Прогноз развития производственных технологий на период до 2030 года

2,367 views

Published on

Доклад на основании результатов Промышленного и технологического форсайта, проводимого по заказу Минпромторга России

В.Н. Княгинин
Директор Фонда «Центр стратегических разработок «Северо-Запад»

Published in: Technology
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
2,367
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
129
Actions
Shares
0
Downloads
79
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Прогноз развития производственных технологий на период до 2030 года

  1. 1. Прогноз развития производственных технологий на период до 2030 года Доклад на основании результатов Промышленного и технологического форсайта, проводимого по заказу Минпромторга России В.Н. Княгинин Директор Фонда «Центр стратегических разработок «Северо-Запад»
  2. 2. Базовая гипотеза: 2> Большинство секторов традиционной индустрии вышли на «технологическое плато» (замедление динамики, падение отдачи от инвестиций, отсутствие радикальных инноваций и т.п.). 1. Для экстенсивного роста за счет первичной индустриализации развивающихся рынков явно недостаточно ресурсов. Дальнейшее промышленное развитие будет связано с запуском следующего инновационно-технологического цикла (сменой технологической парадигмы), осуществлением трех связанных «революций»: • Революция в проектировании и организации производственных процессов. • Переход к новым материалам. • Революция в инфраструктурах, переход к «умным средам/сетям» как преодоление линейной архитектуры традиционных индустриальных инфраструктур.
  3. 3. Промышленное производство в ближайшие 10-20 лет будет вынуждено решать целый пакет задач, имеющих значение фундаментальных 1. 3> Промышленность должна справиться с растущей сложностью производства, организации технологических цепочек и комплексностью продукции, растущими затратами на владение. Чтобы обеспечить управление этой сложностью необходим качественный скачек в инжиниринге и управлении производственными процессами, линейный рост не обеспечен ни кадрами, ни организацией. Рост сложности рынков, ассортимента выпускаемой продукции, а также меры, принятые промышленностью для управления растущей сложностью Объем механического инжиниринга в индустрии Германии (индекс 1990 = 100) Источник: VDMA, Oliver Wyman analysis Источник: Anna Ericsson, Gunar Erixon
  4. 4. Промышленное производство в ближайшие 10-20 лет будет вынуждено решать целый пакет задач, имеющих значение фундаментальных 2. 4> Развитие традиционной индустрии имеет сильнейшие ограничения, связанные со старой сырьевой базой: дефицит материалов, их высокая цена, ограниченные возможности в конструировании. При сохранении существующей базы конструкционных и функциональных материалов промышленность не сможет развиваться Глобальный прогноз пика добычи угля Матрица оценки безопасности поставок материалов В последней четверти 20-го века развитые страны (прежде всего, США и ЕС) констатировали, что ресурсы минеральных материалов сосредотачиваются в основном в развивающихся странах Источник: Committee on Critical Mineral Impacts of the U.S. Economy, Committee on Earth Resources, National Research Council Глобальные прогнозы пика добычи нефти и темпов падения добычи после прохождения пика Источник: ЦСР «Северо-Запад» по данным представленных организаций Источник: European Commission
  5. 5. Промышленное производство в ближайшие 10-20 лет будет вынуждено решать целый пакет задач, имеющих значение фундаментальных 3. 5> Традиционные индустриальные инфраструктуры развернуты под старую индустрию и, как правило, слишком дороги негибки для радикальных инновационных систем. Эпоха инноваций не отдельных продуктов и предметов, а целых систем (Thomas Hughes) требует новых инфраструктур – более гибких, более открытых и более эффективных. Если произойдет смена технологической парадигмы, это потребует развертывания новых инфраструктур. Как могут трансформироваться энергосети: от единых централизованных сетей с гиперконцентрированной генерацией к единым децентрализованным сетям к распределенной генерацией Источник: Berkeley Lab Новые сети должны создать новые возможности для интеграции новых мобильных и умных потребителей, а также новых в технологическом отношении поставщиков: Две основные альтернатив будущих энергосистем: «Установить и забыть» и «Комплексная DG И DSM / DR»
  6. 6. 6> 2. Основные («революционизирующие» всю промышленность) тренды развития индустриальных технологий: Смена «технологической парадигмы» требует селекции тех трансформаций, которые распространяются на все отрасли или их большинство и приводят не к оптимизационным, а радикальным переменам в индустрии.
  7. 7. Сейчас промышленность переживает тотальный технологический и 1. организационный ре-инжиниринг, основанный на тотальной дигитализации 7> производственных процессов, управлении жизненным циклом, с переходом к открытой и модульной архитектуре производства 1989: П.Друкер «Sell the Mailroom» – идентификация аутсорсинга в качестве ведущей стратегии бизнеса «Тарно-упаковочная революция» Контейнерные перевозки Логистика Wal-Mart «втулка-спицы» Модульные конструкции Just-in-time 1980-е Модульные платформы Бум аутсорсинга Сложная логистика 1990-е Массовизация автоматизированных систем проектирования и управления Кризис традиционного аутсорсинга Стандарты с, «открытым кодом» Новое поколение инжиниринга Интегрированные технологические цепочки Управление жизненным циклом, кастомизация производства «Модульная революция» открытая архитектура 2000-е Массовый выход на рынок «интеллектуальных» объектов, способных объединяться в «киберфизические системы» (CPS) / smart grid Появление огромного количества «цифровых объектов» как следствие роста моделирования Способность проектировать и управлять производственными процессами на микро- макроуровне («2028 Vision for Mechanical Engineering» ASME, 2008) 2010-е Сети поставок, «открытые инновации», 1988:General Public License Международные стандарты (ISO 15288…) Первый опыт CAD и PLM в автопроме США, : ISO 10303… Вертикальная интеграция Автоматизация и информатизация управления, CAD, DMU, цифровые макеты, 3 и 6Dпроектирование Быстрый рост автоматизации производственных процессов, роботы 1-1,5 поколения Рост электрики и электроники в стоимости продукции
  8. 8. Ре-инжиниринг уже начался. В ведущих секторов индустрии «модульная революция» уже началась, интегрированные технологические цепочки построены, функции их участников распределены. Вопрос в импорте решений в отставшие отрасли и страны 2008: Microsoft создает новую модель работы для аутсорсинга финансов и закупок – OneFinance Program Строительство 2010-е 2010-е Унификация платформ, разделение дизайна, маркетинга и поставки компонентов, разделение поставщиков по уровням, образование модульных консорциумов, сокращение количества модулей Aberdeen Group, 2011: компании-лидеры либо уже имеют свои модели интегрированных технологических цепочек (цепочек поставок), либо собираются к ним перейти: CRM, S&OP и др. системы Автопром 1990-е Судостроение 1990-е Закрытая архитектура (микст компонентов и множественность конструкций, собираемых внутри одной компании) Авиапром 2010-е (отношения «many-to-many» между функциональными и структурными элементами) (микст компонентов между многими компаниями – держателями дизайна) Интегрированная архитектура (соответствие функциональных и структурных элементов) Модульная архитектура 2005: создание International Association of Outsourcing Professionals Открытая архитектура Производители электроники Зона наивысшей производительности аутсорсинга 8> Стратегии развития большинства отраслей промышленности 2000 Атомная промышленность
  9. 9. База для тотального ре-инжиниринга производства – компьютерный инжиниринг 9> Программные платформы компьютерного инжиниринга Источник: Innovation in Product Design: From CAD to Virtual Prototyping / Monica Bordegoni, Caterina Rizzi Editors. - London: Springer-Verlag London Limited, 2011
  10. 10. Ре-инжиниринг инжиниринга уже начался: дигиталиазция процессов проектирования и управления имеет революционный, а не оптимизационный характер, позволяет осуществить кастомизацию производства, создать открытые модульные платформы и построить эффективное управление жизненным циклом 10 > ПО для дизайн и инжиниринга, включая 3D-сканирование Моделирование и оптимизация бизнес-процессов Отраслевая структура объема инжиниринговых услуг компаний из Global Top 200, % (2010 г.) переработка: цбк, металлург, Источник:, ARC Group фарма и пр. сборочная промышл. все здания 0,8 3,8 7,6 телеком вода 15,4 31,3 стоки/отходы 0,6 транспорт 5,4 Источник:, ARC Group 3,6 9,4 3,4 18,6 вредные отходы энергетика нефть и нефтехим Источник: McGraw-Hill Construction, Enr.com
  11. 11. Следующий шаг – переход к новым материалам. Их интеграция в 2. автоматизированные системы проектирования и производства, совмещение производства материалов и производства компонентов/изделий Утрата позиций развитых стран в доступе к сырью для производства традиционных материалов, прежде всего, металлургии Получение новых и переход материалов к масштабированию Автоматизация проектирования материалов Глобализация MSE R&D Масштабирование производства полимеров, стеклопластиков, углепластиков, 1-го поколения композитов 1990-е Оформление MSE в самостоятельную дисциплину в 1960-е Отрасли MSE: биоматериалы; керамика; композиты; магнитные материалы; металлы; электронные и оптико-фотонные материалы; сверхпроводники; полимеры; катализаторы; наноматериалы Масштабирование производства новых материалов и полное интегрирование производства новых материалов и изделий из них. Массовый переход к новым материалам всех отраслей промышленности Рост числа масштабируемых для производства новых материалов Интеграция систем программирования материалов и автоматизированного проектирования PLM изделий 2000-е 11 > 2010-е Возможность производства изделий, провинциальная конструкция которых разработана, но производство сдерживается отсутствием надлежащих материалов: ВТСП-кабели и линии, двигатели с СП-обмоткой, электромобили из композитов без батареи как отдельного элемента конструкции; энергоэффективные малошумные самолеты; новые системы доставки лекарств в медицине; и т.д. 2020-е 2030-е Системы CAD и PLM в материалах Безавтоклавное производство композитов Новые технологии получения ФГМ Первые опыты автоматизации проектирования, интеграция производства материала и выпуска изделия из него Принятие ведущими странами и корпорациями стратегий перехода к использованию новых материалов
  12. 12. Переход на новые промышленные материалы имеет две основных цели: а) получение новых качеств; б) новая экономика продуктов. Достигаются они за счет применения новых технологий проектирования и производства как самих материалов, так и изделий «Новое качество»: Для внедрения композитных материалов первоначальными задачами выступали достижение высокой прочности, снижение веса. Затем – переход к новой геометрии изделия, что стало возможным в основном благодаря внедрению автоматизированных систем проектирования продуктов в 3D в разных масштабах «Новая экономика» означает большую эффективность всего продукта, на которую в мире влияют факторы: -Переход к парадигме устойчивого развития (требования по рециклингу, снижению потребления топлива и пр.) -Рост стоимости традиц.конструкционных материалов -Движение по «кривой опыта» - постепенное масштабирование и удешевление технологий производства нескольких групп КМ Сравнение удельной прочности сплавов металлов и композитов Источник: из материалов А.И. Боровкова, СПбГПУ 12 > Кривая экономической эффективности углепластиков для различных отраслей Источник: Анализ компании Lucintel
  13. 13. Революция в материалах: основные тренды 1. 13 > Проектирование материалов новыми средствами. А) Включение проектирования материала в процесс проектирования инженерного объекта (проектирование объекта и его композитных частей – единый процесс). Требования к материалу задаются на стадии проектирования продукта, тестируется не реальный материал, а его цифровой аналог); Б) Проектирование композитных частей в 3D: (3D первичен, чертежи при необходимости генерируются из него как отчеты) в соответствии с требованиями заказчика; В) Каталоги и базы данных тестирования материалов – с открытым доступом 2. Компетенции в проектировании материалов – ключевые для производителей конечных продуктов. Эффекты : радикальное снижение веса, сокращение и удешевление цикла проектирования (замена краш-тестов, экологизация продуктов) 3. Внедряются общие платформы, стандарты, требования к проектированию материалов. + открытость процессов (возможность распределенного коллективного проектирования). 4. 5. Управление ЖЦ: Поставщики решений для автоматизации проектирования, имеющие в своем рыночном предложении программное обеспечение для проектирования материалов, включили в свои пакеты инструменты моделирования ЖЦ (управление старением, производственный процесс и пр. для материалов) Масштабирование новых материалов может произойти значительно быстрее. Технологически близкое будущее: Материалы с самодиагностикой; Наномодификаторы; Метаматериалы. Точки роста рынков: карбоны, термопласты, стеклопластики – нишевые; базальты уникальные, материалы с самодиагностикой. «Взрывной» рост определится рыночной готовностью (электромобили и пр.)
  14. 14. Так в настоящее время выглядит переход к масштабированию производства новых (проектируемых вместе с изделием) материалов. Данный шаг во многих случаях еще только предстоит сделать Настоящее: недостроенная цепочка в материаловедении 14 > Будущее: выстроенная цепочка «микроуровень – мезоуровень – макроуровень» Работают в масштабе: 1–102 м (макроуровень – конечное изделие) Дизайнеры и производители оценивают издержки и риски конечного изделия • Кинетические модели оценивают кинетику • Модели старение, коррозию износостойкости материалов Химики Работают в масштабе: 10 -9–10 -6 м (микро- и наноуровень – материалы ) Сильная связь Слабая связь Дизайнеры и производители • Требования к структуре • Условия разрушения • Конструкторские особенности оценивают издержки и риски конечного изделия Механики оценивают пластичность, эластичность, деформацию отдельных частей Работают в масштабе: 10 -3– 10 -2 м (мезоуровень – составные части изделия) Механики Химики оценивают кинетику старение, коррозию материалов • Кинетические модели • Модели износостойкости • Требования к производству • Издержки производства • Способы производства оценивают пластичность, эластичность, деформацию материала Источник: National Research Council
  15. 15. 3. Умные среды: массовое внедрение на горизонте 2020-2030-х гг Пока квантом обновления выступают отдельные объекты – «умные» дома, заводы и пр. Следующая стадия – внедрение управляемых сред – инфраструктур в энергетике и транспорте, стандарты в этой области уже разрабатываются. 2030-е – начинается внедрение самоуправляемых сред 15 >
  16. 16. В области технологий умных сетей первых поколений уже сложились технологические рынки, идет «конкуренция стандартов». Например, в умных сетях для энергетики Стандарт IEC 61968 Стандарты ANSI C12.19 и C12.22 Стандарт является инструментом построения взаимодействия элементов сети, т.к. запрашивает целый пакет информации от участниках: функциональные характеристики; структуру данных, содержащихся в устройстве; соответствие различным стандартам; схемы взаимодействия различных устройств. Преимущество: возможность точечного включения/отключения конкретного устройства/потребителя По стандарту участниками сети являются не конечные устройства (холодильники или телевизоры), а «умные счетчики». Счетчики могут передавать информацию об определенном участке сети. Конечный получатель информации (диспетчер) не получает сведений о конечном потребителе. Преимущество: более «крупный» взгляд на сеть без мелких деталей 16 >
  17. 17. 17 > 3. Технологический прогресс в индустриально развитых странах был поддержан 3-мя поколениями государственных программ в сфере передовых производственных технологий (АМТ): Перспективные (передовые, продвинутые) промышленные технологии (advanced manufacturing technologies) представляют собой комплекс различных технологий нетрадиционной обработки материала, использования сложных новых материалов, автоматизации и интеллектуализации производственно-технологических процессов и систем.
  18. 18. Boeing 777 В индустриально-развитых странах можно наблюдать 3 поколения государственных программ поддержки передовых промышленных технологий (advanced manufacturing technologies) 1990-1995 – первый «безбумажный проект» самолета Boeing 777 1979- Boeing разработка собственной системы CAD/CAM 18 >
  19. 19. 19 > 4. «Повестка дня» для развития промышленных технологий в России на долгосрочную перспективу (до 2030 года) • Зрелые технологии нового инжиниринга необходимо ускоренно импортировать и адаптировать к российской индустрии. • Массовый переход к новым (проектируемым) материалам затянется на 10-15 лет. У России есть шанс быть одним из передовых участников данного перехода. • «Умные среды (инфраструктуры)» все еще находятся в демонстрационной фазе. Повод реализовать крупные пилотные проекты и включиться в подобного рода проекты, имеющие глобальное значение
  20. 20. Возможные этапы развития передовых производственных технологий в России 20 >
  21. 21. Фонд «Центр стратегических разработок «Северо-Запад» – независимый общественный институт 21 > Деятельность ЦСР «Северо-Запад» заключается в проведении стратегических исследований и выработке экспертных рекомендаций по широкому кругу социально-экономических вопросов Партнеры Фонда — федеральные министерства и ведомства, региональные и муниципальные органы власти, общественные и научные организации, бизнес-структуры География исследовательских проектов — более 60 регионов и городов Российской Федерации Основные направления деятельности Фонда: Разработка стратегий развития регионов Городское развитие, креативная индустрия Производственные кластеры, проектирование индустриальных и производственных парков Адрес: 199106, Россия, Санкт-Петербург, 26-я линия В.О., д. 15, корп. 2, лит. А Телефон и факс: +7 812 380 0320, 380 0321 E-mail: mail@csr-nw.ru Материалы исследований ЦСР «Северо-Запад» на сайте www.csr-nw.ru Образовательные проекты, проектирование и консультирование университетов Научно-технологическое прогнозирование, форсайтные исследования Публичные мероприятия (форумы, конференции, проведение организационно-деятельностных игр)

×