Технологические коридоры, как парадигма вытеснения отживших технологий

А.С. Степанова,

магистр техн. и техн-ии, ser23n2005@yandex.ru

С.Л. Степанов,

вед. инж.,

ОАО «Корпорация «Росхимзащита», г. Тамбов

«То, что работает уже устарело»

(Стаффорд Бир).

 

Проведён системный анализ сырьевых и высокотехнологичных систем, имеющих технологические коридоры. Показано, что технологические коридоры, устанавливающие новые переменные правила, ужесточают технические требования во времени, обеспечивая отрыв передовых стран. В примере представлена формализованная модель развития высокотехнологичных изделий с высокой покупательной способностью рубля. В соответствии с циклом Джона Бойда, потребуется ускоренная разработка конструкций, с обеспечением минимальных потерь.

 

The system analysis of the raw and hi-tech systems having technological corridors is carried out. It is shown that the technological corridors establishing new variable rules toughen technical requirements in time, providing a separation of the advanced countries. In an example the formalized model of development of hi-tech products with high purchasing power of ruble is presented. According to John Boyd's cycle, the accelerated development of designs, with ensuring the minimum losses will be required.

 

     Актуальность. Проведя системный анализ развития надотраслевых технологий, на первом этапе – статье «Синтез технологии проектирования и ситуационного управления с оценкой альтернатив», рассмотрим второй этап изменений в цикле проектирования систем и изделий, используя макроуровневый подход. Используемый подход предусматривает выявление технических направлений, наиболее значимых с точки зрения макроэкономического развития – обеспечивающих расширение важнейших групп (включая машины и оборудование), повышение эффективности (производительности труда, энергоэффективности и др.). Технический прогноз развития представляет собой способ конкретизации макроэкономического прогноза, вернее, его проекцию на сферу технического прогресса.

Умение создавать образы будущего - элемент лидерства. В качестве инструмента используем новый инструмент регулирования - «технологические коридоры», ужесточающие во времени требования к продукции [1].

Технологические коридоры - перечень обязательных требований и ограничений, предъявляемых к техническим параметрам применяемых технологий и потребительской продукции, установленный с разбивкой по годам и нарастанием технических характеристик во времени. Речь идет не просто о технических регламентах и стандартах, а о выстраивании этих регламентов в надсистему, в цепочку взаимосвязанных ограничений, направленных на изменение технического уровня соответствующей отрасли и государства в целом [2].

Технологические коридоры (ТК) можно представить как надсистему, рис.1, 2.

                                    

                                              рис.1 Треугольник будущего                                                             рис.2 Пример надсистемы с надотраслевыми технологиями

Вводя технические нормы, не только снижается энергоемкость отечественной продукции, но и заботятся о здоровье граждан, при этом стимулируются изготовители промышленной продукции. От них требуется обращаться к разработчикам новых технологий, формируется долгосрочный спрос на услуги, при этом, одновременно, вытесняются отжившие свой век технологии.

Страны и передовые отрасли – технологические лидеры, через ТК, ужесточающие нормы производства и потребления, добиваются как недопущения чужих продуктов и технологий на свои территории, так и обеспечивают свое постоянное опережающее развитие [3-8].

Технологические коридоры регулируют постепенное вытеснение устаревших технологий, безопасность продукции (услуг) для экологии и здоровья населения. Они отличаются от технологических регламентов комплексным подходом, учитывающим меры поддержки предприятий, создания условий внедрения эффективных технологий, гармонизацией законодательства и формирования последовательной государственной стратегии в сферах науки, инноваций, производства и экологии [9].

Основные признаки технологического коридора:

1.  Среднесрочный и долгосрочный горизонты планирования.

2.  Конкретные требования к параметрам производства и (или) продукции и срокам их достижения.

3.  Наличие последовательных и предсказуемых этапов введения директивных требований.

4. Сочетание требований и санкций с мерами поддержки и стимулирования предприятий, создание соответствующей инфраструктуры.

Объектом исследования являются технологические коридоры базовой продукции, актуальные до 2025 года.

Цель работы  – разработка проектов продукции и управления с установлением перспективных характеристик в технологических коридорах, актуальных  до 2025 года, с повышением эффективности производства.

Задачами работы являются:

- проведение системного анализа в области проектирования и управления, с использованием Форсайт на перспективных направлениях развития перспективных систем и изделий;

- оценка существующего научно-технического потенциала для синтеза продукции с оценкой альтернатив, включая обеспечение полного жизненного цикла изделий и управления ими;

- обоснование подходов и разработка предложений по формированию требований к технологиям                       проектирования и управления, с обеспечением минимальных потерь или большей робастности.

Решение. Существуют два способа достижения конкурентных преимуществ при реализации НИОКР. Первый путь - сделать свои циклы действий более быстрыми. Это позволит вам действовать первым и вынудит вашего конкурента реагировать на ваши действия. Второй путь - улучшить качество принимаемых вами решений, то есть принимать решения, в большей степени соответствующие складывающейся ситуации, чем решения конкурента.

Рассмотрим второй путь получения конкурентных преимуществ при проведении разработок. Более качественные решения приводят к более предпочтительным результатам, чем быстрые, но неадекватные или плохо просчитанные действия [10].

Повышение качества решений может быть достигнуто различными способами, к числу которых относятся применение Форсайт исследований, современных формальных математических методов, совершенствование информационного обеспечения, применение автоматизированных систем управления, систем поддержки решений, экспертных и советующих систем, обучение и тренинга [8,11,12]. В рамках концепции Форсайт 2.0 разработчики Форсайт-исследований транслировали знания, а пользователи не принимали активного участия в процессе. Исследования исходили со стороны «предложения» (supply-driven). В рамках Форсайт 3.0 они определяются запросами заказчиков, и, соответственно, Форсайт начинается со стороны «спроса» (demand-driven) [8]. После выбора новых производственных надотраслевых или интегрированных межотраслевых технологий, выбранных по Форсайт исследованиям, предлагается алгоритм разработки (НИОКР) перспективных базовых систем и изделий с опережением конкурентов, с учетом технологического коридора, рис. 3.

рис. 3 Алгоритм разработки перспективных систем и изделий, после выбора технологий,

с учётом технологического коридора

Ассиметричные способы развития техники. В табл. 1 приведено сравнение продукции сырьевого и высокотехнологичного секторов экономики.

Таблица 1

№ п/п

Сырьевой сектор

Высокотехнологичные системы и изделия*

1

Бензин/Дизельное топливо

Авиалайнеры

Искусственный климат, СИЗОД

2

Общие и специальные перспективные требования

Общие и специальные требования

Перспективные требования NASA для самолетов N+3

 (7-е поколение)

Общие, специальные и перспективные требования

3

Снижение шумности

Снижение шумности

Уровень шума должен быть снижен на 71 дБ

Не требуются (нет шума)

4

Чистота выхлопов двигателей (Евро 1 – Евро-5), по 5/4 показателям

Чистота выхлопов двигателей

Чистота выхлопов двигателей

Снижение аэрозолей на вдохе

5

Экономия топлива

Экономия авиатоплива

Экономия

авиатоплива

Увеличение показателя удель-ного времени защитного действия, на массу изделия

6

Повышение

экологичности

Повышение экологичности

Выброс оксида азота уменьшить на 75%

Снижение отходов. При возврате изготовителю – полная утилизация

7

Снижение стоимости

владения

Снижение стоимости владения

Снижение стоимости авиаперевозок – на 70%

Повышение срока службы (гарантийный срок) на 100%

8

Сроки окончания

производства

Сроки окончания производства

Сроки окончания производства

Сроки окончания

производства

 

Перспективные решения в развитии конкурентов, США:

RAND Corporation, DARPA [13,14]

Указ Президента РФ № 899,

Форсайт Минобрнауки РФ [15]

9

Нет

«Умная среда»

«Умная среда»

«Умная среда»

10

Нет

Нет

Технологии человека

Технологии человека

11

Нет

Нет

Технологии интеграции возможностей человека и компьютерных сетей

Технологии интеграции возможностей человека и компьютерных сетей

 

*Аналогичные показатели имеют светодиодные лампы, электродвигатели с частотным регулированием, дизельные двигатели.

 

Ожидаемые результаты внедрения технологического коридора:

1.  Гармонизация используемых технологических цепочек;

2.  Технологическое, техническое и экономическое развитие промышленности РФ.

Оценка уровня сравнения. Главным при оценке уровня станет не производство, а создание чего-либо определенно нового, того, что нужно потребителю. Так как горизонт планирования, по разработкам (НИОКР), выбран 2025 год, то остановимся на конкретных требованиях к параметрам продукции. Для наглядности рассмотрим пример с выбором технологического коридора для высокотехнологичного изделия СИЗОД, табл. 1 с высоким коэффициентом паритета покупательной способности (kппс), рекомендованных Концепцией-2020.

Коэффициент паритета покупательной способности применяется для обеспечения сопоставимости                          отечественных систем и изделий с зарубежными [16,17]. При расчете использованы данные по ценам в интернете продукции ведущих зарубежных изготовителей продукции (США, Германия, Франция) и отечественной                            ОАО «Корпорация «Росхимзащита», с действующими в 2015 году ценах, с учетом курса валют: 1 доллар США равен 65,3 руб. В основе расчета лежит положение, в соответствии с которым разница в ценах в России и за рубежом определяется исходя из уровня цен на продукты-аналоги с совпадающими (близкими) техническими и эксплуатационными характеристиками. Цены зарубежных аналогов продукции определялись анализом доступных информационных источников. В результате расчета для СПИ-20 (СИЗОД) kппс=13,4, при рекомендованном МЭР России коэффициенте kпп= 1,5÷2,0. Так как 13,4  2,00, то поэтому СПИ-20 следует считать высокотехнологичным.

Формализация. Рассматривается система защиты СИЗОД без потребления электрической энергии.

Без учёта потерь примем:

                                                                         (1)

где: N1 – мощность дыхания человека;

    N2 – мощность регенеративного продукта, с кислородом, дыхательного аппарата;

    θ – вектор настраиваемых параметров, определяющих модель (1).

Примем для человека:

                                                                        (2)

где: N1 – мощность дыхания человека, Вт, const, при стандартной физической нагрузке;

P1 – полезная мощность дыхания человека, Вт;

            G1 – мощность потерь, Вт, в настоящее время не определяется; G1=0;

θ – вектор настраиваемых параметров, определяющих модель (2).

Изменение значений элементов θ приводит к изменению свойств модели (2). , с возможностью увеличения θ до 405.

Примем для СИЗОД, с учетом потерь:

                                                                       (3)

где: N2 – мощность продукта дыхательного аппарата (мощность аппарата), для поддержания жизнедеятельности человека, Вт;

P2 – полезная мощность аппарата СИЗОД, Вт;

G2 – мощность потерь, Вт, в настоящее время не определяется; G2=0;

θ – вектор настраиваемых параметров, определяющих модель (3).

Изменение значений элементов θ приводит к изменению свойств модели (3). , с возможностью увеличения θ до 405.

Возможности улучшения для N1 – тренировки, в том числе и на виртуальных тренажерах.

Основные возможности улучшения для N2, изменение СИЗОД:

Ø схемы дыхательного аппарата (из 3-х основных);

Ø физических принципов (из 3-х, не применяемых сейчас);

Ø свойств регенеративного продукта;

Ø уменьшение массы упаковки.

Так как не заданы численные значения его элементов, то имеется множество моделей системы на множестве состояний функционирования.

Для семейства этих моделей вектор параметров θ состоит из коэффициентов соответствующих полиномов A(q), B(q) и так далее.

Структуры модели образуют множество СИЗОД, из которых выбирается наилучшая по критерию - максимальному времени работы tmax.

                                                                           (4)

где: A – работа дыхания (частота и глубина дыхания) на участке пути 1 – n, Дж; t – время работы, с.

Формула (4) показывает, что при постоянной мощности запаса кислорода, можно изменять работу и/или скорость дыхания. В этом случае:

…..                                                                       (5)

Так как

                                                                       (6)

где: F1 – сила дыхания (частота и глубина дыхания);

S – путь спасения, м.

                                                                      (7)

то F2 – сила, характеризующая потенциальную энергию, хранящуюся в химических связях и, с учетом (1),

получим

                                                                       (8)

В интегральной форме примем

                                                                     (9)

где: t – время работы СИЗОД и спасения, с;

v – скорость спасения, м/с.

Преобразуя (9), получим:

                                                        (10)

или, с учетом запаса ВЗД   

                                                             (11)

Формула (10), с учетом (8), показывает, что при постоянной мощности СИЗОД (постоянном запасе химически связанного кислорода), изменением скорости дыхания можно изменять силу дыхания (частоту и глубину дыхания) и, наоборот, при изменении силы дыхания допустимо менять скорость движения.

Можно сделать вывод, что применяя индивидуальные дополнительные тренировки дыхания, перед                             использованием СИЗОД, снижая частоту и глубину дыхания, можно увеличить время работы и пройденный путь спасения.  Дополнительно, из формулы (7) изменяя не внешний путь спасения S, при постоянном запасе кислорода, а внутренний путь в работе регенеративного продукта, управляя процессом химической реакции внутри СИЗОД, можно создать новую автоматическую систему с информационным управлением, временем защитного действия.

Заключение

Выбор в мире главного направления для развития техники (технических систем), в настоящее время, делается на ближайшие 40-50 лет и определяется  тенденциями развития ведущих мировых отраслей.

·      Проведён системный анализ в области проектирования и управления, с использованием Форсайт на перспективных направлениях развития систем и изделий, причем разработка является вторым этапом после выбора перспективных мировых технологий на основе теории цикла Джона Бойда, на нечеткой базе данных.

·      При разработке парадигмы проектов перспективной базовой продукции, необходимо использовать технологические коридоры, актуальные на 10 – 15 лет (до 2025-2030 годов), с установлением перспективных характеристик в технологических коридорах, обеспечивающих  повышение эффективности производства.

·       Показаны отличия в развитии технологических коридоров продукции сырьевого и высокотехнологичного сектора экономики. Исследованы требования к созданию инновационной продукции, той, что нужна потребителю, с использованием, для сравнения с зарубежными  конкурентами, покупательной способности рубля.

·      Впервые предложенный технологический коридор для высокотехнологичных средств защиты органов дыхания, на нечеткой базе данных, обеспечивает разработку проектов продукции с установлением перспективных характеристик продукции, обеспечивая повышение конкурентоспособности производства.

·      Синтез систем проектирования на втором, конструкторском этапе, в соответствии с циклом  Д. Бойда, также требует ускоренной разработки конструкций, с обеспечением минимальных потерь или большей робастности.

России необходимо найти собственный спектр опережающих технологий, перевод которых в технологические коридоры позволит обеспечить конкурентоспособность страны в новом технологическом укладе.

Литература

1.  Медовников Д.С., Розмирович С.Д. Технологические коридоры в производстве потребительской продукции и услуг//Экономика и управление. № 2(21), март-апрель 2012 г., г. Москва. http://www.energosovet.ru/stat770.html

2.  Степанова А.С., Муромцев Ю. Л. О роли комплексов технологических нововведений в постиндустриальном обществе//Известия ОрелГТУ. III Международная научно-техническая конференция. 2008.– №1 – 2/269 (544). – C.211-217.

3.  MIT (2013) 2013 Emerging Trends Report. MIT Technology Review Special Issue. Cambridge, MA: Massachusetts Institute of Technology. P. 51–60.

4.  White House (2012) Report to the President on Capturing Domestic Competitive Advantage in Advanced Manufacturing. Washington, DC: Executive Office of the President, President’s Council of Advisors on Science and Technology.: http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/pcast_amp_steering_committee_report_ final_july_17_2012.pdf .

5.  White House (2013a) Fact Sheet: The President’s Plan to Make America a Magnet for Jobs by Investing in Manufacturing. Washington, DC: The White House, Office of the Press Secretary. Режим доступа: http://www.whitehouse.gov/the-press-office/2013/02/13/fact-sheet-president-s-plan-make-america-magnet-jobs-investing-manufactu

6.  White House (2013b) Obama Administration Launches Competition for Three New Manufacturing Innovation Institutes. http://www.whitehouse.gov/the-press-office/2013/05/09/obama-administration-launches-competition-three-new-manufacturing-innova

7.  CSST (2013) Subcommittee on Research and Technology Hearing — Examining Federal Advanced Manufacturing Programs. Committee on Science, Space and Technology, September 10 http://science.house.gov/ hearing/subcommittee-research-and-technology-hearing-examining-federal-advanced-manufacturing

8.  Дежина И., Пономарев А. Перспективные производственные технологии: новые акценты в развитии промышленности. Форсайт.- М.: ВШЭ, 2014. – Т8, № 2. – С.16–29.

9.  Медовников Д.С., Розмирович С.Д. Технологические коридоры в производстве потребительской продукции и услуг. Форсайт.- М.: ВШЭ, 2011. – Т5, № 1. – С. 26–39.

10.    Ивлев А.А. Основы теории Джона Бойда. Принципы, применение и реализация. http://www.milresource.ru/ Boyd.html.

11.  Бассей М. Многослойный причинный анализ: на пути к теории «множественного». Форсайт.- М.: ВШЭ, 2014. – Т8, № 1. – С. 66–75.

12.  Белоусов Д.Р., Сухарева И.О., Фролов А.С. Метод «картирования технологий» в поисковых прогнозах. Форсайт. - М.: ВШЭ, 2012. – Т6, №2. – С.6-16.

13.  The RAND Corporation. The Global Technology Revolution 2020, Executive Summary. Bio/Nano/Materials/ Information Trends, Drivers, Barriers, and Social Implications. http://www.rand.org/pubs/ monographs/ MG475.html

14.  Прогноз технологических  приоритетов DARPA до 2020 года. http://www.darpa.mil/our_work/

15.  Указ Президента РФ «Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в РФ и перечня критических технологий РФ», от 7 июля 2011 года № 899. Сайт Президента РФ: http://graph.document.kremlin.ru/page. aspx?1;1563800

16.  Шульгин А.Г. Валютный курс и международные финансы. – М.: ВШЭ, 2003. – С.34-141. http://ecsocman. hse.ru/ data/488/696/1219/03x20Purchasingx20Powerx20Parity.pdf.

17.  Bai J., Ng S. (2001). A New Look at Panel Testing of Stationarity and the PPP Hypothesis. Mimeo, Boston College.