Доклад А.Левенчука "Цифровое производство" на RAICamp, Москва-Ватутинки, 16 ноября 2013

1. Цифровое производство
Москва
16 ноября 2013г .

2. TechInvestLab
• Слоган: «организуем организаторов»
• Клиенты: службы развития крупных холдингов
• Роль: генеральные консультанты,
научные руководители проектов развития
(проектов управления технологиями)
• Принцип: образовательный консалтинг
• Особая экспертиза: стратегирование, системная инженерия,
инженерный менеджмент, организационное развитие,
информационные технологии (в том числе семантические).
• Уникальная экспертиза: ISO 15926 (члены POSCCaesar Association)
• Мораторий: временно не работаем с государством (занимаемся
производственными и исследовательскими задачами, но не
регулированием)
• Партнёры: Анатолий Левенчук, Виктор Агроскин
2

3. Русское отделение INCOSE
• Русский – это язык, а не страна.
• Особый интерес: фронтир системной
инженерии (а не популяризация).
• 83 заседаний на ноябрь 2013г. (два раза в
месяц), четыре ежегодные выездные рабочие
встречи, одна международная конференция.
• Материалы: http://incose-ru.livejournal.com/.
• Корпоративных членов пока нет.
3

4. Альфы инженерного проекта
4

5. Ключевая мысль системной инженерии:
V-диаграмма перехода от определения к воплощению
определение
потребностей
валидация
приемка в
эксплуатацию
верификация
Архитектурное
проектирование
интеграция
верификация
рабочее
проектирование
System
definition
изготовление
System
realization
[System
operation]
5

6. V-диаграмма
проверка
Подальфы
определения
системы
проверка
6

7. IV поколение
Искусственный
интеллект:
гибридные
вычисления
Развитие и совершенствование инженерии
II поколение
Современная («классическая»)
инженерия: диаграммы и
чертежи («псевдокод»)
Р
Е
З
У
Л
Ь
Т
А
Т
Ы
I поколение
«Алхинженерия»:
неформальные тексты и
эскизы
III поколение
Моделе-ориентированная (modelbased) инженерия: формальные
языки (вычисляемый «код»)
1400
1860
1990
ВРЕМЯ
2020
7

8. Смена технологий системной инженерии
• Технология – way of working (практики и поддерживающие их
инструменты, обученные этим практикам работы люди с
нужным уровнем компетенций)
Сейчас (классика): фронтир -- управление жизненным
циклом.
Идея: «пусть сломается в компьютере» -- поиск и предотвращение
коллизий. Защищаем от убытков и задержек. Управление
жизненным циклом.
Завтра: фронтир -- generative design and manufacturing.
Идея: «пусть думает компьютер, от нас нужно только сообщить
намерение». Даём дешевизну и скорость. Моделирование и
преобразование моделей
8

9. Моделеориентированность
Формальные модели подразумевают:
• (автоматизированное) доказательство
правильности
• Позволяют использовать порождающие технологии
(автоматизировать работу с ними)
• Тренд: верхнеуровневые модели (архитектурные,
логические). Ralf Johnson: Архитектура – это обо
всём важном. Что бы это ни было.
9

10. Порождающее проектирование и
производство
«Порождение» против «редактирования»
Generative design (биты в биты)
• Информационная модель-1 + справочные данные =
информационная модель-2
Generative manufacturing (биты в атомы)
• Информационная модель + справочные данные =
оформленное вещество
10

11. Принципы порождения
• Постепенное уменьшение доли
«редактирования» в пользу
автоматизированного порождения (как в
проектировании, так и в изготовлении)
• Автоматизация инженерных обоснований –
доказательства (в отличие от тестирования),
порождение объяснений
• Использование справочных данных (общей
для многих проектов информации)
11

12. Ключевые слова для generative design
•
•
•
•
•
Солверы (solver)
Оптимизаторы (optimizer)
Ограничения (constraints)
Художественность (art)
Порождающее производство (generative manufacturing) и новые материалы
12

13. Порождающее производство
• Форма, невозможная для ручной работы
• Субтрактивные и аддитивные методы
(экономия материала, энергии, времени)
• 3D печать
• Робототехника (сборка)
• Автоматизированная логистика (деталь
описывает сама себя в логистической
цепочке)
13

14. Не только производство!
Автоматизация научной и
изобретательской работы
• Биороботы на чипе
• Новые материалы (например, комбинации
для батареек – анод, катод, электролит)
• Ключевой момент: генерация гипотез
14

15. Типы производства
• Субтрактивное (обрабатывающие центры)
• Аддитивное (печать, вязание, кирпичи)
• Generative manufacturing – это оба вида!
• Но станки с ЧПУ обыденны, их даже не
рассматриваем.
• Даже если это робот, водящий лазерным пером по
стальному листу.
• «Умную пыль» (роботы-кубики) не рассматриваем.
15

16. 3D печать
• Идеальный метод для деталей сложной формы (учитывая
надёжность и прочность). Сложная форма даёт прочность,
лёгкость, меньшее число деталей (дешевизну логистики и сборки).
• Массовость: поддержка в Windows 8.1 драйверов 3D принтеров
(http://www.microsoft.com/3d), это уже не экзотика.
• от микрон до метров, от инженерных до биоприменений
Анод и катод микробатареи
Первый в мире дом начали печатать в
Амстердаме (июнь 2013)
http://www.telegraph.co.uk/travel/ultratravel/the-next-big-thing/10110195/The-worlds-first-3D-printed-house.html
http://www.boston.com/business/innovation/blogs/inside-the-hive/2013/06/28/harvard-researcher-used-printer-create-really-tiny-batteries/YAnRhFfWn4BzoZUp0Y9GOK/blog.html
16

17. 3D печать: прочность и точность.
Это не про платсмассу!
Лазерное спекание: давление
более 1360атм. при каждом
выстреле. Ствол рифлёный.
Никакой машинообработки.
Напечатано более 30
деталей (нержавеющая
сталь и хромо-никелевый
сплав). Накладки на ручку
тоже напечатаны.
http://blog.solidconcepts.com/industry-highlights/worlds-first-3d-printed-metal-gun/
17

18. 3D печать: органы.
Это не про пластмассу и сталь!
Альтернатива: биореактор
– выращивание печени
для пересадки (апрель
2013, успех у крыс)
http://www.newscientist.com/article/dn23382kidney-breakthrough-complete-labgrown-organworks-in-rats.html
Пока без кровоснабжения и
нервов, а клеточные структуры
впятеро крупнее, чем нужно
(не хватает разрешения).
Ожидание: 10-15 лет, и печать
органов будет возможна.
http://www.3ders.org/articles/20130815-how-do-they3d-print-kidney-in-china.html
18

19. Производство жизни
Digital Biological Converter
Институт J. Craig Venter:
синтезировал в 2010г. из 4
бутылок аминокислот
геном M. mycoides JCVIsyn1.0 с 1.08млн. пар
оснований,
результирующая бактерия
начала делиться
http://www.jcvi.org/cms/research/projects/first-selfreplicating-synthetic-bacterial-cell/overview/
Октябрь 2013г.:
«Телепортация жизни».
Вышла книга, и есть
«корявый прототип»
устройства пересылки
жизни по электронной
почте.
http://www.amazon.com/Life-SpeedLight-Double-Digital19
ebook/dp/B00C1N5WRK

20. 3D ДНК-оригами и инженерные бактерии
(пока это дико, запредельно дорого!)
Каждый квадратик на фото 200нм
Октябрь 2013: формирование Center
for Molecular Design and Biomimicry
в аризонском университете.
https://asunews.asu.edu/20130321_dnananotechnology
http://www.azbio.org/asu-appoints-hao-yan-as-director-of-newcenter-for-molecular-design-and-biomimicry
Генетически
модифицированная бактерия
синтезировала белок
заданной пирамидальной
формы. Это всё одно
дешевле, чем DNA (но
трудней запроектировать).
http://www.nature.com/news/protein-gets-in-ondna-s-origami-act-1.12882
20

21. Промышленное 3D вязание из
композитных волокон
• «Преформы» – волокна заранее правильно
сориентированы, осталось только «залить»
(http://www.compositesworld.com/articles/structural-preform-technologies-emerge-from-the-shadows).
• 3D вязание оплёток, обшивок и даже шасси
сложной формы (Lexus, 2011)
http://www.youtube.com/watch?v=ry9uiP2I6kQ
21

22. Сборочное производство:
не для одиночных роботов
• Сегодня: порядка 1.1млн. промышленных роботов. В 2013 году
их будет продано 162тыс. (данные http://www.ifr.org/). Рост
ожидается до 6% в год (никакого «бума»).
• Совместная работа роботов и людей – БЕЗОПАСНОСТЬ!
• Быстрое обучение роботов людьми (Baxter)
• Совместная работа независимо закупленных роботов.
http://www.technologyreview.com/news/429248/this-robot-could-transform-manufacturing/
22

23. Летающие сборщики
Высота 6 метров, летали 4 дня
http://www.idsc.ethz.ch/Research_DAndrea/Archives
/Flying_Machine_Enabled_Construction
Такие роботы могут и жонглировать!
http://www.youtube.com/watch?v=W18Z3UnnS_0
23

24. Системная инженерия
• Цифровое производство не слишком отличается от
робототехники – но нет ярко выраженного «робота»,
часто нет и манипулятора.
• Софт решает всё: квадроторы есть у всех, а вот
жонглируют они не у всех.
• Но и хард забывать не нужно, это совсем не
программная инженерия. Хитрая физика, дороговизна и
несовершенство материалов, дороговизна и
длительность проб и ошибок, нестабильность
«аналогового» реального производства по сравнению с
«виртуальным макетом».
• Всё решает командная работа: в одной голове все
нужные знания не помещаются.
24

25. Спасибо за внимание
Анатолий Левенчук,
Директор по исследованиям Русского отделения INCOSE
http://ailev.ru
ailev@asmp.msk.su
Виктор Агроскин
vic5784@gmail.com
TechInvestLab.ru
(495) 748-53-88
25