ФГБОУ ВО Уфимский государственный …innovatics-tm.ru/primer.pdfНано-, био-, информационные, когнитивные технологии

ФГБОУ ВО Уфимский государственный авиационный технический университет

Критические технологии

Выполнила: Белкина Д. И.

Группа: КТО-147М

Проверил: Селиванов С. Г.

КРИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ – это технологии, имеющие важное социально-экономическое значение или важное значение для обороны страны и безопасности государства. Критические технологии связаны с развитием наиболее перспективных направлений научных исследований (в первую очередь фундаментальных), высокотехнологичных отраслей промышленности, требуют значительных затрат интеллектуального труда и различного рода ресурсов.

Принципиальная особенность критических технологий – предельно высокий уровень требований к их качеству и эффективности. Поэтому наряду с термином «критические технологии» употребляют такие понятия, как высокие или наукоёмкие технологии. Критические технологии как самые важные с точки зрения государственных нужд и интересов общества подлежат первоочередной разработке.

1. Основные понятия критических технологий

Особенностью критической технологии в сравнении с высокой технологией предшествующего поколения техники является следующее обстоятельство. В верхней части S-образной кривой при появлении «высоких технологий» начинают существенно снижаться темпы роста главного показателя качества или технического уровня технической системы при ее замене на новые образцы техники или технологии, которые основаны на том же самом принципе действия. Возникает необходимость отказа от «стареющей» технической системы и замены ее более прогрессивной, которая основана на ином физическом эффекте или принципе действия.

Таким образом, осуществляется технологический сдвиг и переход к технике или технологии нового поколения путем разработки «критической технологии», которая позволяет перейти на другую, более прогрессивную S-образную кривую развития.

Рис.1. S-образная кривая развития технологии

Периоды перехода от одной группы

изделий или процессов (технологии) к другой

называются технологическими разрывами или

«точками перелома». В этот момент начинает

формироваться новая S – образная кривая, но не

на основе старой технологии, а на совершенно

новых принципах, например, электронные лампы

в радиоприемниках были заменены на

полупроводники; самолеты с поршневыми

двигателями – на реактивные; ленточные

магнитофоны – на проигрыватели с компакт-

дисками и т.д.

Таким образом возникает «кризис» (от

гр. crisis – поворотный пункт, исход, решение) в

развитии технологии на данной S-образной

кривой, а технология, которая обеспечивает

«решительный исход», переход от старой S1-

образной кривой развития к новой S2-образной

траектории развития принципиально новой

техники и технологии, к смене поколения

техники и технологии, называется,

соответственно, «критической технологией».

Каждая следующая кривая, стартуя чуть

позже на результатах предыдущего

развития, выносит человечество всё

выше и выше по спирали развития.

Рис.2 Смена поколений техники и

технологий – это совокупность S-

образных кривых развития

технологии

Приблизительно одновременно (после 1910 года) получили развитие два направления развития истребительной авиации: монопланы и бипланы. Это одномоторные самолеты с поршневыми двигателями, принципиально отличающиеся количеством крыльев. Впоследствии биплан в истребительной авиации уступил место самолету – моноплану, обладающему большей скоростью полета.

ПРИМЕРЫ СМЕНЫ ПОКОЛЕНИЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ

Рассмотрим сказанное на примерах анализа динамики развития авиации на

начальных и последующих стадиях самолетостроения и авиадвигателестроения.

Рис.3. Junkers D.1 - истребитель-моноплан, 1917 год (Германия)

Рис.4. Nieuport 11 - истребитель-биплан Ньюпорт 11, 1916 год (Франция).

Основным недостатком биплана по сравнению с монопланом является более высокое «профильное сопротивление», вызванное наличием двух крыльев. Сопротивление системы подкосов и расчалок, которое приписывается бипланам, скорее присуще наиболее ранним конструкциям самолётов, а не самой схеме.

Кардинальный сдвиг в авиадвигателестроении определился переходом от

поршневых двигателей к реактивным (начальные точки отсчета НИОКР –1939 год,

а серийного выпуска – 1942 год). Так возникло первое поколение дозвуковых

самолетов – истребителей с реактивным двигателем.

Рис.5 -Схемы первого поколения

реактивных двигателей

На последующих этапах развития

истребительной авиации произошло

«разветвление» кривых смены

поколений, связанное с разработкой и

применением различных технологий

использования авиационной техники

рассматриваемого назначения и

выходом самолетов на сверхзвуковые

режимы полетов.

На этих этапах развития авиационной техники стали специально выделять технологии ее

применения, например, для самолетов истребительной авиации – это технологии

STEALTH TECHNOLOGY – технология производства военных самолетов,

обеспечивающая пониженную радиолокационную, инфракрасную, оптическую и

акустическую заметность летательных аппаратов и STOVL – в этом случае самолет сможет

взлетать вертикально или с укороченной взлетно-посадочной полосы, а садиться

вертикально. На современном этапе можно рассматривать также технологии применения и

изготовления гиперзвуковых беспилотных самолетов.

Рис.6 –Реактивные самолеты

последующих поколений

Рис. 7. Высотный истребитель «МиГ-35» (Россия)

Рис. 9 - Истребитель вертикального взлета и посадки

«F-35» (США)

Рис. 8. Высокоманевренный истребитель-

бомбардировщик 5-ого поколения «F-22A Raptor»

(США)

Рис. 10. Многофункциональный высокоманевренный

самолет-истребитель «Су-35» (Россия)

Иллюстрации к закономерностям развития авиационной техники

Цель анализа критических технологий – выявление приоритетов научно-технического развития на среднесрочную перспективу (обычно от 3 до 10 лет). Этот подход применяется не только на уровне страны в целом, но и отдельных отраслей экономики, тематических областей, регионов. Результатом становятся, как правило, перечни технологий либо направлений исследований и разработок, которые требуют первоочередного внимания. Для каждой критической технологии (которая в действительности представляет собой набор близких по решаемым задачам технологических областей) готовится дополнительный документ – « паспорт », где сжато описываются входящие в ее состав области и сфера потенциальных приложений, а также оцениваются возможные сроки практической реализации и предлагаются меры государственной поддержки.

2. Анализ критических технологий




Анализ принципиально новых технологий на основе методов системного анализа, технологического форсайта, технологического аудита, прогнозирования развития технологий и других названных выше методов позволяет выявить:

Инновации интегрирующие – комплексные или «связанные» системотехнические нововведения, которые реализуют путем «суммирования» нескольких крупных научно-технических достижений, например, мехатроника – интегрирующая инновация в области механики, электротехники, электроники и компьютерных информационных технологий.

Инновации модифицирующие (видоизменяющие процессы) – эти технологии, как правило, ведут к несущественному изменению технологии (способа) или техники (устройства), малосущественным улучшениям продукта, производственного процесса или процедуры.

Инновации улучшающие (процессы) – они обеспечивают значительные улучшения и преимущества, но не базируются на принципиально новых научно-технических достижениях, новых физических принципах действия. Обычно улучшающие инновации связаны с постановкой на производство новой модифицированной продукции или техники того же поколения.

Инновации прорывные – это базисные инновации, масштаб которых позволяет им стать основой технологического уклада или вызвать коротковолновую динамику (короткие и средневолновые циклы) в развитии инновационной экономики. В основе прорывных инноваций, как правило, заложены фундаментальные научно-технические достижения, например, создание атомной энергетики, развитие вычислительной техники, оптоэлектроники и т.п.


Сказанное позволяет сформировать перечни критических технологий: 1. Федерального уровня; 2. Регионального уровня; 3. Отраслевого уровня.

В перечни критических технологий федерального уровня включают обычно инновации

прорывные – это, как было сказано, базисные инновации, масштаб которых позволяет им стать основой технологического уклада или вызвать коротковолновую динамику (короткие и средневолновые циклы) в развитии инновационной экономики. В основе прорывных инноваций, как правило, заложены фундаментальные научно-технические достижения, например, создание атомной энергетики, развитие вычислительной техники, оптоэлектроники и т.п.

Эти Перечни критических технологий определяются Указами Президента РФ, например.

3. Перечни критических технологий Федерального уровня

Указ Президента РФ от 1 декабря 2016 г. № 642 "О Стратегии научно-

технологического развития Российской Федерации" . «В числе приоритетных направлений научно-технологического развития страны на ближайшие 10-15 лет следует считать те направления, которые позволят получить научные и научно-технические результаты и создать технологии, являющиеся основой инновационного развития внутреннего рынка продуктов и услуг, устойчивого положения России на внешнем рынке, и обеспечат :

переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям,

роботизированным системам,

новым материалам и способам конструирования;

создание систем обработки больших объемов данных,

машинного обучения и искусственного интеллекта;

переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике;

переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству;

внедрение персонализированной медицины и высокотехнологичного здравоохранения;

создание интеллектуальных транспортных и телекоммуникационных систем; занятие и удержание лидерства в освоении и использовании космического и

воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики.»

1. Базовые и критические военные и промышленные технологии для создания перспективных видов

вооружения, военной и специальной техники.

2. Базовые технологии силовой электротехники.

3. Биокаталитические, биосинтетические и биосенсорные технологии.

4. Биомедицинские и ветеринарные технологии.

5. Геномные, протеомные и постгеномные технологии.

6. Клеточные технологии.

7. Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий.

8. Нано-, био-, информационные, когнитивные технологии.

9. Технологии атомной энергетики, ядерного топливного цикла, безопасного обращения с радиоактивными отходами

и отработавшим ядерным топливом.

10.Технологии биоинженерии.

11.Технологии диагностики наноматериалов и наноустройств.

12.Технологии доступа к широкополосным мультимедийным услугам.

13.Технологии информационных, управляющих, навигационных систем.

14.Технологии наноустройств и микросистемной техники.

15.Технологии новых и возобновляемых источников энергии, включая водородную энергетику.

16.Технологии получения и обработки конструкционных наноматериалов.

17.Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов.

18.Технологии и программное обеспечение распределенных и высокопроизводительных вычислительных систем.

19.Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее

загрязнения.

20.Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи.

21.Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

22.Технологии снижения потерь от социально значимых заболеваний.

23.Технологии создания высокоскоростных транспортных средств и интеллектуальных систем управления

новыми видами транспорта.

24.Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения.

25.Технологии создания электронной компонентной базы и энергоэффективных световых устройств.

26.Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии.

27.Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе.

Перечень критических технологий Российской Федерации, утверждённый Указом Президента РФ от 7 июля 2011 года № 899

3. Перечни критических технологий Федерального уровня

Под приоритетными направлениями развития науки и техники понимаются основные области исследований и разработок, реализация которых должна обеспечить значительный вклад в социальное, научно-техническое и промышленное развитие страны и в достижение за счёт этого национальных социально-экономических целей. В каждом из приоритетных направлений развития науки и техники выделяют некоторую совокупность критических технологий. Критическими технологиями являются такие, которые носят межотраслевой характер, создают существенные предпосылки для развития многих технологических областей или направлений исследований и разработок и дают в совокупности главный вклад в решение ключевых проблем реализации приоритетных направлений развития науки и технологии.

Полный перечень критических технологий республиканского уровня приведен в таблице. По всем приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в республике имеются разработки, соответствующие лучшему российскому и мировому уровню. Исследования в этих областях имеют принципиальное значение для повышения конкурентоспособности региональных производителей и ускорения экономического роста республики.

В качестве важнейших инновационных приоритетов Республики Башкортостан были выбраны семь направлений научно-технологического развития, 28 критических технологий, 75 технологий, входящих в их состав, и 173 важнейших инновационных продукта.

4. ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И КРИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕГИОНАЛЬНОГО

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО И ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ

БАШКОРТОСТАН

В республике Башкортостан







Исследования в области нанотехнологий и наноматериалов в целом соответствуют лучшему российскому, а разработки наноструктурных металлов, конструкционных наноматериалов и сплавов со специальными свойствами – мировому уровню. Они рассматриваются как важнейшие источники для обеспечения долгосрочного инновационного роста региона. Многие исследования и разработки в области авиационных и транспортных систем по теоретическому заделу соответствуют лучшей российской практике и оказывают непосредственное влияние на ускорение экономического роста в регионе. В рамках приоритетного направления «Производственные системы» наиболее перспективными являются прецизионные технологии формообразования, контроля, сборки, лазерные и плазменные технологии.

По всем приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в республике имеются разработки, соответствующие лучшему российскому и мировому уровню. Исследования в этих областях имеют принципиальное значение для повышения конкурентоспособности региональных производителей и ускорения экономического роста республики.







Многие исследования и разработки в области авиационных и транспортных систем по теоретическому заделу соответствуют лучшей российской практике и оказывают непосредственное влияние на ускорение экономического роста в регионе. В рамках приоритетного направления «Производственные системы» наиболее перспективными являются прецизионные технологии формообразования, контроля, сборки, лазерные и плазменные технологии. Важным направлением для развития Республики Башкортостан является «Энергетика и энергосбережение», хотя уровень научных исследований и разработок здесь уступает лучшим российским образцам. Информационно-телекоммуникационные технологии оказывают серьезное влияние на инновационную деятельность в регионе, но их развитие также сдерживает невысокий уровень научных разработок.

Наиболее перспективными являются технологии, относящиеся к нетрадиционным компоновочным схемам авиационных летательных аппаратов, новым поколениям авиационной техники с применением композитов и наноматериалов, созданию гибридных силовых установок, двигателей на сжатом природном газе, быстрого прототипирования на основе CAD/CAM/CAE систем и др.




Критические технологии и технические решения, рассматриваемые с инновационными продуктами, в создании которых они участвуют, составляют информационную базу для разработки конкретных инвестиционных проектов. Число важнейших инновационных продуктов варьируется от 20 до 30 по каждому приоритетному направлению. Многие критические технологии, относящиеся к энергетике, транспортным системам, индустрии наносистем и живым системам, уже имеют значительные потенциальные рынки. Примеры важнейших инновационных продуктов для различных приоритетных направлений развития науки, технологий и техники приведены в таблице.







5. Отраслевой уровень разработки высоких и критических технологий Эффективность

1980 2000 2020

Машиностроение III поколения

Машиностроение IV поколения

Машиностроение V поколения

•Компьютерные технологии III поколе-

ния - САПР, АСУП, АСУТП

•Оборудование с аналоговыми ЧПУ

(8-10% )

•Технологическая специализация цехов

•Качество - КСУКП

Бумажные чертежи

Аналоговые технологии

Бумажные и электронные чертежи

Аналоговые и цифровые технологии

•Компьютерные технологии IV поколе-

ния – CAD/CAM/CAE

•Оборудование с цифровыми ЧПУ

(20% )

•Гибкие производственные ячейки

(10% )

•Качество – ISO 9000:1994

600 новых технологий

12000 ед. оборудования с ЧПУ

3600 нормативных документов

Полное электронное определение изделия

Цифровые технологии

•Компьютерные технологии V поколения –

CAD/CAM/CAE/PDM/ERP

•Высокоскоростные обрабатывающие центры

с мехатронными модулями и интеллектуаль-

ными ЧПУ, ГПМ (50-65% )

•Компьютеризированные интегрированные

производства (CIM)

•Интеграция данных на макроуровне (PLM, CALS)

•Качество – TQM, ISO 9000:2000, AS 9100

175 новых технологий

5000 ед. оборудования с ЧПУ

1650 нормативных документов

Рис. Основное направление развития машиностроения

Кластеры

Основной перечень высоких и критических технологий в машино- и

приборостроении

Информационно-

телекоммуникаци

онные технологии

управления

а) общие информационные технологии автоматизированного управления (высокопроизводительные

вычислительные системы, компьютерное моделирование, искусственный интеллект, информационная интеграция и

системная поддержка жизненного цикла продукции (САD, САМ, САЕ, CALS-технологии), информационно-

телекоммуникационные системы, распознавание образов и анализ изображений...), б) технологии создания

интеллектуальных систем навигации и управления; технологии распределенных вычислений и систем; технологии

производства программного обеспечения; биоинформационные технологии...

Космические

технологии авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений, технологии

высокоточной навигации и управления движением, космические технологии...

Критические

производственные


общего

назначения для

инновационного

проектирования

а) прецизионные и нанометрические технологии обработки, сборки, контроля, технологии на основе

сверхпроводимости, мехатронные технологии, лазерные и электронно-ионно-плазменные технологии...; б)

технологии элементной базы микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, опто-, радио- и

акустоэлектроники, оптической и СВЧ-связи...; в) технологии новых материалов – технологии керамических и

стекломатериалов, полимеров и композитов, металлов и сплавов со специальными свойствами, синтетических

сверхтвердых материалов, материалов для микро- и наноэлектроники, технологические совмещаемые модули для

металлургических мини-производств, нанотехнологии и наноматериалы; технологии создания и обработки

полимеров и эластомеров; технологии создания и обработки кристаллических материалов со специальными

свойствами, технологии создания композиционных и керамических материалов; г) технологии атомной и

водородной энергетики; технологии возобновляемых источников энергии; технологии создания

энергоэффективных двигателей и движителей для транспортных систем; технологии создания энергосберегающих

систем...

Специальные

критические

промышленные

технологии для

инвестиционного

и инновационного


технического

перевооружения

предприятий

а)технологии композиционных материалов – технологии биметаллов, термодиффузионного сращивания деталей,

изготовления углерод-углеродных композиционных материалов, композитов на основе стекловолокна и

полипропилена...;б) технологии заготовительного производства – литейные технологии ( литья под низким

давлением, получения высокоточных отливок в формы на основе электрокорунда, литья под регулируемым

давлением, технологии жидкой штамповки, технологии литья в графитовые и керамические формы, литья под

электромагнитным давлением, литья методом направленной кристаллизации, литья выжиманием, литья в

вакуумированные пресс-формы, плазменно-индукционной плавки, электронно-лучевой плавки, литья в вакуумно-

пленочные формы, литья в замороженные формы...); в)обработки металлов давлением (взрывная штамповка,

электровысадка, изотермическая штамповка в режиме сверхпластичности, сферодвижная штамповка

обкатыванием, штамповка на термопрессах, электрогидравлическая штамповка, малоотходные и высокоточные

порошковые технологии на пресс-автоматах...);

Таблица. Перечень высоких и критических технологий машино - и приборостроения

(продолжение таблицы).

Специальные

критические

промышленные


для

инвестиционного

и

инновационного


технического

перевооружения

предприятий

г) базовые технологии изготовления изделий : проектные и директивные технологические процессы постановки

на производство новой техники; технологии бесплазовой увязки деталей и технологической оснастки летательных

аппаратов; технологии производства длинномерных трубных деталей на основе радиальной ковки, вакуумного

ионно-плазменного азотирования, нанесения эрозионностойких покрытий магнетронным способом;

д)технологии высокоскоростной обработки, обеспечивающие многократное увеличение производственных

мощностей предприятий ОПК ( лазерной и гидроабразивной резки заготовок, высокоскоростной обработки

резанием, скоростного термодеформационного борирования, скоростной термообработки, скоростной химико-

термической обработки и скоростного гомогенизирующего отжига в условиях низкочастотных акустических

воздействий, скоростного глубинного шлифования, скоростной плавки металлов, скоростной химико-термической

обработки отливок в жидкофазовом состоянии, высокоскоростной химико-термической обработки в условиях

энергетической поляризации, ультразвукового и электрических полей, с использованием реагентосодержащих

шаржированных материалов, скоростной лазерной химико-термической обработки, скоростного нанесения

износостойких металлофторуглеродных покрытий в условиях ультразвуковых воздействий;

е) технологии механообработки деталей – лазерные технологии (резки, перфорации, электронно-лучевые

технологии, лазерное маркирование, лазерное скрайбирование…), ультразвуковые технологии (размерной

обработки, алмазного сверления, магнито-абразивной обработки…), высокоскоростной обработки резанием,

электрообработки (электроэрозионная, электроконтактное резание, электромеханическая обработка, электро-

химическая обработка) труднообрабатываемых металлов и сплавов, технологии термоэнергетического и

ультразвукового удаления заусенцев; технологии деформационнорежущей механической обработки;

ж)технологии высокоавтоматизированной обработки ( роботизированные технологии, технологии гибких

производственных систем, интегрированного, интеллектуального («умного») производства, технологии обработки

на роторных автоматических линиях и роторно-конвейерных комплексах, автоматических линиях, станках-

автоматах, многооперационных станках,

з) технологии термической и химико-термической обработки и упрочнения деталей ( газовые ионные

процессы азотирования, нанесения многослойных газотермических покрытий, вакуумного напыления, осаждения

покрытий в электростатическом поле из газовой фазы, технологии акустического старения металлов, технологии

ионно-плазменной обработки, в т.ч. ионно-вакуумное азотирование, ионно-вакуумная цементация, ионная

имплантация, ионное легирование…,технологии малодеформационной закалки, в т.ч. в водорастворимых

неионогенных полимерах высокомолекулярных изокислот, импульсная управляемая закалка с охлаждением в

магнитных жидкостях…;

и) технологии контроля и испытаний ( технологии неразрушающего контроля на основе акустической

эмиссии и эффекта магнитоупругости, технологии контроля на координатно-измерительных машинах, лазерного

контроля технологического процесса сборки, например, лопаточных решеток газотурбинных двигателей;

технологии автоматизированного контроля...)

Источник - данные федерального статистического наблюдения по форме № 1-технология

«Сведения о разработке и использовании передовых производственных технологий» за

2015 год

Один из ключевых факторов развития инновационной экономики –

разработка и использование передовых технологий, позволяющих

оптимизировать производственные процессы и существенно повысить

производительность труда и качество выпускаемой продукции.

5. Отраслевой уровень разработки высоких и критических технологий

Наиболее динамичными направлениями можно считать технологии производства, обработки и сборки, которые объединяют отдельные машины и оборудование с цифровым и компьютерным управлением, гибкие производственные элементы, лазеры для обработки материалов, простые и сложные роботы. Они составляют 39,2% от всех разработанных в 2015 г. передовых производственных технологий.

На втором месте – технологии проектирования и инжиниринга (25,7%), объединяющие преимущественно разнообразные методы компьютерного моделирования, использование его результатов для контроля за оборудованием и производственными процессами, а также цифровое представление результатов в логистике.

5. Отраслевой уровень разработки высоких и критических технологий

Documents

ФГБОУ ВО Уфимский государственный …innovatics-tm.ru/primer.pdfНано-, био-, информационные, когнитивные технологии