САПР: бизнес со скоростью света

В промышленном мире происходят коренные изменения. Граница между реальным и виртуальным миром постепенно стирается; современные информационные и коммуникационные технологии объединяются с «классическими» промышленными процессами, кардинально меняя привычный образ производства. Появляется возможность представления в цифровой форме всего жизненного цикла любого изделия или сооружения, от проектирования до утилизации.

«Сегодня можно спроектировать, сконструировать, рассчитать и смоделировать практически любое изделие вне зависимости от его сложности, а также разработать технологию его изготовления и спланировать процесс его производства. Можно провести все необходимые испытания и отследить всю историю эксплуатации продукта, не выходя за пределы цифрового мира», — объясняет Лоран Вальрофф, генеральный директор представительства французской компании Dassault Systemes в России и странах СНГ.

Это состояние современной промышленности и всего материального производства закладывалось в конце 80-х — 90-е годы прошлого века. «Оно революционно и беспрецедентно, — говорит начальник отдела комплексной автоматизации корпорации “Уралвагонзавод” Вадим Кузин. — В нем стирается грань между физическим изделием и его цифровой моделью. Не случайно это состояние получило название Commerce At Light Speed, то есть бизнес со скоростью света».

Ядром всего комплекса программ, процедур, правил и соответствующей документации систем обработки информации, обеспечивающих цифровое преобразование промышленности, является система автоматизированного проектирования, или САПР, — аббревиатура, ставшая в русском языке фактически самостоятельным словом.

Но пока российская промышленность попала в значительную зависимость (в некоторых отраслях экономики — в стопроцентную) от импортного инженерного программного обеспечения, лежащего в основе цифрового преобразования. В современных условиях потенциально это может грозить остановкой важнейших оборонных и опасных производств, а то и сознательного вывода их из строя (достаточно вспомнить загадочную историю с остановкой иранских центрифуг для обогащения урана в 2010 году). Как считает руководитель дивизиона PLM инжинирингового центра МВТУ им. Баумана Виталий Морозов, «мы стоим перед угрозой глобальной IT-катастрофы»

Модуль исполнительного привода ВНИИ «Сигнал» (Ковров)

САПР и её возможности

«Благодаря сочетанию возможностей САПР и применению такого современного оборудования, как роботы и станки с ЧПУ, а также современных технологий, например аддитивных, появляется возможность построить автоматизированное производство, в котором человек участвует только на стадии проектирования изделия и отладки работы цеха», — говорит член-корреспондент РАН, генеральный директор Национального института авиационных технологий Олег Сироткин.

Помимо всего прочего, САПР позволяет проводить проектные работы «в облаке», то есть в режиме удаленного доступа, что позволяет интегрировать усилия специалистов нескольких предприятий. Использование облачных технологий применительно к САПР и PLM-системам** существенно облегчает использование аутсорсинга и встраивание разных компаний в технологические цепочки, делая эти цепочки динамическими. Такие цепочки могут быть публичными — тем самым они знакомят экономических агентов с появляющимися возможностями и существенно облегчают работу в режиме аутсорсинга и кооперации.

Классификация САПР

А главный конструктор цифровых систем проектирования ОАО «КамАЗ», одного из самых продвинутых российских предприятий в использовании цифровых технологий, Алексей Пуртов, пояснил, что на КамАЗе уже убедились: «Реальная эффективность использования цифровых технологий достигается только когда все работы на предприятии идут в едином информационном пространстве».

Но таких компаний в России пока мало. «Мы уже потеряли двадцать лет. В ближайшие годы наличие цифровых моделей любых сложных изделий, например самолетов, автомобилей, атомных реакторов и результатов их цифровых, виртуальных испытаний, станет обязательным требованием регулирующих органов большинства стран, — объясняет Вадим Кузин. — И все те, кто не имеет таких моделей, будут выдавлены с рынка».

Тем не менее, не все так плохо в России. По мнению Лорана Вальроффа, представляющего в России ведущего мирового разработчика и производителя PLM-систем французскую компанию Dassault Systemes, «в России почти не осталось предприятий, которые проектируют на кульмане. Большинство уже перешло на применение различных 3D-приемов. Но в том, что касается создания целостной цифровой цепочки, от разработки до производства, эксплуатации и послепродажного обслуживания, этого, наверное, еще недостаточно. Тем не менее есть примеры в автопроме, в авиапроме, где созданы такие цифровые цепочки. Не до конца, не на том уровне, как у ведущих мировых производителей, но очень близко».

Состояние рынка

В настоящее время на российском рынке инженерного программного обеспечения (ПО) доминируют западные компании: на их долю, по некоторым оценкам, приходится до 80% объема продаж САПР. Ведущими игроками на российском и мировом рынках являются Dassault Systemes, Autodesk, Siemens PLM Software и PTC.

В мире объем рынка САПР в 2013 году составил около 8 млрд долларов. Согласно оценкам консалтинговой компании Tech Navio, в ближайшие три года индустрия САПР будет расти в среднем на 8,6% в год.

В России объем рынка программного обеспечения САПР для машиностроения в ценах вендоров превысил в 2013 году 220 млн долларов. А ежегодный рост, по оценке аналитиков компании IDC, в 2010–2013 годах находился в интервале от 12 до 23%.

Среди российских компаний — вендоров САПР и инженерного ПО наибольшие доли рынка занимают АСКОН, «Нанософт», «СиСофт девелопмент», «Топ-системы», ГК АДЕМ, «СПРУТ-Технология», НТЦ «ГеММа», «НИП-Информатика», НТП «Трубопровод», «Теcис» и НТЦ АПМ.

Несмотря на значительное преимущество западных вендоров, отечественные разработчики САПР присутствуют практически во всех сегментах российского рынка, в наибольшей степени — в машиностроении и строительном проектировании.

Как объясняет Роман Соболев, руководитель PLM-практики компании «Техносерв консалтинг», в отечественном производстве есть ряд особенностей, которые даже лидирующие иностранные PLM-платформы закрыть не способны. В первую очередь это касается области технологической подготовки производства, где западные вендоры не могут похвастаться полной поддержкой требований российских стандартов. Поэтому здесь правят бал локальные производители.

Важное преимущество российского рынка ПО — его конкурентность. По словам генерального директора компании «Бриксис Текноледжис Раша» Дмитрия Ушакова, трудно себе представить, что найдется какая-то задача, для решения которой подойдет только одна из представленных на рынке САПР. Наверняка ее можно будет успешно выполнить с помощью сразу нескольких конкурирующих друг с другом программ. «Если российская промышленность будет возрождаться, — говорит Дмитрий Ушаков, — то перспективы роста рынка САПР самые радужные. Рынок вырастет, наверное, вдвое, а может, даже больше. Проблема только в политике правительства».

Распределение рынка между интеграторами по количеству проектов внедрений САПР за 2012-2014 годы

Российская проблема

«Все эти годы мы создавали решения на основании тех рыночных потребностей, которые были в нашей стране, — объясняет Дмитрий Оснач, директор по маркетингу компании “Аскон”, крупнейшего российского разработчика САПР, — и инвестировали столько, сколько могли, поскольку развивались только на собственную прибыль».

Только государственная программа модернизации оборонно-промышленного комплекса, запущенная в последние годы, создала предпосылки и для формирования полноценного российского рынка программного обеспечения. А санкции заставили государство обратить на него внимание.

Комментируя сложившееся положение, директор департамента развития отрасли информационных технологий Министерства связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Евгений Ковнир отметил: «Россия столкнулась с ситуацией, когда информационные технологии используются в качестве рычага политического давления. Это одна из причин того, что необходимо в течение ближайших десяти лет обеспечить технологическую независимость страны в этой области».

Данную задачу в Минкомсвязи планируют решить, опираясь на ведущие отечественные ИТ-компании.

В зависимости от разновидности и сложности объектов проектирования САПР и PLM-системы условно подразделяются на три класса:

• легкий: низкосложные объекты, количество составных частей — до 100;
• средний: среднесложные объекты, от 100 до 10 тыс. частей;
• тяжелый: высокосложные объекты, свыше 10 тыс. частей.

САПР российских компаний тяжелого уровня пока не поддерживают. Поэтому самые продвинутые отечественные машиностроители используют иностранные разработки. Например, КамАЗ — продукты Siemens, «Гражданские самолеты Сухого» — компаний Siemens PLM и Dassault Systemes.

Как только были объявлены антироссийские санкции, американские разработчики ПО Microsoft, Oracle, Symantec и HP присоединились к ним. И отказали в обслуживании попавшим в санкционный список компаниям из России. Крупнейший разработчик инженерного программного обеспечения Autodesk тоже разослал российским клиентам уведомление о том, что отныне прекращает поставку программных продуктов и их обновлений всем партнерам, на которых распространяются санкции.

Поскольку лицензии у этих компаний бессрочные, предприятия могут продолжать пользоваться теми лицензиями, которые приобрели раньше, поясняет Дмитрий Ушаков. То есть непосредственной угрозы для наших предприятий пока нет — за исключением того, что они лишились возможности обновлять версии программных продуктов и использовать новые функции, улучшения и исправления ошибок, без которых не обходится никакое программное обеспечение. Однако недавно Autodesk объявила, что со следующего года прекращает продажу бессрочных лицензии и будет лишь сдавать свое ПО в аренду. Это означает, что предприятие не сможет использовать это ПО, не оформив аренду. Ясно, что переход на аренду может полностью заблокировать работу предприятий, попавших под санкции.

Пока что «сравнивать российские разработки САПР и PLM-систем с зарубежными аналогами где-то допустимо, но где-то даже абсурдно, — считает Виталий Морозов. — Кроме того, есть программное обеспечение, которое у нас вообще никем не разрабатывается». Хотя до сих пор проблема заключалась не в том, что российские компании были не способны создать весь комплекс необходимого ПО, а в том, что до недавнего времени российский рынок не востребовал его в том объеме, который оправдывал бы средства, необходимые для такой разработки.

Дмитрий Ушаков обращает внимание на то, что «лидеры мирового рынка, такие как Autodesk, Dassault Systemes, Siemens, имеют штаты по несколько тысяч сотрудников. Они зарабатывают в год миллиарды долларов, инвестируют сотни миллионов долларов в разработку новых продуктов и в развитие существующих». Для сравнения: выручка крупнейшего российского разработчика САПР компании АСКОН составила в 2014 году 1 млрд рублей (около 20 млн долларов). «Российские компании тоже вкладывают какую-то часть выручки в разработки и исследования, но разница понятна», — заключает Ушаков.

Однако большинство опрошенных «Экспертом» специалистов считают, что в стране, где с нуля была создана авиационная, космическая и атомная промышленность, возможность появления полноценной отрасли инженерного программного обеспечения не вызывает сомнений. Тем более что Россия в области программирования – весьма продвинутая страна, в том числе, благодаря национальным особенностям инженерного образования. Дело в том, что при проектировании САПР требуются не просто программисты, но математики, а наше инженерное образование со времен СССР сильно именно математикой. Проблема лишь в выборе рациональной стратегии развития отрасли.

В чем сходятся все, с кем мы побеседовали, так это в том, что одно лишь импортозамещение слишком вторично, чтобы быть целью такой грандиозной, не побоимся этого слова, задачи. «В слове “импортозамещение” содержится указание на какую-то второсортность отечественного разработчика. У нас нет задачи “импортозаместить”. Наша задача — попытаться в тех местах, где у нас есть серьезные заделы, совершить прорыв, и с полученными результатами выйти на рынок зарубежных стран», — поясняет Максим Егоров из «Нанософта».

Моделирование работ на шлифовальном шестикоординатном станке модели С-300В НИПТИ «Микрон» (Владимир)

Две стратегии

Государственная корпорация

Основную команду разработчиков, числом не менее двух тысяч человек, предполагается сосредоточить в созданном для этого акционерном обществе. По замыслу инициаторов, появление такой компании может стать первым шагом для создания в будущем ИТ-госкорпорации. Ее формирование, считают авторы идеи, необходимо, потому что отечественная индустрия слишком разрозненна, чтобы решить глобальную задачу такого уровня. При этом общий объем необходимого финансирования оценивается авторами предложения о создании консорциума примерно в 60 млрд рублей, которые должны выделить государство и учредители. При соблюдении этих условий, полагают учредители консорциума, весь комплекс разработок можно завершить за восемь-десять лет.

Консорциум рыночных игроков

(Ассоциация разработчиков программных продуктов «Отечественный софт» (АРПП «Отечественный софт») объединяет российских производителей прикладного программного обеспечения, представляющих все сегменты ИТ-индустрии: от антивирусного ПО и лингвистических программ до «тяжелого» ПО — систем комплексной автоматизации различных секторов экономики и управления.)

Как заметил Максим Егоров, «для успешного решения задач по импортозамещению в области САПР необходимо ориентироваться на существующий костяк российских разработчиков подобных систем. Создание заинтересованности и, возможно, целевое финансирование таких компаний, ядер индустрии САПР, — единственно реальный путь к импортозамещению».

Специалисты напоминают об имеющемся опыте разработки государственными организациями геометрического ядра САПР. На этот проект было потрачено порядка 700 млн рублей. Однако заказчик (Минпромторг) положил эту программу на полку — ведомство даже не попыталось вывести ее на рынок, где продукты такого класса (геометрические ядра) чрезвычайно востребованы. Подтверждение тому — свежий опыт компании АСКОН, успешно выведшей на мировой рынок свое ядро C3D, которое в кратчайшие сроки нашло несколько зарубежных заказчиков. Скандалы сопровождали и разработку программного обеспечения системы ГЛОНАСС рядом госорганизаций. В итоге потребовалась переработка значительной части созданного ими ПО с привлечением ведущих частных компаний. Непонятной остается и ситуация с разработкой Национальной программной платформы.

«Мы видим стратегию импортозамещения как процесс постепенного наращивания и сложности, и масштабов решаемых задач эволюционным путем, — говорят в АРПП. — А помощь государства должна заключаться в разумном лоббировании интересов российских разработчиков. И в жестком пресечении необоснованного лоббирования интересов западных компаний, когда их решения выбираются только потому, что они заложены в спецификациях закупщиков». Первый этап такой стратегии должен состоять в модернизации существующих отечественных продуктов, чтобы уже на этом этапе решить проблему оцифровки на основе отечественных продуктов подавляющего большинства российских предприятий, которым не требуются решения тяжелого класса. На что, по оценкам АРПП, уйдет четыре-пять лет, и за это время должны быть выявлены реальные потребности промышленности и проведены необходимые научные исследования. Лишь после этого можно начинать следующий этап — создание отечественного комплекса тяжелых решений. В совокупности, по оценкам ассоциации, на решение задачи потребуется лет десять.

Что касается необходимого финансирования, то, по мнению Дмитрия Оснача, оно должно составить примерно 10 млрд рублей. Столь существенную разницу в запросах действующих компаний и планируемой госкорпорации Максим Егоров объясняет тем, что «для большинства крупных разработчиков достаточно обеспечить гарантированный заказ на приобретение разрабатываемых программных продуктов. Во многих случаях таким образом можно избежать прямого финансирования перспективных разработок. Кроме того, в качестве источников финансирования на таких условиях можно привлекать и венчурные фонды. То есть госфинансирование может вообще не рассматриваться как основной источник средств».

Позиция государства

Минсвязи предложило всем заинтересованным компаниям, как разработчикам, так и потребителям, объединить усилия для создания конкурентоспособных на мировом уровне продуктов и представить свои предложения в виде паспортов проектов по каждому из направлений отраслевого плана импортозамещения ПО, утвержденного ранее приказом ведомства. Например, цель в области промышленного ПО — сформировать на основе имеющихся наработок комплексное отечественное PLM-решение, обеспечивающее весь производственный процесс.

В профильном ведомстве предложили компаниям самим договориться друг с другом, как объединять усилия, причем сделать это не только во внутрироссийском формате, но и подключая к работе партнеров из стран БРИКС — программистов из Индии, Китая, Бразилии. «Мы рассчитываем, — говорит Евгений Ковнир, — что у компаний хватит мудрости договориться друг с другом и сформировать необходимые производственные консорциумы. Залог успеха — разработка такой продукции, которая будет продаваться на глобальном рынке ПО. Это более работоспособная модель, чем просто государственный заказ на разработку PLM-решения с нуля с последующим принудительным внедрением на предприятиях промышленного комплекса. Только в том случае, если компаниям по каким-то причинам не удастся договориться между собой, нам придется решать задачи достижения технологической независимости страны иными способами — например, привлекать единственного исполнителя и делать целевой государственный заказ».

Распределение российского рынка САПР между вендорами

Дополнительные материалы

Сложности перехода

Именно наличие таких планов позволило начать переход к всеобъемлющему цифровому производству на КамАЗе. Реализованный там еще в 2000 году пилотный проект внедрения PLM-системы показал всем его участникам, что ее применение обеспечивает более эффективную организацию работ, чем существовавший на тот момент бумажный поток документации. Но самый главный вывод состоял в том, что локальное использование цифровых технологий абсолютно бесперспективно, эффективность достигается, только когда все работы идут в едином информационном пространстве. Поэтому уже в 2007 году было принято решение внедрять именно PLM-систему. Одновременно был проведен анализ конкурирующих PLM-систем. В результате по сумме показателей была выбрана программа компании Siemens. К концу 2010 года вся разработка конструкторской документации велась уже полностью в электронном виде в едином научно-техническом центре. Заводы объединения тоже были включены в единый контур конструкторской документации.

Но «сложность перехода к всеобъемлющему цифровому производству, — объясняет член-корреспондент РАН, генеральный директор Национального института авиационных технологий Олег Сироткин, — заключается в том, что для этого надо не только сконструировать изделие в цифре, но спроектировать все технологические процессы. А информационная база технологических процессов как минимум в десять раз больше, чем конструкторская, потому что на изготовление каждой детали приходится в среднем десять технологических процессов, которые в основном у нас не смоделированы и, соответственно, не формализованы». Задача моделирования и формализации технологии значительно сложнее просто конструирования: по словам Олега Сироткина, «технологические процессы сопровождаются сложнейшими физическими процессами, протекание которых определяется свойствами оборудования и используемых материалов. И это надо учитывать при моделировании технологических процессов».

Такая работа по оцифровке технологических процессов начата в 2012 году и на КамАЗе. «Сейчас на конвейер КамАЗа встает новый модельный ряд тягачей, — рассказывает главный конструктор цифровых систем проектирования ОАО “КамАЗ” Алексей Пуртов. — Со старыми у них ничего общего. С помощью Siemens на КамАЗе разработали и технологическую модель данных, и способ моделирования сборки. Поскольку у разработчиков не было права на ошибку, техпроцесс одновременно делали традиционным способом и в цифре. Сравнение обоих вариантов показало, что цифровая документация позволила снять очень много ошибок, сэкономить большие средства и время, необходимое для внедрения новой продукции».

Опыт КамАЗа показывает, что всеобъемлющий переход серьезных предприятий на цифровые технологии может потребовать до 10 лет.

Как быть с операционной системой

Возможным вариантом отказа от ОС Microsoft является использование свободных операционных систем с открытым кодом, в частности Linux. Такой точки зрения придерживается, например, Виталий Морозов из МВТУ им. Н. Э. Баумана: «Необходимо использовать операционную систему, которая не будет импортозависимой и находится в открытых источниках. Скорее всего, мы будем ориентироваться на Linux, поскольку она в открытом доступе, ее коды проверяемы, то есть можно проанализировать их в том числе на предмет различных закладок и других угроз».

Наконец, третий вариант — разработка собственной ОС, хотя, как признал Дмитрий Оснач (АСКОН), по сложности эта задача сопоставима с разработкой всего инженерного ПО и внедрить ее рыночными методами будет очень сложно, «только какими-то методами государственного регулирования».

История вопроса

Уже к 1970-м был разработан весь необходимый математический аппарат для 3D-моделирования изделий на компьютере — то, что называется геометрическим ядром САПР. Тогда же появились первые промышленные САПР, которые начали массово использовать корпорации Boeing и General Motors. Первопроходцами САПР были авиастроители: так, компания Dassault Systèmes тоже родилась из французского авиационного предприятия Avions Marcel Dassault.

В 1985 году министерство обороны США объявило о планах создания глобальной автоматизированной системы электронного описания всех этапов проектирования, производства и эксплуатации продуктов военного назначения.

В СССР интерес к САПР по большому счету возник только в 1980-е, с появлением персональных компьютеров. К этому времени относятся и первые разработки. Некоторые коллективы, работавшие в этой сфере, впоследствии выросли в крупные российские компании, такие как АСКОН, НТЦ АПМ и «СиСофт девелопмент».

Серьезным толчком для разработки российских САПР стал выход на наш рынок американской компании Autodesk в 1989 году. Это создало в стране большой рынок для тех российских разработчиков, которые стали специализироваться на производстве расширений для главного программного продукта Autodesk — AutoCAD.

«В определенной степени именно пиратство, поощряемое поставщиками программной продукции (в основном это относится к Autodesk), привело к взрывному росту использования САПР в России, — рассказывает генеральный директор компании “Нанософт” Максим Егоров. — В 1990-е годы, если речь шла о САПР, фактически имелся в виду AutoCAD». Хотя, как считают многие отечественные специалисты, российские технологии уже тогда имели хорошие заделы.

В 1990-е в России сформировался рынок САПР, была создана сеть их дистрибуции и сопровождения. Одновременно российские разработчики создавали собственные САПР, которые либо были написаны с нуля, как «КОМПАС» компании АСКОН и T-FLEX компании «Топ Системы», либо использовали зарубежные САПР как платформу для создания специализированных приложений, как, например, разработки «Консистент софтвеа» (ныне «СиСофт девелопмент»). Знание особенностей и учет российских стандартов и методик проектирования давал российским компаниям значительное конкурентное преимущество перед западными вендорами, чьи продукты часто не имели такой привязки к российским реалиям.

Выводы:

2. Применение цифровых методов в машиностроении сокращает цикл разработки и выпуска новых моделей, существенно облегчает работу предприятий в режиме аутсорсинга и кооперации.

3. Реальная эффективность использования цифровых технологий достигается лишь в том случае, если все работы на предприятии идут в едином информационном пространстве.

4. В России широко развита разработка САПР и PLM-систем легкого и среднего класса, которые способны обеспечить практически полное импортозамещение в этих классах.

5. Важное преимущество российского рынка — его конкурентность в этих классах указанных систем.

6. Большинство предприятий, выпускающих относительно простую продукцию, могут успешно использовать российские разработки.

7. Российская промышленность оказалась в полной зависимости от иностранного инженерного программного обеспечения в тяжелом классе САПР и PLM-систем, которые востребованы флагманами промышленности.

8. Оптимальная стратегия импортозамещения, по мнению большинства участников рынка, должна строиться на основе консорциума рыночных игроков, как процесс постепенного наращивания сложности и масштабов решаемых задач эволюционным путем.

9. Есть точка зрения, что решение такой серьезной задачи потребует создания профильной госкорпорации.