Глава 12. Критические технологии
следовательно, традиционные численные методы решения задачи о выборе технологии в данном случае неприемлемы. Кроме того, в описание способов, которые изложены в патентах, могут быть не включены некоторые критерии оценки. Для работы в условиях такой неопределенности и нехватки данных в данном случае применены методы нечеткой логики10.
Такие системы (fuzzy logic) работают с нечеткой информацией и при недостатке исходных данных на основе особых правил. Подобные системы имитируют механизм рассуждений и способ действий опытного специалиста, хорошо знающего специфику управления объектом. Оператор (специалист, эксперт) не всегда может формально описать процесс принятия того или иного решения. Решения, принимаемые человеком, всегда имеют некоторую степень неопределенности. Задачи, решаемые человеческим мозгом, определяются некоторой «допустимой» неточностью и кодируются элементами нечетких множеств. Таким образом, из всех входных параметров отбирают только необходимые для решения поставленной задачи. Такой подход применяют в системах нечеткой логики.
Характеристики, которыми оперирует система нечеткой логики вместо числовых значений, представляют собой словесные выражения, например, «высокая фреттинг-стойкость». Такие характеристики называют лингвистическими переменными. Лингвистические переменные характеризуются термами (terms) – сжатыми словесными описаниями: «большая», «средняя» и т.д. Различные модели систем нечеткой логики могут содержать разные термы. В данной методике выбора критических технологий свойства и характеристики покрытий, например «твердость», «адгезия», «себестоимость» приняты как лингвистические переменные.
Каждый из термов обозначает собой некоторое нечеткое подмножество в составе полного множества значений выбранной переменной Хi (см. рис. 12.16). Применение формального подхода к объектам предполагает дискретность их описаний, например, логические утверждения могут быть либо абсолютно истинными, либо – ложными. С точки зрения нечеткой логики могут быть и промежуточные значения. Все эти значения образуют нечеткое множество в соответствии с функцией принадлежности – µ i(x).
Система нечеткой логики состоит из следующих подсистем:
−блок фаззификации – преобразует численные входные параметры Хi в лингвистические переменные с соответствующей функцией
принадлежности µ i(x). Словесные описания принимаются с максимальной функцией принадлежности;
−база правил содержит предикаты вида «если то»;
10Интеллектуальные системы управления с использованием нечеткой логики / В. И. Васильев, Б. Г. Ильясов. Уфа, 1995. 80 с.
311
Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ
−механизм вывода использует базу правил и предназначен для построения функции принадлежности выходного нечеткого множества на основе метода «максимума-произведения» или «максимума – минимума».
Рис. 12.16. Функция принадлежности нечеткого множества
Блок дефаззификации служит для перехода от полученного нечеткого множества к одному четкому значению выходного параметра u (такой процесс называется дефаззификацией). Наиболее часто для получения выходных параметров используют метод центра тяжести.
Структура модуля нечеткой логики представлена на рис. 12.17. Блок фаззификации преобразует численные входные параметры Хi в лингвистические переменные с соответствующей функцией принадлежности µ i(x). Словесные описания принимаются с максимальной функцией принадлежности. Для описания лингвистических переменных используется семь термов. База правил содержит предикаты следующего вида: «если себестоимость низкая и
равномерность по толщине высокая, то покрытие высокой эффективности».
База правил первоначально пополняется экспертами, а впоследствии – самой системой, для чего может быть использована искусственная нейронная сеть. Сказанное позволяет внести в систему элемент самообучения и адаптации к новым параметрам.
Рис. 12.17. Структура модуля нечеткой логики
Глава 12. Критические технологии
Построение функции принадлежности выходного нечеткого множества механизмом вывода производится на основе метода «максимума – мроизведения». Выходным параметром u системы служит эффективность покрытия. Для построения блока дефаззификации выбран метод центра тяжести.
Анализ патентной статистики нередко осложнен различиями в методиках исследований и проведения экспериментов различных специалистов. Технологи, проектируя покрытия для электронной промышленности, оперируют одними величинами, а для химической – несколько иными. Описания способов нанесения покрытий могут содержать различные комбинации свойств, таких как адгезия, неравномерность по толщине, трещиностойкость, пористость и т.п. При выборе наиболее подходящей технологии необходимо, чтобы способы получения покрытий были описаны сходными совокупностями признаков.
Модули пакета прикладных программ для ЭВМ, работающие на основе использования рассмотренных выше моделей и правил, используя базу данных технологических способов обработки, позволяют в диалоговом режиме выбирать технологии нанесения покрытий, которые необходимы:
−конструктору для формирования технических требований к покрытиям ответственных деталей машин, долговечность которых определяет ресурс и надежность работы изделия в целом;
−технологу для выбора или типовых технологических процессов нанесения покрытий (если известны высокие технологии в данной области, удовлетворяющие техническим требованиям конструкции) или выполнения опытно-технологических работ и/или НИОКР по созданию новых технологических процессов (критических технологий) и средств технологического оснащения, необходимых для принципиального повышения долговечности и надежности изделий с помощью этих способов.
***
313
Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ
Выводы
1.Критическая технология – это принципиально новая технология, которая обеспечивает замену высокой технологии и смену поколения техники и/или технологии. В этот момент начинает формироваться новая S-образная кривая развития, но не на основе старого способа, метода или технологии, а на совершенно новых принципах. Таким образом, при достижении предела в развитии высокой технологии возникает «кризис» (от гр. crisis – поворотный пункт, исход, решение) в развитии технологии на данной S-образной кривой. 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 и называется «критической технологией».
2.В настоящее время для разработки критических технологий на основе использования морфологического или комбинаторного анализа совместимых физических операций (закон Ома, оптикоакустический эффект, электрогидравлический удар, акустомагнитоэлектрический эффект, автоэлектронная эмиссия,
адиабатическое размагничивание, инверсия магнитного поля
ит.д.) эффекты систематизированы в виде модулей. Это позволяет разрабатывать различные совмещенные схемы для моделирования новых принципиальных схем образцов техники
итехнологий, выполнять их структурный и функциональный анализ с целью поиска существенно отличающихся концепций и возможностей создания пилотных проектов – опытных экземпляров принципиально новых изделий и критических технологий для их постановки на производство.
3.Для выполнения НИОКР или опытно-технологических работ по созданию критических технологий или принципиально нового технологического оборудования с использованием искусственных нейронных сетей в сочетании с другими средствами искусственного интеллекта по данным патентной статистики можно осуществлять классификацию и группирование технологий (способов или методов обработки), выявить тенденции развития анализируемых технологий во времени для прогнозирования развития новых способов (методов) обработки
ивыбрать наилучшие технологии.
Глава 12. Критические технологии
Вопросы для самоконтроля
1.Какие вы знаете современные парадигмы развития критических технологий?
2.Какие вам известны кластеры критических технологий машино- и приборостроения?
3.Какие вы знаете принципы физического моделирования критических технологий?
4.Какие вы знаете упрощенные методы определения областей сосуществования высоких и критических технологий?
5.Какие вы знаете примеры сопоставительного анализа областей сосуществования высоких и критических технологий?
6.Как определить области сосуществования высоких и критических технологий по данным патентной статистики?
7.Какие Вы знаете примеры использования средств искусственного интеллекта для выбора критических технологий по данным патентной статистики?
8.Какие искусственные нейронные сети можно использовать для анализа данных патентной статистики и первичного выбора основных направлений НИОКР и/или опытно-технологических работ?
9.Какие дополнительные средства искусственного интеллекта могут быть использованы для выполнения опытнотехнологических работ?
315
Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ
Глава 13. Высокие технологии
13.1. Основные сведения о высоких технологиях
Ранее уже было отмечено, что высокие технологии находятся в верхней части S-образной кривой развития технологии данного принципа действия. По мере развития технических систем во времени характеристики (показатели) техники и технологии непрерывно улучшаются за счет изобретательской, рационализаторской деятельности и проведения НИОКР, что приводит к продвижению данной технологии вверх по S-образной кривой в область так называемых «высоких технологий», рис. 13.1.
Рис.13.1. Закономерности развития высоких технологий
В настоящее время известно много концепций1 создания высоких технологий, но единой теории в данной области развития инноватики пока нет.
***
1 Высокие технологии / Е. А .Бельтюкова, Е. Н. Никулин, А. С. Панфилов и др. М:Гелиос АРВ, 2004. 189 с.
Глава 13. Высокие технологии
Справочные данные. Действительно, результатами таких разработок заполнены многие рекламные материалы. Приведем только несколько примеров:
−в BMW теории высоких технологий воплотились на практике;
−микроволокно – продукт высоких технологий;
−высокие технологии создания металлокерамических узлов;
−теория решения изобретательских задач – ваша высокая технология работы головой;
−применение высоких технологий в области информационной безопасности;
−высокая технология упрочнения металлических сплавов;
−интеграция высоких информационных технологий изменила способы ведения бизнеса и т.д.
***
Еще несколько десятилетий назад технологические нововведения, высокие технологии рассматривались только как важные элементы производственных инфраструктур. В настоящее время ситуация изменилась решительным образом – высокие технологии, наряду с критическими технологиями превратились в стратегический фактор научно-технического, экономического и социального развития. Теории, основанные на высоких технологиях, становятся решающими элементами геополитического статуса ведущих государств и систем их национальной безопасности.
Эмпирические наблюдения и анализ статистических данных показывают, что развитые государства весьма часто обеспечивают свой экономический рост за счет высоких технологий. Этот факт является следствием синергетического2 управления конкурентоспособностью продукции, персонала, производства, организаций, регионов и стран не только по факторам снижения себестоимости или цены, но и роста качества и/или технического уровня.
Такое сочетание взаимодействий в инновационной экономике стало возможным благодаря обеспечению целенаправленной ориентации науки и техники на конечный результат, что нашло реальное воплощение в различных высоких технологиях: генной инженерии, биотехнологии, технической микробиологии, информа-
2 От гр. synergeia – совместное действие в одном направлении, в котором суммарный эффект превышает действие каждого фактора в отдельности.
Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ
ционных технологиях, мехатронных технологиях, технологиях управления инновационными проектами3.
Технология, как уже было отмечено, – это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, в результате которых происходит качественное изменение обрабатываемого объекта, а также сами указанные процессы. Таким образом, высокие технологии необходимо рассматривать с разных точек зрения: не только как высокие технологические знания о способах и средствах проведения производственных процессов, воплощенных в конкурентоспособной технике, но и как технологические процессы, в которых воплощены новейшие научнотехнические достижения, обеспечивающие одновременно и высокий технический уровень, и наименьшие затраты. Рассмотрим более подробно пути реализации такой концепции в ходе решения задач технологического перевооружения производства, ориентированного на организацию производства новых изделий, которые являются элементом высоких технологий у потребителя данной продукции. Для производства таких предметов или средств труда также необходимы высокие технологии, создание которых обеспечивают проектные, перспективные и директивные технологические процессы сферы производства.
13.2. Разработка проектных технологических процессов
Цели, задачи и отличия проектных4 (перспективных, директивных, см. рис. 13.2) технологических процессов, которые позволяют в технологической части проекта технического перевооружения, обеспечивающего постановку на производство новой конкурентоспособной техники (продукции, изделий), должны отвечать на главные вопросы технологической подготовки производства новой продукции.
3Внедрение, консалтинг, трансферт, технологический аудит, тренинг или подготовка кадров, инкубация малых внедренческих предприятий.
4Комплект проектной технологической документации предназначен для применения при проектировании или реконструкции предприятия. Рабочие технологические процессы, т.е. технологические процессы, выполняемые по рабочей технологической и (или) конструкторской документации, в ходе реконструкции и (или) технического перевооружения должны пересматриваться и замещаться новыми, более прогрессивными технологиями.
Глава 13. Высокие технологии
Задание на разработку
Перспекти |
нет |
Дирек- |
нет |
|
|
|
вный ? |
|
тивный ? |
|
да |
|
да |
|
Системный
Выбор способа
анализ
модификации
техпроцесса
Построение |
|
|
|
|
|
|
|
|
Модификация |
|
математической |
|
|
|
|
|
|
структуры |
|
модели техпроц. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчет |
|
Ввод в ЭВМ |
|
|
|
параметров |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание |
|
|
|
|
Структурная |
|
|
|
|
нет |
Уточнение |
|
|
оптимизация |
|
|
|
|
выполняется? |
|
задания |
|
|
техпроцесса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
да |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Комплект ТД |
|
|
|
|
Разработка ком- |
|
|
|
|
|
|
|
|
плекта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
проектной ТД |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условные обозначения: ТД – технологическая документация Рис. 13.2. Информационно-функциональная схема проектирования технологических процессов
Ктаким главным вопросам обычно относят обоснования:
−новых технологических решений, методов или способов;
−механизации и автоматизации технологических процессов;
−состава применяемого и нового технологического оборудования,
втом числе импортного;
Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ
−применения малоотходных и безотходных технологических процессов;
−использования более прогрессивных транспортно-технологических схем перемещения тарно-штучных грузов;
−новых методов технического контроля и испытаний изделий;
−минимизации отходов производства и выделения вредных веществ;
−определения состава производственных процессов по утилизации отходов и т.д.
Кроме того, комплект проектной технологической документации,
перспективные и директивные технологические процессы (рис. 13.2), должны способствовать компетентным ответам и на другие важные вопросы:
−о расчете топливно-энергетического и материального балансов технологических процессов;
−об оценке потребности в основных видах ресурсов для технологических нужд;
−о величинах трудоемкости, станкоемкости и ремонтоемкости производства;
−о расчетах количества единиц оборудования, площадей, числа работающих;
−о выполнении чертежей технологических компоновок производственных подразделений (участков, отделений, цехов, корпусов) и планировок технологического оборудования.
Ответы на поставленные задачи можно найти на различных этапах и стадиях разработки комплектов технологической документации перспективных5 и директивных6 технологических процессов.
В разработках таких технологических процессов нередко используют методы структурной и параметрической оптимизации
5Перспективный технологический процесс – это технологический процесс, соответствующий современным достижениям науки и техники, методы и средства осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии.
6Комплект директивной технологической документации – это совокупность комплектов документов на отдельные технологические процессы, которые необходимы и достаточны для проведения предварительных укрупненных инженерно-технических, организационноэкономических или технико-экономических обоснований, при принятии решения по постановке новых изделий на производство применительно к условиям конкретного предприятия.
