой,

o системы подготовки семян,

o системы метеоданных,

o логистические системы,

o энергосберегающие технологии.

Из представленного описания следует, что для значительного числа отраслей способы применения технологий интернета вещей пересекаются. Это связано с взаимосвязью отраслей между собой. В связанных отраслях внедрение технологий интернета вещей даст мультипликативный эффект.

1.2 Обоснование целесообразности и эффективности применения опережающей стандартизации для развития интернета вещей

1.2.1 Описание опережающей стандартизации и ее применения в рамках открытого отраслевого технологического альянса

Классическое определение опережающей стандартизации определяет ее как стандартизацию с формированием повышенных требований и норм к какой либо продукции по отношению к существующим (достигнутым) на текущий момент, в соответствии с прогнозами того, какой уровень будет считаться оптимальным в последующее планируемое время[15].

Как следует из определения, опережающая стандартизация неразрывно связана с техническим прогрессом. Само появление опережающей стандартизации относится к первой половине 20го века и связано с ускорением научно-технического прогресса в этот период. Это было вызвано тем, что при формировании стандартов на основе имеющихся образцов производимых товаров, за время выполнения бюрократических процедур и формализации стандартов промышленность начала успевать наладить выпуск новых изделий с еще более высокими показателями качества, что приводило к тому, что стандарты стали устаревать сразу с момента своего появления.

В таких условиях единственно возможным решением проблемы было формирование стандартов не на основе текущих характеристик, а на основе тех характеристик, которые промышленность достигнет к определенному периоду.

Из сказанного следует, что опережающая стандартизация является элементом технического прогнозирования свойств продукции, методов или подходов и неразрывно связана научно-исследовательской деятельности, как источником информации о перспективных характеристиках товаров.

Таким образом, опережающая стандартизация представляет собой сбор и переработку информации о существующих исследованиях и НИОРК и ее перенос в значения технических параметров продукции, которая планируется к производству. Сформированные в соответствии с данным процессом технические требования ложатся в основу производимых образцов новой продукции.

Таким образом, конечную цель опережающей стандартизации можно сформулировать как обеспечение и поддержание оптимального уровня качества изделий путем одновременного установления требований и их формализации в виде стандартов.

Т.е. по своей сути опережающая стандартизация является инструментом управления инновационным развитием на этапе жизненного цикла инновации от НИОКР до выхода на рынок.

В случае с областью информационных технологий понятие сути опережающей стандартизации должно быть скорректировано в силу того, что к ИТ продуктам не применимы классическое понятие уровня качества, имеющие под собой конечные измеримые физические величины.

В случае с ИТ вообще и с интернетом вещей в частности, ситуация обстоит иначе. В соответствии с ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93 [16] под качеством программной продукции понимается совокупность ее характеристик и свойств и их способность удовлетворять требования потребителя.

Соответственно применительно к программным продуктам опережающая стандартизация представляет собой заблаговременное определение требований к свойствам информационных продуктов, их функциональности, архитектуре, интерфейсам на основе существующих в настоящий момент тенденций и исследований. Т.е. частичное определение облика будущего программного продукта.

Целью опережающей стандартизации, применительно к ИТ становится определение тех параметров программных продуктов, которые будут в перспективе (в соответствии с текущими исследованиями и разработками в этой области) рассматриваться конечным пользователем как качество и формализовывать требования к этим качествам.

Исходя из рассматриваемой в настоящей работе проблемы, к таким перспективным качествам устройств и систем интернета вещей можно отнести следующие (на основании информации приведенной в разделе 1.1.2):

- Унификация и совместимость;

- Безопасность;

- Простота во внедрении и использовании;

- Доступность/мобильность (работа в любом месте в любое время).

В конце 20-го века, особенно в его последнее десятилетие, мировой рынок начал становиться все более и более динамичными и вместе с тем менее предсказуемым, что сделало вложения в исследования и разработки более рискованными. Кризисные явления привели к трудностям компаний в попытках успеть за рынком, который стал все более стремительно меняться. Это вызвало концентрацию и укрупнение отраслей с формированием в них стратегических альянсов. Каждая из компаний альянса, фокусируется на увеличении эффективности в своих ключевых компетенциях.

Модельные ряды входящих в альянс компаний унифицируются, вырабатываются общие требования к компонентам. С ростом стоимости разработок уменьшаются и сами модельные ряды, растет доля универсальных (параметризуемых) решений, компоненты устройств группируются, агрегатируются и превращаются во взаимозаменяемые стандартные модули. Этот процесс ведет к увеличению количества производимых, или закупаемых, однотипных компонентов и соответственно уменьшению их стоимости. Соответствующим образом уменьшается стоимость проектирования, а разделение исследований между несколькими компаниями снижает риски убытков, связанных с ошибками в области R&D.

Для предприятий, входящих в такие альянсы, опережающая стандартизация становится внутренним инструментом совместной разработки продуктов (частично или полностью унифицированных в рамках альянса) и организации совместного производства (обеспечения его принципиальной возможности). Т.е. для альянса опережающая стандартизация становится функцией, обеспечивающей саму принципиальную возможность его существования и дальнейшего развития компаний участников. Производство любого продукта в рамках альянса невозможно без его унификации и опережающей стандартизации требований к свойствам продуктов и компонентов.

В настоящий момент в сфере производства микроэлектроники и программного обеспечения существует практика создания открытых отраслевых альянсов именно с целью унификации выпускаемой продукции и совместного проведения исследований в определенных областях. В этом случае компании, входящие в альянс на основании проводимых ими исследований и разработок формируют единые для всех участников требования к выпускаемой продукции и ее компонентам, а остальные участники используют их для создания совместимых продуктов. Поскольку такой альянс является открытым, любой участник рынка может присоединиться к нему и воспользоваться описанием указанных стандартов для обеспечения совместимости своей продукции. Членство в альянсе как правило необходимо для сертификации продукции на соответствие стандартам альянса и участие в формировании новых версий указанных стандартов.

Для компаний участников таких альянсов участие в них является необходимым и достаточным условием обеспечения совместимости их продукции, а также снижения затрат на исследования и разработки. В ряде отраслей (например при производстве телекоммуникационного оборудования) такая совместимость является условием нахождения компании на рынке. К примерам таких альянсов можно отнести:

- WiFi Alliance;

- WiGig;

- Industrial Internet Consortium (IIC);

- Open Interconnect Consortium (OIC) ;

- oneM2M;

- Thread Group;

- LoRA;

- AllSeen Alliance;

- Z-Wave Alliance.

1.2.2 Способы решения проблем развития интернета вещей при помощи опережающей стандартизации

Рассмотрим выявленные в разделе 1.1.2 проблемы развития интернета вещей в контексте применения к их решению опережающей стандартизации.

Первая и основная проблема развития целиком и полностью лежит в области стандартизации и унификации. В связи со сложившейся в настоящий момент в отрасли ситуацией продуктового хаоса невозможно с точностью утверждать, каким будет облик интернета вещей в конечном варианте.

Для формирования этого облика необходимо, чтобы существующие решения и технологии были приняты всеми участниками рынка, т.е. они должны быть соответствующим образом спроектированы с учетом интересов всех таких участников. Должен быть сформирован единый, принимаемый всеми, облик и будущей технологии, и к нему в должны быть сформулированы соответствующие требования, что по своей сути и является процессом опережающей стандартизацией. Как было указано в разделе 1.1.2 такой процесс уже идет в настоящий момент, о чем свидетельствует количество различных альянсов, сложившихся в отрасли. Однако, степень их укрупнения пока недостаточна.

Такая стандартизация и унификация идут на разных уровнях, начиная от транспортных протоколов, заканчивая требованиями к сетям умных устройств в конкретном городе или регионе. Все такие задачи на текущем этапе являются задачами формирования требованиями к объекту, облик которого еще только формируется (суть опережающей стандартизации). А значит и методы решения таких задач также должны быть схожими, но только применяться соразмерно масштабам решаемой задачи.

Т.е. единство базовых протоколов должно обеспечиваться на уровне глобальных международных альянсов, желательно одного. А вопросы локального регулирования использования интернета вещей в конкретном регионе должны решаться путем объединения и выработки совместного видения будущей технологии теми участниками, которые в данном регионе являются основными действующими игроками.

В соответствии с описанием, приведенным в разделе 1.2.1, в сложившейся мировой практике в качестве таких объединений успешно используются открытые технологические альянсы с включением в них всех заинтересованных участников. А значит и на локальном уровне при решении локальных задач целесообразно применять тот же принцип. Т.е. рассматривая Российскую федерацию в качестве данного локального уровня, примем что для решения проблем унификации и стандартизации и как следствие решения проблемы развития интернета вещей, в России должен быть создан соответствующий открытый технологический альянс.

Проблема безопасности устройств в сети состоит в том, что ее просто нет. Т.е. в рамках всего пула технологий интернета вещей вопрос безопасности систематически не рассматривался и не решался. Соответственно для решения данного вопроса необходимо создать технико-организационную инфраструктуру (одну, или несколько), в рамках которой может быть обеспечен определенный предсказуемый уровень безопасности устройств. Самое главное, что данное решение опять же должно быть универсальным и согласованным с другими участниками рынка, а значит, данная задача по своей сути является подзадачей первой задачи с детализацией до решения проблем безопасности.

Проблема недоверия со стороны пользователей, к сожалению, не является технической. Ее решение лежит вне инженерной плоскости. Однако, она напрямую связана со второй проблемой и по мере создания безопасных систем интернета вещей доверие к нему постепенно будет повышаться. Проблема разнородности окружения является для интернета вещей определенным сценарным условием, т.е. данностью, объективно существующей независимо от технологии. Она не может быть решена в одночасье, однако, единственным способом ее решения является постепенное методичное внедрение новых типовых унифицированных решений, которые будут приводить к снижению вариативности информационного окружения. Соответственно для обеспечения этого компании должны предусмотреть комплекс мер, направленный на целенаправленное замещение устаревших разнородных систем, что по своей сути является технологическим планированием с формированием определенных требований к будущему информационному окружению.

Проблема охвата сети и доступности устройств интернета вещей в роуминге также прямо связана с унификацией и стандартизацией, но в данном случае должны быть унифицированы и стандартизованы не технологии, а договорные отношения между операторами связи.

В рамках решения данной задачи должны быть разработаны и внедрены соответствующие требования к операторам связи со стороны государства и соответствующих надзорных органов. Открытый альянс, в рамках которого операторы могут выработать такие требования также является наиболее подходящим решением для этого.

1.2.3 Построение логистической кривой, описывающей текущее состояние развития технологий интернета вещей

В настоящем разделе приведена информация, полученная, в том числе, в рамках выполнения курсовой работы по теме «Стандартизация как инструмент повышения отраслевой инновационной активности в сфере интернета вещей» [1].

Наиболее подходящим параметром, позволяющим количественно определить степень развития пула технологий интернета вещей, и степень их проникновения в повседневную жизнь и экономику является число устройств интернета вещей подключенных к сети (интернет). Примем этот показатель в качестве основного технологического параметра при определении степени развития.

В силу глобальности интернета вещей, расчет логистической кривой должен производиться на основании значений данного параметра в глобальном масштабе, т.е. на основании числа устройств подключенных к сети во всем мире. Использование статистических данных отдельно взятого региона, например, России в данном случае репрезентативным являться не будет, поскольку очень тесно связано с исходным состоянием развития региона и той политикой, которую проводят местные власти.

В целях построения логистической кривой, были собраны и сгруппированы приведенные в различных источниках оценки количества подключенных к сети устройств интернета вещей во всем мире за разные годы [18, 19, 20]. Таблица 1 содержит отобранные фактические и прогнозные оценки.



Таблица 1 -- Фактические и прогнозные оценки числа устройств интернета вещей, подключенных к сети

Тип значения	Год	Время (Т)	Число устройств, млрд. шт.
			ABI	Gartner	Cisco и Ericsson	IHS Global Insight	Принято к расчету
Фактические значения	2010	0		0.9			0.9
	2011	1					Нет
	2012	2			0.96		Нет
	2013	3					Нет
	2014	4		3.4		8	3.4
	2015	5		4.9	4.6		4.6
	2016	6		6.4			6.4
	2017	7	7	8,4			8.4
	2018 Прогноз числа подключенных к 2018 году устройств может считаться как фактическое значение, поскольку алгоритм формирования прогноза базируется фактических данных производителей устройств интернета вещей о числе выпущенных чипов с учетом того, что все они в течение года найдут своего потребителя	8		11,2			11.2
Прогнозные значения	2020	9		26	50	18	Нет

В соответствии с формулой логистической кривой p (t):

где «L» - естественное ограничение основного технологического параметра, p - технологический параметр, t - время, а «а» и «b» - определяемые статистическим путем константы. Преобразовав данную формулу для известных значений p(t), выведем формулу расчета параметров кривой в моменты времени Т1 и Т2 для пары известных значений параметра P1 и P2:

- «b» = (X1-X2)/(T2-T1);

- «a» = X2+ T2*(X1-X2)/(T2-T1).

2010 й год принят в расчете в качестве начального момента времени. Это обусловлено тем, что именно в 2010 году понятие интернета вещей было сформулировано окончательно и начала собираться статистика по числу устройств, подключенных к сети интернет.

Для увеличения точности расчета значений параметров логистической кривой проведем расчет всех возможных пар значений и усредним полученные значения параметров. Таблица 2 содержит полученные значения параметров.

Таблица 2 -- Вычисление параметров логистической кривой для числа устройств интернета вещей, подключенных к сети

Год 1	Год 2	T1	T2	P1	P2	X1	X2	A	b
2010	2014	0	4	0.9	3.4	-0.105	1.224	-0.105	2010
2010	2015	0	5	0.9	4.6	-0.105	1.526	-0.105	2010
2010	2016	0	6	0.9	6.4	-0.105	1.856	-0.105	2010
2010	2017	0	7	0.9	8.4	-0.105	2.128	-0.105	2010
2010	2018	0	8	0.9	11.2	-0.105	2.416	-0.105	2010
2014	2015	4	5	3.4	4.6	1.224	1.526	0.015	2014
2014	2016	4	6	3.4	6.4	1.224	1.856	-0.041	2014
2014	2017	4	7	3.4	8.4	1.224	2.128	0.018	2014
2014	2018	4	8	3.4	11.2	1.224	2.416	0.032	2014
2015	2016	5	6	4.6	6.4	1.526	1.856	-0.125	2015
2015	2017	5	7	4.6	8.4	1.526	2.128	0.021	2015
2015	2018	5	8	4.6	11.2	1.526	2.416	0.043	2015
2016	2017	6	7	6.4	8.4	1.856	2.128	0.225	2016
2016	2018	6	8	6.4	11.2	1.856	2.416	0.177	2016
Среднее	-0.012	-0.308

Подставив рассчитанные значения в качестве параметров «A» и «b», построим логистическую кривую. Параметр «L» был определен из уравнения A = ln(a)+ln(L) таким образом, чтобы построенная кривая проходила максимально точно по отношению к существующим фактическим значениям. Рассчитанное значение «L» составило 200 млрд. шт. При таком значении «L» параметр «а» составит порядка ~197, уравнение логистической кривой примет вид: P(t) = 200/(1+197*(exp(-0,308t)). Рисунок 3 содержит графическое представление рассчитанной логистической кривой за период с 2010 по 2018 гг.

Приведенный рисунок показывает, что построенная кривая очень хорошо соотносится с фактическими данными. При вычисленном значении технологического предела на одного человека на земле в среднем должно приходиться около 26,65 устройств интернета вещей, достаточно мало, но такое значение правдоподобно.

Если рассматривать все возможные производственные и социальные процессы, обслуживающие человека и предположить, что их работа автоматизирована при помощи интернета вещей, то среднее число устройств интернета вещей на одного человека, с точки собственных оценок автора, должно быть в 1.5-3 раза выше. Однако, если учесть неравномерность развития различных стран, то такое значение технологического придела хорошо соотносится с реальной жизнью. Таблица 3 содержит рассчитанные значения логистической кривой за период с 2010 до 2040 годы. Рисунок 4 содержит графическое представление указанной кривой за соответствующий период.



Рисунок 3. Рассчитанная логистическая кривая для числа устройств интернета вещей, подключенных к сети в 2010 - 2018 гг.

Таблица 3 -- Рассчитанные значения логистической кривой

Год	T	x(t)	Год	T	x(t)	Год	T	x(t)
2010	0	1.01	2021	11	26.05	2031	21	153.04
2011	1	1.37	2022	12	33.86	2032	22	163.20
2012	2	1.86	2023	13	43.42	2033	23	171.57
2013	3	2.52	2024	14	54.79	2034	24	178.29
2014	4	3.41	2025	15	67.85	2035	25	183.57
2015	5	4.61	2026	16	82.26	2036	26	187.66
2016	6	6.22	2027	17	97.47	2037	27	190.78
2017	7	8.37	2028	18	112.80	2038	28	193.14
2018	8	11.22	2029	19	127.54	2039	29	194.91
2019	9	14.97	2030	20	141.09	2040	30	196.23
2020	10	19.83

Полученные значения логистической кривой говорят о том, основное развитие интернета вещей придется на 2020-2030 годы, и уже к 2040 году технология подойдет к технологическому пределу. Отметим, что результаты расчета расходятся с оценкой Gartner, последняя утверждает, что к 2020 году к сети будет подключено порядка 26 млрд. устройств интернета вещей. Согласно же полученным значениям число таких устройств ограничится ~20 млрд. шт.

Рисунок 4. Логистическая кривая для числа устройств интернета вещей, подключенных к сети в 2010 - 2040 гг.

...