Стандарты для цифровой промышленности

С 12 по 14 октября 2022 г. прошел международный технологический форум «Российская неделя стандартизации», приуроченный к Всемирному дню стандартов. Программа конференции традиционно включала много интересных выступлений.

Сегодня мы остановимся на трех докладах, прозвучавших 13 октября в рамках совместной сессии с Российским союзом промышленников и предпринимателей «Стандарты для цифровой промышленности». Они дают разные ответы на один острый вопрос: как должна измениться система стандартизации, чтобы отвечать потребностям предприятий, проходящих через цифровую трансформацию и использующих передовые информационные технологии?

Доклад проректора по цифровой трансформации Санкт-Петербургского политехнического университета (ФГАОУ ВО «СПбПУ») Алексея Боровкова был посвящен действующему ГОСТ Р 57700.37— 2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения» — первому в мире национальному стандарту на цифровые двойники изделий. Документ разработан техническим комитетом «Компьютерные модели и моделирование» (ТК 700). Возглавляющий комитет заместитель министра промышленности и торговли Олег Рязанцев выступил одним из инициаторов разработки этого стандарта.

Первые два года эксперты ТК 700 вели подготовительную работу, поскольку оценивали готовность промышленности к применению стандарта как низкую. После этого еще два года шла активная разработка будущего ГОСТ Р 57700.37–2021. Согласование стандарта проходило при участии десятков организаций и длилось восемь месяцев, в ходе публичного обсуждения проекта документа получено и учтено 493 замечания. Окончательная редакция стандарта была введена в действие приказом Росстандарта от 16 сентября 2021 г. и вступила в силу с 1 января 2022 г.

Докладчик подчеркнул уникальность ГОСТ Р 57700.37–2021: документ не является ни переводом какого-либо зарубежного или международного стандарта, ни компиляцией. Также особенностью стандарта является то, что он подразумевает создание цифрового двойника уже на этапе разработки, когда закладываются все конкурентные преимущества изделия: потребительские, технологические и др.

За день до выступления спикера СПбПУ посетил руководитель Росстандарта Антон Шалаев. Он поблагодарил разработчиков ГОСТ Р 57700.37–2021 и вместе с ними наметил дальнейшие направления развития стандарта. С одной стороны, документ изначально рассматривался как основа для разработки отраслевых стандартов — и здесь лидером является Объединенная двигателестроительная корпорация, разрабатывающая сейчас вместе с Центральным институтом авиационного моторостроения (ЦИАМ) стандарт «Цифровые двойники газотурбинных двигателей». Спикер подчеркнул важность такого рода сотрудничества, поскольку ЦИАМ является сертифицирующим органом и мнение его экспертов необходимо учитывать при разработке стандарта.

С другой стороны, А. Шалаев рекомендовал ТК 700 теснее работать с ПТК 711 «Умные (SMART) стандарты» в области разработки и внедрения SMART-стандартов. Создание и применение цифровых двойников связано с огромным количеством технологий и систем — автоматизированного проектирования (CAD), инженерного анализа (CAE), подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ (CAM) и многими другими. В качестве примера можно привести цифровой двойник упомянутого выше газотурбинного двигателя: он представляет собой более 400 взаимоувязанных моделей, генерирующих сбалансированную матрицу требований, целевых показателей и ресурсных ограничений. Для того чтобы обеспечить валидность нормативных требований к изделию, цифровой двойник на всех стадиях жизненного цикла должен быть интегрирован с постоянно актуализируемой базой нормативной и технической документации. И документы в этой базе должны быть умными, или SMART (Standards Machine Applicable, Readable and Transferable) — т.е. содержать формализованные требования и параметры, пригодные для передачи в прикладное программное обеспечение без участия человека. Внедрение SMARTстандартов необходимо во всех отраслях экономики, но для сферы цифровых двойников, использующих огромное количество нормативных данных, скорейшее развитие технологии машинопонимаемых документов особенно насущно (рис. 1).

Третьим важным направлением работы ТК 700 руководитель Росстандарта назвал развитие ГОСТ Р 57700.37–2021 в отношении оборонной продукции и разработку к нему военного дополнения при участии Минпромторга и Минобороны России, ФГАОУ ВО «СПбПУ», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», ФГУП «ВНИИ „Центр“», ФГУП «КГНЦ» и других организаций.

Также в ходе этой встречи А. Шалаев отметил, что за год, прошедший с момента утверждения ГОСТ Р 57700.37–2021, ни одна страна мира не смогла разработать и выпустить аналогичный национальный стандарт, посвященный созданию цифровых двойников именно на стадии разработки.

Далее А. Боровков перешел к обзору самого стандарта, отдельно остановившись на введении. Оно призвано не только очертить сферу применения документа, но и объяснить пользователю стандарта максимально понятным языком, зачем и как его применять.

Один из ключевых моментов, отраженных во введении стандарта, — это наличие цифрового двойника на всех стадиях жизненного цикла изделия, а не только эксплуатации. Разработчики ГОСТ Р 57700.37–2021 изучили 12 национальных стандартов, в которых представлены стадии жизненного цикла изделия, и разделили их на три группы: разработка, производство, эксплуатация. Каждому из этих больших этапов соответствует свой тип цифровых двойников, который решает необходимые для него задачи.

Важным элементом цифровых двойников являются цифровые модели изделия. Согласно ГОСТ Р 57700.37–2021 цифровая модель изделия — это «система математических и компьютерных моделей, а также электронных документов изделия, описывающая структуру, функциональность и поведение вновь разрабатываемого или эксплуатируемого изделия на различных стадиях жизненного цикла». Наличие документов среди составляющих цифровой модели имеет большое значение, поскольку ставит вопрос о типах и форматах содержания таких документов. Очевидно, что для прямого использования связанных с изделием документов в работе цифрового двойника они должны иметь машинопонимаемое содержание, т.е. быть SMART.

Еще одной важной составляющей цифрового двойника является многоуровневая система требований. Она позволяет соблюсти баланс между нормативными и функциональными требованиями, целевыми показателями и ресурсными ограничениями (финансовыми, временными, производственно-технологическими и т.д.). Если не провести эту балансировку, то цифровой двойник останется набором не связанных друг с другом цифровых моделей с ограниченной степенью полезности.

Среди главных целей использования цифровых двойников на стадии разработки можно назвать снижение числа натурных испытаний. В идеале цифровой двойник изделия на данном этапе подвергается всем необходимым испытаниям на цифровых стендах и полигонах, дорабатывается по их результатам и проходит натурные испытания с первого раза. Это позволяет существенно сократить затраты на выпуск изделий.

Также важным понятием ГОСТ Р 57700.37–2021 является адекватность модели, т.е. ее соответствие моделируемому изделию (процессу, явлению) по обоснованному перечню характеристик. Подтвердить адекватность модели призвана ее валидация

Определение самого цифрового двойника в ГОСТ Р 57700.37–2021 гармонизировано с международными стандартами: это система, состоящая из цифровой модели изделия и двусторонних информационных связей с изделием (при наличии изделия) и (или) его составными частями. Докладчик подчеркнул, что на стадии эксплуатации можно использовать редуцированную относительно стадии разработки цифровую модель изделия, поскольку на этом этапе целью является уже не описание всех процессов и их взаимозависимостей миллиардами уравнений, а управление объектом и его мониторинг в реальном времени.

Для распространения и развития знаний о цифровых двойниках СПбПУ запустил бесплатный курс «Цифровые двойники изделий» на платформе «Открытое образование». На странице курса можно подписаться на новости, чтобы не пропустить объявление новых потоков.

Для успешной цифровой трансформации российской промышленности и всей экономики в целом необходимы SMART-стандарты — документы, которые могут «передаваться на машины, читаться машинами и применяться для машин» без помощи человека. В этом уверен президент Консорциума «Кодекс» и председатель проектного технического комитета «Умные (SMART) стандарты» (ПТК 711) Сергей Тихомиров. Он выступил в рамках сессии с докладом о работе ПТК 711, о первых предварительных национальных стандартах (ПНСТ) на SMART-стандарты и о перспективе формирования комплексной системы стандартов в этой области.

В ПТК 711 входят 35 организаций, среди которых государственные учреждения, крупные промышленные предприятия, отраслевые ассоциации и лидеры ИТ-сектора. Вместе они изучили международный и зарубежный опыт SMART-стандартизации и создали первый российский документ на эту тему — ПНСТ «Умные (SMART) стандарты. Общие положения». За время его обсуждения было проработано более 1000 замечаний и предложений.

В проекте первого ПНСТ на умные стандарты члены ПТК 711 постарались утвердить концептуальную основу SMART-стандартов как направления в развитии цифровых технологий. Докладчик отдельно подчеркнул отличия российского подхода к SMART-стандартизации от зарубежного: это специализация исключительно на документах по стандартизации, а также фокус не на самом машинопонимаемом контенте стандарта, а на сервисах, которые можно с его помощью создать. По мнению спикера, первый ПНСТ на SMART-стандарты сыграет концептуальную роль в развитии новых ИТ-направлений, будет способствовать их применению в стандартизации, а также появлению новых информационных систем и сервисов.

Окончательная редакция ПНСТ определяет умный (SMART) стандарт как документ по стандартизации в форме электронного документа, содержание которого зафиксировано в машиночитаемом, машиноинтерпретируемом и машинопонимаемом форматах. В примечании добавлено, что SMART-стандарт является объектом информационной системы и представляется в виде контейнера структурированных и неструктурированных данных.

Указанные форматы содержания SMART-стандартов служат для решения разных задач (рис. 2). Машиночитаемый контент предназначен для представления стандарта в человековоспринимаемой форме. Это текст стандарта в общепринятых форматах (DOCX, ODF, PDF, HTML) для чтения и интерпретации человеком. Машиноинтерпретируемое содержание необходимо для реализации человекоориентированных информационных сервисов, а машинопонимаемое, в свою очередь, требуется для создания машиноориентированных информационных сервисов, а также для непосредственного выполнения требований стандарта в другой информационной системе без участия человека. Общая цель применения всех трех типов данных в SMART-стандартах — создать SMART-сервисы, интегрируемые с информационными системами и прикладным ПО организаций — потребителей умных стандартов.

Важно понимать: SMART-стандарт — это соединение содержания стандарта с цифровыми технологиями. Стать «умным» может любой стандарт, если перевести его в SMART-формат — т.е. снабдить помимо машиночитаемого контента также машиноинтерпретируемым и машинопонимаемым. Главный смысл применения технологии SMART-стандартов — превратить отдельный национальный стандарт из текстового документа в набор SMART-сервисов, из настольной книги — в реальный рабочий инструмент, непосредственно участвующий в производственном процессе.

В качестве примеров информационных систем и сервисов, использующих для своей работы разные типы данных из SMART-стандартов, докладчик привел системы управления нормативной и технической документацией (СУ НТД), системы управления требованиями (СУТр), системы разработки, согласования и обсуждения стандартов, сервисы проверки проектной документации и интеграции с цифровыми двойниками.

Машиноинтерпретируемое и машинопонимаемое содержимое SMART-стандартов позволит реализовать практически любые виды SMART-сервисов, необходимых для работы организации. Однако для успешной имплементации в бизнес-процессы любого предприятия SMART-сервисы тоже нужно стандартизировать — эта идея отражена в предварительном плане разработки ПНСТ на разные аспекты SMART-стандартов до конца 2025 г.

Среди нерешенных вопросов, которые препятствуют созданию и применению SMART-стандартов, спикер отметил отсутствие единого классификатора (каталога) свойств товаров, услуг и материалов, аналогичного европейскому ECLASS, а также единого формализованного языка описания требований. По этим направлениям экспертами Консорциума «Кодекс» уже ведется научно-исследовательская работа.

В финале своего выступления С. Тихомиров анонсировал скорую готовность проекта ПНСТ «Умные (SMART) стандарты. Архитектура и форматы данных», который подробно описывает SMARTстандарты с технической стороны.

Также в рамках сессии между АО «Кодекс» (головной компанией одноименного Консорциума) и ФГАОУ ВО «СПбПУ» было подписано соглашение о сотрудничестве в области разработки и внедрения перспективных научно-технических решений, направленных на цифровую трансформацию промышленности. Среди задач сотрудничества: совместное участие в разработке стандартов для цифровой промышленности; развитие, распространение и внедрение на промышленных предприятиях цифровых систем и платформ, реализующих перспективные стандарты в области компьютерного моделирования, технологии цифровых двойников и технологии SMART-документов; проведение исследовательских работ и реализация проектов по интеграции таких систем и платформ.

Такого рода договоры и совместная работа по ним способствуют скорейшей цифровой трансформации российской экономики, поскольку технологии цифровой промышленности будущего, известной за рубежом как Индустрия 4.0, работают только в синергии.

Тему влияния информационных технологий на развитие отечественной стандартизации продолжил Сергей Головин, председатель Межотраслевого совета по стандартизации ИТ (МСовИТ) при Комитете РСПП по промышленной политике и техническому регулированию, председатель национального и межгосударственного ТК по стандартизации «Информационные технологии» (ТК/МТК 22), заведующий кафедрой «Математическое обеспечение и стандартизация ИТ» ФГБОУ ВО «МИРЭА — Российский технологический университет».

Докладчик рассказал об Интегрированной платформе стандартизации (ИПС), которую МСовИТ разработал совместно с Консорциумом «Кодекс» на базе цифровой платформы «Техэксперт». ИПС создана для планирования, разработки, хранения, анализа и формирования профилей стандартов и призвана в первую очередь повысить качество и производительность труда при формировании программ стандартизации в ИТ-области. Платформа позволяет учесть все действующие и разрабатываемые ИТ-стандарты, ознакомиться с содержанием зарубежных стандартов (кратким или полным, в зависимости от прав доступа), проверить, какие приоритетные направления закрыты в перспективных планах стандартизации, а какие нет. Все эти данные помогут создавать актуальные, сбалансированные, учитывающие интересы всех сторон программы ИТстандартизации на средне- и долгосрочную перспективу. В ИПС включен генератор программ и отчетов по ИТ-стандартизации, а также инструменты, помогающие в работе над стандартами на всех этапах их жизненного цикла.

Интегрированная платформа стандартизации состоит из различных подсистем и модулей цифровой платформы «Техэксперт», собранных и сконфигурированных под нужды ИТстандартизации и конкретно МСовИТ РСПП (рис. 3). В частности, в ИПС входят профессиональная справочная система с документами из фонда «Техэксперт» и банк документов МСовИТ РСПП (подсистема ввода, классификации и хранения ИТ-стандартов), объединенные в едином цифровом пространстве с возможностью сквозного поиска по более чем 70 атрибутам. Интеграционный модуль «кАссист» позволяет не только автоматически расставлять ссылки на документы платформы, но и проверять их корректность и актуальность. Единый и Пользовательский словари терминов поддерживают систему эталонных терминов и определений и связь с их источниками.

Конструктор нормативных документов (КНД) является рабочим местом разработчика стандартов. Он интегрирован с модулем «кАссист» и Единым словарем терминов, что позволяет автоматизированно формировать разделы «Нормативные ссылки», «Библиография», «Термины и определения», «Обозначения и сокращения». Кроме того, КНД автоматически применяет требования к оформлению, структуре и разработке нормативных документов на базе основополагающих стандартов и дает любому специалисту возможность создавать высококачественные документы единого образца за счет работы с шаблонами. Реализован КНД как расширение к текстовому редактору, так что работать над документом можно в знакомой среде, но с дополнительными возможностями.

Подсистема обсуждения и согласования документов представляет собой инструмент для совместной деятельности разработчика стандарта и экспертов. С ее помощью можно назначить экспертизу документа на конкретного эксперта или группу экспертов, централизованно хранить историю обсуждения проекта и замечания отдельных экспертов, а также выгружать их в форме отчетов. Кроме того, подсистема замечаний позволяет осуществлять юридически значимое согласование в электронном виде, что значительно ускоряет введение стандарта в действие.

Большинство перечисленных сервисов ИПС базируются на машиноинтерпретируемом содержании документов и являются ключевыми человекоориентированными SMART-сервисами. Более того, уже сейчас платформа позволяет хранить машинопонимаемый контент SMARTстандарта и закладывает основу для реализации машиноориентированных информационных сервисов.

Интегрированная платформа стандартизации продолжает развиваться и «обрастать» новыми SMART-сервисами — но уже сегодня она задает очень высокую планку для ИТ-стандартизации. Хочется верить, что эта высота вдохновит и стандартизаторов из других областей.