книги / Менеджмент и маркетинг

основа экономической организации. К ней приспосабливаются фирмы. Развитие экономики на основе нововведений принимает циклический характер.

Инновации свойственны как динамический, так и статический аспекты. В последнем случае инновация представляется как конечный результат научно-исследовательского цикла.

Сегодня мир переходит к шестому технологическому укладу, рассчитанному на 50–60 лет XXI века. Россия в настоящее время находится на третьем, четвертом и первых этапах пятого технологического уклада, который связан с предприятиями высокотехнологичного военнопромышленного комплекса.

К шестому технологическому укладу относят нанотехнологии, биотехнологии, информационно-коммуникационные технологии, технологии новых материалов. Развитие этого уклада в мире наблюдается уже в течение 15–20 лет, еще через 15 лет благодаря новым достижениям ожидаются радикальные перемены в экономической и социальной сферах. К 2020–2025 годам произойдет новая научно-техническая, технологическая революция, основой которой станут разработки, синтезирующие достижения сферы базовых технологий по названным направлениям. Страны мира серьезно оценивают, взвешивают, анализируют эту ситуацию, и многие из них приняли стратегии развития до 2030 года, а некоторые − до 2050 года. Учет достижений пятого и шестого технологических укладов характерен для стратегии развития науки США, Европейского союза, Японии, Южной Кореи.

Что же касается рынка высокотехнологичной продукции, то можно просчитать его перспективы. Так, если соотнести мировой рынок высоких технологий (порядка 3 трлн долл.) и рынок энергетических ресурсов (700 млрд долл.), то разница будет чуть больше чем в 4 раза. В течение ближайших лет (до 2020 года) ожидается прогнозный рост объема рынка высокотехнологичной продукции до 10–12 трлн долл. Следовательно, если сегодня соотношение высокотехнологичного и энергосырьевого рынков 4:1, то в последующем произойдет масштабное изменение и соотношение станет 10:1. Вот почему развитые страны ориентируют свои стратегии прежде всего на освоение мировых сегментов рынка высоких технологий. Именно поэтому экономика знаний является сегодня ключевой в стратегиях, а для нашей страны это вызов времени.

11

По данным Российской академии наук, существуют два сценария развития России: инерционный и инновационный.

Сегодня реализуется инерционный вариант развития. К 2030 году структура экономики России, по экспертным оценкам, продолжит «сползать» в сторону сокращения высокотехнологичной сферы – в противоположную сторону от той экономики знаний, о которой все сегодня говорят. По мнению специалистов, с такой структурой экономики страна существовать не может. Следовательно, единственно возможный базовый вариант − вариант инновационного развития. Инновационный сценарий предполагает более сбалансированную, гармоничную структуру экономики.

Исходя из двух сценариев, представленных на рис. 1.2, можно констатировать, что инновационный путь действительно гармонизирует совокупную мощь России, но останется большая, системно очень сложная проблема – демографическая. Сегодня немного повысилась рождаемость, но это ненадолго. К 2025 году демографы прогнозируют сокращение численности работоспособного населения на 17 млн и рост количества пенсионеров на 9 млн.

Рис. 1.2. Инновационный и инерционный сценарии

Прогноз, который составляла Российская академия наук по указанию Президента России, позволил сделать вывод, что в стране действительно есть результаты мирового и выше мирового уровня. В России по состоянию на 2008 год есть исследования и разработки в области критических технологий, которые являются прорывными практически по всем направлениям шестого технологического уклада. Именно иссле-

12

дования и разработки нужно сделать приоритетными, обеспечить кадровыми, финансовыми, организационными ресурсами, чтобы не тратить силы на развитие направлений, по которым в мире ушли уже слишком далеко относительно нашего уровня, и заимствовать мировые достижения.

Анализируя структуру и основные отрасли российской экономики по степени конкурентоспособности на мировом рынке, можно прийти к выводу, что имеется шанс осуществить технологический прорыв (возможности по занятию значимой доли на мировом рынке – 10–15 %) в области авиастроения, ядерной энергетики, ракетно-космических систем и отдельных сегментов рынка наноиндустрии, где у нас есть серьезные научно-технологические заделы и существует некий технологический паритет, а не отставание от мирового уровня.

Необходимо реализовать модель стратегии инновационного развития, где все ресурсные возможности (кадровые, финансовые, матери- ально-технические) должны быть сфокусированы на инновационной структуре развития. К таким инновационным структурам относятся Российская академия наук и другие академии, вузовская наука, высокотехнологичный комплекс. Задача состоит в том, чтобы полученные научные результаты довести до серийной продукции, выйти на внутренний и внешний рынки.

Рассматривая модель инновационного развития России до 2030 года, надо подчеркнуть, что сейчас необходимо создать и реализовать национальные программы по таким базовым направлениям, как нано- и биотехнологии, информационно-коммуникационные технологии. Первые шаги пока сделаны в развитии нанотехнологий. По экспертному заключению бюджет программ 19–23 млрд долл. Чтобы создать действительно новую экономику, нужно обеспечить достижение синергетического эффекта от реализации упомянутых национальных программ со стратегией развития секторов российской экономики: потребительского, высокотехнологичного, минерально-сырьевого, топливно-энергетичес- кого и инфраструктурного. Минерально-сырьевой комплекс России – это ее энергетическое проклятье, а стране жизненно необходим высокотехнологичный сектор. Сырьевой комплекс, безусловно, также необходимо развивать, но только на инновационной основе. Разработка, разведка, добыча, переработка минерально-сырьевых ресурсов − важнейшие задачи инновационной стратегии развития России. Это же от-

13

носится и к потребительскому, и к инфраструктурному комплексу. Таким образом, для успешного осуществления инновационной стратегии развития России необходима реализация национальных программ и национальных проектов по секторам экономики (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Модель инновационного развития России до 2030 года

Рассматривая инновационное развитие России, необходимо реализовать такую стратегию развития, при которой все ресурсные возможности сфокусированы на инновационной структуре развития: кадровые, финансовые, материально-технические. Сейчас России предстоит решить задачу перехода к шестому технологическому укладу. Шестой уклад – это вложение в человека, это новое природопользование, новая медицина.

В.В. Путин на заседании Совета при Президенте РФ по науке, технологии и образованию (ноябрь 2007 года) сказал: «Будущее фундаментальной науки напрямую зависит от ее способности обеспечить инновационный рост в стране. Наука должна занимать главное место, потому что она обладает возможностью накапливать научный потенциал».

14

1.1. Классы новых материалов

Необходимыми элементами нашей повседневной жизни являются транспорт, жилища, средства связи, отдых, производство пищи, и все они в определенной степени зависят от выбора подходящих материалов. С исторической точки зрения развитие и успехи общественного строя неразрывно связаны с возможностями людей производить и перерабатывать материалы для удовлетворения существующих потребностей. Как только предок первобытного человека спустился с дерева и взял в руки палку или камень, одной из первых его мыслей стала мысль о функциональных возможностях орудия, появившегося в его руке. А функциональные возможности орудия определяются, прежде всего, свойствами материала, из которого оно сделано, поэтому дальнейшее развитие человека стало невозможным без создания новых материалов, обладающих рядом специальных свойств, которые нужны человеку.

Ранние цивилизации даже определялись по названиям материалов, которые люди научились использовать: каменный век, бронзовый век, железный век.

На ранних этапах человеческого существования люди использовали крайне ограниченное число материалов. Это были, естественно, материалы, имеющиеся в природе: камни, дерево, глина, шкуры животных и т.п. Со временем люди научились производить материалы, по свойствам превосходящие природные продукты. Это были такие новые материалы, как керамика и различные металлы. В дальнейшем было обнаружено, что свойства материалов могут видоизменяться в результате термической обработки или добавления к ним различных субстанций. Ученые обнаружили, что существует соответствие между структурными элементами, составляющими материал, и им самим. Эти знания стали доступными примерно 100 лет назад и в значительной степени были обусловлены тем, что люди научились оценивать характеристики материала и появились десятки тысяч различных материалов с весьма специфическими свойствами, что позволило удовлетворять самые сложные потребности современного общества. К числу материалов, используемых в наши дни, относятся металлы, полимеры, стекла, тугоплавкие соединения, композит, волокна.

Успехи современных технологий, которые сделали наше существование столь комфортным, связаны с тем, что стали доступными под-

15

ходящие материалы. Успехи в понимании того, чем определяется тип материала, зачастую предшествуют развитию новых технологий. Во многих случаях задача состоит в том, чтобы выбрать подходящий материал из многих тысяч, имеющихся на рынке. Существует несколько критериев, на основании которых следует делать окончательный выбор. Прежде всего необходимо четко охарактеризовать условия применения изделия, поскольку именно они определяют необходимые свойства материала. Лишь в очень редких случаях существует материал, который в максимальной степени или идеально отвечает предъявляемым требованиям, поэтому зачастую приходится пренебрегать одними характеристиками материала по сравнению с другими, более важными. Классический пример – это требования по прочности и пластичности. Обычно материал, обладающий очень высокой прочностью, оказывается недостаточно пластичным. Во всех таких случаях следует приходить к разумному компромиссу между двумя или большим количеством необходимых свойств.

Основными областями применения новейших материалов в последнее время являются энергосберегающие процессы, охрана окружающей среды, новые методы передачи информации, ядерная энергетика, космические аппараты, биотехнологии и т.д.

Все материалы в зависимости от применения можно разделить на две группы:

1)связанные с использованием специальных свойств и сфер применения – превращение и передача энергии или информации, ферромагнетики, фоторезисторы, материалы с высоким электрооптическим коэффициентом, сенсорные материалы, высокотемпературные материалы и т.д.;

2)конструкционные материалы и материалы потребительских то-

варов.

Материалы первой группы производятся в относительно малых количествах, цена их на единицу веса высока, области применения достаточно узкие. Материалы второй группы – материалы широкого рынка, производятся в больших количествах, относительно дешевы. Успешное применение новых материалов обеспечивается лишь благодаря тесной связи производителя и потребителя, т.е. согласованию фактических свойств, эксплуатационных условий и цены.

16

PNRPU

Развитие новых технологий, в том числе нанотехнологий и наноматериалов, определяет сегодня будущее стран, также как и наличие природных ресурсов.

Множество различных материалов используется в строительстве, производстве машин, приборов и оборудования. Строго подсчитать их число практически невозможно, потому что непрерывно создаются новые и прекращается применение устаревших. Часто эти материалы, называемые конструкционными, имеют узкофункциональное назначение: металлы с особыми электрическими и магнитными свойствами, демпфирующие, с памятью формы и др. Конструкционные материалы характеризуются двумя главными параметрами – прочностью и пластичностью (вязкостью). Первый обеспечивает в основном надежность работы материала, второй – его способность

кформообразованию.

Всовременной технике используются четыре вида конструкционных материалов: металл, керамика, композиты и полимеры. Все они имеют качественные характеристики, открывающие возможность широкого применения в конструкциях. Однако уровень и соотношение прочности и пластичности ограничивают сферу их использования (рис. 1.4). Например, из керамики, обладающей высокой прочностью, но низкой нормализованной вязкостью, трудно делать детали, работающие на растяжение. Очень хорошие главные характеристики у полимеров. Однако такие их свойства, как низкая конструктивная жесткость (особенно в тонких сечениях), сравнительно узкий температурный интервал сохранения прочности, отсутствие методов регенерации (утилизации) отходов, сужают сферу их применения. Композиционные материалы можно создавать практически с любыми заданными свойствами, но они только начинают входить в конструкторский арсенал.

Металлы и сплавы (на основе железа, алюминия, титана и др.) охватывают огромный диапазон прочности и пластичности, что и предопределяет их широчайшее использование в конструкциях. К тому же металлические материалы отличаются от современных керамических и композиционных низкой стоимостью. Удельная энергоемкость производства даже высококачественной нержавеющей стали почти в пять раз меньше, чем у известных углепластиков. Еще одно достоинство большинства металлических материалов – возможность их многократ-

17

ной регенерации. Таким образом, хорошие конструктивные свойства, низкие удельная энергоемкость и цена долго будут определять приоритет металлов и сплавов. Однако наука может многое изменить.

Рис. 1.4. Области пластичности и вязкости современных конструкционных материалов: Е – модуль упругости; σВ – предел прочности; G – вязкость разрушения; А − атомный радиус

В странах СНГ металлы (сталь, алюминий, титан) составляют

вконструкциях 95–96 %; в США, Японии и европейских государствах – 90–92 %, там большее распространение получили полимеры.

Большинство применяемых сегодня материалов производится такими способами, как плавка и литье. В то же время важное место

всоздании и производстве новых материалов занимает порошковая технология, составляющими которой являются порошковая металлургия и металлургия гранул.

18

1.2. Материалы, используемые

ввысокотехнологичных изделиях

Прогрессивные материалы

Под высокими технологиями обычно подразумевают устройства или изделия, работа которых основана на использовании сложных современных принципов. К числу таких изделий относится различное электронное оборудование, в частности цифровые видео- и аудиокамеры, CD/DVD-проигрыватели, компьютеры, оптико-волоконные системы, а также космические спутники, изделия аэрокосмического назначения и ракетных технологий. Материалы, которые предназначены для использования в высокотехнологичных изделиях (хай-тек), иногда условно определяют термином «прогрессивные».

Прогрессивные материалы, по существу, представляют собой обсуждавшиеся выше вещества, но с улучшенными свойствами, а также новые материалы, обладающие выдающимися характеристиками. Эти материалы могут быть металлами, керамикой или полимерами, однако их стоимость обычно очень высока. К числу прогрессивных материалов также относятся полупроводники, биоматериалы и вещества, которые мы называем «материалами будущего». Это так называемые «умные» материалы и изделия нанотехнологий, которые предназначены, например, для изготовления лазеров, интегральных схем, магнитных хранителей информации, дисплеев на жидких кристаллах и оптических волокон.

Полупроводники по электрическим свойствам занимают промежуточное положение между электропроводящими материалами (металлами и металлическими сплавами) и изоляторами (керамикой и полимерами). Кроме того, электрические характеристики полупроводников крайне чувствительны к присутствию минимальных количеств посторонних атомов, концентрацию которых необходимо контролировать вплоть до уровня очень малых областей. Создание полупроводниковых материалов сделало возможной разработку интегральных систем, которые произвели революцию в электронике и компьютерной технике (даже если не упоминать изменения в нашей жизни) в течение трех последних десятилетий.

19

Биоматериалы

Биоматериалы используют для создания имплантатов для тела человека, которые призваны заменить больные или разрушенные органы или ткани. Материалы этого типа не должны выделять токсичных веществ и должны быть совместимыми с тканями человека (т.е. не должны вызывать реакции отторжения). Все перечисленные типы веществ – металлы, керамика, полимеры и полупроводники – могут быть использованы в качестве биоматериалов. В качестве примера можно привести некоторые биоматериалы, которые применяют для изготовления искусственных тазобедренных суставов.

Материалы будущего

«Умными» (или интеллектуальными) материалами называют группу новых искусственно разрабатываемых веществ, которые оказывают существенное влияние на многие современные технологии. Определение «умные» означает, что эти материалы способны чувствовать изменения в окружающей среде и отзываться на эти изменения заранее определенным образом – качество, присущее живым организмам. Концепция «умных» материалов также была распространена на сложные системы, построенные как из «умных», так и традиционных веществ.

Вкачестве компонентов умных материалов (или систем) могут использоваться некоторые типы датчиков (распознающих входящие сигналы), а также исполнительные системы (активаторы), играющие роль отвечающих и адаптивных устройств. Последние могут использоваться для изменения формы, положения, собственных частот или механических характеристик как ответа на изменение температуры, интенсивности освещенности, напряженностиэлектрическогоилимагнитногополей.

Вкачестве активаторов обычно используют материалы четырех типов: это сплавы с памятью к изменению формы, пьезоэлектрические виды керамики, магнитострикционные материалы и электрореологические/электромагнитные жидкости.

Сплавы с памятью – это металлы, которые после деформирования возвращаются в исходную форму, если изменилась температура.

Пьезоэлектрические виды керамики расширяются и сжимаются

вответ на изменение электрического поля (или напряжения); если же их размеры изменяются, то это приводит к возбуждению электрического сигнала. Поведение магнитострикционных материалов аналогично реакции пьезоэлектриков, но только как реакция на изменение магнит-

20