Промышленные технологии и инновации

УДК 005.591.6 (076) ББК 65.050

С306

С306 Промышленные технологии и инновации: Учебное пособие / Семиглазов В.А. Томск: гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2022. 240 с.

Цель учебной дисциплины «Промышленные технологии и инновации» – формирование знаний о видах, особенностях, современных проблемах развития применяемых промышленных технологий и инноваций в деятельности предприятий, развитие необходимых навыков их применения.

Студентам предстоит изучение особенностей инновационного процесса в деятельности предприятия; изучение современных направлений развития промышленных технологий и инноваций; развитие навыков выбора типов технологий для различных уровней развития производства; формирование навыков использования различных типов промышленных технологий и инноваций; изучение инновационной инфраструктуры Томской области.

Одобрено на заседании каф. УИ протокол № 7 от 31.01.2022 г.

УДК 005.591.6 (076) ББК 65.050

© Семиглазов В.А., 2022 © Томск: гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2022

4

Раздел I. Технологии и промышленность

1.1. Общее понятие о технологиях и технологических процессах

1.1.1. Введение в курс. Концепция техносферного развития

Мысль, разум человека веками участвуют в перестройке биосферы — околоземного пространства, в котором протекает его жизнь. Антропогенное воздействие происходило на протяжении значительной части истории, но в течение последних двух столетий (эпохи индустриальной цивилизации) многократно усилилось и привело к существенным количественным и качественным изменениям биосферы — появлению на планете новой глобальной материальной системы в виде многослойной насыщенной сферы искусственно созданных объектов.

Размышления о глобальной деятельности человека привели к созданию научной концепции преобразования биосферы, одним из основных авторов которой стал академик В. И. Вернадский. Ключевой категорией его концепции является ноосфера — сфера разума, в которой человек действует как Homo sapiens faber, то есть мыслящий, созидающий, духовный, социально активный.

В 1936 г. академик А. Е. Ферсман — ученик и последователь академика В. И. Вернадского — назвал техногенезом процессы изменения поверхности Земли под влиянием производственной

деятельности людей, а саму оболочку биосферы, пораженную активным технологическим творчеством человека, — техносферой. В истории цивилизации техногенез — это нарождение техники, создание человеком все более совершенных способов, орудий и устройств для воздействия на окружающий материальный мир с целью получения благ. С экологической точки зрения техногенез — это последний по времени этап земной эволюции, обусловленный деятельностью человека и вносящий в биосферу вещества, силы и процессы, которые изменяют и нарушают ее равновесное функционирование. Познавать техногенез необходимо для того, чтобы разумно, рационально, на научной основе управлять этим процессом, в который мы все вовлечены.

ноосфера и техносфера — понятия близкие, непротиворечивые, диалектически связанные. Методологическим новшеством в учении Вернадского считается выведение нового параметра эволюции биосферы Земли под воздействием разума и духовного роста человека. Ученый пишет: «Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера». Но это, по его логике, не должно означать, что с появлением ноосферы отмирает биосфера как таковая или же ноосфера как новая оболочка покоится на биосферном субстрате. Это должно означать только одно: ноосфера есть стадия развитой биосферы и одновременно развитого человека.

При соотнесении понятий техносферы и ноосферы имеют место случаи их прямого уравнивания. Но это противоречит коренным началам концепции Вернадского — Ферсмана, поскольку, как они подчеркивали, современная техносфера, то есть сфера взаимодействия общества и природы, является детищем научно-технической революции (НТР), она есть явление настоящего времени, разворачивающееся на наших глазах и охватившее весь земной шар, тогда как ноосфера относится к будущему времени. Состояние человеческого общества, названное ноосферой, по мнению Вернадского, только зарождается. Его расцвет наступит лишь тогда, когда станет возможным основанное на научных знаниях сознательное управление общественными процессами и взаимодействием общества и природы в глобальном масштабе. И как ни велика роль науки и разума в этом процессе, биосфера перестраивается посредством техновещества. Именно оно является новым всепланетным телом, определяющим коренные и нередко неразумные перестройки биосферы.

Современная техносфера, или научно-техническая революция XX в., при всех ее позитивных достижениях создала ситуацию глобальной экологической катастрофы. Ее суть

5

состоит в том, что промышленное производство, удовлетворяя материальные потребности, одновременно разрушает благоприятную для существования человека как биологического вида внешнюю среду и структуру биосферы. Поэтому очевидно, что в «свою ноосферу» как будущую обитель знания Вернадский не мог допустить такую техносферу, где знания выступают против сознания и самым активным протестантом заявляется Homo sapiens faber—хозяин ноосферы.

Теория В. И. Вернадского основывается на идее преобразования биосферы через техносферу в ноосферу. Однако называть техносферу частью биосферы можно только в ограниченном смысле. Действительно, техносферу создал человек, который сам является порождением биосферы. Техносферой занято значительное пространство, принадлежавшее ранее биоте биосферы (исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов).

Человек взял под контроль и, по существу, включил в состав техносферы несколько сотен видов растений и животных, перерабатываемых и используемых в целях обеспечения своей жизнедеятельности. Но значительная часть современной техносферы — это принципиально новое, надприродное искусственное образование, генетически не связанное с законами биосферы. Поэтому кроме деления техносферы на субсферы выделяют так называемое техническое вещество — активно функционирующую часть средств производства, то есть совокупность действующих инструментов, станков, машин, механизмов, аппаратов, реакторов и т.п. А всю остальную, неактивную массу техносферы (здания, сооружения, коммуникации, скопления извлеченных пород, отходов производства и потребления, техногенные эмиссии и т. д.) обозначают как техногенное вещество. Масса техногенного вещества к настоящему времени достигла колоссальной величины и сопоставима с массой биоты биосферы.

Введение термина «техновещество» принадлежит Рудольфу Константиновичу Баландину (советский геолог и гидрогеолог, популяризатор науки, писатель). Появление техновещества он относит к событию, сопоставимому с появлением на суше крупных скоплениях растительности на границе девонского и каменноугольного периодов. Если выделяют «живое вещество» и биогенные продукты, то логично выделить «техническое вещество» и техногенные продукты. При этом разрушительная функция техновещества намного превосходит все его созидательные качества.

О правомерности сопоставления биологического и технического в их глобальной и космической сущности говорят следующие цифры Таблица 1.1 Количественное сопоставление масштабов биосферы и техносферы

Гт — гигатонна = 109 т. ЭДж — эксаджоуль = 1018 Дж.

6

Формирование техносферы как пространства искусственного материального и электромагнитного мира происходит на базе индустриализации и технико-технологической модернизации. Ускорение темпов промышленного (и на этой основе всего общественного) развития, массовое производство товаров, увеличение степени удовлетворения человеческих потребностей становятся возможными благодаря небывалому ранее совершенствованию научно-технической базы общества.

Втехносфере ускоряется ход природных процессов благодаря катализирующему действию разума и техники. Под влиянием своей деятельности человечество эволюционно движется в направлении от присваивающих технологий жизнеобеспечения (собирательства и охоты) к производящим (земледелию и ремеслу) и обрабатывающим. Этот процесс уже не остановить, так как производящие технологии повышают уровень благосостояния общества, улучшают качество жизни. Другой вопрос: как правильно с экономической, экологической, эргономической, технической, социальной, психологической и организационной точек зрения направлять их движение?

Впоследней четверти XX в. в отечественной и зарубежной научной литературе появилось понятие «техногенное общество», в котором происходит интеграция социума, биосферы и техносферы в единое целое и усиление роли техносферы в социальноприродных процессах. Техногенное общество формируется как основа искусственного земного мира, включая неживую и живую материю.

Главное, что отличает техногенное общество, — это принципиально новая система ценностей, основными среди которых становятся инновации и автономия личности.

Длительный путь к новым ценностям проходит через череду промышленных революций в наиболее развитых странах мира, оказавших определяющее влияние на состояние техносферы.

Входе первой (индустриальной) революции начал меняться вектор совокупных производительных сил общества: основную энергетическую нагрузку вместо физической силы человека и животных стала нести техника.

Д. Белл, автор известной работы «Грядущее постиндустриальное общество» (1973), определяет доиндустриальный период как «добывающий», индустриальный — как «производящий», а постиндустриальный называет «обрабатывающим», в котором обмен информацией и знаниями происходит в основном с помощью телекоммуникации и компьютеризации. Он подчеркивает, что если капитал и труд определяли образ индустриального общества, то информация и знание — постиндустриального, оказывая глубокое влияние на социальные изменения. В этот период происходят разрыв с традиционностью прошлого, демократизация общественной жизни, усиление процессов индустриализации, урбанизации и рационализации, изменение образа жизни, культуры и социальной мобильности, укрепление власти «техноструктуры» — ученых и специалистов.

Еще одной сущностной характеристикой техногенного общества является формирование «техногенной экономики», настроенной на модель «экономики знаний», в которой товары производятся исключительно индустриальным способом, где важнейшим ресурсом является информация, центральное место переходит к отраслям, производящим знания, а главным богатством становится человеческий капитал.

При этом происходит техногенная трансформация самого человека — его природные качества эволюционизируют, отдаляясь от природы. В процессе интеграции с техносферой человек превращается в био-техно-социальное существо, которое уже не способно комфортно существовать только в естественно-природной среде и для обеспечения желаемого уровня качества жизни использует в быту и трудовой деятельности разнообразные виды техники и технологий, способствующие поддержанию здоровья, получению необходимого образования, обеспечению эффективной занятости и т. д.

Современные промышленные технологии являются продуктом техногенного общества, его ноосферной составляющей. Следовательно, концептуальный подход к их изучению,

7

созданию и использованию должен основываться на знаниях генезиса, закономерностей и перспектив развития биосферы, техносферы, ноосферы, роли, возможностей и ответственности человека за последствия своих действий. Именно на этом строится логика учебной дисциплины «Промышленные технологии и инновации».

Промышленность — это квинтэссенция ноосферного развития человечества, включающая в себя весь его накопленный интеллектуальный потенциал. На создание и воплощение инновационных технологических проектов расходуются колоссальные энергетические и интеллектуальные ресурсы человечества. Поэтому закономерно, что в этот процесс вовлекается большой пласт междисциплинарных и специальных знаний, системно используемых в качестве методологии, научно-производственной основы и эмпирического фундамента.

Успешность жизненного цикла — от разработки, внедрения, активного использования (включая модернизацию и другие усовершенствования) и до утилизации — как самих технологий, так и производимых с их использованием продуктов зависит от множества факторов организационно-экономического и социально-политического характера.

Кчислу основных следует отнести:

внятную государственную инновационную стратегию и промышленную политику;

уровень организации образования, системы подготовки и мотивации кадров;

прогрессивность структуры национальной экономики, ее конкурентоспособность;

систему государственной поддержки инновационной деятельности;

развитую инфраструктуру и благоприятную среду для активной инновационной деятельности предприятий, поддерживаемую на макро-, мезо- и микроуровне;

эффективные механизмы трансфера технологий и формирования технологических платформ;

отлаженную систему управления качеством;

использование принципов бережливого производства и эргономики;

обеспечение экологической и техносферной безопасности процессов и продуктов и др.

Всвязи с этим для освоения дисциплины «Промышленные технологии и инновации» важны знания концептуальных основ таких ставших общенаучными теорий, как технология, или всеобщая организационная наука (А. А. Богданов, 1920), «Длинные волны конъюнктуры» (Н. Д. Кондратьев, 1922), кибернетика (Н. Винер, 1948), синергетика, или теория самоорганизации, и др.

Промышленные технологии непосредственно связаны с эволюцией технологических укладов. В работах современных экономистов отмечается, что на протяжении нескольких последних веков в истории технологической эволюции прошло четыре волны, каждая из которых сформировала определенный тип технологического уклада и была связана с определенными кардинальными инновациями.

Пятый уклад начал формироваться с середины 1980-х гг., и его основой стали достижения в области микроэлектроники, информатики, генной инженерии, новых видов энергии, в освоении космического пространства, спутниковой связи и др. Промышленное производство именно на этом этапе получило систему управления инновационноинвестиционной деятельностью.

Внастоящее время человечество стоит на пороге шестой технологической волны, которая базируется на развитии нанотехнологий, биотехнологий, информационных технологий и роботизированных производств.

Движение современного техногенного общества в направлении ноосферы и формирование инновационно-инвестиционных систем подтверждаются динамичным

8

развитием передовых стран мира. Современная мировая экономика устремлена к грандиозным переменам, которые нацелены на новые социальные условия грядущего общественного устройства, создание предпосылок для сбалансированного экологически безопасного взаимодействия с окружающей средой, ускорение темпов накопления человеческого капитала за счет активизации внедрения инноваций.

1.1.2. Сущность и ретроспективный анализ понятий «техника» и «технология»

В основе понятия «технология» лежит более общее и известное понятие «техника», которое является одним из самых древних, но широко распространенным сегодня.

Содержание понятия «техника» исторически трансформировалось, отражая развитие способов производства и средств труда.

Первоначальное значение слова образовано от греческого (технэ) — «ремесло, искусство, мастерство». В ремесленном производстве индивидуальное мастерство сменяется совокупностью приемов и методов, передаваемых из поколения в поколение.

Затем смысл понятия «техника» расширился и в период развития машинного производства приобрел значение средств труда, системы орудий и машин, включая различные приспособления, обслуживающие их, а также все материальные условия, необходимые для осуществления процесса производства.

Позднее понятие «техника» переносится на изготовляемые материальные объекты, которые используются как в самом процессе производства, так и в быту, удовлетворяют различные потребности человека и ведут к переменам в материальном мире.

Техника (в отличие от природных объектов, которые человек вовлекает в сферу своей жизнедеятельности) относится к группе искусственно созданных объектов. Техника возникла вместе с появлением человека (Homo sapiens) и долгое время развивалась независимо от всякой науки. В античности понятие «технэ» включало и технику, и техническое знание, и искусство, но не включало теорию. В античной культуре наука и техника рассматривались как принципиально различные виды деятельности. Поэтому у древнегреческих философов, например, Аристотеля нет специальных трудов о «технэ».

Одним из первых технических устройств, имевших революционное значение для развития техники, является колесо, усовершенствование которого происходит и по сей день.

Изобретение колеса способствовало развитию ремесел: колесо использовалось в гончарном круге, мельнице, прялке, токарном станке; в ирригационных сооружениях, на мануфактурных фабриках, рудниках и т. п. применялись водяные колеса. Появление колеса дало толчок развитию науки в целом, ее отдельных направлений и проблем (например, изучению силы трения и др.), техническому оснащению исследовательской деятельности.

Рисунок 1.1. Одно из первых колес из дерева и металл

Так, например, оно используется в астролябии и других научных инструментах. В механике широко применяется зубчатое колесо.

Длительное время понятие «техника» рассматривалось в двух основных значениях:

9

как совокупность средств, создаваемых для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества, как искусственная материальная система, назначение которой — полная или частичная замена производственных функций человека с целью облегчения труда и повышения его производительности;

как совокупность приемов и правил выполнения чего-либо или система действий, посредством которых выполняется определенная программа работ и достигается задуманный результат.

По существу, второе значение по своему содержанию соответствует общим представлениям о понятии «технология», которое длительное время не выделялось как самостоятельное.

Немецкий экономист, историк и социолог Вернер Зомбарт (18631941) писал: «Под техникой в более широком смысле мы понимаем все способы действия, которыми человек пользуется для достижения намеченных целей, а в более узком смысле — целесообразное использование вещественных предметов: в этом случае я говорю об

инструментальной технике, и о ней одной может идти здесь речь... если инструментальная техника служит для производства благ, то она является производственной техникой; если же с ее помощью должны быть перемещаемы люди, блага или известия, то она — транспортная техника».

Таким образом, вся техника с позиции ее применения подразделялась на три группы:

инструментальную;

производственную;

транспортную.

Расширение производства и потребления товарных благ, в свою очередь, ускоряло рост населения. Как отмечает В. Зомбарт, техника привела не к «увеличению цифры рождаемости», но исключительно к уменьшению смертности, достигаемому главным образом за счет двух важных факторов: усовершенствований в области гигиены, врачебной техники, борьбы с эпидемиями и улучшения производственной, особенно транспортной, техники, снижения физических нагрузок и травматизма.

Вработах выдающегося русского ученого Петра Климентьевича Энгельмейера понятие «техника» употребляется и анализируется в самом широком смысле; сюда входят, (цитата):

«во-первых, все прикладные науки, - прикладная механика, физика, химия, во-вторых, так называемые дисциплины, - технология, архитектура, искусство инженерных построек, в-третьих, все ремесла, в- четвертых, технология сельского хозяйства. Вся совокупность этих знаний

иумений...».

Вприведенной цитате присутствует слово «технология», появление которого в России зафиксировано автором 1862 г. Он отмечает, что «технология в свое время вышла за пределы элементарной техники, то есть ремесла», но еще долгое время использовалась в качестве составной части техники.

Термин «технология» впервые появился в Европе в начальный период промышленной революции. В конце XVIII в. в общей системе знаний о технике стали различать традиционный описательный раздел и новый, нарождающийся, получивший название «технология». Автором этого термина считается немецкий ученый Иоганн Бекман (17391811): так он назвал научную дисциплину, которую читал в германском университете (г. Геттинген) с 1772 г. В 1777 г. он опубликовал работу под названием «Введение в технологию». В ней он отмечал: «Обзор изобретений, их развития и успехов в искусствах и ремеслах может называться историей технических искусств; технология, которая объясняет в

10