Инновации от идеи до рынка

• кадровое обеспечение разработки, производства и эксплуатации продукции в части научно-исследовательских, инженерных и рабочих профессий, с использованием лучших мировых практик при подготовке кадров.

В приложении к документу приведен предварительный перечень приоритетных сквозных технологий (технологических направлений), которым следует руководствоваться при выборе направлений НИОКР.

1. Технологии обработки и передачи данных.

• Искусственный интеллект, включая технологии машинного обучения и когнитивные технологии.

• Технологии хранения и анализа больших данных.

• Технологии распределенных реестров.

• Нейротехнологии, технологии виртуальной и дополненной реальностей.

• Квантовые вычисления.

• Квантовые коммуникации.

• Новое индустриальное и общесистемное программное обеспечение.

• Геоданные и геоинформационные технологии.

• Технологии доверенного взаимодействия.

• Современные и перспективные сети мобильной связи.

2. Технологии в сфере энергетики.

• Технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем.

• Системы накопления энергии.

• Развитие водородной энергетики.

3.Новые производственные технологии.

• Технологии компонентов робототехники и мехатроники.

• Технологии сенсорики.

• Микроэлектроника и фотоника.

• Технологии новых материалов и веществ, их моделирования и разработки.

4.Биотехнологии и технологии живых систем.

• Технологии управления свойствами биологических объектов.

• Молекулярная инженерия в науках о жизни.

• Бионическая инженерия в медицине.

• Ускоренное развитие генетических технологий.

5.Технологии снижения антропогенного воздействия.

6.Перспективные космические системы и сервисы.

Высокотехнологичные отрасли являются генератором развития сопредельных направлений машиностроения. Например, работа предприятий авиационной промышленности создаёт дополнительный спрос объёмом до 9% ВВП России. Помимо сотен тысяч человек, непосредственно занятых в авиапромышленности, она косвенно обеспечивает до 3 миллионов рабочих мест в металлургии, электронной промышленности, химии композитов и новых материалов, приборостроении, и т. п.

Среди слабых сторон российских инновационных НИОКР можно отметить:

• утрату стратегических идей из-за минимизации поисковых НИР, нехватки проектов для выявления и продвижения талантливых конструкторов, инженеров и управленцев;

• архаичные подходы к разработкам, препятствующие выполнению проектов вовремя и в рамках бюджета, применению современных технологий обучения персонала;

• старение кадров и угрозу утраты инженерных школ, в том числе с опытом современной реализации высокотехнологичных инженерных проектов, с обеспечением послепродажного обслуживания требуемого уровня;

• слабые позиции в сегментах гражданской продукции мирового рынка;

• неудачную реформу технического регулирования, что привело к выводу из обязательного оборота множества национальных стандартов;

• медленно продвигающееся импортозамещение базовых компонентов инновационной продукции (подшипники, электронная компонентная база, станкостроение, полимерные и металлокерамические материалы);

• монополию на высокотехнологичных продуктах комплектаторов 2…4 уровня, что рушит рентабельность инновационных проектов;

• устаревшую ценовую политику гособоронзаказа, неполное возмещение необходимых затрат при закупке изделий и систем, что влечет за собой привлечение значительной доли банковских кредитов при исполнении ОКР, отсутствие прибыльности поставок, требуемого качества перспективных видов продукции, демотивацию исполнителей.

Все это подрывает конкурентоспособность российских отраслей на мировом и национальном рынке, способствует развитию кризисных явлений в экономике, повышению стоимости кредита, снижению занятости населения, особенно молодежи и сотрудников предпенсионного возраста.

Напомним, что, например, стоимость продукции, произведённой за один час специалистами авиастроения, оценивается на мировом рынке на уровне в $250, тогда как в производстве технически сложных товаров широкого потребления не превышает $3…5. Современная стоимость 1 кг гражданского самолёта составляет примерно 2000 $/кг, а 1 кг автомобиля представительского класса в 15…20 раз меньше. Высокие технологии обеспечивают существенную добавленную стоимость в валовом национальном продукте, что делает их стратегически важным продуктом для выхода страны из бремени «сырьевой» экономики.

Чтобы достичь успеха инженерного проекта, необходимо соблюдать четыре ограничения:

1. В отведенное время.

2. В рамках запланированной стоимости.

3. При надлежащих возможностях и уровне производительности.

4. При этом риски находятся под контролем.

Дополнительно следует обеспечить, чтобы продукт был быстро выпущен на рынок, оказался удобен и понравился пользователям. Все работы должны выполняться при соблюдении применимых законов, нормативных актов и политики конкретной компании. Сегодня создатель инновационного продукта часто должен одновременно с проектированием новых свойств и функций технического комплекса проектировать и новую технологию его промышленного производства.

Реализация инновационных ОКР одновременно решает еще один важнейший на сегодня вопрос для молодого поколения: с каких примеров делать жизнь? Ускорение темпов создания новой высокотехнологичной продукции требует подготовки и пополнения предприятий современными профессиональными кадрами. При этом ВУЗы не очень поддерживают обучение персонала, который начнет давать отдачу через 5…8 лет, потому что предприятия не очень хотят платить авансы, так как не уверены в качестве подготовки. Поэтому наиболее реалистичным путем для молодого специалиста является обучение системному подходу в процессе реальной работы над инновационными проектами, рядом с профессионалами, овладевая опытом решения технических проблем, вооружаясь ИТ-инструментами, результатами прошлых уроков, используя систему управления знаниями. Системная инженерия помогла состояться миллионам специалистов во всем мире, в том числе и в нашей стране, где по-прежнему ценятся умельцы космоса, атомщики, авиаторы, создатели сельскохозяйственной техники, электроники, химических процессов, ИТ-специалисты и многие другие.

Провалы программ НИОКР говорят об управленческой несостоятельности назначенных менеджеров, неверном выборе рынка или продукта, ошибках в расчётах сроков разработки или окупаемости изделий, подборе и контроле партнёров или инвесторов и т. п.

Настоящая книга включает изложение всей цепочки вопросов эффективной реализации инноваций, практического решения задач, поставленных правительством РФ и жизнью.

1.2 Определение системного подхода

Инновации определяют как «итеративный процесс, инициированный восприятием нового рынка или новой возможности обслуживания для технологического вмешательства, которое приводит к задачам разработки, производства и маркетинга, для обеспечения коммерческого успеха продукта». Отсюда следует, что инновация должна появиться, и быть успешно внедрена и принята на рынке. Циклы инноваций повторяются, и их улучшенные версии могут постоянно выводиться на рынок.

Если сложность системы требует новых методологий, приходится вводить новшества в работе. По опыту, способность к инновациям не требует усилий для одних, но трудна для других. Она может быть поддержана извне и легче задействована, если есть среда, которая способствует инновациям внутри команды. Поддержка инноваций позволяет предлагать и внедрять альтернативные решения, приемы нестандартного мышления и экспериментирование. Она позволяет избежать разочарования со стороны недоброжелателей, отвергающих предложения просто потому, что они новы или не опробованы.

Инновации сегодня имеют ключевое значение для организаций, которым приходится выживать, адаптироваться к быстро меняющимся обстоятельствам, и возглавлять более широкие экономические и социальные изменения. Без инноваций компании подвергаются большому риску исчезновения в краткосрочной или среднесрочной перспективе. В то же время реализация инноваций затруднена из-за высокой степени неопределенности. Грамотное управление инновациями увеличивает шансы на успех. Излагаемая в книге методология системного подхода может быть эффективно применена к различным областям.

Наши соотечественники оставили миру большое количество изобретений и открытий. В России и СССР были впервые в мире созданы угольный комбайн, гусеничный трактор, аппарат искусственного кровообращения, зерноуборочный комбайн, миномет, автомат, голография, телевизор, оптический прицел и артиллерийский дальномер, искусственный спутник Земли, бензиновый двигатель, атомная электростанция, искусственный каучук, лампа накаливания, порошковая металлургия, электрический трамвай, видеомагнитофон, радио, квантовый генератор, вертолет, фотоэлемент, сверхзвуковой пассажирский самолет, крекинг нефти, трансформатор, и многие другие новинки техники и науки.

Достижения человечества в области технологических инноваций предоставили фантастические возможности для построения инфраструктуры будущего. Напомним перечень великих инженерных достижений XX века:

1. Электрификация.

2. Автомобили.

3. Самолеты.

4. Водоснабжение и водораспределение.

5. Электроника.

6. Радио и телевидение.

7. Механизация сельского хозяйства.

8. Компьютеры.

9. Телефоны.

10. Кондиционирование воздуха и охлаждение (холодильные технологии).

11. Автомобильные дороги.

12. Космические корабли.

13. Интернет.

14. Изображения разных видов.

15. Бытовая техника.

16. Оздоровительные технологии.

17. Нефтехимические технологии.

18. Лазерная и оптоволоконная оптика.

19. Ядерные технологии.

20. Высокоэффективные материалы.

Поиск новых способов жить в условиях ограниченности ресурсов планеты, создание приемлемого будущего для энергетических и экологических потребностей общества требует изменений в транспорте, производстве, сельском хозяйстве и организации инфраструктуры обитания.

Здравоохранение объединяет множество заинтересованных сторон, систем и областей, куда вовлечены пациенты, врачи, медсестры и инженеры. Сфера здравоохранения имеет сложную инфраструктуру, включающую современные технологии доступа к врачам, диагностики и лечения, страхование, организацию больниц, человеческий фактор, социальные услуги и медицинское обслуживание на дому. Из-за их взаимовлияния при разработке решений для удовлетворения потребностей заинтересованных сторон необходимо учитывать комплексную перспективу.

Транспорт выставляет уникальные потребности, для обеспечения которых требуются новые инфраструктуры и системы, предоставление возможностей для интеграции с существующими системами. Необходимо удовлетворить потребности самых перегруженных городов и отдаленных сельских районов. По мере изменения способов транспортировки необходимо будет комплексно мыслить, проявлять творческий подход и приспосабливаться к изменениям. При развитии городской транспортной сети нужно синхронизировать потребности с доступной инфраструктурой и окружающей средой, с учетом возможного использования существующего природного ландшафта. В целях обеспечения безопасности гражданского населения необходимо будет улучшать отказоустойчивость и адаптацию деградации системы в ответ на природные и техногенные катастрофы для разработки надежной системы. При этом должен учитываться круг пользователей, услуг и условий эксплуатации.

Окружающая среда и критическая инфраструктура служат обществу в таких отраслях как энергетика, водоснабжение, связь, финансы и транспорт. Решение проблем в крупном масштабе (большой город или область) будет сложной задачей при моделировании, анализе и тестировании на городском уровне, уровне предприятия и отдельной системы. Включение взаимозависимостей между различными секторами может помочь системному мышлению в обнаружении будущих необходимых возможностей.

Роли Интернета вещей и кибербезопасности растут с развитием цифровизации процессов и услуг. Увеличение количества подключенных устройств в обществе может помочь улучшить качество жизни всех граждан. Однако улучшения в области безопасности должны идти в ногу с противодействием угрозам, чтобы гарантировать, что данные не будут повреждены и сохранена исходная информация. Системы, принимающие решения, должны учитывать системную, физическую, экономическую и социальную безопасность при разработке продуктов и услуг. Для большого количества взаимозависимых систем, соединенных вместе, которым требуются каналы питания и связи, необходимо решать проблемы с определением меняющихся требований, архитектуры и дизайна в крупных масштабах при ускорении времени развертывания в эксплуатацию.

Автономные интеллектуальные системы, к которым относятся беспилотные транспортные средства, робототехника, беспилотные летательные аппараты, заводские разработки и сборка, доставка лекарств человеком и системы интернет-торговли финансами, нуждаются в методических данных для решения сложных социальных и этических проблем, возникающих во время их разработки и эксплуатации. Этим системам необходимо реагировать на неожиданные, недетерминированные изменения в среде эксплуатации. Системный подход поможет безопасной реализации таких систем, меняющих окружающий мир.

Сегодня развивается внедрение «умных» производств, для соответствия растущим и меняющимся требованиям пользователей. Производственные организации и системы должны адаптироваться к идущим изменениям в скорости и масштабе для удовлетворения спроса. Новые продукты должны будут взаимодействовать с существующими системами, быть совместимыми, учитывать интерфейсы и обмен данными. «Умный цех» хранит, структурирует и анализирует большие объемы производственных данных, контролирует обеспеченность заказа перед запуском и сроки его исполнения. Система регистрирует оператора станка, выдает сменное задание, фиксирует состояние и загрузку оборудования, отображает текущее и расчетное время изготовления деталей или сборки узлов, наличие материалов и качество продукции. Комплекс позволяет анализировать причины простоя, фиксировать отклонения от расчетных технологических режимов и своевременно оповещать об этом ответственные службы производства. Кроме того, система помогает поддерживать исправное техническое состояние оборудования, следить за эффективностью работы персонала. Удается исключить человеческий фактор при получении и обработке информации от производственного ресурса (станок, материалы, персонал, качество). При этом на всех уровнях управления используются объективные данные, без человеческого фильтра в реальном масштабе времени.

Ностальгические предложения о возвращении в РФ советских управленческих структур, инженерных школ прошлого все еще находят место в средствах массовой информации, но прогресс диктует свои условия развития. Сегодня инженерная школа, как субъект технологического продвижения, должна подразумевать активно работающий коллектив, делающий реальную инновационную продукцию, исправляющий ошибки, набирающийся современного опыта и достигающий позитивных результатов. Процесс передачи опыта и способов решения проблем из поколения в поколение для становления инженерных школ существенно изменился и ускорился со временем. Интернет, системы управления знаниями, искусственный интеллект, цифровизация качественно изменили и продолжают трансформировать традиционные подходы к реализации высоких технологий. Растут скорости передачи информации, усвоения и передачи знаний, разработки новых продуктов, систем и услуг.

Сегодня в РФ набирает силу возвращение ведущей роли созидающих промышленных отраслей и специальностей, хотя недавно оставалось мало желающих терпеливо осваивать секреты творческой профессии участников создания инноваций. Разработка и внедрение на рынок высокотехнологичных изделий является коллективным интеллектуальным творчеством. Но нужно знать и понимать, что создание новой продукции включает только 5% творчества, на 95% это четко организованный труд команды «ремесленников» различной квалификации. Эти задачи подвластны каждому желающему. Конечно, будущие творческие успехи и высокие заработки даются непросто, ежедневным напряжением сил и упорным решением рутинных проблем, которые везде и всегда появляются в неожиданном количестве.

Инженеры и менеджеры высокотехнологичных отраслей занимаются разработкой продуктов, изделий или систем. Они строят инфраструктуру окружающего нас мира. Не существует волшебного решения или процесса для создания любого сложного продукта. Даже создание такого простого изделия, как отвертка, из двух компонентов (стального хвостовика и пластиковой ручки), потребует рассмотрения многих вопросов по определению формы и размеров, характеристик поверхности, материалов для ручки и хвостовика, производственных процессов, и др. Сложность заметно растет для многофункциональных продуктов, таких как компьютеры, автомобили, самолеты, производственная нефтеперерабатывающая линия, где на производственных и сборочных предприятиях используется множество различных материалов, производственных процессов, сотни рабочих мест, инструменты, машины и люди.

Для реализации инноваций предприятие должно разработать стратегию. Стратегия определяет, чего фирма хочет достичь и как она хочет это сделать. Этим документом фирма отличается от своих конкурентов и планирует создать конкурентные преимущества в будущем. Бизнес-модель определяет реализацию стратегии. Например, продажа продуктов через Интернет или аутсорсинг производства относятся к выбору бизнес-модели поведения компании. То есть, бизнес-модель и стратегия различны, но находятся в тесном взаимодействии.

В стратегии нужно указать критерии, которые будут использоваться для отбора инновационных идей. Важными критериями являются новизна и осуществимость. Фактически, они немного противоречивы, так как более новые и оригинальные идеи, как правило, будут менее осуществимыми. Поэтому удобно рассматривать осуществимость как граничное условие, которое не должно быть ниже определенного уровня. И еще одним важным критерием является ожидаемая ценность продукта, поскольку компаниям больше нравятся инновации, приносящие высокие доходы. При этом масштаб идеи должен быть в пределах досягаемости ресурсов и возможностей компании.

Различают ряд категорий инноваций:

• базовые инновации, то есть новые продукты для рынков;

• новые продукты начинающих предприятий для рынка, который уже обслуживается существующими продуктами;

• новые продукты для текущего рынка, предлагаемые существующим клиентам;

• расширение или улучшение существующих линеек продуктов;

• высокая заметность изменения стиля существующих продуктов.

Как правило, инноваторы часто создают неопределенность в начале проекта, но обычно стараются уменьшить ее как можно скорее. На этапе реализации фокус приходится на соблюдение сроков, управление проектами, рекламу и практический стиль управления, ориентированный на исполнение. Постепенные инновации означают, что фирма вносит небольшие изменения в существующие продукты, услуги или бизнес-модели. Радикальные инновации означают, что фирма выходит на совершенно новые рынки, применяет новые компетенции и более радикально отходит от существующих продуктов, услуг и бизнес-моделей. Уровень неопределенности относительно низок в первом случае и относительно высок при радикальных инновациях.

Технологические инновации могут являться новыми, при этом выполнять ту же функцию, что и существующие продукты. Например, цифровые часы были технологической инновацией по сравнению с традиционными аналоговыми часами, они выполняли ту же функцию для тех же клиентов, но применяли другую технологию. Первый iPhone был радикальной инновацией, в частности, за счет объединения технологий, ранее не использовавшихся вместе, и создал новый рынок, поскольку клиенты приобретали продукт с совершенно новыми функциями. Архитектурные инновации радикально меняют интерфейсы. Например, лежачий велосипед является архитектурной инновацией по сравнению с традиционным, поскольку в нем используются те же компоненты, но они устроены по другому. Модульные инновации меняют компонент, не меняя при этом большинство интерфейсов. Например, вегетарианский бургер является модульной инновацией по сравнению с гамбургером, где мясо заменяется, а все остальное (хлеб, обслуживание) остается прежним.

Инновации в сфере услуг фундаментально отличаются от инноваций в продуктах. Основные факторы отличий услуг от продуктов:

• неосязаемость;

• неотделимость услуги от поставщика;

• неоднородность;

• скоропортящиеся (ограничения во времени);

• права собственности.

Приведем пример услуг, предоставляемых телекоммуникационными компаниями. Новый телефон является продуктом, а доступ к телекоммуникационным услугам посредством SMS и данных осуществляется через определенный тарифный пакет, который является нематериальной услугой. Услуга также неотделима от компании, поскольку потребитель должен стать подписчиком конкретного оператора мобильной сети, прежде чем он сможет пользоваться услугами. Качество услуги может различаться для разных типов мобильного телефона и пользовательского интерфейса. Услуги по своей природе являются скоропортящимися, производятся и потребляются одновременно. Право собственности на услугу не передается клиенту.

Услуги более уязвимы от конкуренции, чем товары. Их можно относительно легко скопировать, поскольку стоимость разработки услуг считается низкой, а содержание не защищено патентом. Радикально новый инновационный продукт копируется медленно. Технологическими барьерами, препятствующими быстрому копированию продуктов, могут стать новые операционные системы, потребность в значительных инвестициях, внедрение сложных продуктов, требующих специальных технологий ограниченного доступа.

Рассматривается ряд инновационных тем для реализации в XXI веке. Например:

• Гибридные солнечные элементы с повышенной эффективностью.

• Управление циклом использования азота, умные удобрения.

• Обеспечение доступа к чистой воде, опреснение, рекуперация воды, интеллектуальное орошение.

• Улучшение городской инфраструктуры, транспортных систем.

• Усовершенствованная информационная система здравоохранения, удаленный мониторинг пациентов, электронные медицинские карты.

• Разработка более эффективных лекарств, системы быстрой диагностики.

• Искусственный интеллект.

• Организация самовосстанавливающихся компьютерных систем, устойчивых к кибератакам.

• Обучающие образовательные системы открытого типа.

При этом следует понимать, что лидерство страны в области науки, техники и экономики не зависит от того, насколько интенсивно её граждане играют в компьютерные игры, заказывают еду по интернету или делают покупки онлайн.

Системным подходом называют комплексную методологию решения проблем разработки и управления системами. Он фокусирует внимание на общей картине и конечной цели, восприятии свойств системы в целом, а не ее отдельных частей. Системный подход поддерживает понимание того, что поведение любого элемента системы может влиять на другие элементы, и ни один элемент не может эффективно функционировать без помощи других.

Системный подход к решению сложной задачи рассматривает её как систему, в которой выделены компоненты, внутренние и внешние связи, наиболее существенным образом влияющие на исследуемые результаты функционирования, а цели каждого из компонентов определены, исходя из общего предназначения объекта. Реализация системного подхода осуществляется путём выполнения определённых действий при проведении исследований, однако в каждом действии этот подход должен присутствовать для представления всех внешних и внутренних факторов в виде единого интегрированного целого.

Системный подход определяет элементы системы. Это включает определение подсистем, компонентов и частей создаваемой конечной аппаратной или программной системы, а также рабочих задач, ресурсов, организации и процедур проекта. Проектирование новой системы требует знания не только ее элементов, но и понимания того, как они взаимодействуют. Модели системы используют, чтобы понять, как взаимодействуют элементы, и как изменение элементов и их отношений влияет на поведение и результаты системы.

Наконец, системный подход уделяет важное внимание управлению системой, той функции, которая учитывает все другие аспекты системы (цели, окружающую среду и ограничения, ресурсы и элементы) при планировании и контроле.

Комплексный взгляд на ситуацию позволяет результативно учесть следующие факторы:

1. Цели и критерии эффективности системы в целом.