скачать книгу бесплатно
Инновации от идеи до рынка
Виктор Юрьевич Николенко
Инновации сегодня являются ключевым способом возврата технологического суверенитета РФ в областях высоких технологий. Системный подход к созданию инновационных продуктов изложен в доступной форме автором, полвека успешно работавшим в России и за рубежом. Читатели найдут здесь полезную информацию для обучения передовым приемам создания инновационной продукции ОКР при разработке изделий и систем городской инфраструктуры, здравоохранения, транспорта, телекоммуникаций, ИТ-сектора, машиностроения.
Инновации от идеи до рынка
Виктор Юрьевич Николенко
© Виктор Юрьевич Николенко, 2024
ISBN 978-5-0062-2593-0
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Предисловие
Эта книга содержит набор практических сведений по шагам разработки и внедрения на рынок инновационных высокотехнологичных продуктов и систем. Перспективные разработки жизненно необходимы для общества, а также имеют существенное значение для бизнеса. Одним из самых важных достижений человечества является удвоение средней продолжительности жизни человека, в чем большую роль сыграли инженерные проекты создания крупномасштабных социальных систем. Например, водоподготовка и доставка, очистка сточных вод, виды моторизованного транспорта, включая сельскохозяйственные машины, крупномасштабное производство и поставка электроэнергии, доступное холодильное оборудование, консервирование и методы массового хранения пищевых продуктов, улучшение здравоохранения, включая оснащение разнообразными технологиями диагностики и лечения. Эти работы создают новые методы и новые продукты, улучшают инфраструктуру жизнедеятельности, приносят прибыль, и др.
Инновации активно меняют повседневную жизнь. Они лежат в основе высоких технологий, потому что разработчики должны постоянно вводить новшества для достижения заданных целей. Идеи инноваций являются ключом к реализации уникальных программ, они позволяют осуществить мечты, открывают новые пути развития. Человечество в разных областях деятельности стремится к успеху в исследованиях и открытиях, ищет новые способы взглянуть на планету, на экологию, на окружающую инфраструктуру, и на самих себя. Инновации также внедряются в процессы, изобретаются новые способы управления проектами и их финансирования, более эффективные способы мониторинга эффективности работ. Внедряются инновации еще и там, где анализируют, оценивают, верифицируют и сертифицируют новые продукты и услуги, применяют передовые технологии виртуального моделирования и анализа. Предлагаются и реализуются лучшие способы испытаний и процессы, которые удовлетворяют потребности все более сложных систем. Цифровые двойники и «умные производства» способствуют развитию инноваций и их выводу на рынок. Чтобы этот процесс продолжался в соответствии с целями и задачами организаций и участников работ, следует заниматься инновациями в процессах и технологиях, и по возможности активно продвигать их в условиях предприятия.
Используемые в инновациях методы существенно зависят от применения новых технологий для достижения успеха проекта. Важной составляющей работ также является управление инженерными проектами, где внимание сосредоточено на процессе и методе, с помощью которых создают НИОКР. Под управлением здесь понимаются планирование и организация действий, которые позволят создать желаемый конечный продукт или услугу.
В данной книге изложены практические рекомендации по реализации инновационных проектов и программ на основе высокоэффективного и проверенного многолетней практикой во всем мире системного подхода. Есть множество проектов, которые включают системы и ведут себя в соответствии с законами систем, что связано со спецификой инженерных программ. Новые подходы к поиску и разработке инноваций позволяют осуществить эффективное проектирование под заданную стоимость, разработку продуктов устойчивого развития, параллельного инжиниринга, учета человеческого фактора, и использовать другие способы сокращения интервала времени от замысла инновационной ОКР до выхода на рынок.
Методы традиционного управления проектом направляют общее планирование, организацию, контроль, управление ресурсами, однако не детализируют основное содержание управления программами разработки сложных технических систем. Управление сложными проектами в рамках системного подхода ликвидирует указанный пробел, предоставляет руководство и инструменты для отслеживания и управления техническими аспектами программной деятельности, отслеживает и контролирует технический прогресс проекта и адаптирует процессы, специфичные для инженерной программы, с целью оптимального удовлетворения потребностей заказчика. Сведения об управлении стоимостью жизненного цикла продукта или услуги подскажут читателю, как удержаться в рамках располагаемого бюджета проекта.
Понимание и применение принципов системного подхода при создании инноваций сегодня является самым мощным профессиональным навыком, которым могут обладать инженеры и менеджеры в современном мире. Системная инженерия оформилась на рубеже веков как организованный набор принципов, правил и процедур создания высокотехнологичных продуктов на основе опыта и достижений технических и управленческих наук. Данные материалы были формализованы, реализованы в стандартах (включая ряд российских ГОСТов) и инструкциях. Внедрение методологии многократно усилено за счет применения информационных технологий. В международном сообществе системных инженеров INCOSE недавно вышло 5-е издание справочника «Systems Engineering Handbook».
Книга построена в следующем порядке.
Первый раздел освещает вопросы поиска инноваций для использования в НИОКР.
Второй раздел включает краткое изложение основных положений системного подхода в ОКР.
В третьем разделе рассмотрены управленческие вопросы реализации инновационных программ.
Четвертый раздел книги посвящен повышению эффективности инновационных ОКР, включая вопросы стоимости жизненного цикла, параллельного инжиниринга, производства под заданную стоимость, создания систем для устойчивого развития, бережливого производства.
Пятый раздел содержит рекомендации по реализации в инновационных продуктах привлекательных потребительских свойств: качества, надежности, ремонтопригодности, безопасности, устойчивости, человеческого фактора.
Шестой раздел кратко излагает оценки коммерческой целесообразности цифровизации процессов для использования в ОКР.
В седьмом, заключительном, разделе суммированы итоги эффективности системного подхода и рекомендации по его применению в инновационных ОКР.
В конце книги для удобства читателей приведен сводный словарь терминов, встречающихся в тексте.
В основу текста книги положены фрагменты успешного многолетнего инновационного опыта автора, более 50 лет работавшего в первых рядах создателей советских и российских высокотехнологичных разработок. Кроме того, выполнявшего контракты ведущих иностранных компаний на трех континентах в Европе, Азии, Северной Америке, изобретателя СССР, имеющего около 40 авторских свидетельств.
Автором ранее опубликованы семь книг по теории и практике реализации системного подхода при создании инновационной продукции.
Книга [1], написанная совместно с доктором экономических наук, содержит сквозное изложение этапов разработки, производства, эксплуатации и модернизации высокотехнологичной продукции на примере авиационной отрасли.
В книге [2] дано популярное краткое введение в методологию системной инженерии, как наиболее эффективного инструмента создания сложных систем.
Книга [3] является методическим пособием на основе учебного курса, прочитанного в МФТИ, и включает пошаговое изложение основ системной инженерии для обучения практикующих специалистов.
В книге [4] основное внимание уделено специфике управленческих процессов системного подхода для менеджеров.
Книга [5] посвящена вопросам подготовки руководящих кадров различных уровней для высокотехнологичных отраслей с привязкой к системно-инженерной методологии.
Книга [6] содержит материалы для практического применения процессов и методов при реализации НИОКР в рамках системного подхода, в том числе, описание некоторых результатов, полученных под руководством автора на предприятиях СССР и РФ.
В книге [7] изложен ряд примеров применения системной инженерии в реальных проектах СССР, РФ и зарубежных контрактах, на фоне мемуаров 50-летнего профессионального пути автора.
В данной книге описаны процессы реализации инновационных ОКР, расширяющие и дополняющие материалы работы [6].
Все издания, перечисленные в приложенном списке рекомендуемой литературы, доступны в сети Интернет.
Книга будет полезна всем категориям читателей, интересующихся современными успехами человеческого разума, принимающих личное участие в разработке, управлении, продвижении на рынок, обслуживании в эксплуатации, доработках новой инновационной продукции, управленцам-практикам; менеджерам и инженерам по системам, производству и обслуживанию; молодым специалистам, ищущим точки приложения своих знаний; а также руководителям всех уровней в отраслях разработки и производства инновационной продукции и услуг (в авиации, космической, автомобильной, химической, нефтегазовой, атомной, транспортной, электронной, коммуникационной, машиностроительной отраслях, медицинской технике, службах развития городской инфраструктуры, других отраслях; в министерствах, ведомствах и государственных корпорациях). Ее также могут использовать студенты, аспиранты и сотрудники университетов, готовящих специалистов различных отраслей применения высоких технологий.
Глава 1. Поиск инноваций
1.1 Возвратить технологический суверенитет РФ
Успешная и оперативная реализация НИОКР является критически необходимым элементом развития нашей страны на фоне событий в мире, которые, как недавно казалось, невозможно было даже предположить. Российская Федерация снова, как 200 и 100 лет назад, борется с объединением стран-агрессоров за свое существование, за установление справедливого миропорядка на земле. С 2022 г., продолжая безудержную политику расширения агрессивного блока НАТО вокруг Российской Федерации, около 50 западных стран на фоне экономической рецессии и проблем поддержания капиталистического миропорядка под властью США провозгласили своей целью уничтожить Россию, русский мир. РФ сегодня мешает внедрению власти рабовладельческого по сути строя «золотого миллиарда» на фоне проблем перенаселенности Земли, нехватки минеральных, водных, продовольственных ресурсов, продолжающегося обнищания стран третьего мира. Специальная военная операция происходит на фоне бездействия ООН, односторонних нарушений заключенных ранее договоров между странами в торговле, здравоохранении, безопасности, стремления к распространению ядерного оружия, активной разработки биологических военных программ лабораториями США в ряде стран мира, внедрении сотен неправомерных санкций против неугодных гегемону стран, и др.
На 2022 г Россия занимала 9 место в мировом рейтинге стран, лидеров экономики, с суммой 2.1 трлн. $ США, или 2.1% совокупного мирового валового внутреннего продукта (ВВП). Причем 67,8% ВВП РФ приходится на сферу услуг (близко к показателям других развитых стран), 26,6% вырабатывает промышленность, 6,6% занимает сельское хозяйство. Напомним, что в 1992 г. Россия находилась по ВВП на 35 месте в мире, в 1999 г. поднялась на 22 место, в 2013 г. на 8-е. В 2023 г. экономика РФ выдвинулась на первое место среди стран Европы.
По итогам 2022 г. доля высоких технологий в ВВП РФ составила 21,5%. Лидерами здесь являются Северо-Западный (25.3%), Приволжский (24.1%) и Центральный (22.9%) округа. К высоким технологиям в экономике относят отрасли высокого и среднего технологических уровней, а также наукоемкие отрасли (по классификации Росстата):
• Высокий технологический уровень – производство компьютеров, электронных и оптических изделий; летательных аппаратов, включая космические, и соответствующего оборудования, и т. д.
• Средний технологический уровень – производство электрического оборудования; медицинских инструментов и оборудования, и т. д.
• Наукоемкие отрасли – деятельность воздушного и космического транспорта; образование; научные исследования и разработки, и т. д.
В 2020—2021 гг. доля экспорта наукоемких отраслей РФ составила 7%. В том числе:
• производство транспортных средств (кроме нефтегаза) – 2.1%,
• деятельность по архитектуре и инженерному проектированию – 1%,
• разработка программного обеспечения – 1%,
• производство компьютеров, электронных и оптических изделий – 0.3%,
• деятельность в области ИТ – 0.3%,
• деятельность в сфере телекоммуникаций – 0.3%,
• производство машин и оборудования (кроме нефтегаза) – 0.2%,
• производство электрического оборудования – 0.2%,
• производство автомобилей – 0.2%,
• научные исследования и разработки – 0.1%.
Нашей стране сегодня необходимо ускоренно развивать наукоемкие технологии. Напомним о некоторых потерях технологического сектора РФ за 30 лет после распада СССР. Исчезли различные направления электронной промышленности, резко свернулось станкостроение, где СССР был в пятерке мировых лидеров. Сдали ведущие позиции предприятия, активно работавшие над специализированным программным обеспечением, в том числе в рамках информационной поддержки жизненного цикла изделий. Не получили необходимого развития созданные пакеты прикладного и специального программного обеспечения. Рынок инженерных приложений захватили продукты «Autocad» и «Siemens». Область трехмерных расчетов прочностных, тепловых, газодинамических инженерных задач оккупировали западные программы ANSYS, ABAQUS, NASТRAN-PATRAN, MATLAB, и др. При этом стоимость лицензий на оснащение одного рабочего места в РФ в 5…15 раз превышала расценки, установленные для западных лидеров рынка (General Electric, Airbus), как плата за утерю собственных компетенций.
В ходе реформы высшего образования в ВУЗах РФ исчезло направление «системотехника», которое сегодня активно развивается в высокотехнологичных отраслях на западе под названием, переводимым в нашей прессе как «системная инженерия».
Основные надежды отечественного гражданского авиастроения вместо развития внушительных достижений эпохи СССР стали связывать с идеей возможности эффективной конкуренции с западными производителями на западных рынках путём продвижения продуктов, собранных из импортных комплектующих, на импортном оборудовании, с помощью импортированных технологий и программного обеспечения. Заявленные в автомобилестроении и энергетическом турбинном секторе программы локализации иностранной продукции не были доведены до выпуска собственной продукции на отечественных предприятиях (в отличие, например, от Ирана и Китая). Принятая в 2008 г. концепция созданной Объединенной Авиастроительной Корпорации (ОАК) ставила цель к 2025 г. обеспечить долю российских гражданских самолётов в 12…15% мирового рынка, с ежегодным производством 250…300 машин. На практике среднегодовые показатели ОАК в 2020—2021 гг. упали от заявленных в два десятка раз из-за невыполнения взятых обязательств. При этом были инвестированы огромные средства в разработку и производство самолетов SSJ, контроль за поставкой комплектующих к которым находился в руках прямых конкурентов. После новых санкций со стороны зарубежных поставщиков в РФ с 2022 г. стали срочно развертывать и наращивать выпуск собственных моделей самолетов, комплектующих, автомобильных изделий, обрабатывающих станков без иностранных компонентов недружественных стран.
Сокращение доступности ресурсов резко повысило цену ошибочных управленческих решений, которые в сложившихся условиях могут привести к утрате компетенций по разработке и серийному выпуску конкурентоспособной гражданской и военной продукции.
Руководством государства поставлена и активно поддерживается задача возвращения частично утраченных со времен СССР позиций технологического суверенитета в ряде отраслей промышленности, сельского хозяйства, здравоохранения, оборонных технологий, и др. В рамках реализации перечня поручений Президента Российской Федерации утверждена «Концепция технологического развития на период до 2030 года» (распоряжение правительства РФ от 20.05.2023 г. №1315-р).
В документе введен термин «высокотехнологичная продукция», куда включены товары, относящиеся к следующим продуктовым группам в соответствии со Стандартной международной торговой классификацией ООН: вооружение, измерительные инструменты, научные и оптические приборы, компьютерная и офисная техника, космические и иные летательные аппараты, включая беспилотные, неэлектрические машины и оборудование, лекарственные препараты и медицинские инструменты, химические продукты и материалы, электрические машины, электроника и телекоммуникационное оборудование. Также сформулировано понятие «проекты технологического суверенитета», куда входят проекты полного инновационного цикла по производству высокотехнологичной продукции на основе собственных линий разработки с использованием критических и сквозных технологий, охватывающие все стадии инновационного цикла и включающие, в том числе, кадровые и регуляторные аспекты.
Перечислены некоторые угрозы текущего момента. Первой из них названа недостаточная способность национальной экономики адаптироваться к глобальным трендам, имеющим системный характер:
• резкое ускорение процесса создания и распространения качественно новых технологий, в том числе цифровых, радикально меняющих рынки и производственные системы;
• усложнение технологий, особенно в области микроэлектроники, вычислений, новых материалов, системотехники, требующее развития соответствующих компетенций и глубокой кооперации исследований;
• системные нарушения баланса спроса и предложения на ряде глобальных товарных рынков, включая рынки энергоносителей, металлов, удобрений, продовольствия;
• формирование в наиболее развитых странах новых стандартов уровня и качества жизни, в том числе в сфере здравоохранения, образования, жилья и безопасности.
Отмечено, что Российская Федерация находится в первой десятке стран по патентной и публикационной активности в области технологий генерации и передачи энергии, квантовых технологий и новых материалов. В середине второго десятка в области цифровых технологий и искусственного интеллекта, новых производственных технологий, перспективных мобильных сетей связи, интернета вещей, а также медико-биологических и фармацевтических технологий.
Второй угрозой названо отставание от наиболее развитых стран в темпах инновационно ориентированного экономического роста, что обусловлено низкой мотивацией разработчиков технологических решений к созданию соответствующих производств в силу недостатка финансовых ресурсов и относительно небольшой емкости внутреннего рынка высокотехнологичной продукции. Компании и корпорации не мотивированы к исследованиям и технологическим инновациям, прежде всего в силу низкой конкуренции и возможности покупки готовых технологических решений за рубежом (до применения санкций).
Необходимо радикально менять условия деятельности бизнеса в сфере технологических инноваций с целью повысить мотивацию компаний и корпораций и обеспечить их требуемыми ресурсами для разработки и внедрения технологий как основного фактора роста прибыли и капитализации компаний и корпораций.
Также угрозой является разрыв производственных цепочек под воздействием санкционных ограничений в области технологий. Производство и потребление ряда жизненно необходимых товаров обеспечиваются в значительной степени импортируемой техникой и программным обеспечением, которые в Российской Федерации не производятся. Если же эта техника производится на территории страны, то по зарубежным технологиям (конструкторской и технологической документации), с критической долей импортируемых комплектующих и материалов, на импортируемом производственном оборудовании (включая компьютерные средства проектирования и обеспечения технологических процессов).
В документе отмечено, что Российская Федерация обладает значительным кадровым потенциалом и существенными научно-техническими заделами по важнейшим направлениям развития технологий, что определяет следующие ключевые возможности для ускорения технологического развития РФ:
• локализация производств в высокотехнологичных отраслях в условиях сокращения импорта и ухода иностранных компаний;
• использование и внедрение в отраслях экономики научных результатов благодаря имеющимся научно-технологическим заделам по ряду сквозных технологий и созданию опытных образцов, опытных и экспериментальных производств, масштабированию производства и выходу в серийное (массовое) производство;
• привлечение к масштабным задачам технологического развития профессиональных инженерно-технических кадров. В РФ имеются исторически сильные инженерные и естественно-научные школы, и высокий уровень базового физико-математического образования, что позволяет удерживать высокие позиции в сфере создания и развития программного обеспечения, в области физики и математики.
Согласно документу приоритетом технологической политики становится достижение технологического суверенитета: наличие в стране под национальным контролем критических и сквозных технологий собственных разработок. Объективно требуется формирование системы технологических приоритетов и их последовательной «сквозной» реализации на всех стадиях научно-технологического жизненного цикла.
Требование достижения технологического суверенитета предполагает формирование взаимовыгодного партнерства с дружественными странами в научной и технологической сферах, исходя из собственных технологических приоритетов.
Среди главных принципов реализации политики отмечены:
• принцип целостности инновационного цикла, предусматривающий в рамках экосистемы технологического развития предоставление и обеспечение «бесшовности» мер поддержки на всех стадиях создания и внедрения технологий от научных исследований и разработок до внедрения в реальный сектор экономики;
• принцип экономической целесообразности технологических разработок, предусматривающей сочетание экономичности (минимизации затрат времени и иных ресурсов на выполнение технологических разработок), продуктивности (экономической эффективности технологических разработок) и результативности (степени достижения конечных целей деятельности).
Поставлена задача достижения к 2030 году трех ключевых целей:
1. Обеспечение национального контроля над воспроизводством критических и сквозных технологий.
2. Переход к инновационно-ориентированному экономическому росту, усиление роли технологий как фактора развития экономики и социальной сферы.
3. Технологическое обеспечение устойчивого функционирования и развития производственных систем.
При этом количественными ориентирами являются рост несырьевого неэнергетического экспорта (в сопоставимых ценах) в 1,5 раза, и увеличение доли высокотехнологичной промышленной продукции, произведенной на территории Российской Федерации, в общем объеме потребления такой продукции, до 75 процентов. Необходимо выстроить инфраструктуру трансфера технологий, обеспечивающую внедрение технологий в реальные производственные силы.
Указана необходимость реализации крупнейших проектов (мега-проектов) по производству линеек нового сложного оборудования, мобильной техники и лекарственных средств в ряде отраслей: авиа- и судостроение, электронная и радиоэлектронная промышленность, двигателестроение, железнодорожное и транспортное машиностроение, станкостроение, тяжелое машиностроение, фармацевтическая и медицинская промышленность, и др.
В качестве первоочередных мега-проектов названы производство линейки гражданской авиатехники, включая беспилотные авиационные системы, разработку и производство средне- и высокооборотных дизельных двигателей, станков и робототехники, оборудования для производства сжиженного природного газа, турбин, микроэлектроники, малотоннажной химии и фармацевтических субстанций.
Импортозамещение путем развертывания собственных производств конечных продуктов, комплектующих изделий и сырья по тем видам, которые попали под санкционные ограничения, широкой номенклатуры продукции и комплектующих изделий будет обеспечено за счет ряда мероприятий, в том числе:
• формирования и утверждения перечня продукции, комплектующих изделий и сырья, требующих локализации с учетом требований унификации и стандартизации;
• развертывания необходимых научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, в том числе в рамках обратного инжиниринга;
• предоставления льготных займов на развитие производств в соответствии с перечнем локализуемой продукции.
Комплексный подход к организации полного инновационного цикла будет осуществляться путем развертывания и поддержки приоритетных проектов технологического суверенитета в ключевых отраслях экономики, включая:
• охват всего цикла исследований и разработок, выпуск опытных образцов и создание серийного производства с использованием критических и сквозных технологий; создание сервисов для использования (эксплуатации) продукции на всем ее жизненном цикле;
• кадровое обеспечение разработки, производства и эксплуатации продукции в части научно-исследовательских, инженерных и рабочих профессий, с использованием лучших мировых практик при подготовке кадров.
В приложении к документу приведен предварительный перечень приоритетных сквозных технологий (технологических направлений), которым следует руководствоваться при выборе направлений НИОКР.
1. Технологии обработки и передачи данных.
• Искусственный интеллект, включая технологии машинного обучения и когнитивные технологии.
• Технологии хранения и анализа больших данных.
• Технологии распределенных реестров.
• Нейротехнологии, технологии виртуальной и дополненной реальностей.
• Квантовые вычисления.
• Квантовые коммуникации.
