Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Правительство Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский университет

«Высшая школа экономики»

Факультет менеджмента

Направление подготовки 38.04.02 - «Менеджмент»

Выпускная квалификационная работа - магистерская диссертация

Тема:

Современные практики и возможности автоматизации городской среды

Выполнил Жирновков С.А.

Студент группы 18 ОР

Научный руководитель д.соц.н.,

Профессор Ю.Ю. Чилипёнок

Нижний Новгород, 2020



Содержание

Введение

Глава 1. Теория и практики автоматизации городской среды

• 1.1 Понятие и роль автоматизации в современном мире
• 1.2 Понятие городской среды и ее качество
• 1.3 Автоматизация городской среды: международный и российский опыт
• Выводы по главе 1

Глава 2. Исследование проблем и перспектив автоматизации городской среды г. Нижнего Новгорода

• 2.1 Существующие практики и предпочтительные направления внедрения цифровых технологий в городской среде Нижнего Новгорода
• 2.2 Причины несовпадения взаимных ожиданий горожан и администрации города в контексте цифровизации городской среды
• 2.3 Рекомендации по совершенствованию городской среды
• Выводы по главе 2
• Заключение
• Список использованных источников и литературы

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5



Введение

XXI век - век информационных технологий. Люди покупают товары и услуги, работают в сети Интернет, могут обучаться из любого места в учебных заведениях с помощью Интернет-ресурсов, могут даже дистанционно обратиться в государственные органы и службы. Используя информационные технологии, человечество активно внедряет системы автоматизации для производства, для быта, для городской среды. Такие системы позволяют выполнять повторяющиеся, рутинные операции без участия человека, при этом с более высокими результатами. Количество стран, которые начинают использовать автоматизацию городской среды для повышения комфортности жизни своих граждан постоянно растет. И на это есть свои причины. Например, все более продолжительное время, затрачиваемое на ежедневные перемещения жителей по городу, приводит к тяжелым экономическим и неэкономическим потерям во многих городах мира. Чем больше город, тем большее время тратится на перемещения жителей. Транспортная инфраструктура во многих городах России, да и мира просто не способна выдержать ежедневный трафик, который через нее проходит. Горожане, тратя все большее время на перемещения по городу, вынуждены уделять меньше времени решению личных и бытовых вопросов. По этой причине появляется стресс, который накапливается изо дня в день. Находясь в стрессовой ситуации, люди менее эффективно выполняют свои рабочие обязанности, что может отрицательно сказываться на деятельности конкретного предприятия и состоянии экономики в целом.

При использовании автоматизации в городской среде можно добиться высокого уровня безопасности и комфортности граждан. Установка современных интеллектуальных систем видеонаблюдения, способных в толпе горожан отследить, например, разыскиваемых преступников, которые могут совершить теракт, является несомненным преимуществом в современном городе. В этот же блок можно выделить и повышение оперативности реагирования на возникающие инциденты при использовании автоматизации. С помощью той же системы наблюдения в совокупности со специальными датчиками можно сразу же отследить произошедший инцидент и, соответственно, оперативно на него среагировать, уменьшая как материальный, так и нематериальный ущербы.

Без использования автоматизации в городской среде появляются проблемы низкой оперативности принятия решений в сфере управления городской инфраструктурой и отсутствия единого информационного пространства для взаимодействия власти, коммерческих организаций и жителей.

Несомненно, существуют и проблемы при внедрении автоматизации. Одной из главных проблем выступает несовпадение взаимных ожиданий от внедрения цифровых технологий в городской среде у жителей и администрации города. При вводе определенных практик автоматизации возникают ситуации, при которых, либо менталитет общества не позволяет получить должную отдачу от внедрения, либо внедрение таких практик оказывается бесполезным и просто дублирует введенные несколько лет назад технологии, да еще и с меньшим функционалом и так далее. Важность решения вышеперечисленных проблем определяет актуальность темы исследования.

Степень научной разработанности темы

Немалая часть современных исследований посвящена вопросам автоматизации городской среды. Что касается западных исследований, то здесь стоит отметить работу Ивы Божич, Ведрана Подобника, Марио Кусека, Гордана Джезича Bojic, Iva; Podobnik, Vedran; Kusek, Mario; Jezic, Gordan. Collaborative urban computing: serendipitous cooperation between users in an urban environment. Cybernetics and Systems Vol. 42, Iss. 5, (2011): 287-307, которые представляют парадигму collaborative urban computing (CUC), которая поддерживает интуитивное сотрудничество между набором пользователей, физически расположенных в городской среде и имеющих общую цель.

Жигуо Юань, Густав Олссон, Рейчел Карделл-Оливер, Ким Ван Шаген; Анджела Марчи Yuan, Zhiguo; Olsson, Gustaf; Cardell-Oliver, Rachel; van Schagen, Kim; Marchi, Angela. Sweating the assets - The role of instrumentation, control and automation in urban water systems. et al.Water research Vol. 155, (May 15, 2019): p. 381-402 рассматривают начальный этап внедрения ICA (Instrumentation, control and automation - КИП и автоматика) во всех подсистемах городской системы водоснабжения и обсуждают преимущества, достигнутые с точки зрения повышения производительности, снижения затрат и, что более важно, расширения возможностей существующей инфраструктуры для удовлетворения возросшего спроса на услуги, вызванного ростом численности населения и продолжающейся урбанизацией.

Норберт СтрейцStreitz, Norbert. Beyond `smart-only' cities: redefining the `smart-everything' paradigm. Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing; Heidelberg Vol. 10, Iss. 2, (2019): 791-812.DOI:10.1007/s12652-018-08241 представляет различные проявления и проблемы парадигмы «умное все», дает критическое осмысление ее последствий и предлагает человеко-ориентированный подход к проектированию, результатом которого является обеспечение «ориентированной на людей, расширяющей возможности стать умнее».

Кенни Фивояйф, Джозеф Луи Fiawoyife, Kenny; Louis, Joseph. Electrical Appliance Control for Smart Buildings Using Real-time Location Tracking and Virtual Environments. ISARC. Proceedings of the International Symposium on Automation and Robotics in Construction; Waterloo Vol. 35: 1-8. Waterloo: IAARC Publications. (2018) представляют структуру, которая обеспечивает интуитивно понятный и эффективный пользовательский интерфейс для управления электрическими устройствами и светильниками в подключенном доме будущего. Каркас использует портативное устройство point-and-click, которое можно использовать для включения и выключения приборов, указывая на них. Эта функция включается путем отслеживания местоположения устройства в реальном времени в виртуальной модели здания для определения контекста и намерений пользователя.

М. Попа, А. Марку Popa, M; Marcu, A. A Solution for Street Lighting in Smart Cities. Carpathian Journal of Electronic and Computer Engineering; Baia Mare Vol. 5, (2012): 91-96. описали внедрение системы управления освещением, которая делает уличное освещение автономной и эффективной частью городской среды. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что такая система превосходит классическую систему уличного освещения.

Майкл Нагенборг Nagenborg, Michael. Urban robotics and responsible urban innovation. Ethics and Information Technology; Dordrecht (Jan 2018): 1-11 говорит о том, что роботы покидают заводы и входят в городские пространства. Автор исследует, как мы можем интегрировать роботов различных типов в городской ландшафт, рассматривая два аспекта: ответственное проектирование и использование городских роботов и роботы, как часть ответственных городских инноваций.

Наконец, С. Кэтвич; Р. Хаус, Г. Темме, А. Шибен Kettwich, C; Haus, R; Temme, G; Schieben, A. Validation of a HMI concept indicating the status of the traffic light signal in the context of automated driving in urban environment. The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE) Conference Proceedings; Piscataway, (2016). описывают исследование по оценке концепции человеко-машинного интерфейса (HMI), которая предоставляет информацию о состоянии сигнала светофора при приближении к перекрестку с активированной продольной автоматикой транспортного средства.

Что касается отечественных исследований, то Н. Веселицкая, О. Карасев и А. Белошицкий N. Veselitskaya, O. Karasev, A. Beloshitskiy. Drivers and barriers for smart cities development. Theoretical and Empirical Researches in Urban Management, Vol. 14, No. 1 (February 2019), pp. 85-110, например, подробно проанализировали мировой опыт создания умных городов. В результате авторы указывают на факторы, как способствующие, так и препятствующие развитию умных городов. Ключевыми драйверами этого процесса являются развитая инфраструктура, широкое использование ИКТ, вовлечение граждан в жизнь города, развитие и расширение государственно-частного партнерства. Конфликт интересов между муниципальными органами власти, гражданами и бизнесом и проблема информационной безопасности препятствуют развитию умного города. С участием иностранных коллег (Яскеляйнен Я.С, Мутанна М.С.А Мутханна А.С.А.) Хакимов А.А и Киричек Р. В. Яскеляйнен Я.С., Хакимов А.А., Мутанна М.С.А., Мутханна А.С.А., Киричек Р.В. Разработка системы расопзнавания пешеходов в режиме реального времени для ее применения в концепции умного города. Журнал: Информационные технологии и телекоммуникации. Изд. Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича (Санкт-Петербург), 2018/ eISSN: 2307-1303 рассмотрели вопрос о возможности распознавания пешеходов в режиме онлайн на конечных устройствах при помощи микрокомпьютера для автоматизации процесса сигнализации светофора и повышения мобильности системы. Авторы кратко проанализировали существующие системы обнаружения пешеходов и разработали собственную систему на основе изученных, и внедрили ее на микрокомпьютер Raspberry Pi. Разработанная система автоматизирует работу светофора, обеспечивая безопасность участников дорожного движения, что позволило улучшить уровень городской среды в целом.

Романенко И.И., Петровнина И.Н., Романенко М.И., Кондратьев К.А Романенко И.И., Петровнина И.Н., Романенко М.И., Кондратьев К.А. Автоматизация систем сбора и переработки бытовых отходов. Журнал: Форум молодых ученых. Изд. ООО «Институт управления и социально-экономического развития» (Саратов), 2019/ eISSN:2500-4050 утверждают, что математическое моделирование и автоматизация процессов управления сбора, транспортирования к местам сортировки и переработки твердо бытовых отходов (ТБО) является эффективным способом повышения качества работы жилищно-бытового хозяйства (ЖКХ), в основе которого лежит метод гибкого планирования в условиях постоянно меняющегося внешнего пространства (городской среды).

Чувиков Д.А., Д. Пунам Д.А. Чувиков, Д. Пунам. Автоматизация системы диспетчерского контроля на основе экспертной системы городского пассажирского транспорта. Журнал: Автоматизация и управление в технических системах. Изд.: ООО «Научно-инновационный центр» (Красноярск), 2018/ eISSN: 2306-1561 рассмотрели существующие проблемы управления городским пассажирским транспортом в России. В качестве эксперимента была продемонстрирована имитационная модель автоматизированной системы диспетчерского контроля движения городского пассажирского транспорта в программной среде AnyLogic.

Наконец, Осипов М.П., Чекодаев О.А. М.П. Осипов, О.А. Чекодаев. Автоматизация 3D моделирования объектов городской среды по атрибутивной информации с цифровой карты. Сборник трудов ИТНТ-2018. Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева. Изд.: Предприятие "Новая техника" (Самара), 2018 описали метод генерации трехмерных моделей объектов городской среды по атрибутивной информации с цифровой карты, привели алгоритмы для автоматизации процесса моделирования объектов городской среды и предложили гибкую и расширяющуюся структуру, позволяющую генерировать как уже имеющиеся в классификаторе типы объектов, так и новые, добавленные пользователем.

Однако на сегодняшний момент мало исследований о потребностях жителей городской среды в той или иной области автоматизации и, в частности, о том, почему инициативы, выдвигаемые администрацией города в аспектах автоматизации, не имеют достаточной поддержки среди жителей.

Объектом исследования является городская среда города Нижнего Новгорода.

Предметом исследования - современные практики и возможности автоматизации городской среды.

Цель работы - предложение рекомендаций по совершенствованию автоматизации городской среды.

Задачи работы:

· Изучить понятие и роль автоматизации в современном мире;

· Изучить понятие городской среды и ее качество;

· Изучить современные практики автоматизации городской среды;

· Выяснить наиболее предпочтительные направления автоматизации в городе Нижнем Новгороде;

· Выяснить причины несовпадений взаимных ожиданий от внедрения цифровых технологий в городской среде у жителей и администрации города;

· Предложить рекомендации по совершенствованию автоматизации городской среды.

Практическая значимость результатов исследования

Предложенный по результатам исследования список рекомендаций позволит принимать взвешенные и эффективные решения, связанные с совершенствованием процесса автоматизации городской среды города Нижнего Новгорода с учетом взаимных ожиданий администрации и горожан, что в перспективе позволит повысить уровень комфортности жизни в Нижнем Новгороде и распространить положительный опыт на другие российские города-миллионники.



Глава 1. Теория и практики автоматизации городской среды

1.1 Понятие и роль автоматизации в современном мире

Процесс автоматизации начался почти в одно время с возникновением производства. Производство существует долгое время, поэтому точную дату появления термина «автоматизация» определить трудно. Можно только сказать о том, что, перед тем как появилось понятие «автоматизация», существовало понятие «механизация». Механизация - это замена мускульной силы человека машинами и механизмами. Автоматизация в свою очередь является высшей степенью механизации.

Автоматизация - это одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов, изделий или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций [1].

Человек сталкивается с автоматизацией постоянно, начиная от своего быта и заканчивая промышленным производством. Автоматизация либо полностью, либо частично позволяет освободить человека от выполнения рутинных и повторяющихся операций, которые выполняются по заранее установленному алгоритму. И каждый день роль автоматизации в жизни людей возрастает и тем самым позволяет реализовывать постоянно увеличивающееся количество потребностей. Роль автоматизации является актуальной еще и потому, что население нашей планеты постоянно растет, в то время как ресурсы уменьшаются и происходят глобальные изменения в климате. Автоматизация позволяет экономить ресурсы и энергию, а в ближайшем будущем позволит повысить качество удовлетворения потребностей людей, и сделать более эффективным производство различной продукции.

Сейчас сложно найти технический процесс, который не опирался бы на автоматику. Касается это как бытовых электроприборов, так и промышленного производства. Почти все технические устройства, использующиеся человеком каждый день, стали настолько совершенными лишь благодаря автоматике. В настоящий момент, когда технические системы все более и более усложняются, автоматика выполняет не только задачи, имеющие отношение к управлению объектами, но и проводит анализ функционирования объектов с системой управления. Благодаря интеллектуальным и гибким автоматизированным системам можно улучшить компетенцию людей, которые используют современное оборудование. Развитие автоматика получила в ходе промышленно-технического прогресса. Автоматизация начиналась на промышленных производствах, где стремились ускорить процессы и поэтому увеличение выручки дало толчок внедрению самых современных средств автоматизации. Автоматизированные производства также высвобождали рабочие руки, оптимизируя время и занятость.

Автоматизация затронула многие отрасли. Одна из них топливно-энергетический комплекс, в котором хороших показателей не удастся достичь без слаженной и безотказной работы оборудования. Поэтому именно здесь появились автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП). Они были созданы на базе передового микропроцессорного оборудования. Управляется АСУТП в основном с помощью единой системы операторского управления технологическим процессом. У АСУТП существует 3 уровня: нижний, средний и верхний. К нижнему уровню относятся датчики, расходомеры, задвижки. К среднему уровню относятся логические контроллеры: центральные контроллеры, контроллеры связи, коммуникационные контроллеры и так далее. Промышленные программируемые логические контроллеры достигли колоссальной производительности. Они также поддерживают резервирование поэтому работа АСУТП максимально безотказна и обладает большим быстродействием. К верхнему уровню относятся АРМ оператора данной системы, с которого происходит мониторинг, а также управление агрегатами, задвижками, системой пожаротушения и так далее. Пример работы АСУТП в упрощенном варианте выглядит следующим образом:

· Оператор получил команду от диспетчера открыть задвижку под определенным номером;

· Оператор с помощью компьютерной мыши нажимает в прикладном программном обеспечении (SCADA SCADA (аббр. от англ. Supervisory Control And Data Acquisition -- диспетчерское управление и сбор данных) -- программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.) на картинку соответствующей задвижки и нажимает на кнопку открыть;

· SCADA генерирует запрос на центральный логический контроллер, используя свой язык сигналов;

· Центральный контроллер получая сигнал от SCADA генерирует свой сигнал, подавая команду открытия на коммутирующую аппаратуру, которая управляет приводом задвижки;

· После открытия от коммутирующего оборудования обратно к контроллеру приходит сигнал о том, что задвижка начала открываться;

· Задвижка открывается и на АРМ оператора появляется сообщение о выполненной команде и времени ее выполнения.

Таким образом, АСУТП контролирует все узлы оборудования в отличии от локальных систем автоматики, поэтому способна предсказать и предотвратить развитие аварийных ситуаций, выводя информацию в удобной форме для человека. А если авария все-таки произошла, то система способна управлять аварией и снизить потери от поврежденного оборудования за счет автоматических полуавтоматических или ручных действий, подсказывая оператору, что нужно делать.

НТП не стоит на месте, поэтому происходит внедрение создаваемых систем автоматизации. С появлением новых технологий и удешевлением добычи ресурсов для создания микроэлектронных компонентов, разработчики смогли экспериментировать и создавать более совершенные системы.

Задача автоматизации - создавать и внедрять концепции управления простыми и сложными задачами. С помощью автоматики оптимизируются процессы по конкретным критериям, а также защищается от непредвиденных ситуаций и поддерживается во время работы или в быту человек.

Автоматизация в современном мире является уже не только техническим средством, а партнером человека, который защищает его от опасностей и повышает качество его жизни. Также нельзя отрицать и экономичную роль автоматизации, подтвержденную статистическими данными. Если говорить об электрических средствах автоматизации, то мировой объем их производства составляет примерно 230 миллиардов евро.

В результате опроса, который был проведен среди специалистов в области автоматики были получены сведения о том, что самые лучшие результаты автоматизации будут достигнуты в машиностроении, транспорте, электроэнергетике и химической промышленности. Поэтому можно сделать вывод о том, что отрасли, нуждающиеся в повышении энергетической эффективности, будут развиваться быстрее всего. Таким образом, можно смело сказать, что человечество идет уверенным шагом к серьезным экономиям ресурсов, используемым в повседневной жизни за счет автоматизации [2].

Однако следует отметить, что внедрение АСУТП в организации очень трудоемкий процесс, требующий длительного времени и немалых финансовых затрат. Опишем внедрение АСУТП в нефтегазовой отрасли. Оно происходит по следующим этапам:

· На подготовительном этапе после того как необходимое оборудование пришло на склад, его устанавливают в специальные серверные шкафы. Серверные шкафы устанавливают в специальном месте (полигоне), подключая питание;

· На следующем этапе производится первичная настройка оборудования в соответствии с техническим заданием и начинаются заводские приемо-сдаточные испытания (ЗПСИ). На заводских испытаниях проверяют правильность работы алгоритмов и имитируют работу задвижек, датчиков и другого исполнительного оборудования;

· После заводских испытаний шкафы отключают от питания и перенаправляют на другой полигон, где проверяется информационная безопасность оборудования: АРМ операторов, коммутаторов, маршрутизаторов;

· Далее проводятся пуско-наладочные работы (ПНР) непосредственно на объекте автоматизации. Происходит подключение всего исполнительного оборудования, датчиков, задвижек и тестируется правильность работы оборудования при подаче команд с АРМ операторов через SCADA;

· Последним этапом является обучение операторов взаимодействовать с АСУТП.

Так осуществляется высшая степень автоматизации, в результате которой всех функции передаются техническим приборам, однако контролируются все процессы людьми. Высшая степень автоматизации применяется на сегодняшний момент не часто и в крупных организациях, которые работают в топливно-энергетическом комплексе и в химической промышленности. Стоит отметить что внедрение такого уровня автоматизации стоит немалых денежных средств, но оно гарантирует увеличение эффективности работы компании и повышение уровня безопасности.

Однако с внедрением автоматизации возникает проблема так называемой «технологической безработицы». Работу, которую выполняли люди, сейчас намного эффективнее делают машины, поэтому со стороны работников внедрение автоматизации однозначно является минусом. Также существует проблема нехватки квалифицированных кадров, которые способны работать с АСУТП. На предприятиях большое количество работников в возрасте. Они работали по старым стандартам еще до внедрения автоматизации. В то же время молодые у молодых специалистов нет опыта работы с АСУТП.

В конце ХХ века автоматике отвели роль исполнителя рутинных задач. Далее при внедрении АСУТП человечество достигло высшего уровня автоматизации при котором человек еще принимал участие, контролируя процессы, но сегодня активно развиваются программные и вычислительные средства, с помощью которых смогли автоматизировать все линии производства, способные работать без человека.

Производственный процесс - это трансформация исходного сырья и материалов в готовый продукт и пригодного для дальнейшего использования или обработки [3].

Технический прогресс не стоит на месте, и конкуренция вынуждают производство к постоянному изменению, тем самым меняя тип производства: от массового к уникальному, кастомизированному, когда продукт создается для конкретного заказчика. Индивидуальные требования заказчика становятся более приоритетными при производстве. Также, чтобы быть конкурентоспособными, от производителей требуется выводить свою продукцию на рынок все быстрее, что требует ускорения производственных процессов.

Изменение типа производства происходит с помощью создания новых способов изготовления продукции, разработки новых автоматизированных линий, которые позволяют сделать производство более емким и технологичным. Современное оборудование позволяет уменьшить сроки создания продукции и улучшить ее качество. В условиях автоматизированного производства наиболее актуальной задачей является комплекс мероприятий по разработке технологических процессов и созданию на их основе высокопроизводительных машин.

Однако за последние года производство и продукция стали более сложными: увеличилось количество механических и электронных составляющих, количество программного кода. Поэтому обнаружились различные отрицательные тенденции - увеличились срок и стоимость разработки продукции, снижение качества продукции, уменьшение прибыли производителей, а иногда - ущерб репутации.

В такой ситуации необходимо радикальное изменение подхода к проектированию с применением технологий математического и численного моделирования. Использование таких технологий, особенно на ранних стадиях производства продукции, даст необходимые преимущества для соблюдения трех критериев успешности исследований и разработок: сроков, стоимости и качества.

Системы управления и контроля также становятся более комплексными, поэтому становится нереальным управлять сложными процессами при помощи простой системы Согласно закону необходимого разнообразия Уильяма Эшби. Рост сложности производственных технологий и продукции становится актуальной проблемой для высокотехнологичных направлений: автомобилестроения, аэрокосмической отрасли, производства высокотехнологичной электроники и промышленного оборудования. Консалтинговая компания A. T. Kearney провела исследование, в котором показала, что если уменьшить сложность производства немецких компаний, то они могут экономить до 30 млрд долл. каждый год, а их операционная прибыль могла бы быть на 3-5% выше [4].

При помощи традиционных технологий решить проблему сложности производства не представляется возможным. Необходимы новый подход к изготовлению материалов, автоматизация, интеллектуализация и цифровизация производства, а также переход к «системной инженерии» Планирование не отдельных операций, а сразу всего жизненного цикла продукта, начиная от проектирования и заканчивая утилизацией..

Так называемые Цифровые, «Умные» и Виртуальные Фабрики Будущего (Digital, Smart, Virtual Factories of the Future) способны решить данные проблемы.

Цифровые фабрики - это системы комплексных технологических решений, которые обеспечивают проектирование и производство глобально конкурентоспособной продукции в очень малые сроки. Таким образом, цель цифровой фабрики - это увидеть и проанализировать продукт до момента его производства.

Цифровая фабрика, используя возможности цифрового проектирования способна создать так называемого цифрового двойника, который будет отражать в себе реальный физический объект. Причем степень адекватности цифрового двойника настолько высока, что все натурные испытания теперь можно перенести в виртуальные, не боясь сделать ошибку, ведь погрешность составляет всего лишь 2%. Также цифровая фабрика способна оптимизировать детали, (будь то масса или объем) из которых собирается изделие. Самое интересное здесь в том, что после внесения каких-либо изменений в одну деталь можно провести виртуальные испытания для всего изделия, чтобы понять адекватность изменений и обработка результатов расчетов проводится в полуавтоматическом или полностью в автоматическом режиме, поэтому инженеры сразу получают визуальную информацию о том, как их изменения повлияли на все показатели поведения изделия.

Таким образом, цифровая фабрика позволяет снизить количество ошибок при проектировании, число переделок, отходов, а также уменьшить срок вывода продуктов на рынок [5].

«Умные» фабрики на сегодняшний день являются синонимом гибкого производства, то есть способностью организации быстро адаптироваться к изменениям внешней среды. На многих производствах оборудование может изготавливать только один вид продукции, в то время как современное производство можно быстро переналадить на выпуск другого вида продукции. Огромное внимание уделяется роботам, выполняющих более сложные производственные задачи.

Создание «Умных» Фабрик ускоряет переход от традиционного производства к передовому. Ведь передовое производство - это в первую очередь новые технологии и новые бизнес-модели. Цифровое проектирование и моделирование уменьшают время разработки изделий нового поколения. Объединив технологии 3D-печати и высокотехнологичную механообработку, можно быстро создать прототипы и изготовить конечный продукт. Абсолютная цифровизация ускоряет обмен информацией, позволяя снижать количество брака, повышая при этом производительность труда. Такая организация существует в едином информационном пространстве, поэтому вместе с термином «Умная» Фабрика часто используют термин «Подключенная», то есть Фабрика, в которой все устройства подключены к единой сети и обмениваются информацией друг с другом. Именно в данных условиях обеспечивается массовая кастомизация и быстрое производство продукции по конкурентоспособной стоимости, гибко реагируя на смену требований.

Ключевыми элементами в «Умной» Фабрике являются киберфизические системы, межмашинное взаимодействие и индустриальный интернет, а также гибкая производственная ячейка, представляющая собой тотально автоматизированный интеллектуальный производственный участок по изготовлению деталей (от получения материала на складе до финишной обработки). В ней широко используются датчики, данные с которых постоянно собираются и обрабатываются. Это позволяет оперативно устранять ошибки и контролировать состояние системы, предсказывая неисправности. Именно поэтому система может сама принимать решения о режиме функционирования в зависимости от изменяющихся условий.

Все это позволяет называть «Умную» Фабрику безлюдным производством [6].

Виртуальная Фабрика - это система комплексных технологических решений, которая обеспечивает в короткое время проектирование и создание конкурентоспособной продукции нового поколения с помощью коллаборации Цифровых и (или) «Умных» фабрик в распределенную сеть.

У Виртуальной Фабрики есть информационная система управления (ИСУ) предприятием, которая позволяет создавать и использовать в виде единого объекта виртуальную модель всех организационных, технологических, логистических и других процессов на уровне распределенных производственных активов и (или) на уровне глобальных цепочек поставок, то есть поставки => производство => дистрибьюция и логистика => сбыт => послепродажное обслуживание. Предназначение Виртуальной Фабрики - повышать добавленную стоимость продукции и увеличивать конкурентные предложения на рынке.

Например, General Electric, используя свою Виртуальную Фабрику смогла увеличить предсказуемость в 3-5 раз, снизить простои оборудования на 40% и уменьшить количество необходимого оборудования на 7-15%.

Все части Фабрики Будущего (Цифровая, «Умная» и Виртуальная Фабрики) соотносятся с определенными стадиями жизненного цикла продукции и звеньям цепи добавленной стоимости. Также каждая из них имеет свой набор технологий для достижения определенных задач.

Виртуальная фабрика связывает физическое производство с другими фабриками, с поставщиками и подрядчиками. Таким образом, это позволяет ускорить коммуникацию, сделать процесс производства более прозрачным, потому что создается единое информационное поле, в котором все участники цепочки добавленной стоимости имеют доступ к актуальной информации.

Данные в Виртуальной Фабрике обновляются в режиме online. Поэтому к той же самой информации имеют доступ не только сотрудники организации (дизайнеры, инженеры, технологи, маркетологи), но и роботы со станками, находящимися в системе благодаря промышленному интернету (industrial internet - II). Однако ключевое преимущество Виртуальной Фабрики состоит не в коллаборации своих внутренних подразделений, а в подключении к информационному пространству остальных участников цепи добавленной стоимости. Ведь современной высокотехнологичной организации просто невыгодно создавать добавленную стоимость в одиночку, поэтому отдельные задачи она отдает на аутсорсинг. Это может быть и дизайн, и проектирование, и маркетинг, и пиар-деятельность, и логистика, и другие направления деятельности. И логично, что для продукции нового поколения нужна иногда не одна сотня поставщиков материалов, компонентов, ПО. Таким образом, остальные участники добавленной стоимости могут быть разбросаны по всей планете. Поэтому объединение их в единую сеть позволяет, например, подрядчикам контактировать напрямую и оперативно решать различные вопросы, поэтому становится проще интегрировать в производство новых участников.

Виртуальные Фабрики в России способны вовлечь малый и средний бизнес в цепи добавленной стоимости крупных холдингов и организаций. Это позволит вывести малый и средний бизнес на глобальные рынки. В свою очередь для крупных организаций появляется возможность увеличить свою конкурентоспособность, избавляясь от не использующихся в данный момент в производстве активов, и формируя цепи сертифицированных поставщиков. Таким образом, Виртуальная фабрика позволяет организациям понять свои ключевые компетенции и определить свое место на рынке.

Виртуальная Фабрика также позволяет развивать системный инжиниринг, о котором упоминалось выше. Продукция может быть настолько сложна, что в одной организации изготовить ее просто невозможно, да и это было бы неэффективно и нелогично. Поэтому поиск партнеров и взаимодействие с ними в процессе проектирования и разработки неизбежен. Только так потенциал всех участников может быть использован в полной мере для производства высокотехнологичной продукции мирового уровня [7].

Автоматизация затронула и быт современного человека. Такое понятие, как Интернет вещей (Internet of Things - IoT) становится все более популярным.

Интернет вещей подразумевает множество устройств, «общающихся» друг с другом, а также с человеком ради его интересов. Например, человек может включить плиту на расстоянии, в то время как холодильник может заказать продукты из супермаркета, проанализировав свои полки. А взять в аренду машину через Delimobile или производить мониторинг движения автобуса сегодня уже реальность. Еще немного и мир будет полностью отражен в цифровой копии. Поэтому тотально изменятся и способы оптимизации каждой цепи создания стоимости. Также изменятся и все аспекты жизни людей, от медицины до сельского хозяйства, от спорта и образования до управления государством.

Интернет вещей является одним из ключевых трендов в современной экономике на ближайшие десятилетия. Под «Интернетом Вещей» понимают три основные концепции:

· подключение к глобальной сети большого числа окружающих нас объектов;

· беспроводную самоконфигурирующуюся сеть между объектами;

· момент времени, когда количество объектов, подключенных к глобальной сети, превысило количество пользователей глобальной сети [8].

На данный количество устройств, подключенных к сети превысило 50 миллиардов. Если представить 50 миллиардов устройств, то можно задать минимум три вопроса: Как? Откуда? Где? Но если подумать 50 миллиардов устройств, которые подключены к сети это не так сложно. Ведь ими могут быть и компоненты одежды человека, любая дверь, сиденье в автомобиле (автобусе, метро, самолете, поезде), дорожные знаки, плакаты и так далее.

Конечно, есть определенные проблемы, касающиеся энергоснабжения всех этих устройств, ведь количество батареек, необходимых для работы нескольких компонентов одежды человека заставляет сомневаться в целесообразности таких технологий. Однако НТП не стоит на месте и разрабатываются новые методы генерации энергии, например, для брюк. Человек, перемещаясь из одного места в другое будет заряжать свои же брюки.

В ближайшем будущем планируется соединить в единую концепцию бытовые приборы умного дома, которые способны даже угадывать желания хозяев и с помощью запрограммированного устройства осуществлять возложенные на них функции. Интернет вещей максимально автоматизирует процессы, сокращает временные и материальные затраты.

Для автоматизации быта людей появилось большое количество «умных» приборов:

· Высокотехнологичные мусорные баки, которые питаются с помощью солнечных батарей, имеют функцию пресса мусора, а также сигнализируют работникам коммунальных служб при их заполнении;

· Геолокационные и биометрические чипы, которые используются для того, чтобы контролировать популяцию животных, а также чтобы контролировать преступников, которые отбывают наказание под домашним арестом;

· Сенсоры и водные счетчики, которые используются для уменьшения расходов воды, передачи показаний и снижения нагрузок на водоканалы крупных городов (уже используются в Сан-Паулу и Пекине);

· Интерактивные миски для собак, открывающие доступ к корму при соблюдении определенных условий. И так далее.

IoT находит свое применение даже в спорте, анализируя физические кондиции спортсменов. Специальные датчики измеряют пульс, данные о перемещениях участников соревнований. Результаты измерений доступны тренерскому штабу и медперсоналу в режиме online. Таким образом можно своевременно отреагировать на инциденты, которые возникнут в ходе состязаний, либо тренерских штаб может решить заменить, например, игрока в футбольном матче.

IoT активно применяется и в системе ЖКХ. Так называемые умные счетчики способны сейчас передавать показания по расходу воды, газа и электроэнергии с каждой квартиры или с каждого дома. Диспетчеру в режиме online доступна данная информация по квартирам, микрорайонам или по всему городу. Таким образом, у людей появится возможность каждый месяц не заботится о том, что в определенные числа месяца нужно передавать показания счетчиков. Ведь если этого не сделать, то расчет суммы за потребление будет производится по средним значениям, что не всегда выгодно. Данный метод учета ресурсов максимально автоматизирует диспетчерские функции и улучшает качество обслуживания.

IoT применяется для удобства людей и в сельском хозяйстве, в частности, при выращивании растений. Датчик, который отвечает за определенную зону или за конкретное растение производит регистрацию данных по состоянию земли (влажность температура). Затем данные передаются в облачную платформу и далее на сервер. В конечном счете данные выводятся на монитор, чтобы человек мог принять решение либо о поливке, либо об удобрении почвы. В Израиле с помощью данной технологии производится мониторинг почвы, в которой выращиваются помидоры. Не отстают в этом плане и другие развитые страны.

В здравоохранении IoT используется, чтобы круглые сутки производить мониторинг состояния пациентов. На них устанавливаются соответствующие датчики, данные с которых поступают в медицинский центр. В режиме онлайн производится мониторинг работы больных органов, а также оценивается общая физическая форма пациента. Затем данные передаются докторам и в лаборатории. Таким образом доктор может скорректировать лечение, основываясь на полученных данных. Существует даже технология установки специальных радиочипов на лекарства, которые позволяют отслеживать количество лекарств в медицинских учреждениях и оперативно восполнять их запасы. Также на одной из военных баз России на часовых установили специальные электронные датчики, контролирующие их состояние и своевременно отсылающие данные о проблемах в штаб. Если часовой в течение полуминуты не производит движения, то датчик сигнализирует на центральный узел, который возвращает его часовому в виде звукового сигнала. Если в течение 15 секунд после получения сигнала часовой так и не совершил движений, то объявляется тревога [9].

Таким образом, можно сделать вывод о том, что автоматизация в современном мире играет огромную роль для человечества, позволяя достигать не только высочайших результатов в промышленности и в обычном производстве, но и освобождать людей от рутинных ежедневных бытовых задач.

1.2 Понятие городской среды и ее качество

Урбанизация в настоящее время является одной из определяющих тенденций. Под ней понимают процесс увеличения городского населения, увеличение роли городов в основных сферах жизни, а также преобладание городского стиля жизни над сельским. Эксперты ООН прогнозируют, что доля городского населения в общей численности населения планеты повысится с 52% в 2011 году до 60% в 2030 году, а в 2050 году будет составлять уже 67% [10].

В современных публикациях город определяется как крупный населенный пункт, который выполняет промышленные, организационно-хозяйственные, управленческие, культурные, транспортные и другие функции [11]. Однако сложнее дать определение понятию городской среды, из-за множества подходов к ее интерпретации. Данный вопрос изучают представители разнообразных профессий: архитекторы, градостроители, экономисты, социологи, психологи.

Рене Декарт писал: «Люди избавились бы от половины своих неприятностей, если бы смогли договориться о значении слов» [12]. В современной урбанистике одно из самых популярных словосочетаний - «городская среда». Само по себе слово «среда» означает нечто, находящееся между или вокруг чего-либо. Другими словами, среда служит понятием, дополнительным к понятию «объект». Чтобы понять, что такое городская среда, следует разделить город на объекты и то, что находится вокруг и между ними, то есть среду. Обращаем внимание, что разделение на объект и среду носит совершенно произвольный, субъективный характер. Для психолога и социолога объекты - это люди и группы людей, а здания и сооружения города относятся к среде. Если рассматривать объекты с точки зрения архитектора, то ими будут здания, которые он проектирует, а люди, которые населяют город и их сообщества составляют среду. Если рассматривать объекты с точки зрения специалиста по транспортной инфраструктуре городов, то ими будут транспортные потоки, а к понятию среды будут относиться и люди, и здания. Для экономиста, например, и люди, и транспорт, и здания попадают в категорию среды, а объектами будут ресурсные (финансовые) потоки и узлы.

Анализ литературы дал возможность выявить основные определения термина «городская среда»: комплекс условий жизнедеятельности населения, пространственно-материальная структура, объект управления и функциональная структура.

Мы будем рассматривать каждый тип определения подробно.

В Приказе Министерства регионального развития Российской Федерации от 9 сентября 2013 года №371 «Об утверждении методики оценки качества городской среды проживания» городская среда определяется, как совокупность внешних и внутренних условий жизнедеятельности в пределах города. Обобщение литературы позволило выявить условия и факторы, определяющие городскую среду. К внешним факторам относятся окружающая среда, комфортность географического положения, количество занимаемой территории, интенсивность экономических потоков. К внутренним факторам относятся ландшафтно-композиционный фактор (гидрография; растительность; рельеф; компактность); экологический фактор (оценка загрязнения почвы, воды); транспортный фактор (оценка дорожной сети; присутствие парка городского транспорта); социальный фактор (соотношение спроса и предложения труда; время на трудовые перемещения; услуги образования и обслуживание; медицинские услуги); экономический фактор (кадастровая оценка территории; капитальные вложения; привлекательность для инвестиций); историко-культурно-архитектурный фактор (присутствие памятников архитектуры, охраняемых природных объектов) [13].

Исследователи Асс Е.В., Вагнер Е.А., Федотов Е.А., Птицина Л.М. предлагают определять городскую среду как пространственно-материальную структуру, которая сочетает в себе созданные человеком строения, здания, объекты благоустройства и природные компоненты, которые подчиняются определенным экологическим и общественно-социальным закономерностям. Компонентами, которые образуют городскую среду является современная застройка, реконструкция в исторической среде, городской ландшафт, природный ландшафт [14]. Такой вариант термина «городская среда» является самым распространенным среди изученной литературы. Но это связано прежде всего с тем, что первоначально изучением вопросом городской среды занимались архитекторы и градостроители. Первые научные конференции по «средовой» тематике датируются рубежом 70-80-х годов XX века. И центром исследований стала прибалтийская республика Эстония, всегда отличавшаяся высоким уровнем комфортности жизни [15].

Исследователи Демурина Ю.Л., Вяткина Б.М. определяют городскую среду как совокупность сосредоточенных масс людей и функционального наполнения. Они выделяют такой термин как «пространство пребывания», которое представляет собой цельное, компактное образование, которое обладает качествами конечности и целостности исторической среды, выявленное средствами архитектуры, ландшафта и благоустройства. По функциональному признаку различают следующие виды пешеходных пространств: рекреационное, спортивное, торговое, культурно-развлекательное, смешанное. Также выделяют пространство коммуникации?, представляющее собой исторически сложившиеся или вновь образуемые связи между разными объектами [16].

Изученные определения термина «городская среда» указывают на ее иерархическую структуру. Можно выделить различные соподчиненные уровни, направленные на главного потребителя - человека: общие условия жизнедеятельности являются наиболее общим уровнем рассматриваемого определения. Также можно выделить функциональный уровень среды, а затем уровень материальных структур, которые «опредмечивают» городскую среду.

Другие исследователи используют другой подход к определению городской среды. Катаева Ю.В., Котова Е.А., Вяткина Б.М. определяют термин с точки зрения проекции качества управления городом - набор политик развития города, через который он и его жители могут быть конкурентны на рынках рекрутинга, товаров, информации, услуг, которые быстро изменяются [17]. Городской администрации при этом следует учитывать интересы различных категорий горожан и организовывать условия для взаимодействия стейкхолдеров. Помимо этого, ей следует создавать общественные пространства, которые способны стимулировать социально-экономические изменения с целью организации благоприятной городской среды [18].

Общественное пространство в рамках городской среды -многофункциональная территория, на которой происходит создание и воспроизводство сообщества горожан. Существует три аспекта общественной жизни: социальный, культурный и политический.

Социальный аспект выражается в создании и воспроизводстве общественной сферы, общественных пространств, которые предоставляют возможность взаимодействия разных слоев населения.

Общественное пространство - это также пространство политической активности. Но государство пытается контролировать общество, в том числе манипулируя назначением городского пространства. Однако, современная улица приобретает ключевое значение в выражении своих потребностей гражданами.

Культурный аспект выражается в перманентном создании и воспроизводстве не только городской культуры, городского образа жизни, но и самых высоких образцов культурной деятельности. Общественное пространство позволяет горожанам реализовывать свои культурные и социальные потребности, а также формировать общекультурные навыки, в том числе способность уважительно и бережно относиться к историческому наследию и культурным обычаям, с пониманием воспринимать социально-культурные различия, способность управлять своей жизнью в соответствии с социально значимыми представлениями о здоровом образе жизни, а также в соответствии с принятыми в обществе морально-ценностными ориентирами. Однако даже имея высокий потенциал городские парковые территории на данный момент не отвечают всем необходимым аспектам эталонной модели «общественного пространства». Создание новых, аттрактивных для горожан мест, их исследование и добавление в иерархию, а также системный контроль развивающейся сети будет обеспечивать возможность эффективного управления процессами города, с последующим увеличением качества окружающей среды в пространственном и социальном аспектах.

В ходе исследования определений городской среды становится необходимым раскрыть понятия ее качества, благополучия, так как эффективность управления оценивается данными категориями.

По классификации Ф. Котлера и К. Асплунда качество городской среды - это так называемый «мягкий фактор» инвестиционной привлекательности мест. Такие мягкие факторы сложно измерить, и они представляют собой субъективные характеристики конкретного места. Напротив, жесткие факторы могут измеряться в объективных показателях.

В систему качества городской среды входят следующие компоненты: ландшафт, который человек изменил в той или иной степени; природная среда, качество которой оценивают по уровню отклонения ее физико-химических характеристик от состояния города или участка, которые находятся в идеальных условиях и контролируются Министерством природных ресурсов и экологии России; городская среда, включающая в себя элементы застройки и техногенной среды; население которое имеет материальные и духовные потребности. Таким образом, анализ качества городской среды предполагает анализ как измеримых, так и трудноизмеримых компонентов.

На современном этапе понятие «качество городской среды» как экономическая категория исследовано недостаточно и может трактоваться в зависимости от той или иной ситуации. Но наиболее общее определение данной категории сводится к возможности городской среды удовлетворить объективные потребности горожан в зависимости от стадии социально-экономического развития территории [19].

...