АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

КРИТИЧЕСКИЕ технологии японии

Аннотация: Рассмотрены тенденции и перспективы научно-технического прогресса в Японии; приведены перечень, характеристики, состояние, перспективы развития и реализации критических технологий Японии (прогноз технологий на 2010 год).

Источник (автор): Ассоциация делового и научно-технического сотрудничества в области машиностроения, высоких технологий и конверсии (ассоциация «мвтк»)

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО

ПРОГРЕССА В ЯПОНИИ ……

2. ПРОГНОЗ КРИТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА 2010 ГОД

2.1. Автоматизация производства

Интеллектуальные роботы

Микромашины

Средства ЧПУ от ЭВМ, оснащенные искусственным интеллектом

(A1-CNC)

Многоцелевой обрабатывающий центр

Суперпрецизионные станки

Интеллектуальная система автоматизированного проектирования

Система формирования модели изделия

Автономные распределенные системы роботов

Техника параллельного проектирования

2..2. Транспорт и перевозки

Легкий винтовой самолет вертикального взлета и посадки

Интеллектное судно

Новая система производства автомобилей

Техносуперлайнер

Пассажирский самолет для массовых перевозок

Автомобиль, использующий спутниковую связь

Легкий самолет вертикального взлета и посадки для деловых

связей

Автомобиль следующего поколения

Автомобиль на альтернативных источниках энергии

Сверхзвуковой транспортный самолет

Аппарат с экранным эффектом

Система управления железнодорожным движением ATCS

Гибридные транспортные средства

Поезд на магнитной подвеске со сверхпроводящим линейным

электродвигателем второго поколения

Поезд на магнитной подвеске с линейным электродвигателем

Подводный робот

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Начало нового века, нарастание процессов глобализации и информатизации мирового хозяйства, формирование экономики, основанной на знаниях (knowledge based economy) привлекают внимание общественности и экспертов к основным трендам развития науки и технологий и к анализу их воздействия на экономику и общество. Оценка состояния и перспектив развития инновационной сферы становится важнейшей компонентой государственной научно-технической политики всех развитых стран.

При этом большинство прогнозов инновационного развития основывается на преимущественно технологическом подходе: использование метода Дельфи, составление перечней критических (важных, ключевых) технологий.

В рамках этих методов эксперты разных стран обычно выделяют классы и подклассы технологий, наиболее важные именно для них. Из-за несовпадения наборов технологий сравнение различных национальных прогнозов затруднено. Вместе с тем, некоторые технологии определяются как важные в целом ряде исследований; в их число входят материаловедение, технологии, разработанные для производства и использования современной керамики и биосовместимых материалов, нано- и оптотехнологии, технологии, используемые при переработке и хранении отработанного ядерного топлива, создании широкополосной техники связи и возобновляемых источников энергии, при обработке сигналов и катализе, при производстве интегральных схем, плоских дисплеев и «разумных» транспортных систем.

Кроме определения критических или «важных» технологий большинство исследователей также затрагивают проблему определения относительных позиций стран, лидерства или отставания в тех или иных областях науки и технологии. Самооценка и сопоставления проводятся как по классам, так и по отдельным технологиям.

Ниже приводится сравнительная оценка мирового уровня критических базовых технологий.

Сравнительная оценка уровня критических базовых технологий

п/п	Наименование технологического направления	Страна с наивысшим уровнем развития технологии
1.	Технологии новых материалов	США
2.	Микроэлектронные технологии	Япония
3.	Оптоэлектронные технологии	США, Франция
	Лазерные технологии	США
4.	Радиоэлектронные технологии	США
5.	Компьютерные технологии	США, Япония
	Информационные технологии	США, Япония
6.	Ядерные технологии	США Россия
7.	Технологии промышленного оборудования	Германия
8.	Технологии двигательных установок	США
9.	Технологии энергетики и энергосбережения	Германия
10.	Технологии спецхимии и энергонасыщенных материалов	США
11.	Биотехнологии	Япония
12.	Уникальная экспериментальная база	США
13.	Технологии обеспечения экологически чистой среды обитания	• [1]

При формировании перечней критических технологий используются критерии, отражающие ведомственную и национальную специфику. Так, перечень США учитывает главным образом интересы обороны и не включает коммерчески важные технологии. Японский, также как и западноевропейский, список отражает стремление придать более фундаментальный характер национальной технологической программе, сократить отставание в этом плане от США.

1. ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

В ЯПОНИИ

В основе анализа тенденций и перспектив научно-технического про­гресса (НТП) в Японии в 2000-2015 г. лежат оценки развития науки, экономики, образования, культуры, внутренней и внешней политики, здравоохранения и экологии, сделанные российскими, японскими и за­падными учеными. В прогнозе использованы материалы, освещающие взгляды на будущее НТП японского правительства, научных и дело­вых кругов.

Японская модель НТП 90-х г. существенно отличается от моделей 60-х (акцент на импорте технологий), 70-х (стимулирование развития собственных исследований) и 80-х г. («фундаментализация» и интер­национализация исследований и разработок). Модель НТП 90-х г. основывалась на следующих базовых элементах:

0. активизация усилий по расширению фундаментальных исследо­ваний, создание благоприятных условий для эффективного взаимодей­ствия правительства, научных и деловых кругов;
1. углубление процессов международного сотрудничества в науч­ной сфере, расширение практики создания корпоративных научно-ис­следовательских центров за рубежом;
2. снижение приоритетности исследований, не имеющих ясной пер­спективы с точки зрения достижения результатов и их практического использования;
3. гармонизация процесса и результатов НТП и социального разви­тия японского общества.

Основной целью НТП в XXI веке, как отмечается в первой главе Основного закона Японии о науке и технологиях, является «со­здание нации на основе научно-технологического творчества, совершен­ствование уровня исследований и разработок на всей территории Япо­нии, что должно способствовать не только социально-экономическому развитию и повышению благосостояния Японии, но и развитию науки и технологий во всем мире, поступательному развитию человеческого общества». Таким образом, акценты НТП в Японии постепенно сме­щаются от преимущественного обеспечения национальной безопасно­сти и достижения экономической выгоды в сторону обеспечения ре­альных потребностей японского общества.

Понимания и декларирования важности указанных направлений недостаточно для интенсификации НТП. Решение таких задач, как обеспечение энергетической независимости, гарантирование достойной жизни граждан, повышение роли в мировой экономике тесно связано со структурной перестройкой экономики Японии, изменением систе­мы образования и пересмотром приоритетов общественно-политичес­кого развития.

Будет ли НТП в Японии успешно развивать­ся — в значительной степени зависит от реализации следующих об­щих условий:

4. локализация последствий японского экономического кризиса 90-х годов, развитие процессов либерализации и структурной пере­стройки экономики, возрастание роли государства в финансирова­нии и проведении научных исследований, стимулирование венчур­ного бизнеса;
5. изменение системы образования и создание атмосферы, стиму­лирующей раскрытие творческих способностей и развитие навыков активного получения знаний, формирование и принятие японским обществом разумного баланса общественных и личных интересов, рост понимания ценности как интеллектуального, так и духовного разви­тия, стимулирование сотрудничества между университетами и корпо­ративным сектором;
6. отсутствие в экономических и социально-политических процес­сах в Японии и за ее пределами существенных изменений (крупномас­штабные военные и политические конфликты, финансовые кризисы, существенный рост безработицы, гуманитарные и экологические ката­строфы).

В случае успешного общеэкономического развития Японии в об­щенациональной стратегии и структуре НТП должны произойти зна­чительные изменения. Они коснутся общих приоритетов научно-тех­нического развития, отношений между участниками НТП, объема общенациональных расходов на исследования и разработки, междуна­родного обмена научно-технической информацией и регулирования прав собственности. Основные тенденции развития НТП в Японии в прогнозный период отражены в табл. 1.

Таблица 1

Показатели НТП в Японии на прогнозный период

	2000	2005	2010	2015
Прогноз динамики роста ВВП, %		2,0	2,0	2,0
Инновационная составляющая роста ВВП, %	0,4	0,7	1,0	1,2
Затраты на исследования и разработки, % от ВВП	2.9	3,0	3,0	3.0
Научно-исследовательский персонал, тыс. чел.	1050	1 150	1200	1300

В границах прогнозного периода значительные изменения претер­пят приоритеты развития НТП. На первый план выйдет:

- обеспечение технологического лидерства Японии в рамках «большой восьмерки» в создании новых материалов, электронике, ин­форматике, исследовании Мирового океана, использовании при­родных ресурсов, развитии городского хозяйства, телекоммуника­циях и транспорте;

7. сбалансированное развитие основных видов исследований и раз­работок при постепенном повышении доли фундаментальных иссле­дований;
8. расширение сотрудничества между участниками НТП как в са­мой Японии, так и за ее пределами, с целью взаимовыгодного обмена передовыми знаниями и компетенциями;
9. смещение акцентов в промышленной политике в сторону поддер­жки отраслей, обладающих наибольшим инновационным потенциалом.

В процессе реализации основных направлений НТП в 2001-2015 г. определенные сдвиги произойдут во взаимоотношениях между ос­новными участниками НТП - частными компаниями, университета­ми и государст­венными исследовательскими и административными структурами. В конце 90-х годов, во многом благодаря превращению передо­вых японских компаний в транснациональные корпорации, заметно снизилось влияние Министерства внешней торговли и промышленно­сти Японии (МВТП) в области определения национальных приорите­тов НТП. Опыт реализации таких крупных исследовательских проек­тов как создание компьютера пятого поколения выявил наличие пре­дела эффективного сотрудничества государства и бизнеса. В ходе реформы государственного аппарата Японии, проведенной на 2001 году, многие функции МВТП в области НТП были переосмыс­лены и скорректированы уже в рамках других министерств.

Путем расширения сотрудничества в совместных исследовательских проектах будет происходить «размывание» границ специализации участ­ников НТП в проведении научных исследований различного уровня. Про­изойдет формирование структур сетевого типа на базе взаимодействия промышленных корпораций, венчурных компаний, университетов и го­сударственных исследовательских институтов, обладающих уникальны­ми и взаимодополняемыми компетенциями. В случае допуска иностран­ных участников в подобные «пулы компетенций» в Японии появятся мно­гонациональные научно-производственные корпорации, отличительной чертой которых будет гибкая и динамичная организационная структура. Со временем подобные объединения, построенные на сочетании преиму­ществ долгосрочных партнерских отношений, потеснят существующие ныне традиционные корпоративные группы и превратятся в достойных конкурентов западных высокотехнологичных корпораций.

В распределении расходов на НТП вероятны следующие сдвиги. Будет постепенно увеличиваться доля государственных расходов на исследования и разработки. Если в 2000 г. на них приходился 21% об­щенациональных расходов, то к 2015 г. они могут приблизиться к 25%. Увеличение государственных расходов будет связано с ростом ассиг­нований на исследования Мирового океана и космоса, борьбу со сти­хийными бедствиями, совершенствование инфраструктуры. Значитель­ное внимание будет уделено проблеме энергетической безопасности страны.

Произойдет существенное перераспределение затрат на исследова­ния и разработки в частных корпорациях в сторону роста их финанси­рования в рамках венчурных компаний. В 2015 г. доля частных компа­ний в общенациональных расходах на исследования и разработки со­ставит около 60%, причем более трети этих расходов придется на финансирование фундаментальных исследований, проводимых корпо­ративными исследова­тель­скими центрами.

Увеличится положительное сальдо Японии во внешней торговле патентами и наукоемкими технологиями. Этому будет способствовать развитие сотрудничества между японскими компаниями и приток на­учно-технической информации через японских участников междуна­родных исследовательских проектов. Импортерами японской научно-технической информации и технологий будут как развивающиеся, так и страны с развитой экономикой.

Значительно увеличатся расходы университетов на научные иссле­дования, которые составят 15% всех расходов на науку. Во многом эти расходы будут обеспечиваться как ростом государственных ассигнова­ний, так и поддержкой промышленных компаний-партнеров.

Произойдет также перераспределение доли различных типов на­учных исследований в общенациональных расходах на исследова­ния и разработки. К 2015 г. 40% будет выделяться на фундаменталь­ные исследования и 40% — на прикладные исследования. В японской экономике будет наблюдаться переход к более «интеллектуально­му» производству на базе развитой системы фундаментальных ис­следований. В результате сегодняшние промышленные корпорации будут превращаться в научно-промышленные. Их будет отличать способность динамично развиваться в условиях международной кон­куренции и определять тенденции развития основных отраслей и экономики в целом.

К 2015 г. можно ожидать появления новых «областей нововведе­ний». Сдвиг в «палитре» исследований произойдет в направлении развития уникальных наукоемких проектов, технологий и продуктов. Приоритетными станут отрасли, обеспечивающие развитие Японии в качестве одного из мировых лидеров в реализации крупных исследо­вательских проектов, разработке технологий и продуктов, способных изменять условия жизни населения. Такими отраслями станут охрана окружающей среды, электроника, биотехнологии, исследования Зем­ли и Мирового океана, машиностроение и производство, телекомму­никации, информатика, здравоохранение и др. (табл. 2). Сохраняется вероятность прорывов в космических и военных технологиях.

Таблица 2

Приоритетные отрасли японской экономики в 2001-2015 гг.

Отрасль	Приоритет отрасли, %• [2]	Место отрасли
Охрана окружающей среды	72,0	1
Электроника	67,7	2
Биотехнологии	66,1	3
Исследования Земли и Мирового океана	65,2	4
Машиностроение и производство	64,5	5
Телекоммуникации	62,5	6
Информатика	62,4	7
Здравоохранение	61,5	8
Сельское, лесное и рыбное хозяйства	60,5	9
Использование ресурсов и энергии	60,4	10
Транспорт	60,3	11
Новые материалы и их обработка	58,1	12
Космические исследования	56,2	13
Развитие городского хозяйства	56,0	14
Среднее значение для всех перечисленных направлений	62,1	_

Ключевым условием экономического и социально-политическо­го развития Японии станет обеспечение ее энергетической безопас­ности. Атомная энергетика дает сегодня около трети потребляемой в стране электроэнергии. На нефть и газ приходится около двух третей производимой в стране электроэнергии. Поэтому для Японии чрез­вычайно важна проблема поиска новых, экологически и политически безопасных источников энергии (это нетрадиционные источники энергии и, в случае появления реальных результатов исследований, термоядерный синтез).

Уровень развития информационной инфраструктуры уже сегод­ня является фактором национальной конкурентоспособности и безопасности Японии. Учитывая незадействованный потенциал в об­ласти информатизации, можно прогнозировать существенные изме­нения в этой области.

К 2015 г. на первый план выйдет проблема обработки информации. Существующие ныне компьютерные системы уже не будут обеспечи­вать приемлемый уровень обработки все возрастающих объемов ин­формационных ресурсов. Это даст толчок усилиям, направленным на решение проблемы развития компьютерных систем и, в частности, ис­кусственного интеллекта. В конце прогнозируемого периода в этой области может быть достигнут прогресс, связанный с совмещением логических, стандартных для ЭВМ, и творческих операций.

При смещении ориентиров НТП в Японии в сторону творческой «продуктовой» инновационности (вопрос «что производить?») «тех­нологическая» инновационность («как производить?») сохранит суще­ственное значение. Расширение научно-производственной составляю­щей деятельности японских корпораций будет работать на обеспече­ние собственных технологических и производственных результатов.

Усиление задействованности человека в динамических социальных процессах, диктующих высокие скорости принятия решений, потребу­ет уделить особое внимание вопросам как физического, так и психоло­гического здоровья. Причем последнее особенно важно, учитывая воз­действие, которое уже на нынешнем этапе оказывает на человека и об­щество информатизация.

Ожидается дальнейшее развертывание исследований, продиктован­ных ограниченностью земельных ресурсов Японии. Энергичными бу­дут исследования в области гео- и гидроустойчивости японских остро­вов, искусственного расширения территории страны за счет океана.

Одним из наиболее амбициозных направлений НТП останутся кос­мические исследования. Для их успешного развития Японии, по види­мому, придется обратиться к стратегии догоняющего развития и актив­но «учиться» у сегодняшних лидеров аэрокосмической отрасли. Перс­пективы развития непосредственно военного сектора экономики неясны, хотя Япония уже сегодня обладает рядом компетенций, способных обес­печить ей лидерство в некоторых секторах мирового рынка вооружений.

В рамках глобализации научно-технического сотрудничества уско­ряется процесс межстранового разделения труда, результаты которого будут определять развитие страны в ближайшие пятнадцать лет. В той же аэрокосмической отрасли решение проблем финансирования круп­ных исследовательских проектов будет неразрывно связано с сотруд­ничеством между компаниями и исследовательскими институтами раз­ных стран. Япония и в дальнейшем будет активно участвовать в меж­дународных консорциумах в энергетике, транспорте, фармацевтике и материа­ловедении.

Для наиболее полного использования потенциала зарубежных стран японские компании продолжат создание зарубежных научно-ис­следовательских центров, нацеленных на аккумулирование знаний и талантов зарубежных ученых и получение японскими учеными новых знаний и исследовательских компетенций. Изменится политика япон­ских компаний в отношении иностранных инвестиций в исследования и разработки. Хотя определенная степень закрытости национальных исследовательских проектов будет сохраняться, иностранные компа­нии получат больший доступ к японским разработкам.

Однако, возможен и менее успешный сценарий развития НТП в Японии в случае реализации иных общих условий:

10. правительство и деловые круги Японии не справятся с последствиями экономического кризиса 90-х г., продолжится сниже­ние международной конкурентоспособности основных отраслей про­мышленности страны;
11. произойдет дальнейшая унификация системы образования, по­давление проявлений творческой инициативы молодых людей, сниже­ние в японском обществе престижа интеллектуального труда, активи­зация «утечки мозгов» в США, Западную Европу.

В этом случае упор в исследованиях и разработках будет сделан на удержании позиций в области технологической инновационности. Акцент будет сделан на технологическом сотрудничестве с корпораци­ями CШA и Западной Европы.

Что касается соотношения сил между основными участниками НТП, то лидерство останется за крупными корпорациями, которые будут проводить все более независимую от государства научно-техни­ческую политику. Значительно сузятся масштабы (ввиду сокращения государственного финансирования) научной деятельности универси­тетов. Фундаментальные исследования будут проводиться государ­ственными НИИ и японскими учеными, работающими за границей. Сокращение участия государства в НТП вызовет падение доли фунда­ментальных исследований в общем объеме национальных расходов на исследования и разработки.

Перенос активности на удержание позиций в традиционно «япон­ских» отраслях, определит круг задач, которые будут разрабатывать­ся в Японии в прогнозный период. Это, во-первых, обеспечение безо­пасности производства электроэнергии на атомных станциях, во-вто­рых, активная инновационная деятельность в автомобилестроении, в-третьих, совершенствование бытовой электроники и компьютерной техники. Будут сокращены затраты на космические исследования, фармацевтику, искусственное увеличение территории страны. Будет расширено участие японских компаний на правах младших партне­ров в международных аэрокосмических и оборонных программах, ис­следовании термоядерного синтеза.

2. ПРОГНОЗ КРИТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА 2010 ГОД

Чтобы получить представление о том, какой будет Япония в 2010 году. Управление экономического планирования создало при отделе сводного планирования «Научный совет по подготовке прогноза технологий 2010 года», который сформировал блок из 101 перспективной инновации и детально его проанализировал. В ходе проведенных исследований был получен очень богатый материал, касающийся технологий ближайшего будущего. Были оценены сроки практического освоения всех отобранных инноваций, проанализировано их возможное воздействие на экономику, поставлено и обсуждено много интересных вопросов. Например, что будет, если произойдет задержка с реализацией инновации, какие меры в этом случае целесообразно принять правительству, какой объем рынка придется на данную инновацию, какие на нем произойдут сдвиги и т.д.

В результате был подготовлен «Прогноз технологии на 2010 год», интерес к которому вызывает, помимо наименования, и сопутствующий подзаголовок - «101 проект, приводящий в движение экономику». В данном аналитическом обзоре приведены два важнейших раздела упомянутой работы: «Автоматизация производства» и «Транспорт и перевозки», в том числе, соответствующий иллюстративный материал.

Следует отметить, что приведенные технологии, это не только своего рода перечень новых рубежей технического прогресса, но и образная характеристика «техносферы» первой половины XXI века, позволяющая детально уяснить современные приоритеты научно-технического и технологического развития. Кроме того, здесь содержится оценка мирового состояния работ по наиболее актуальным направлениям развития науки и техники и систематизированы технологии, лежащие в основе базовых инноваций.

2.1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ РОБОТЫ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ РОБОТЫ

Краткое описание

Все роботы, которые сегодня применяются на практике (и не только в промышленности), требуют, чтобы их работа программировалась человеком. Как парадокс следует отметить, что использование трудосберегающей техники связано с новыми затратами труда. Особенно эти трудности проявляются на малых и средних предприятиях, что тормозит процесс в роботизации.

Для решения этих проблем необходимо создать роботы, способные самостоятельно принимать решение о программе своих действий, используя описание работ, которые необходимо выполнить. Такие роботы могут выполнять сложные работы наравне с высококвалифицированными рабочими и называются интеллектуальными.

К интеллектуальным роботам, можно отнести сборочные роботы с высокой степенью универсальности, роботы для очистки судов от моллюсков; роботы, используемые на рабочих местах.

Что касается упомянутой выше проблемы программирования роботов, то она касается не только роботов, и является общей проблемой для всех современных компьютеров фон-неймановского типа. Для решения этой проблемы давно ведутся исследования в области искусственного интеллекта. Ведутся также исследования в области нечетких логических выводов и вычислений на нейроподобных структурах.

Решение этой проблемы восходит к фундаментальным основам методологии программирования.

Состояние исследований и разработок

Если при сравнении состояния исследований и разработок на сегодняшний день по странам их уровень в Японии принять за 100 %, то в США он составляет 95 %, в Европе - 80 %.

Вначале более внушительными были американские исследования и разработки, но в последнее время более успешно идут работы в Японии.

Препятствия к реализации интеллектуальных роботов со стороны социальной и экономической сфер незначительны. Имеются главным образом, научно-технические препятствия и среди них, как уже говорилось, фундаментальные проблемы. Поэтому необходимы исследования в области методологии программирования, управления с самонастройкой и с самообучением трехмерного зрения.

Ожидаемые результаты

Полагают, что масштаб рынка интеллектуальных роботов в 2010 году достигнет 50 миллиардов иен (около 500 млн.долл.). Число научно-исследовательских учреждений в промышленности, работающих по проблематике, связанной с интеллектуальными роботами, в 2000 г. составило около 30, к 2010 году их число достигнет 50.

Появление интеллектуальных роботов окажет большое положительное воздействие на общество, поскольку большая часть задач, технически не решаемых в настоящее время, с их помощью сможет быть решена.

Отрицательная сторона их внедрения, также связана со способностью интеллектуальных роботов, к самостоятельным решениям, что может быть не безопасно. Полагают, что потребуется определенное время для решения проблем безопасности их работы.

Достигнутый уровень;

Готовность к коммерциализации Объемы рынка

Наблюдаемый прирост	низкий	средний	высокий
- финансового и кадрового обеспечения НИОКР		+
- числа патентов и диссертаций		+
- объемов субсидий и дотаций		+
Уоовень значимости для vcnexa коммерциализации:	+
- правительственного регулирования
- государственного участия		+
- развития инфраструктуры	+
- факторов окружающей среды
- общественного сознания		+
• масштабов рынка		+
- цены			+
• влияния рыночных механизмов
- дефицита средств на НИОКР		+
• нехватки исследователей		+

МИКРОМАШИНЫ

МИКРОМАШИНЫ

Краткое описание

В настоящее время микромашины используются, главным образом, в медицине, но полагают, что их можно использовать и на рабочих местах в различных производствах. К такой технике относятся подвижные роботы размером в несколько сантиметров, которые выполняют инспектирование и ремонт в очень тесном пространстве; модульные роботы, размером в несколько миллиметров, которые выполняют инспектирование и ремонт, капсульные роботы, которые, будучи помещенными в поток жидкости, смогут осуществлять контроль объема и сбор данных о его состоянии.

Начиная с 90-х годов исследования и разработки микромашин были приняты в качестве темы исследований в рамках «Больших проектов» Агентства промышленных технологий Министерства внешней торговли и промышленности.

Состояние исследований и разработок

Если при сравнении состояния исследований и разработок на сегодняшний день по странам принять уровень Японии за 100 %, то в США он составит 130 %, в Европе - 80 %. Самые современные идеи в этой области исходят от США, здесь достигли самых больших успехов в области микромашин. В Японии также ведутся активные работы.

Условия практической реализации

Основу ключевых технологий, необходимых для практической реализации микромашин, составляет техника микрообработки и микросборки, техника микросенсоров, техника измерений и оценки.

При сборке микроузлов возникает ряд проблем. Это, в частности проблемы измерения и контроля. В случае самостоятельно передвигающихся микромашин актуальными являются проблемы снабжения энергией и передача данных.

Для реализации микромашин особых социальных и экономических ограничений нет.

Ожидаемые результаты

Полагают, что рынок микромашин в 2010 году достигнет 30 млрд.иен (около 300 млн.долл.). Число научно-исследовательских учреждений в промышленности, ведущих работы по микромашинам, в 2000 году достигло 30, а к 2010 году составит 50.

Положительным воздействием, которое окажет на экономику создание микромашин, является появление новых изделий, таких как микросенсоры нового типа, перемещающиеся катетеры для медицины, приборы для микрохирургии, микророботы обследований, разного типа оборудование.

Кроме того, предполагается активизация существующих отраслей промышленности - производства медицинской аппаратуры, прокладки трубопроводов и кабельных линий, технического обслуживания трубопроводов и кабельных линий в электропромышленности, газовой промышленности и в строительстве.

Отрицательного воздействия на общество от создания микромашин не ожидается.

Достигнутый уровень;

Готовность к коммерциализации Объемы рынка

Наблюдаемый прирост:	низкий	средний	высокий
- финансового и кадрового обеспечения НИОКР			+
- числа патентов и диссертаций			+
- объемов субсидий и дотаций		+
Уровень значимости для успеха коммерциализации:
- правительственного регулирования
- государственного участия
- развития инфраструктуры
- факторов окружающей среды
- общественного сознания
- масштабов рынка
- цены	+
- влияния рыночных механизмов	+
- дефицита средств на НИОКР		+
- нехватки исследователей	+

СРЕДСТВА ЧПУ ОТ ЭВМ, ОСНАЩЕННЫЕ ИСКУССТВЕННЫМ ИНТЕЛЛЕКТОМ (AI-CNC)

СРЕДСТВА ЧПУ ОТ ЭВМ,

ОСНАЩЕННЫЕ ИСКУССТВЕННЫМ ИНТЕЛЛЕКТОМ (AI-CNC)

Краткое описание

При обработке деталей машин необходимо выполнить определенную последовательность действий. Так при обработке резанием определяются форма и размеры заготовки круглого сечения и последовательность ее обработки (технологический процесс). Для каждого технологического процесса определяется, сколько единиц оборудования должно быть установлено на производственном участке, а также тип необходимого оборудования. Определяются инструмент и оснастка, используемые в каждом технологическом процессе. После окончания механической обработки выполняются измерения деталей, и если они не отвечают заданной точности, то выполняется повторная обработка. Для того, чтобы получить требуемую чистоту обработки поверхности выполняется обработка шлифованием. После завершения шлифования, снова производятся измерения размеров и проверяется, соответствуют ли полученные размеры детали заданным. Если размеры не соответствуют заданным, выполняется повторная обработка.

Системы ЧПУ с искусственным интеллектом AI-CNC являются средствами, перед которыми поставлена задача автоматизации этой достаточно сложной последовательности действий. После ввода информации о форме детали и требуемой точности обработки, AI-CNC на основе перечня обрабатывающих станков, установленных на производственном участке, и спецификаций инструментов и оснастки, заранее предоставленных в AI-CNC, автоматически формирует процесс обработки. После завершения цикла механической обработки автоматически измеряются размеры детали и выполняется окончательная обработка. Средства AI-CNC гарантируют обработку с заданной точностью.

Состояние исследований и разработок

Если при сравнении состояния исследований и разработок на сегодняшний день по странам принять уровень исследований и уровень разработок в Японии за 100 %, то в США он составляет 40 %, в Европе - 60 %.

Условия практической реализации

Обсуждая ключевые технологии, необходимые для реализации средств ЧПУ с искусственным интеллектом, следует отметить следующие проблемы. Необходимо повышать скорость обработки данных в микропроцессорах и устройствах памяти. Кроме того, необходимо создавать методы разработки программного обеспечения, не требующего обслуживания, повысив одновременно надежность программного обеспечения. Для автоматического накопления «ноу-хау» обработки необходимо создавать экспертные системы самообучающегося типа. Кроме того, необходимо обеспечивать формирование трехмерных моделей деталей, что позволит выполнять измерения в процессе обработки, а также создать средства автоматического распознавания формы заготовки, и автоматической разработки технологических процессов.

Ожидаемые результаты

Полагают, что объем рынка средств ЧПУ от ЭВМ с искусственным интеллектом 2010 году достигнет 60 млрд. иен. (около 600 млн.долл.). В настоящее время в промышленности по данной проблематике работает 10 научно-исследова­тель­ских учреждений, а в 2010 году их будет 15.

Положительное воздействие, которое окажет на экономику создание средств ЧПУ с искусственным интеллектом, выражается в активизации промышленности, выпускающей формовочные машины, многоцелевые станки, токарно-фрезерные обрабатывающие центры, оборудование для электроимпульсной обработки. Негативное воздействие будет оказано на промышленность, выпускающую универсальные фрезерные и токарные станки. Кроме того, поскольку ЧПУ включает в себя функции САПР, средства ЧПУ с искусственным интеллектом станут конкурентами САПР в части удешевления проектирования машин и механизмов.

Достигнутый уровень;

Готовность к коммерциализации Объемы рынка

Наблюдаемый прирост:	низкий	средний	высокий
- финансового и кадрового обеспечения НИОКР		+
- числа патентов и диссертаций		+
- объемов субсидий и дотаций		+
Уровень значимости для успеха коммерциализации:
- правительственного регулирования
- государственного участия
- развития инфраструктуры			+
- факторов окружающей среды
- общественного сознания			+
- масштабов рынка		+
• цены		+
- влияния рыночных механизмов	+
- дефицита средств на НИОКР		+
- нехватки исследователей	+

МНОГОЦЕЛЕВОЙ ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ ЦЕНТР

МНОГОЦЕЛЕВОЙ ОБРАБАТЫВАЮЩИЙ ЦЕНТР

Краткое описание

Большинство машин и механизмов обычно представляет собой блок, собранный из более простых деталей. Средства ЧПУ с искусственным интеллектом, описанные в предыдущем разделе, представляют собой средства для обработки именно таких простых деталей.

Многоцелевой обрабатывающий центр не ограничивается автоматизацией обработки отдельных деталей. Он представляет собой средство автоматического изготовления всего объема деталей, включая их сборку в блок. Одним словом, в центр вводится только окончательная форма готового изделия, после чего он выполняет следующую последовательность действий:

1. Автоматически определяет, как создать такое готовое изделие, если известны параметры составляющих его деталей. Для этого производится расчленение изделия на составляющие его детали. Для каждой детали определяются процессы обработки, контроля и сборки.
2. Определяется последовательность операций сборки всего изделия.
3. На основании принятых на прежних этапах решений выполняется формирование заготовки и ее обработка с помощью средств ЧПУ с искусственным интеллектом.
4. Выполняется сборка обработанных деталей путем склейки и сварки.

Станок, автоматически выполняющий описанную выше последовательность действий от обработки заготовки до сборки готового изделия, называется многоцелевым обрабатывающим центром.

Состояние исследований и разработок

Полагают, что практическая реализация многоцелевых центров машинной обработки будет осуществлена до 2020 года.

Если при сравнении состояния исследований и разработок на сегодняшний день по странам уровень исследований и разработок в Японии принять за 100%, то в США и в Европе он составляет 80%.

Условия практической реализации

В основе ключевых технологий, являющихся необходимыми условиями реализации многоцелевого обрабатывающего центра, лежат:

• техника определения формы деталей по форме готового изделия;
• формы заготовки по форме готовой детали;
• техника формирования процесса обработки с определением необходимых станочных модулей, набора инструментов и оснастки;
• техника автоматизации настройки обрабатывающих модулей;
• техника объединения в единый комплекс токарных станков, обрабатывающих центров, шлифовальных станков.

Кроме того, должны быть решены отдельные проблемы в области систем ЧПУ, сборочных роботов трехмерного технического зрения, планирования задач.

Ожидаемые результаты

Полагают, что масштаб рынка данных изделий к 2010 году достигнет 15 млрд. иен (около 150 млн. долл.).

Число научно-исследовательских учреждений в промышленности, которые работают над указанными выше проблемами, к 2010 году достигнет 15.

Положительное воздействие, которое окажет на экономику создание многоцелевых обрабатывающих центров, скажется при разработке нового сложного оборудования лазерной обработки и нового сложного оборудования электроимпульсной обработки. Кроме того, активизируется существующая промышленность, выпускающая многоцелевые станки машинной обработки, центры токарно-фрезерной обработки и шлифовальные центры.

Негативное воздействие будет оказано на промышленность, выпускающую станки с ЧПУ прежнего типа. Кроме того, многоцелевые обрабатывающие центры вероятно станут конкурентами промышленных роботов прежнего типа (с обучением по первому циклу).

Достигнутый уровень;

Готовность к коммерциализации Объемы рынка

Наблюдаемый прирост:	низкий	средний	высокий
- финансового и кадрового обеспечения НИОКР		+
- числа патентов и диссертаций	+
- объемов субсидий и дотаций		+
Уровень значимости для успеха коммерциализации:
- правительственного регулирования
- государственного участия
- развития инфраструктуры		+
• факторов окружающей среды
- общественного сознания		+
- масштабов рынка	+
- цены			+
- влияния рыночных механизмов	+
- дефицита средств на НИОКР	+
- нехватки исследователей	+

СУПЕРПРЕЦИЗИОННЫЕ СТАНКИ

СУПЕРПРЕЦИЗИОННЫЕ СТАНКИ

Краткое описание

Точность обработки, обеспечиваемая прецизионными металлоре­жущи­ми станками, находится в пределах 10-0,1 микрон. В связи с этим поставлена задача разработать сверхточные металлорежущие станки, обеспечивающие точность обработки в нес­колько раз выше. Такая точность обработки лежит в пределах 0,1 - 0,01 микрон.

Однако, поскольку требования по миниатюризации машин и механизмов, по существу не ограничены, полагают, что к 2010 году возникнет необходимость обработки с точностью на уровне атома. Словом, потребуется точность обработки в несколько ангстрем или 1-0,1 нанометра (1 нанометр является тысячной долей микрона). Станки, реализующие такую точность, называются суперпрецизионными. Они автоматически выполняют анализ причин всевозможных ошибок и погрешностей, возникающих в ходе обработки, и производят необходимую коррекцию, обеспечивая точность формы обрабатываемого изделия порядка 1 нано­метра.

При обработке с такой точностью возможны случаи, когда коррекция не имеет смысла, так как ее ошибки суммируются с ошибками измерений. В таких случаях точность обработки определяется точностными характеристиками самого станка. Обработку и измерения необходимо выполнять в помещении, со строго контролируемой температурой и атмосферным давлением.

Объектами исследований и разработок, проводимых в рамках «Больших проектов» Управления промышленных технологий Министерства внешней торговли и промышленности, являются эксимерный лазер с большой выходной мощностью, ионный луч высокой точности, устройства механической обработки со сверхвысокой точностью, устройство для сверхточной обработки кулачков. Проводятся также исследования перспективных методов сверхточной механической обработки.

Состояние исследований и разработок

Полагают, что временем реализации сверхточных металлорежущих станков будет 2020 год.

Если при сравнении состояния исследований и разработок на сегодняшний день по странам уровень Японии принять за 100%, то в США и в Европе он составляет 120%. Таким образом имеется некоторое отставание Японии от США и Европы.

Условия практической реализации

В числе ключевых технологий, необходимых для реализации суперпрецизионных металлорежущих станков, следует отметить технику автоматического анализа состава погрешностей, технику автоматического установления условий обработки, технику сверхточного позиционирования для выполнения требуемой автоматической корректировки, технику сверхточных измерений, технику определения причин погрешности.

Полагают, что факторы, лежащие в общественной сфере, не окажут препятствия для реализации суперпрецизионных металлорежущих станков. Однако, с экономической точки зрения, на успех реализации будут влиять трудности гарантирования рынка, недостаточное финансирование исследований и разработок и проблемы их кадрового обеспечения.

Ожидаемые результаты

Полагают, что объем рынка сверхточных металлорежущих станков в 2010 году составит 10 млрд. иен (около 100 млн. долл.); в 2020 году, который является годом перехода к практической реализации станков, рынок достигнет 15 млрд. иен. Число занятых данной тематикой научно-исследовательских учреждений в промышленности в настоящее время равно 5, в 2020 году оно достигнет 15.

Что касается положительного воздействия, которое создание суперсверхточных металлорежущих станков окажет на экономику, то оно проявится при производстве аппаратуры, которая из-за требований высокой точности в настоящее время является дорогой (например, измерительная аппаратура, бытовая аппаратура высокого качества, а также сверхточные детали, используемые в приборах, в частности, лазерных). Благодаря созданию суперсверхточных металлорежущих станков, стоимость существующих изделий снизится, низкой будет и стоимость будущей сверхточной аппаратуры. Негативных последствий реализации суперсверхточных металлорежущих станков не предвидится.

Достигнутый уровень;

Готовность к коммерциализации Объемы рынка

Наблюдаемый прирост:	низкий	средний	высокий
- финансового и кадрового обеспечения НИОКР		+
- числа патентов и диссертации	+
- объемов субсидий и дотаций	+
Уровень значимости для vcnexa коммерциализации:
- правительственного регулирования
- государственного участия
- развития инфраструктуры
- факторов окружающей среды
- общественного сознания
- масштабов рынка		+
- цены	+
- влияния рыночных механизмов	+
- дефицита средств на НИОКР		+
- нехватки исследователей		+

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Краткое описание

Интеллектуальной системой автоматизированного проектирования является система САПР, выполняющая детальное проектирование изделия на основе лишь самых общих данных о нем: описания изделия, его назначения, параметров сырья.

Современные САПР используются, прежде всего, для проектирования деталей машин, механизмов, печатных плат, строительных конструкций, для проектирования прокладки труб и прокладки кабельных линий, для конструирования металлических литейных форм. Полагают, что в будущем область применения САПР будет все больше расширяться.

Состояние исследований и разработок

Полагают, что временем реализации интеллектуальных САПР будет 2020 год.

Если при сравнении состояния исследований и разработок интеллектуальных САПР на сегодняшний день по странам уровень исследований и разработок в Японии принять за 100%, то в США и Европе он составляет 120%, т. е. заметно некоторое отставание Японии от США и Европы.

Условия практической реализации

Пока неясно, в какой степени можно переложить на машины творческие способности человека. Однако полагают, что благодаря разработкам новейшей техники уже сегодня можно повысить творческие способности машин. Вначале существенная часть работы в процессе проектирования оставалась за человеком. Сравнительно простые работы были переданы электронной вычислительной машине. Это повысило эффективность проектирования. В дальнейшем, часть работ, доверенная электронным вычислительным машинам, будет все больше увеличиваться.

Полагают, что социальными ограничениями для реализации интеллектуальных САПР в какой-то степени послужат стратегия развития общества, инфраструктура общества, национальное самосознание и система ценностей общества. Экономическими ограничениями будут трудности гарантирования масштабов рынка, недостаточное финансирование исследований и разработок, трудности обеспечения исследований и разработок надлежащими кадрами, трудности гарантирования снижения стоимости интеллектуальных САПР.

Для решения этих проблем необходимо тщательно проанализировать работу по проектированию, выполняемую в настоящее время конструктором сознательно (творчески) и бессознательно (нетворчески). Кроме того, необходимо выяснить, что такое творческие способности человека.

Ожидаемые результаты

Полагают, что рынок интеллектуальных САПР в 2010 году составит 10 млрд. иен (около 100 млн. долл.), в 2020 году, который является годом перехода к практической реализации интеллектуальных САПР, объем рынка достигнет 30 миллиардов иен.

В настоящее время в промышленности исследования по данной проблематике ведут 5 научно-исследовательских учреждений, в 2020 году их число достигнет 10.

Положительным воздействием, которое окажет на экономику создание интеллектуальных САПР, является создание новых САПР, поддерживающих концептуальное проектирование САПР составления движущихся изображений, а также активизация существующих отраслей промышленности по выпуску рабочих станций, ориентированных на инженерные расчеты и персональных компьютеров. Будет оказано также положительное воздействие на развитие баз данных, развитие систем автоматизированного производства и систем автоматизированного конструирования.

Отрицательное воздействие будет оказано на промышленность, выпускающую обычные САПР.

Достигнутый уровень;

Готовность к коммерциализации Объемы рынка

Наблюдаемый прирост:	низкий	средний	высокий
- финансового и кадрового обеспечения НИОКР	+
- числа патентов и диссертаций	+
- объемов субсидий и дотаций •	+
Уровень значимости для vcnexa коммерциализации:
- правительственного регулирования
- государственного участия	+
- развития инфраструктуры	+
• факторов окружающей среды
- общественного сознания	+
• масштабов рынка		+
• цены			+
- влияния рыночных механизмов
- дефицита средств на НИОКР		+
- нехватки исследователей		+

СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛИ ИЗДЕЛИЯ

СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛИ ИЗДЕЛИЯ

Краткое описание

Когда конструктор проектирует изделие, в его голове происходит переработка информации о форме этого изделия, допусков на размеры, материала, цвета, методов производства (обработки, сборки и контроля), стоимости изделия. Работа мысли разработчика завершается созданием чертежа. Чтобы поддержать процесс разработки с помощью ЭВМ, необходимо информацию об изделии вложить в машину. Таким образом, информация об изделии выступает как модель изделия.

Наиболее типичной информацией, на основании которой строится модель изделия, является информация о форме изделия, включающая допуски на размеры. Благодаря цветной многоградационной индикации модели изделия на экране графического дисплея компьютера можно еще до реального создания изделия увидеть его образ. Кроме того, модель изделия является важным средством для получения информации для систем автоматизированного производства и для определения стоимости. Например, с помощью ЭВМ на основании модели изделия можно смоделировать процесс сборки готового изделия.

Состояние исследований и разработок

Полагают, что временем реализации системы будет 2010 год.

Если при сравнении состояния исследований и разработок на сегодняшний день по странам уровень исследований и разработок в Японии принять за 100%, то объем исследований и разработок в США и в Европе составляет 120%, т. е. Япония несколько отстает от США и Европы.

Условия практической реализации

В основе ключевых технологий для реализации систем формирования модели изделия лежит техника объемного моделирования, позволяющая быстро и стабильно выполнять интегральные вычисления свободных кривых поверхностей. Также должны быть разработаны средства геометрического анализа для автоматического составления процесса обработки деталей и последовательности сборочных операций.

Чрезвычайно актуальной является также техника интеллектуального автоматизированного проектирования и техника параллельного конструирования.

Препятствия для реализации системы отчасти связаны с нынешней инфраструктурой общества, кроме того, недостаточно финансирование исследований и разработок, имеются трудности их кадрового обеспечения.

Ожидаемые результаты

Полагают, что рынок подобных систем в 2010 году будет порядка 10 млрд. иен (около 100 млн. долл.). Число научно-исследовательских учреждений в промышленности, которые в настоящее время работают над данной проблемой, равно 5, в 2010 году это число, вероятно, удвоится.

Положительное воздействие, которое окажут на экономику такие системы, определяется тем, что будут созданы новые средства объемного моделирования следующего поколения. Активизируется производство рабочих станций, ориентированных на инженерные расчеты. Создание моделей изделий окажет положительное воздействие и на развитие средств интеллектуального автоматизированного проектирования и параллельного конструирования.

Достигнутый уровень;

Готовность к коммерциализации Объемы рынка

Наблюдаемый прирост:	низкий	средний	высокий
- финансового и кадрового обеспечения НИОКР	+
- числа патентов и диссертаций	+
- объемов субсидий и дотаций	+
Уровень значимости для успеха коммерциализации:
- правительственного регулирования
- государственного участия
- развития инфраструктуры	+
- факторов окружающей среды
- общественного сознания
- масштабов рынка	+
- цены	+
- влияния рыночных механизмов	+
- дефицита средств на НИОКР		+
- нехватки исследователей		+