# Московская техническая школа: решение проблемы дефицита кадров для Индустрии 4.0
В столице запущена техническая школа, призванная укрепить кадровый потенциал московской промышленности. В создании проекта приняли участие промышленные компании, высшие учебные заведения и городские органы власти. Основная задача школы — подготовка специалистов для работы в условиях четвертой промышленной революции.
Москва традиционно считается одним из крупнейших промышленных центров России и сохраняет этот статус сегодня. В городе функционирует около 3000 предприятий, причем значительная их часть относится к высокотехнологичному сектору и продолжает модернизироваться. На таких производствах применяются современное оборудование, передовые технологии и цифровые решения. Они отличаются компактностью, экологичностью и комфортными условиями труда, а специалисты могут рассчитывать на достойный доход.
Однако многие предприятия сталкиваются с нехваткой квалифицированных сотрудников. Индустрия 4.0 меняет и подходы к подготовке кадров: все большее значение приобретает опережающее обучение по специальностям, которые только формируются и станут востребованными в будущем.
— 74% предприятий испытывают потребность в инженерах, разбирающихся в современных технологиях
— 20% организаций отмечают нехватку других категорий специалистов
— Более 30 технических вузов работают в Москве
Источник: Департамент инвестиционной и промышленной политики города Москвы
Сегодня учебным заведениям необходимо тесно взаимодействовать с промышленными предприятиями. Даже в Москве, где сосредоточено большое количество производств и профильных университетов, наладить такую работу без участия властей непросто.
В 2020 году в рамках подготовки стратегии развития московской промышленности городские власти организовали серию рабочих сессий с участием представителей предприятий и вузов. Обсуждения показали, что одной из главных проблем остается слабая связь между образовательной системой и реальными потребностями бизнеса. Университеты нередко формировали учебные планы, опираясь на собственное представление о рынке, а не на актуальные запросы промышленности.
Для решения этой задачи, с учетом имеющегося научного и образовательного потенциала столицы, было предложено создать виртуальный образовательный кластер. Он должен был объединить запросы промышленности и компетенции вузов на общей цифровой платформе. Основными элементами такого кластера стали центры производственных и технологических компетенций, специализирующиеся на отдельных технологиях и направлениях. Так появилась Московская техническая школа.
МТШ помогла сформировать единое представление о кадровых потребностях столичной промышленности и подготовить соответствующие образовательные программы. Это должно обеспечить значительную экономию ресурсов. Ожидается, что после обучения производительность специалистов вырастет минимум на 20%. Ежегодно школа планирует выпускать свыше 150 инженеров.
Программы Московской технической школы ориентированы на ключевые вызовы четвертой промышленной революции. В них представлены сквозные технологии, обозначенные также в документах Национальной технологической инициативы. Они подходят для применения в самых разных отраслях экономики.
Первая образовательная программа МТШ стартовала в конце сентября 2021 года. Она включала три направления: современные технологии связи, информационную безопасность и цифровую трансформацию. Беспроводные сети, цифровая экономика и квантовые коммуникации активно внедряются в 12 основных отраслях московской промышленности.
«Мы выбрали направление “Технологии связи”, поскольку этот рынок находится на переднем крае технологического развития, а масштабные изменения в нем происходят уже сегодня. Связь способна стать драйвером для других отраслей и разработок. Поэтому потребность в специалистах данного профиля сейчас особенно высока».
Алексей Корзун, руководитель проекта «Московская техническая школа» Департамента инвестиционной и промышленной политики города Москвы
## Технологии связи
Одно из направлений программы посвящено сетям пятого поколения. 5G обеспечит скорость передачи данных до 1–2 Гбит/с, значительно превосходя возможности 4G. Новая технология позволит подключать к интернету десятки миллионов устройств — от беспилотных аппаратов до элементов «умного дома» и бытовой электроники.
Благодаря 5G станет возможным удаленное управление техникой, городскими системами и сложным оборудованием, а также проведение операций и других процедур в режиме реального времени. К 2024 году к сетям пятого поколения, по прогнозам, должны были подключиться около 1,5 млрд человек. В этот период активно тестировались инфраструктура и технологические решения.
В России дорожная карта по развитию 5G была утверждена правительственной комиссией в ноябре 2020 года. Основные мероприятия были запланированы на 2021–2024 годы. Создание сетей предполагало использование отечественного оборудования, включенного в Единый реестр российской радиоэлектронной продукции.
«Переход к стандарту 5G — очередной этап в преодолении “проклятия масштаба”, при котором производство небольших партий обходится существенно дороже массового выпуска. Для локализации всех компонентов технологии в России предстоит решить множество задач: создать новые производства, подготовить кадры и сформировать устойчивый спрос на оборудование и специалистов».
В рамках МТШ слушатели изучают основные методы высокоскоростной беспроводной передачи данных, их сильные и слабые стороны, а также осваивают разработку собственных проектов интернета вещей. Речь идет о решениях от базовых элементов «умного дома» до систем беспроводного сбора информации на основе NB-IoT, 3G/4G/LTE и Wi-Fi.
### NFV и SDN
Network Function Virtualization позволяет заменить дорогостоящие физические устройства для маршрутизации, защиты и распределения сетевой нагрузки программными решениями, работающими на обычных серверах. Один сервер способен одновременно выполнять несколько функций, что уменьшает расходы на оборудование и его обслуживание.
Виртуализация сетевых функций сокращает затраты на эксплуатацию инфраструктуры, упрощает и ускоряет ее модернизацию, снижает энергопотребление и позволяет обходиться без больших помещений для серверного оборудования.
Software-Defined Networking дает возможность управлять поведением сети с помощью программного обеспечения, установленного отдельно от сетевых устройств. Благодаря этому операторы могут быстрее запускать новые сервисы и оперативно реагировать на изменения.
В отличие от традиционной распределенной модели, SDN предполагает централизованное управление, позволяющее видеть состояние всей сети в целом. Совместное использование SDN и NFV открывает новые возможности для проектирования сетевой инфраструктуры, становится основой промышленных сетей связи и систем хранения данных, а также поддерживает переход к цифровой экономике.
## Квантовые коммуникации
Развитие квантовых коммуникаций связано с приближением эры квантовых компьютеров. Такие вычислительные системы могут создать серьезную угрозу современной криптографии. Ожидается, что квантовые атаки станут реальными примерно через десять лет, однако защищать критически важную инфраструктуру необходимо уже сейчас.
В России на развитие квантовых сетей предусмотрено 19,5 млрд рублей. Из них 13 млрд рублей должны поступить из федерального бюджета, еще 6,5 млрд — из внебюджетных источников. К 2022 году планировалось развернуть квантовые сети общей протяженностью около 2000 км. В проекте участвует холдинг «Российские железные дороги».
Программа «Квантовые коммуникации» Московской технической школы стала первой в России образовательной инициативой, реализуемой на действующей квантово-защищенной сети. На момент запуска межвузовская сеть включала пять узлов, размещенных в зданиях университетов МТУСИ и МИСиС.
Архитектура сети является открытой и может расширяться по мере подключения новых участников и установки дополнительных узлов. К системе способны присоединяться образовательные учреждения, коммерческие компании и государственные организации. В перспективе планировалось создать кольцевую топологию.
Квантово-защищенный канал связи построен с учетом требований, применяемых в промышленных сетях. Распределение ключей между доверенными узлами выполняется с помощью оборудования квантового распределения ключей компании «КуРэйт». Скорость формирования ключей достигает 30 кбит/с — этого достаточно для одновременной работы более десяти высокоскоростных шифраторов.
«Системы квантового распределения ключей — базовая технология квантовых коммуникаций. Они позволяют автоматизировать доставку ключей шифрования в синхронных системах и при попытке атаки обновлять их быстрее, чем это способен сделать человек. Поэтому разработка таких решений имеет стратегическое значение для национальной безопасности».
## Робототехника
Еще недавно роботы применялись преимущественно для выполнения ограниченного набора задач в отдельных сферах. Сегодня область их использования значительно расширилась. Роботизированные системы работают в медицине, промышленности и сельском хозяйстве, используются на городских улицах и становятся частью повседневной жизни.
Развитие робототехники тесно связано с совершенствованием средств связи. В частности, сети 5G позволят роботам получать и передавать информацию на расстоянии. Большое значение имеют и современные датчики, благодаря которым машины смогут точнее воспринимать окружающую среду и выполнять более сложные действия.
В 2020 году правительство России утвердило концепцию развития и регулирования робототехники до 2024 года. В сентябре 2021 года робототехника вошла в перечень профессий и специальностей, необходимых для модернизации российской экономики.
«Специалист по робототехнике должен владеть широким набором практических навыков — от электроники и программирования до промышленного дизайна. Одновременно важно развивать предпринимательские компетенции: разработку необходимо не только завершить, но и вывести продукт на рынок, а также защитить интеллектуальную собственность. Робототехническим компаниям нужны время и значительные инвестиции. На начальном этапе поддержку может оказать государство, однако наиболее сильным стимулом остается заказчик, заинтересованный в конкретном результате».
Павел Кривозубов, проектный менеджер, руководитель направления «Робототехника и искусственный интеллект» ИТ-кластера фонда «Сколково»
## Искусственный интеллект
На предприятиях, выпускающих изделия из десятков тысяч компонентов, автоматизация имеет особое значение. Руководству необходимо обеспечить равномерную загрузку оборудования и персонала, а также заранее планировать поставки материалов.
На крупных производствах такие задачи сложно решать только силами сотрудников, даже если речь идет о многочисленном подразделении. Искусственный интеллект способен анализировать значительные массивы данных и находить оптимальные решения.
Цифровое производство помогает не только уменьшать себестоимость продукции, но и рассчитывать ее еще до запуска производственного процесса. Еще одно важное преимущество ИИ — способность постоянно совершенствовать работу предприятия. Одна нейронная сеть может контролировать текущие процессы, а другая — выявлять способы их оптимизации.
«Мы участвуем в работе МТШ и рассчитываем, что на базе МГУ будет организовано обучение не только студентов, но и действующих специалистов. Оно будет посвящено задачам искусственного интеллекта и созданию продуктов на его основе. Мы заинтересованы в проекте, поскольку производим оборудование, в котором используются ИИ-системы, и нуждаемся в квалифицированных кадрах».
В общем машиностроении нейронные сети, например, способны снизить расход дорогостоящих легирующих добавок в металлических сплавах, сохранив заданные характеристики материала.
На предприятиях космической отрасли, где производство отличается небольшими сериями и требует быстрой перестройки при переходе на новые изделия, объединение нейросетей, машинного зрения и роботов-манипуляторов помогает повысить гибкость производства и одновременно уменьшить себестоимость продукции.
## Аддитивные технологии
Аддитивное производство, или 3D-печать, основано на последовательном добавлении материала. В отличие от традиционного метода, при котором деталь получают из заготовки путем удаления лишнего, в аддитивном процессе изделие формируется слой за слоем из расходного сырья.
Преимущества такой технологии очевидны. Она позволяет экономить время и трудозатраты: конструктор может практически мгновенно отправить цифровую модель на печать в любую точку мира. Кроме того, 3D-печать сокращает количество деталей в готовом изделии, поскольку его можно изготовить целиком, без последующей сборки отдельных элементов.
При аддитивном производстве расходуется ровно столько материала, сколько необходимо для создания детали. При традиционной обработке потери сырья иногда достигают 85%.
3D-печать уже давно применяется в промышленности, однако первоначально ее использовали главным образом для изготовления прототипов. Позднее появились принтеры, способные работать с металлическими сплавами. В перспективе это может привести к масштабным изменениям в производстве, хотя для широкого внедрения технологии еще предстоит решить ряд технических задач.
«3D-печать обладает уникальными преимуществами. Она позволяет создавать изделия, которые невозможно изготовить традиционными методами, а также выпускать единичные и мелкосерийные продукты: опытные образцы, протезы, прототипы и другие изделия. Аддитивные технологии уже используются в авиационной, космической и атомной промышленности, но их необходимо рассматривать вместе с традиционными способами производства. Поэтому студентам МТШ важно дать целостное представление о роли 3D-печати в промышленности будущего».
Одной из главных сложностей остается необходимость накопления компетенций и практического опыта работы с промышленными аддитивными системами. Некоторые беспилотные аппараты уже можно полностью изготовить с помощью 3D-печати, однако для пилотируемой авиации пока производятся преимущественно отдельные компоненты.
Открытыми остаются вопросы сертификации, стабильности характеристик и соответствия продукции требованиям безопасности. В России утверждена стратегия развития аддитивных технологий. Ее реализация при активном взаимодействии государства, бизнеса и науки должна помочь преодолеть существующие ограничения и расширить применение 3D-печати.
## Цифровые двойники
Цифровой двойник представляет собой виртуальную модель реального объекта или физического процесса. Его использование позволяет повысить эффективность бизнеса, оптимизировать производство и заранее устранять небольшие недостатки, которые впоследствии могли бы привести к серьезным потерям.
Такая технология дает возможность контролировать процессы, прогнозировать аварийные ситуации и оценивать ресурс оборудования и отдельных компонентов. Цифровые двойники появились достаточно давно, но активно применяться начали после развития интернета вещей и роста доступных вычислительных мощностей.
«Математическое моделирование в космической отрасли используется с момента ее зарождения. Комплексные модели создавались на протяжении последних десятилетий, а модели с быстрым откликом стали возможны только недавно, когда вычислительная техника достигла необходимой производительности. Цифровые двойники делают управление системами более эффективным и безопасным, поскольку позволяют точно прогнозировать реакцию объекта на внешнее воздействие или управляющую команду».
Развитию этой технологии уделяется внимание и на государственном уровне. В 2021 году в российской нормативно-правовой системе появился стандарт, определяющий общие положения и требования к созданию и применению цифровых двойников изделий.
«Это перспективное решение, способное существенно ускорить разработку конкурентоспособной промышленной продукции и повысить ее качество».
## Беспилотный транспорт
Беспилотные автомобили уже существуют и технически способны передвигаться по дорогам общего пользования. Однако их широкое применение пока ограничивается нормативно-правовыми вопросами.
В настоящее время в России разрешено испытывать беспилотные машины при обязательном присутствии водителя, который может в любой момент перейти к ручному управлению. Одновременно разрабатываются инициативы, направленные на расширение возможностей автономного транспорта.
Беспилотные автомобили не заменят традиционные машины мгновенно: переходный период может занять от 10 до 15 лет. Тем не менее сомнений в том, что автономный транспорт станет частью повседневной жизни, практически нет.
Беспилотные системы смогут перевозить пассажиров и грузы, использоваться в сельском хозяйстве и других сферах. Их распространение создаст новые возможности для экономики и общества.
«Разработка беспилотного транспорта включает программную и аппаратную части. Одной из актуальных задач является создание доступных отечественных лидаров — устройств, которые определяют расстояние с помощью светового излучения и измеряют время возвращения отраженного сигнала на приемник.
Одновременно формируются новые профессии, связанные с производством детекторов, камер и компонентов для автономных платформ. Востребованы будут разработчики программного обеспечения для беспилотных машин, специалисты по машинному обучению и искусственному интеллекту. Еще одно направление — операторы, которые смогут вмешаться в управление автомобилем при возникновении нестандартной ситуации».
## Как предприятия могут участвовать в проекте
К участию в Московской технической школе приглашаются промышленные предприятия, научные организации и образовательные учреждения столицы.
1. Предприятие направляет заявку на обучение, переподготовку или повышение квалификации сотрудников.
2. Технические специалисты рассматривают заявку и подбирают подходящий вуз.
3. Предприятие совместно с учебным заведением формирует образовательную программу.
4. Инженеры проходят подготовку по выбранному направлению.
## Индустрия 4.0 и рынок труда
Человечество приближается к четвертой промышленной революции, которая способна кардинально изменить привычный уклад жизни и работы.
Первая промышленная революция примерно втрое увеличила ВВП на душу населения к 1900 году. Вторая привела к появлению конвейерного производства, сформировала массовый рынок и сделала многие товары доступными для широких слоев населения. Третья началась в 1960-х годах с распространением компьютеров, а позднее — промышленных роботов. Она также обеспечила примерно двукратный рост ВВП на душу населения.
Четвертая революция связана с внедрением киберфизических систем и происходит уже сегодня. Термин «четвертая промышленная революция», или «Индустрия 4.0», впервые прозвучал в 2011 году на промышленной выставке в Ганновере. Его использовала рабочая группа, объединявшая представителей бизнеса и промышленности при поддержке правительства Германии.
Позднее концепцию подробно раскрыл Клаус Шваб, президент Всемирного экономического форума в Давосе:
«Масштаб происходящих изменений настолько велик, что история еще не сталкивалась с подобным периодом — эпохой одновременно огромных возможностей и серьезных рисков».
Индустрия 4.0 включает множество технологий и направлений, которые меняют не только производство, но и способы капитализации компаний, бизнес-модели и рынок труда. Эти процессы уже заметны сегодня и в будущем будут приобретать еще больший масштаб.
### Сравнение крупнейших компаний
| Показатель | Три крупнейшие компании Детройта | Три крупнейшие компании Кремниевой долины |
|—|—:|—:|
| Капитализация | $36 млрд | $1,09 трлн |
| Доходы | $250 млрд | $247 млрд |
| Численность сотрудников | 1,2 млн | 137 тыс. |
Источник: Клаус Шваб, «Четвертая промышленная революция»
Автоматизация труда уже идет быстрыми темпами. В первую очередь она затрагивает механические и повторяющиеся операции: тысячи работников заменяют станки с числовым программным управлением, роботизированные линии и другие автоматизированные решения.
В дальнейшем нейронные сети смогут выполнять и более сложные задачи, включая те, которые раньше считались исключительно творческими. Уже проводятся конкурсы авторов-роботов, а картина, созданная искусственным интеллектом, была продана на аукционе в 2018 году за 432 тысячи долларов.
### Доля автоматизированного труда
| Год | Человек, % | Машина, % |
|—|—:|—:|
| 2018 | 71 | 29 |
| 2022 | 58 | 42 |
| 2025 | 48 | 52 |
Источник: World Economic Forum
При этом автоматизация не означает полного исчезновения людей с промышленных предприятий. На высокотехнологичных производствах действительно требуется меньше сотрудников, но уровень оплаты труда там выше, чем на традиционных заводах.
Это объясняется необходимостью владеть специализированными навыками, работать с современной техникой и постоянно осваивать новые знания.
## Непрерывное образование
Идея непрерывного обучения, или Lifelong Learning, впервые появилась в материалах конференции ЮНЕСКО в 1968 году. Она предполагает, что человек должен иметь возможность учиться в течение всей жизни.
«Тот, кто перестает учиться, начинает стареть — неважно, происходит это в 20 или в 80 лет».
Сегодня непрерывное образование стало не только философской концепцией, но и практической необходимостью. Мир развивается настолько быстро, что человек, прекращающий осваивать новые знания, рискует почти сразу потерять востребованность.