Инноватика

Раздел V. ИННОВАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Глава 16. Научно-исследовательские и опытноконструкторские работы

16.1.Научно-исследовательские работы

Вдефинициях инноватики уже было отмечено, что с помощью инноватики наука оказывает прямое воздействие на все сферы человеческой деятельности в единой цепочке преобразования научных знаний в определенные ценности: фундаментальные исследования → поисковые научно-исследовательские работы (НИР)

→прикладные НИР → прикладные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) → технологии → производство → рыночная реализация. В данной главе мы рассмотрим только начальные стадии данного процесса, связанные с научной или научно-исследовательской деятельностью.

Научная деятельность направлена, как правило, на получение и применение новых знаний в области фундаментальных, прикладных научных исследований и экспериментальных разработок, которые в конечном счете должны обеспечивать их использование для решения технологических, экономических, социальных, инженерных, и гуманитарных проблем, обеспечивая функционирование науки, техники и производства как единой системы.

Фундаментальные научные исследования включают не только теоретическую, но и экспериментальную деятельность для получения новых знаний об основных закономерностях строения, функционирования и развития человека, общества и окружающей их природной среды. Прикладные научные исследования, в отличие от фундаментальной науки, имеют объекты и предметы исследований в области получения и применения новых знаний для решения как технологических или других инженерных проблем, так и экономических, социальных, гуманитарных и иных задач. И фундаментальные, и прикладные НИР основываются чаще всего на экспериментальных разработках, т.е. деятельности, которая базируется на новых знаниях и передовом опыте проведения научных исследований для создания новых материалов, продуктов, процессов, устройств, услуг, систем или методов их дальнейшего совер-

471

Глава 16. Научно-исследовательские т опытно-конструкторские работы

шенствования. В результате такой деятельности получают новые не только научные, но и технологические (технические) результаты, предназначенные для реализации в сфере общественного производства.

Фундаментальная наука при этом является основой, основанием или опорой для всех остальных видов научной (научноисследовательской и научно-технической) деятельности.

***

Справочные данные. Кратко охарактеризовать современное состояние приоритетных направлений фундаментальных наук можно с помощью следующего сжатого аналитического обзора, в котором наглядно просматриваются не только теоретические результаты фундаментальной науки, но и ее прикладные продолжения в научно-технической и инновационной деятельности в прорывных областях обеспечения конкурентоспособности.

Физико-математические науки. Они объединяют исследования и разработки не только в развитии «классических» областей математических знаний: алгебры, теории чисел, математической логики, геометрии и топологии, математического анализа, дифференциальных уравнений и математической физики, теории вероятностей и математической статистики, вычислительной математики. Без таких знаний, как известно, не могут обходиться большинство серьезных научно-исследовательских работ.

Наряду с названными фундаментальными исследованиями математического профиля можно назвать также фундаментальные проблемноориентированные НИР по математике. К ним можно отнести: математическое моделирование, параллельные и распределенные вычисления, дискретную математику, теоретическую информатику, системное программирование, информационные системы. Результаты названного перечня фундаментальных НИР чрезвычайно актуальны для обеспечения выполнения прикладных научноисследовательских работ по созданию критических, т.е. прорывных технологий, ориентированных на инновационную деятельность:

−высокопроизводительных вычислительных систем;

−информационной интеграции и системной поддержки жизненного цикла продукции (CALS-, CAD-, CAM-, CAE-технологий);

−развития технологий современных информационно-телекоммуни- кационных систем;

−создания средств искусственного интеллекта.

Фундаментальные научно-исследовательские работы по физике так же, как и по математике, не являются абстрактными, оторванными от жизни исследованиями: они все больше ориентируются на поддержку прикладных НИР путем разработки проблем:

472

Раздел V. ИННОВАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

−физики конденсированных сред: структурных исследований конденсированных сред; магнитных явлений и магнитных материалов; полупроводников, твердотельных наноструктур, мезоскопики, низкоразмерных систем; физики поверхности и поверхностей раздела; низких температур; физики квантовых кристаллов и жидкостей; физики сверхпроводимости, свойств веществ, работающих при высоких давлениях; физики диэлектриков, металлов и новых материалов;

−оптики и лазерной физики: классической и квантовой оптики; нелинейных оптических явлений, материалов и устройств; сверхбыстрых явлений в оптике; исследований взаимодействия лазерного излучения с веществом; волоконной оптики и оптической связи; интегральной оптики; оптической информатики; голографии; методов спектроскопии и люминесценции; прецизионных оптических измерений; лазеров и лазерных материалов и их применений в физике, химии, биологии, медицине, экологии и технике;

−радиофизики и электроники: когерентных источников микроволнового излучения и их применений в технике; твердотельных элементов и устройств генерации, усиления, преобразования и приема электромагнитных волн; методов и средств генерации и приема излучения в терагерцовом диапазоне; физики нелинейных волн и распространения радиоволн; наносекундной релятивистской электроники больших мощностей и ее применений в науке и технике; радиофизических методов диагностики окружающей среды;

−акустики: акустики и акустоэлектроники; методов акустической диагностики природных сред;

−физики плазмы: высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза; лазерной плазмы и ее применений; низкотемпературной плазмы; плазменных процессов; разработки плазменных устройств и их применений в технике;

−ядерной физики: элементарных частиц и квантовых полей; атомного ядра; космических лучей и ядерных аспектов астрофизики; ядерно-физических проблем энергетики; создания ускорителей заряженных частиц; создания ускорителей и интенсивных источников нейтронов, мюонов и синхротронного излучения для технологических, медицинских, экологических и других применений.

Несколько обособленно в этом ряду стоят фундаментальные физикоматематические работы по астрономии1. На первый взгляд может показаться, что такие исследования весьма далеки от инновационной деятельности. Но это только на первый взгляд. Исследования космического пространства в

1 Астрономия и исследование космического пространства; происхождение, строение и эволюция Вселенной; нестационарные звезды и звездные атмосферы; образование звезд и планетных систем и их эволюция; солнечная активность; исследование планет.

473

Глава 16. Научно-исследовательские т опытно-конструкторские работы

последние десятилетия оказывают все более значимое влияние на технологическую деятельность человека: от космической телекоммуникационной связи и телемедицины (путем обмена информацией через группировки спутников) до глобального поиска бизнес-информации, например, о компании, с которой вы предполагаете установить деловое сотрудничество, оцениваете ее надежность и стремитесь при этом минимизировать риски.

Фундаментальные НИР в настоящее время ориентированы не только на решение проблем в области физики и математики, но также на исследования в области техники. Они обеспечивают создание техники новых поколений в различных областях:

−энергетики – путем решения проблем: тепломассообмена, гидро-, газо- и плазмодинамики; атомной, термоядерной и водородной энергетики; безопасности, надежности, ресурса и экологии в энергетике; использования низкотемпературной плазмы в новых технологиях; улучшения теплофизических и электрофизических свойств веществ; прямого преобразования энергии и создания возобновляемых источников энергии; создания энергоэффективных технологий; улучшения использования природных топлив; управления большими энергетическими системами; создания сильноточной импульсной энергетики; авиационной, космической и транспортной энергетики;

−механики2: динамики космических тел и управляемых аппаратов, транспортных систем; жидкости, газа и плазмы, твердого тела, неидеальных и многофазных сред; газодинамики и процессов горения, детонации, взрыва, высокоскоростного удара и взаимодействия потоков направленной энергии с веществом; деформирования и разрушения сплошных структурированных материалов; трибологии; природных процессов и сред, в том числе механики добычи и трубопроводного транспорта нефти и газа, биомеханики;

−машиноведения: теории машин и механизмов, анализа и синтеза машинных комплексов; безопасности, ресурса, живучести машин и сложных технических систем; динамики машин, волновых и вибрационных процессов в технике; биомеханики систем «человек – машина – среда»; создания макро- и микроробототехнических мехатронных комплексов; повышения безопасности машин; снижения техногенных и технологических рисков для объектов гражданского и оборонного назначения; математического и физического моделирования перспективных конструкций, материалов и технологий в авиации, ракетной и атомной технике, судостроении, наземном транспорте, станко- и приборостроении;

−управления: управления в детерминированных, стохастических системах и в условиях неопределенности; моделирования и идентификации систем

2 От гр. mechane - орудие, сооружение.

474

Раздел V. ИННОВАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

управления; оптимизации и интеллектуализации систем и процессов управления; адаптивного управления; создания сложных технических систем и информационно-управляющих комплексов; управления движущимися объектами; создания систем навигации, ориентации и наведения.

Кпоследнему из названных направлений вплотную приближены

фундаментальные исследования по информатике, которые обеспечивают создание информационно-вычислительных систем и сетей3.

Кроме физики и техники фундаментальные НИР в больших объемах выполняют по химии. Они ориентированы чаще всего на создание новых материалов, веществ и химических технологий. Для этого в химии разрабатывают не только теории химического строения и химических связей или средства химической аналитики для создания методов и средств определения и контроля веществ и материалов, но и технологии, в том числе:

−методы синтеза и изучения новых веществ, например, наноматериалов,

полимеров, композитов, сплавов, керамик, продуктов биологического и медицинского назначения, оптических, сверхпроводящих, магнитных материалов и особо чистых веществ;

−химико-технологические процессы: химической энергетики при разработке путей преобразования и аккумулирования энергии в химических системах; создания энерговыделяющих и энергопоглощающих процессов, новых химических источников тока, топливных элементов; химических генераторов для энергетики больших мощностей и бытовых нужд.

Кособенностям фундаментальных химических наук относится то, что они прямо связаны с прикладными НИР химико-технологического профиля:

−совершенствования химико-технологической аппаратуры;

−разработки экологически чистых и максимально безопасных технологических процессов переработки природного сырья (в том числе газа, нефти, угля), органического и минерального сырья (включая полиметаллические руды), облученного ядерного топлива, радиоактивных отходов и материалов;

−создания катализаторов для синтеза и переработки химического сырья;

3 В том числе: искусственного интеллекта; систем распознавания образов; систем автоматизации и математических методов исследования сложных управляющих систем и процессов; CALS-технологии; средств нейроинформатики и биоинформатики; глобальных и интегрированных информационно-телекоммуникационных систем и сетей; архитектуры, системных решений и программного обеспечения информационно-вычислительных комплексов новых поколений; разработки элементной базы микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, а также материалов для микро - и наноэлектроники; создание микросистемной техники; разработки средств опто -, радио - и акустоэлектроники, оптической и СВЧ-связи; вакуумной электроники.

475

Глава 16. Научно-исследовательские т опытно-конструкторские работы

− разработки высокоэффективных химических процессов и новых материалов.

Другой важной особенностью фундаментальных химических наук является тот факт, что они достигли немаловажных результатов не только в классической химии, но и в смежных областях знаний, например, с физикой в области физической химии. В таких направлениях комплексных НИР можно назвать многие научно-технические результаты фундаментальных исследований: физико-химической механики; поверхностных явлений в коллоидно-дисперсных системах; обеспечения прочности, пластичности и процессов формообразования, в том числе в наноразмерных самоорганизующихся системах для использования в современных высоких технологиях; физикохимии твердого тела, расплавов и растворов; процессов горения; химического сопротивления материалов и обеспечения защиты металлов и других материалов от коррозии и окисления; химии и технологий радиоактивных элементов; химии окружающей среды для разработки проблем химической защиты человека и биосферы.

Фундаментальная биология, также как и химические науки, не ограничивается в своих исследованиях только разработкой научных теорий:

−биологических макромолекул и макромолекулярных комплексов, низкомолекулярных биорегуляторов;

−геномики, протеомики, трансгеноза, хроматина, регуляции работы гена и генома в целом, пост-транскрипционных этапов экспрессии генетической информации и их контроля, молекулярных механизмов трансляции, генетических процессов и разработки принципов управления наследственностью;

−биологических мембран, биоэнергетики, фотосинтеза структуры и функционирования клеток, рецепции и клеточной сигнализации, межклеточных взаимодействий, молекулярных механизмов клеточной дифференцировки, иммунитета и онкогенеза, взаимодействия «вирусклетка»;

−биохимии и физиологии микроорганизмов, грибов, растений; исследования механизмов роста, адаптации и взаимодействия, функционирования сенсорных и двигательных систем, деятельности висцеральных систем;

−поведения и психологических функций человека и животных; физиологических механизмов адаптации; эволюционной физиологии, биохимии и морфологии; физиологии экстремальных состояний; механизмов морфогенеза и морфологии; развития организмов, молекулярной экологии, устойчивости сообществ, популяционной биологии и адаптации организмов к среде обитания, инвазии чужеродных видов, интродукции, паразитарных систем.

476

Раздел V. ИННОВАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Также как и химические науки, биология предусматривает не только «классические» биологические НИР, но и комплексные, проблемноориентированные междисциплинарные исследования и разработки:

−физико-химических и биологических процессов почвообразования, пространственно-временной организации почв;

−воздействия факторов внешней среды на биологические системы;

−радиобиологии;

−эволюции органического мира и палеобиологии;

−космической биологии;

−систематики и таксономии организмов, флористики, фаунистики и биогеографии, процессов самоорганизации в биологических системах;

−разработки математических моделей в биологии и биоинформатике. Успехи фундаментальной и прикладной биологии характеризуют не

только теоретические результаты, но также инновационные достижения этой науки в таких областях, как :

−генотерапия и генная инженерия;

−дизайн и синтез новых биологически активных препаратов;

−биокатализ, белковая инженерия;

−молекулярная медицина;

−клеточные технологии: стволовых клеток, клеточной инженерии, клеточной терапии;

−использования микроорганизмов и грибов в биотехнологиях;

−фотобиотехнология;

−создание систем жизнеобеспечения и защиты человека;

−клиническая физиология;

−организация природных экосистем – лесных, морских, пресноводных;

−сохранение биоразнообразия ;

−использования и воспроизводства биологических ресурсов, средств защиты растений и животных;

−создания методов, приборов и оборудования в области физико-

химической биологии и биотехнологий.

Важно при этом заметить, что специалисты по прогнозированию развития технологий отводят биотехнологиям важное место в создании шестого технологического уклада ХХI в., который уже начал формироваться средствами инновационной деятельности в инновационной экономике.

Науки о Земле, в отличие от рассмотренных выше биотехнологий (которые осуществляют поворот к разработке новейших биотехнологий и инновационной деятельности), имеют в своей основе более существенную фундаментальную часть в сравнении с прикладными НИР по обеспечению инновационной деятельности.

477

Глава 16. Научно-исследовательские т опытно-конструкторские работы

Здесь можно назвать фундаментальные исследования:

−физических полей Земли; глубинного строения и геодинамики Земли; взаимодействия внутренних и внешних (гидросфера, атмосфера, ионосфера) геосфер, среды; геодинамики, сейсмичности, проблем магматизма; процессов седиментогенеза, литогенеза и осадочного рудообразования; строения и формирования основных типов структур Земли; геологической истории Земли; формирования гидросферы и атмосферы, континентов, шельфа и континентального склона; зарождения биосферы Земли; палеоклимата; эволюции окружающей среды и прогноза ее развития;

−физико-химических проблем геологических процессов и термодинамики природных систем; изотопной геохронологии; биостратиграфические, хемостратиграфические, изотопно-геохронологические методы стратиграфии и периодизации истории Земли;

−геологического строения дна мирового океана, физических процессов в океане и их влияния на климат Земли; морских экосистем; водных ресурсов, качества вод, динамики и охраны подземных и поверхностных вод и ледников;

−изменения окружающей среды и климата, а также состояния криосферы и изменений мерзлотных условий, процессов в атмосфере.

Вместе с тем успехи фундаментальной геологии не исчерпываются достижениями в области теории. Важно заметить, что также как и в других фундаментальных науках в данном направлении научно-исследовательской деятельности есть место результатам прикладных НИР для организации инновационной деятельности в направлениях:

−геологии и геохимии нефти и газа, развития нефтегазового комплекса России;

−разведки и освоения месторождений стратегических видов минерального сырья;

−комплексного освоения недр Земли и новых технологий извлечения полезных ископаемых из минерального и техногенного сырья;

−изменения природно-территориальных комплексов России в зонах интенсивного техногенного воздействия;

−рационального природопользования, разработки новых методов, технологий, технических средств использования ресурсов Земли, ее гидросферы и атмосферы;

−решения проблем водообеспечения страны;

−геоинформатики и геоинформационных систем.

Общественные науки, также как и другие фундаментальные науки в новом столетии, также обращают все большее внимание на обеспечение экономического роста и конкурентоспособности государства. В настоящее время в общественных науках появились много новых направлений фундаментальных НИР, обеспечивающих инновационную деятельность:

478

Раздел V. ИННОВАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

−инновационная политика;

−инновационная экономика, в том числе инновационный маркетинг,

инновационный менеджмент, которые определяют экономические механизмы решения проблем становления «экономики знаний» и обеспечения технологического развития России.

Общественные науки все чаще в качестве научно-технического результата предлагают не только новые закономерности, зависимости, взаимосвязи, модели и методы, но и экономические механизмы, социальные и политические технологии, в том числе обеспечения технологической безопасности России, инновационного экономического роста, создания новых технологических укладов, обеспечения конкурентоспособности страны на мировых рынках.

Кроме названных фундаментальных НИР, которые ведут исследования широким фронтом в научных учреждениях Академий наук и университетах, нередко организуют выполнение целевых программ, призванных обеспечить концентрированное использование научно-технических результатов фундаментальных наук в инновационной деятельности. В качестве примеров можно назвать следующие программы и подпрограммы фундаментальных НИР, ориентированных на расширение инновационной деятельности:

−региональной программы инновационного развития Сибирского научнопроизводственного комплекса;

−крупные инновационные проекты национального масштаба;

−формирования и развития зон технологического и инновационного прорыва;

−технологии силовой электроники;

−катализаторы и каталитические технологии нового поколения для нефтехимии4, водородной энергетики и топливных элементов5;

−индустриальные лазерные установки и лазерные технологии для промышленных предприятий, телекоммуникаций, здравоохранения;

−современные информационные продукты и технологии;

−биотехнологии для медицины и сельского хозяйства (например, производство принципиально новых медицинских препаратов и диагностикумов; разработка генетически измененных сельскохозяйственных культур);

−интеллектуальные высокоточные системы вооружения и средства борьбы с терроризмом;

−организации системы венчурного финансирования высокотехнологических проектов и системы их страхования;

4Например, в рамках развития мегапроекта «Разработка и промышленное освоение катализаторов и каталитических технологий нового поколения для производства моторных топлив».

5 Например, совместно с «Норильским никелем».

479

Глава 16. Научно-исследовательские т опытно-конструкторские работы

−создания территориальной рыночной инфраструктуры, включающей бизнес-центры, технопарки, бизнес-инкубаторы, центры трансферта технологий, специализированных бирж;

−развития системы международных инновационных центров и совместных предприятий с зарубежными партнерами 6;

−создание условий для творческого роста молодых ученых, системы подготовки и переподготовки специалистов в области инновационной деятельности.

***

Целями фундаментальных НИР является не только организация конкурентоспособной национальной инновационной системы, но и эффективное управление развитием инновационной экономики путем создания технологических, правовых, экономических, социальных, организационных и других условий быстрого перехода страны к уровню наиболее конкурентоспособных государств мира.

16.2. Порядок проведения научно-исследовательских работ

В предыдущем параграфе было показано, что фундаментальные исследования предшествуют этапам выполнения проблемноориентированных научно-исследовательских и опытных (опытноконструкторских и опытно-технологических) работ7, последующими фазами которых являются новые технологии, организация производства новой продукции и ее рыночная реализация. Вместе с тем приведенные выше данные свидетельствуют, что далеко не все фундаментальные НИР ориентированы на обеспечение инновационной деятельности. Достаточно тесные связи прослеживаются только во взаимодействии: фундаментальной химии и создании химических технологий; фундаментальной физики и достижений технических наук в области разработки высоких и критических технологий, машин, приборов, аппаратов и систем управления.

Другой проблемой является то, что технологические сдвиги8 далеко не всегда бывают следствием научных открытий. Более того,

6Например, в рамках соглашения с Китайской академией наук.

7Поисковых научно-исследовательских работ, прикладных НИР, прикладных научноисследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР).

8Переход к технике или технологии нового поколения путем разработки «критической технологии», которая позволяет перейти на другую S-образную кривую развития.

480