Качество 3D-принтеров и перспективы их эффективного применения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Кафедра мировой экономики и менеджмента ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ (ДИПЛОМНАЯ) РАБОТА КАЧЕСТВО 3D-ПРИНТЕРОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ Работу выполнил Е. С. Ургалкин Факультет экономический Специальность 220 501.65 Управление качеством Научный руководитель канд. эконом. наук, доцент А. П. Долгов Нормоконтролер преподаватель В. А. Татаринцев Краснодар 2014

3D-печать — это быстрое создание реальной модели по ее виртуальному образу. Технологический процесс 3D-печати представляет собой послойное создание будущего предмета без использования форм или дополнительной оснастки. Существующие технологии позволяют создавать модели из пластика, гипса, специальных полимеров и прочих порошкообразных компонентов, которые могут склеиваться или спекаться в процессе создания прототипа. Скорость изготовления конечной продукции и качество выполнения индивидуальных заказов является ключом к успеху в сегодняшнем бизнесе. 3D-печать не имеет конкурентов.

Сверхбыстрое производство конечного продукта и цифровая точность его изготовления — визитная карточка данного метода.

Целью данной дипломной работы является изучения технологии 3D-печати.

Предметом работы является технология производства 3D-принтеров Объектом работы является предприятия по производству 3D-принтеров.

Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи:

— изучить эволюцию технологии 3D-печати;

— рассмотреть технологии 3D-печати;

— рассмотреть области применение 3D-принтеров;

— проанализировать зарубежный и отечественный опыт в производстве 3D-принтеров;

— изучить разработки развития предприятия в отрасли производства 3D-принтеров;

Данная работа включает введение, три главы, заключение, источников.

1. Теоретическая часть

1.1 Эволюция технологии 3D-печати

3D печать начала свою историю в 1984 году. Американец Чарльз Халл разработал технологию послойного выращивания физических трёхмерных объектов из фотополимеризующейся композиции (ФПК). В дальнейшем это технология обрела название «стереолитографии» (STL).

Автор получил патент за изобретение лишь в 1986 году. В тот же год им была основана компания 3D System, которая приступила разрабатывать свое первого промышленного устройства для 3D-печати и уже на следующий год год, в 1987 году, было представлено общественности. Из-за того что термин «3D принтер» в то время не был введён в оборот, аппарат Чарльза Хала имел название «установка для стереолитографии». Устройство выращивало смоделированный на компьютере трёхмерный объект из жидкой фотополимеризующейся композиции, нанося её слой за слоем на подвижную платформу, погружаемую в ванну с ФПК. Каждый слой имел толщину примерно 0,1−0,2 мм.

Первые прототипы STL-принтеров были переданы нескольким заказчикам сразу же после изготовления для тестирования. Все рекомендации и отзывы от заказчиков были учтены для производства следующей модели стереолитографического устройства — SLA-250. Данная модель была запущена на серийное производство в 1988 году.

В 1988 году технология 3D-печать уже получила широкую популярность. Это сподвигло на появление новых технологии: метод селективного лазерного спекания (Selective Laser Sintering (SLS)) и моделирование методом наплавления (Fused Deposition Modeling (FDM)). Технологию моделирования методом наплавления изобрел Скотт Крамп в 1988 году.

В 1989 году он основал компанию Stratasys, где было налажено промышленное производство станков. Первый станок компании под названием «3D Modeler» поступил в продажу в 1992 году.

Так же в 1992 году на рынок был выпущен станок, работающий по технологии селективного лазерного спекания (SLS) компанией DTM. В 1993 году была изобретена еще одна технология 3D-печати под названием «Технология трехмерной печати» и была запатентована в Массачусетском технологическом институте (MIT). Её технология была подобна струйной печати, используемой в 2D принтерах. В 1995 году был получен патент от Массачусетского технологического института на использование технологии компанией ZCorporation. В том же году компания начала производство 3D-принтеров, на базе 3DP технологий.

В те года для обозначения станков быстрого моделирования впервые был использован термин «трехмерная печать». Появление в продаже моделей станков по относительно низким ценам произошло в конце 1990;х — начале 2000 гг. В 2005 г. компания Z Corporation выпустила на рынок Spectrum Z510 — революционно-новую модель станка 3D-печати с высоким разрешением цветов.

В 2006 году произошел ещё один прорыв в области трехмерной печати. В этом году был сосздан общедоступный проект Reprap, нацеленный на производство 3D принтера, способный воспроизводить детали собственной конструкции. Проект RepRap (от англ. Replicating Rapid Prototyper — самовоспроизводящийся механизм для быстрого изготовления прототипов). Основан в 2006 году Эдрианом Боуэром.

Первая модель Reprap, произведенная в 2008 г., может произвести приблизительно 50% своих собственных частей.

принтер конкуренция кооперация концентрация

1.2 Технологии 3D-печати На данный момент существует много технологий 3D-печати. Они отличаются друг от друга способом нанесения прототипирующего материала и его типом. Из самых распространенных технологий 3D-печати на сегодняшний день можно отнести следующие:

Стереолитография;

Лазерное спекание порошковых материалов;

Технология струйного моделирования;

Послойная печать расплавленной полимерной нитью;

Технология склеивания порошков;

Ламинирование листовых материалов;

УФ-облучение через фотомаску.

Охарактеризуем каждую технологию подробнее.

Стереолитография (SLA)

Стереолитография, она же Stereo Lithography Apparatus (SLA), получила наибольшее распространений среди технологий 3D-печати из-за низкой себестоимости готовых изделий (рис. 1).

Технология SLA состоит в следующем: система сканирования направляет на фотополимер лазерный луч. Под действие луча материал твердеет. Фотополимером является твёрдый и хрупкий полупрозрачный материал. Этот материал коробится под действием атмосферной влаги, легко обрабатывается, склеивается и окрашивается. В ёмкости с фотополимерной композицией находится рабочий стол. Его рабочая поверхность смещается вниз на 0,025 мм — 0,3 мм каждый раз после прохождения лазерного луча и отверждения очередного слоя.

Рис. SLA технология Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, а так же компании 3DSystem, F&S Stereolithographietechnik GmbH изготавливают оборудование для SLA печати.

Лазерное спекание порошковых материалов (SLS).

Лазерное спекание порошковых материалов, оно же Selective Laser Sintering (SLS) — единственная технология 3D-печати, которая может быть использована для изготовления металлических формообразующих для пластмассового и металлического литья. Пластмассовые прототипы могут быть использованы для изготовления полнофункциональных изделий, благодаря хорошими механическими свойствами.

Материалы, использующие в технологии SLS, близки по своим свойствам к конструкционным маркам: керамика, порошковый пластик металл. Порошковые материалы, нанесенные на поверхность рабочего стола, запекаются лазерным лучом в твёрдый слой, соответствующий сечению 3D модели и определяющий её геометрию.

Рис. SLS технология Компании F&S Stereolithographietechnik GmbH, EOS GmbH, 3D Systems и The ExOne Company / Prometal изготавливают оборудование для SLS-печати.

Послойная печать расплавленной полимерной нитью (FDM)

Послойная печать расплавленной полимерной нитью, она же Fused Deposition Modeling (FDM), используется для изготовления выплавляемых форм для литья металлов и для получения единичных изделий, приближенных по своим функциональным возможностям к серийным изделиям (рис. 3).

Технология FDM-печати заключается в следующем: нити из ABC пластика, воска или поликарбоната разогреваются до полужидкого состояния через выдавливающую головку с контролируемой температурой. Эта головка подаёт полученный термопластичный моделирующий материал с высокой точностью и тонкими слоями на рабочую поверхность 3D-принтера. Эти слои наносятся друг на друга, соединяются между собой и отвердевают, постепенно формируя готовое изделие.

Рис. Технология FDM печати В настоящее время компанией Stratasys Inc изготавливает 3D-принтеры с технологией FDM.

Технология струйного моделирования Технология струйного моделирования, она же Ink Jet Modelling, имеет несколько запатентованных подвидов: Solidscape (Drop-On-Demand-Jet или DODJet), PolyJet (Objet Geometries или PolyJet) и 3D Systems (Multi-Jet Modeling или MJM).

Хоть все эти технологии имеют свои особенности, работают они по одному принципу. Чаще всего используются моделирующие и поддерживающие материалы. К числу моделирующих материалов относят широкий спектр материалов, близких по своим свойствам к конструкционным термопластам, а к поддерживающих — воск. На рабочую поверхность через печатающую головку 3D-принтера наносят поддерживающие и моделирующие материалы. После чего производится механическое выравнивание и фотополимеризация.

Такая технология позволяет получать прозрачные и окрашенные модели с различными механическими свойствами. Среди них могут быть как и твёрдые, похожие на пластики, так и мягкие, резиноподобные изделия.

Рис. Технология струйного моделирования Компании 3D Systems, Objet Geometries Ltd, Solidscape Inc изготавливают 3D-принтеры с использованием технологии струйного моделирования.

Технология склеивания порошков.

Технология склеивания порошков — она же Binding powder by adhesives, позволяет, помимо создания объёмные модели, раскрашивать их.

В принтерах с технологией binding powder by adhesives используются два вида материалов: крахмально-целлюлозный порошок формирует модель, а жидкий клей на водной основе, проклеивающий слои порошка. Через печатающую головку 3D-принтера поступает клей и связывает между собой частицы порошка и формирует контур модели. Далее, после завершения печати, удаляются излишки порошка. В пустоты модели заливают жидкий воск для придания модели дополнительной прочности.

Условные обозначения: 1−2 — ролик наносит тонкий слой порошка на рабочую поверхность; 3 — струйная печатающая головка печатает каплями связующей жидкости на слое пороша, локально укрепляя часть сплошного сечения; 4 — процесс 1−3 повторяется для каждого слоя до готовности модели, оставшийся порошок удаляется Рис. Технология склеивания порошков На сегодняшний день изготовлением 3D-принтеры с технологией склеивания порошков занимается компаниея Z Corporation.

Ламинирование листовых материалов (LOM)

Ламинирование листовых материалов, оно же Laminated Object Manufacturing (LOM), предполагает изготовление 3D моделей из бумажных листов с помощью ламинирования. Лазером вырезается контур слоя будущей модели, а ненужные обрезки удаляются из принтера путем разрезания их на небольшие квадратики. Готовое изделие структурой похоже на древесную, однако негативно относится к влаге.

Рис. Технология ламинирования листовых материалов Производством 3D-принтеров с технологией ламинирования листовых материалов занималась компания Helisys Inc, но в настоящее время компания прекратила выпуск такого оборудования Облучение ультрафиолетом через фотомаску (SGC)

Облучение ультрафиолетом через фотомаску, оно же Solid Ground Curing (SGC), предполагает распыление на рабочую поверхность слои фоточувствительного пластика для создания готовых моделей. После нанесения тонкого слоя пластика он через специальную фотомаску с изображением очередного сечения обрабатывается ультрафиолетовыми лучами. Неиспользованный материал удаляется при помощи вакуума, а оставшийся затвердевший материал повторно облучается жёстким ультрафиолетом. Полости готового изделия заполняются расплавленным воском, который служит для поддержки следующих слоёв. Перед нанесением последующего слоя фоточувствительного пластика предыдущий слой механически выравнивается.

До недавнего времени 3D принтеры с технологией облучения УФ-лампой через фотомаску выпускала компания Cubital Inc, но в настоящее время производство таких машин прекращено.

1.3 3D-печаеть в архитектуре, строительстве и геоинформационных системах

3D печать находит широкое применение в изготовлении архитектурных макетов зданий, сооружений, целых микрорайонов, коттеджных посёлков со всей инфраструктурой: дорогами, деревьями, уличным освещением.

Для печати трёхмерных архитектурных макетов используют дешёвый гипсовый композит, который обеспечивает низкую себестоимость готовых моделей.

На сегодняшний день для 3D печати доступно 390 тысяч оттенков палитры CMYK, что позволяет воплотить в жизнь любую цветовую фантазию архитектора.

Для трёхмерной печати архитектурных моделей и прототипов чаще всего используются цветные 3D ZPrinter модели 250, 450, 650, 850 и чёрно-белые 3D ZPrinter модели 150 и 350.

Инженеры из университета Южной Калифорнии создали систему 3D печати для работы с крупногабаритными объектами. Система работает по принципу строительного крана, который возводит стены из слоёв бетона. Такой 3D принтер может возвести двухэтажный дом всего лишь за 20 часов. Рабочим останется только установить окна, двери и провести внутреннюю отделку помещения.

Голландские архитекторы предложили напечатать при помощи строительного 3D принтера уникальный дом в форме ленты Мёбиуса. «Печать» дома запланирована на 2014 год. Дом планируется напечатать из смеси песка и связующих материалов.

Вполне возможно, что через несколько десятков лет вырастут целые посёлки с великолепными комфортными домами, построенными по технологии 3D печати.

Применяя 3D принтеры можно создавать объёмные цветные карты, точно отображающие ландшафт местности или указывающие уровни залегания различных пород.

1.4 ЗD-печать в медицине С каждым днём технология трёхмерной печати всё совершенствуется, и потому пользоваться «распечатанными» предметами становится всё безопаснее и эффективнее.

Технологии трёхмерной печати существенно облегчают работу врачей, потому что позволяют в кратчайшие сроки создать качественный протез, который полностью соответствует параметрам пациентов.

В январе 2012 года врачи обнаружили, что у Каибы Джонфриддо (Kaiba Gionfriddo), которому было всего шесть недель от роду, случился разрыв левой бронхиальной трубки из-за не диагностированного врождённого дефекта.

В большинстве случаев, когда ребёнок рождается, хрящевые кольца в его трахее открывают дыхательные пути. Но бывают и исключения. По данным Американской медицинской библиотеки при Национальном институте здравоохранения (US National Library of Medicine, National Institute of Health), один из каждых 2100 новорождённых имеет врождённый дефект, при котором часть дыхательных путей оказывается слишком хрупкой и в итоге разрывается, блокируя вход для воздуха в одно из лёгких или даже в оба. Лечение такого заболевания требует размягчения трахеи, а также постоянного контроля за здоровьем пациента, особенно в случаях простуды и других инфекционных заболеваний. Иногда необходим респиратор или хирургическое вмешательство.

Некоторые случаи бывают особенно тяжёлыми, как у Каибы: даже после курса лечения он всё равно дышал с большим трудом.

После того, как лечащие врачи мальчика поняли, что спасти пациента будет очень сложно, они обратились к Гленну Грину (Glenn Green), отоларингологу из университета Мичигана, и его коллегам. Эти медики как раз работали над новым устройством, которое помогает «вылечить» коллапс дыхательных путей. Они спроектировали синтетическую трубку, которую можно обернуть вокруг повреждённой части бронха или трахеи (рис. 22). Это позволяет открыть проход воздуху, дать ему возможность свободно циркулировать.

Но тут возникает проблема: органы каждого пациента уникальны, и потому невозможно создать устройство универсального размера. Эту задачу решила технология 3D-печати: макет трубки можно делать по индивидуальному заказу, чтобы создать фиксатор именно такой формы и размера, который подойдёт конкретному пациенту.

Задача создания синтетической трубки оказалась не слишком сложной, ведь сама трахея имеет форму трубки, а значит, никаких сложных форм создавать было не нужно. Грин и его коллеги провели тесты на поросятах, после чего убедились в эффективности данной методики.

Ответственным за изготовление такого «рукава» для трахеи был Скотт Холлистер (Scott Hollister), биоинженер из университета Мичигана. Устройство должно крепиться вокруг трахеи и позволять ей расширяться при поступлении воздуха, но предотвращать спазмы, которые могут привести к коллапсу.

Чтобы создать правильный эскиз, врачи сделали Каибе компьютерную томографию. На основе полученных данных они спроектировали трубку нужной формы и размера, как по индивидуальному заказу. Впрочем, «напечатать» идеальный рукав удалось не с первого раза. Инженерам постоянно приходилось вносить коррективы, но в итоге всё получилось.

Перед тем, как вставить трубку в бронх Каибе, команде пришлось срочно заручиться согласием американского Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA). Как сообщается в пресс-релизе, операция прошла 9 февраля 2012 года.

Это спасительное устройство было создано из поликапролактона, похожего на пластик полимерного материала, совместимого с живыми тканями. 3D-принтер нагревал поликапролактоновый порошок (к слову, у него очень низкая температура плавления) до тех пор, пока он не превратился в густую пасту, из которой уже можно было лепить нужную форму.

Самое интересное, что когда мальчик будет расти, трубка будет расти вместе с ним. Однако через несколько лет его трахея окрепнет и болезнь пройдет сама собой, а необходимости вынимать устройство не будет, ведь оно сделано из тех же материалов, что и саморастворяющиеся хирургические нити, которыми зашивают внутренние органы.

В феврале 2012 года, из-за заболевания остеомиелитом, 83-летняя жительница Бельгии лишилась возможности говорить, жевать, и даже нормально дышать. Болезнь поразила её нижнюю челюсть. Решением проблемы пациентки занялись специалисты из университета Хасселта (Universiteit Hasselt).

Поскольку костная структура не подлежала восстановлению, медики приняли решение изготовить протез. Благодаря современным технологиям стало возможным не только создать компьютерную 3D-модель необходимого элемента, но и изготовить его при помощи трёхмерного принтера.

Сначала при помощи магнитно-резонансной томографии специалисты определили точную форму нижней челюсти пожилой пациентки. Затем компания LayerWise занялась изготовлением протеза. Используя 3D-модель, специальный «принтер» при помощи лазера запёк слой за слоем титановый порошок в конечную структуру.

Перед пересадкой искусственную челюсть покрыли биосовместимым керамическим материалом. Общий вес новой челюсти составил 107 граммов. Несмотря на то что она оказалось на треть тяжелее настоящей, разница в весе не помешает старушке, считают медики. Она быстро привыкнет к протезу, уверены они.

" Пробудившись от анестезии после четырёхчасовой операции, пациентка смогла сказать несколько слов, а днём она позже уже снова нормально говорила и глотала" , — Жюль Пукан (Jules Poukens), профессор университета Хасселта, руководивший процессом пересадки.

Уже через четыре дня пожилую женщину отпустили домой. В дальнейшем учёные, вероятно, займутся монтированием в ротовой полости моста для дальнейшей установки на челюсть зубов.

В августе 2012 года, из-за врождённого заболевания, двухлетняя Эмма Лавелль (Emma Lavell) не могла двигать руками, пока специалисты детской больницы Альфреда Дюпона (Nemours/Alfred I. duPont Hospital for Children) не сделали для неё специальный экзоскелет.

За основу изделия была взята существующая модель вилмингтонского роботизированного экзоскелета (WREX), разработанного в том же центре. Устройство позволяет двигать конечностями с помощью системы поддерживающих соединений.

Проблема заключалась в том, что такой экзоскелет изначально создавался для детей в возрасте от шести лет и более. Построенный на базе инвалидного кресла, он был слишком громоздким для маленькой двухлетней пациентки.

Тогда доктор Тарик Рахман (Tariq Rahman) и дизайнер Уитни Семпл (Whitney Sample) разработали лёгкую уменьшенную модель устройства. Так как оборудование, используемое для производства WREX, не было рассчитано на выпуск более мелких деталей, они напечатали их на 3D-принтере компании Stratasys.

В результате медики получили полностью функциональный экзоскелет, выполненный из прочного АБС-пластика, который используется в конструкторах LEGO. Это позволило существенно снизить вес и сделать устройство достаточно мобильным.

Теперь Эмма может где угодно носить специальную куртку со встроенным экзоскелетом. Девочка называет своих механических помощников «мои волшебные руки», ведь они позволяют ей самостоятельно играть, рисовать и кушать, что ранее малышке было недоступно.

Когда устройство станет ей мало, разработчики просто напечатают новые детали. Подобные устройства уже напечатаны для 15 других больных детей.

В феврале 2014 года 14-месячный Роланд Лянь (Roland Lian Cung Bawi)? сын эмигрантов из Мьянмы, которые проживают в Оуэнсборо (Owensboro), США, страдает сразу от нескольких пороков развития, таких как окно в сердце, аномальное расположение аорты и лёгочной артерии.

Жизнь таких детей обычно состоит всего из 3−19 месяцев непрерывных хронических заболеваний. Для попытки спасения ребёнка раньше понадобилось бы несколько сложных операций. Однако в данном случае риск неудачи был слишком велик, и медики решили попытаться найти надёжный способ планирования хирургического вмешательства.

Поиски привели к успешному сотрудничеству врачей детской больницы Косейр (Kosair Children’s Hospital) и инженеров, работающих с трёхмерной печатью в университете Луисвилля (University of Louisville). Тим Горнет (Tim Gornet) и его команда создали модель сердца Роланда на основе данных томографии мальчика. Фактически в распоряжении инженеров и медиков оказались тысячи сечений жизненно важного органа.

Для послойного создания модели сердца учёные использовали гибкий полимерный материал, известный как Ninja FLEX. В итоге всего за 20 часов на 3D-принтере стоимостью 2,5 тысячи долларов была получена реплика органа стоимостью 600 долларов. Копия сердца в 1,5 раза больше своего аналога и состоит из трёх отдельных частей для удобства планирования операции.

Готовая модель была передана кардиохирургу Эрлу Остину третьему (Erle Austin III). С её помощью специалист нашёл способ создания туннельного соединения между клапаном аорты и желудочком всего за одну операцию.

14 февраля 2014 года Роланд покинул больницу с надеждой на нормальную продолжительность жизни. На первом осмотре через 7 дней родители рассказали, что мальчик хорошо себя чувствует, крепко спит, много играет и улыбается, чего раньше они практически не наблюдали. Прогнозы специалистов пока положительные.

В марте 2014 года Доктор Бон Вервей (Bon Verweij) из Университетского медицинского центра в Утрехте (UMC) и его коллеги провели уникальную операцию по замене всей верхней части черепа на «напечатанный» имплантат.

22-летняя женщина обратилась к специалистам с редким заболеванием, в ходе которого кости её черепа постоянно становились толще и оказывали давление на мозг. В результате она сначала испытывала сильные головные боли, затем постепенно потеряла зрение и обрела проблемы с координацией движения.

" Это был только вопрос времени, когда она лишится других функций мозга и в конечном счёте умрёт, — объясняет Вервей. — Операция была единственным выходом, так как эффективного лечения для таких случаев до сих пор не существует" .

Замена части черепа на пластину, изготовленную из различных материалов, проводилась в медиине и ранее. Но в этот раз врачи решили действовать нестандартно и обратились к австралийской компании Anatomics, чтобы вместе с её специалистами создать простой, лёгкий, но прочный пластиковый имплантат.

Искусственный свод черепа был напечатан на основании трёхмерной компьютерной реконструкции головы пациентки и идеально заменил удалённый участок. Сложная операция была проведена три месяца назад и продолжалась 23 часа.

" С тех пор у пациентки полностью восстановилось зрение, а сама она вернулась к работе, — рассказывает Вервей. — Уже практически невозможно догадаться, что совсем недавно она пережила операцию" .

Успешный опыт голландских специалистов может быть использован для пациентов с различными костными нарушениями, а также для замены части черепа после аварий или удаления опухолей.

В апреле 2014 года Хосе Дельгадо (Jose Delgado), родившийся без левой кисти и испробовал немало технологий, чтобы почувствовать полноценную радость движения, получил новый протез, стоимость которого составила всего $ 50 (около 1700 рублей), и дал очень положительные отзывы о его использовании. Хосе даже признался, что его новая рука в некоторых вопросах намного лучше, чем миоэлектрический протез за $ 42 тысячи (почти полтора миллиона рублей), который контролировался электрическими мышечными сигналами его тела.

В отличие от дорогостоящего устройства, новый протез был распечатан на 3D-принтере (рис. 27). Создателем его стал Джереми Саймон (Jeremy Simon), партнёр-основатель компании 3D Universe, специализирующейся на аддитивном производстве.

" Хосе просто нашёл меня и спросил, могу ли я помочь ему напечатать простой протез руки" , — рассказывает Саймон в пресс-релизе компании.

В качестве основного материала для печати был использован акрилонитрилбутадиенстирол или АБС-пластик. Конструкция модели, получившей название e-NABLE Hand, относится к категории Cyborg Beast («Зверь-киборг»).

После разработки прототипа Дельгадо вновь обратился к Саймону, и они вместе начали работу над оптимизацией натяжных шнуров в протезе. Эти шнуры имеют основополагающее значение для работы 3D-печатных устройств, так как они представляют собой серию негибких связок, проходящих вдоль нижней стороны каждого пальца и подключающихся к блоку на верхней части устройства.

Натяжение при использовании определяется изгибом запястья вниз. Если запястье находится в положении покоя, то пальцы вытягиваются, с естественным изгибом внутрь. Когда запястье изгибается от 20 до 30 градусов вниз, негибкие шнуры натягиваются, в результате чего пальцы сгибаются внутрь. Вторая серия гибких шнуров проходит вдоль кончиков пальцев. За счёт них пальцы автоматически возвращаются в исходное положение, когда напряжение снимается.

Дельгадо рассказал, что больше всего ему понравилось, что все пальцы функционировали одинаково хорошо. С новым протезом ему стало удобнее управлять автомобилем и носить продуктовые сумки. По словам Саймона, рекомендация Дельгадо особенно ценна для компании, так как пациент испробовал почти все варианты протезов, и его положительные отзывы о новой «руке» за $ 50 особенно ценны.

Среди производителей протезов принято считать, что лучший продукт тот, который использует наиболее современные электронные технологии. Человеческая рука является одной из наиболее сложных частей тела, состоящей из мышц, нервов, сухожилий и костей. Поэтому напечатанный на 3D-принтере протез нельзя рассматривать как полноценную замену всем остальным устройствам.

Саймон сообщает, что, так как профессия Дельгадо напрямую связана с физическим трудом, вряд ли новый протез прослужит ему годы. Но инженер уже начал работу над следующей моделью, которая будет создана с использованием нейлона для увеличения прочности и придания лёгкости конструкции. Также Дельгадо пообещали в следующий раз оптимизировать систему захвата, чтобы работать руками стало ещё удобнее.

1.5 3D-печать в мелкосерийном производстве, функциональном тестировании и образовании Профессиональные 3D принтеры постепенно отвоёвывают свои позиции в сфере мелкосерийного производства. Чаще всего данную технологию печати используют для изготовления эксклюзивных изделий, например предметов искусства, фигурок персонажей для участников ролевых интернет-игр, прототипов и концептуальных моделей будущих потребительских товаров или их конструктивных деталей. Такие модели используются как в экспериментальных целях, так и для презентаций новых товаров.

Для мелкосерийной 3D печати чаще всего используют системы Dimension, модели Elite и SST 1200ES, а также системы Fortus, модели 400mc и 900 mc.

Использование 3D принтеров для функционального тестирования — это один из современных методов инновационных разработок. В большинстве случаев требуется протестировать новый механизм в сборе, но изготовить отдельные компоненты в одном экземпляре слишком долго, дорого и весьма проблематично. На помощь приходят 3D принтеры с различной степенью детализации моделей.

Для функционального 3D тестирования рекомендуется использовать принтеры Objet 24 и 30, устройства Eden 250, 260V, 350, 500V, а также Objet 260 Connex, Connex 350 и 500. Для изготовления функциональных 3D моделей из пластика разработаны машины Dimension uPrint, uPrint+, Elite, SST 1200ES, а также Fortus 400mc и 900mc.

Использование технологии 3D печати в образовании позволяет получить наглядные пособия, которые отлично подходят для классных комнат любых образовательных учреждений, начиная от детских садов и заканчивая вузами.

Современные 3D принтеры отлично подходят для классных комнат, поскольку имеют повышенную надёжность, не выделяют во время печати вредных для здоровья продуктов, не предъявляют особых требований к утилизации, не содержат режущих и бритвенных материалов, не имеют лазеров.

Предполагается, что оснащение образовательных учреждений конструкторских или дизайнерских специальностей 3D принтерами поспособствует повышению эффективности образовательного процесса и быстрому усвоению знаний учащимися и студентами.

1.6 3D-печать в производстве одежды, обуви и ювелирных изделий Принтеры с технологией 3D печати постепенно осваивают сферу производства одежды, и в первую очередь — производство моделей для высокой моды.

Не так давно голландский модельер Айрис Ван Херпен представила коллекцию «Напряжение», все модели которой были созданы при помощи 3D печати. Коллекция была представлена на Неделе высокой моды в Париже.

Технология 3D печати позволяет использовать для изготовления одного предмета одежды несколько различных материалов. Такой подход позволяет решить проблемы, связанные с прочностью и эластичностью изготавливаемых вещей.

Одежду, напечатанную 3D принтером, пока можно увидеть только на показах мод. Но не остаётся сомнений, что внедрение подобных изделий в массовое производство является лишь вопросом времени. Возможно, в ближайшем будущем мы сможем не выходя из дома напечатать себе новую рубашку, вечернее платье или даже шубу необходимого цвета и размера.

Первая пара обуви, напечатанная на 3D принтере, появилась в 2011 году благодаря стараниям шведских студентов. Сегодня трёхмерная обувь, напечатанная на принтерах, красуется на ведущих подиумах всего мира. Существенным преимуществом такой обуви является точный учёт индивидуальных особенностей её владельца, включая размер и форму стопы.

Внешний вид 3D обуви существенно отличается от традиционной, поэтому она будет пользоваться спросом среди креативных молодых людей, которые хотят подчеркнуть свою индивидуальность.

3D принтеры научились печатать не только женскую, но и мужскую обувь. Студент Лондонского колледжа моды Росс Бербер в своей дебютной коллекции представил пять пар обуви, напечатанных на принтере.

Для изготовления 3D обуви используют полиуретан, резину и пластик. Стоимость такой обуви пока слишком высока, чтобы наладить её массовое производство.

Как известно, при изготовлении ювелирных изделий самой трудоёмкой процедурой является создание восковых прототипов, которое требует колоссальных затрат времени. С появлением 3D принтеров у ювелиров появилась возможность быстро выращивать восковые модели украшений, предварительно разработанные в специальной программе.

Для создания прототипов ювелирных украшений с использованием 3D принтера используется специальный материал, по своему составу похожий на ювелирный воск.

Для печати прототипов ювелирных украшений можно использовать следующие 3D принтеры: Soldscape T76, Eden 260V и 500V, Objet260 Connex и др.

2. Зарубежная и отечественная практика 3D-печати

2.1 3D-печать за рубежом

Techfortrade, некоммерческая организация Великобритании, основанная в 2011 году, для обеспечения содействия развитию торговли с помощью перспективных технологий и борьбы с бедностью среди фермеров, рабочих и их сообществ. Расширение возможностей торговли имеет решающее значение для стран с низким доходом и целевой рынок для качественных продуктов и услуг в основании пирамиды огромен. Пока у 2.6 млрд человек на планете годовой доход менее 3000 $ и еще 1.4 млрд имеют доход между 3000 $ и 20 000 $ в год, общий оборот мирового рынка составляет более $ 25 млрд в год.

Однако есть некоторые существенные барьеры перед торговлей в основе пирамиды, не последним из них является бедная материальная инфраструктура, которая чрезвычайно затрудняет передвжение товаров и услуг. Главным мотивом Techfortrade в решении организовать международную встречу в 2012 году была перспектива, что 3D печать может бросить вызов неразвитой инфраструктуре, выявить преобразующие применения для технологии 3D печати, которая могла бы изменить жизни некоторых из беднейших людей в мире.

Решение о проведении созыва было принято под влиянием того факта, что в развивающихся рынках быстро формируется необходимая для реализации 3D печати технологическая экосистема. В нее входят уровень мобильного проникновения, доступ к Интернету с мобильных приложений или смартфонов и быстро падающая стоимость общедоступного оборудования 3D печати и дешевого мобильного сканирующего оборудования.

1-ого мая 2012 была запущена Выставка 3D для развития (3D4D), с призом в 100 000 $, на реализацию выигрышного проекта. Цели выставки были следующими:

* повысить осведомленность о возможностях 3D печати в развивающихся странах, путем подготовки ряда международных семинаров.

* дать участникам простой механизм для его применения где угодно в мире.

* краткий список лучших идей и назначение наставников для помощи финалистам в разработке их предложений.

* собрать финалистов вместе в Лондоне, чтобы представить их идеи независимой группе экспертов для выбора победителя.

К 6 августа 2012, дате окончания приема, Techfortrade получил более 70 заявок. Из длинного списка были выбраны семь финалистов. Это были:

* Борис Коган (Израиль) — маломерная, простая в производстве 3D распечатанная автоматизированная теплица для увеличения производства пищевых продуктов

* Washington Open Object Fabricators — WOOF (США) — позволяет повторно перерабатывать пластиковые отходы и производить на крупногабаритных 3D принтерах продукцию, востребованную в повседневной санитарии (компостируемые уборные)

* Проект EN3D (Канада) — 3D распечатанное средство слежения за солнцем для увеличения эффективности устойчивого производства энергии

* Fripp Design & Research (Великобритания) — 3D печать протеза мягких тканей (носы, уши) для пациентов с врожденными дефектами и травмированных

* Just 3D Print (Индия) — переработка ненужных материалов в экономичное и экологически рациональное сырье для труженников 3D печати

* Рой Омбэтти (Кения) — 3D распечатанная специальная обувь для пациентов, страдающих от инвазии мухи Джига

* Colalight (Великобритания) — группа собрала солнечную лампу, основанную на бутылке от колы, с деталями, сделанными на 3D принтере В качестве победителя судьи выбрали проект WOOF. Проект WOOF создаст новые рабочие места, позволяя использовать ненужную пластмассу, как материал для создания продукта.

Команда проекта сотрудничает с организацией «Вода для человечества» (WFH) и их начальные продукты будут посвящены местным проблемам с водой и улучшению санитарных условий в Оахаке, Мексика.

Подготовка выставки 3D4D обеспечила возможность узнать о текущей картине людей и организаций, работающих над идеями связанными с использованием 3D печати на развивающихся площадках. Очевидно, что есть возрастающая группа ученых, предпринимателей и любителей 3D печати, работающих над рядом идей: от создания библиотек полезных 3D печатных продуктов, которые можно использовать в развивающихся странах, до проектов разработки транспорта на солнечных батареях для 3D принтеров. Вероятно, слишком рано, чтобы описать эту группу как сообщество, несмотря на то, что Выставка до некоторой степени объединила людей под символом «3D для развития (3D4D)».

Было также очевидно, что в мастерских требуются некоторые навыки для использования преимуществ технологии, имеющихся в больших запасах. Растущее сообщество «мастер», возникающее во многих развивающихся странах, основывается на традиции «справлюсь и починю», как наборе навыков, утерянных в большом количестве развитых стран. Также стоит упомянуть тот факт, что всё более и более молодые разработчики и студенты-инженеры компетентны в использовании программ CAD и быстро схватывают понятие 3D производства.

Также ясно, что даже в развивающихся странах молодые предприниматели ухватили идею использования 3D печати в качестве дешевого способа создания прототипов продукта и мелкосерийных изделий. Это важно, потому что даже с достижениями в технологии инъекционного литья, формы могут стоить минимум 5000 $ цена, которая недоступна для мелких предпринимателей в странах с низким доходом.

После Финала, поддерживалась связь со всеми нашими финалистами, и большинство из них добились большого прогресса в своих проектах, не смотря на то, что не выиграли приз. Выставка предложила эффективную основу для демонстрации проектов, и в результате многие финалисты позднее получили предложения о сотрудничестве.

Проект-победитель предлагает возможность протестировать проект производственного бизнеса для малых групп, которая включает вторичную переработку пластика и совершенствование локальных 3D производственных навыков в производстве ассортимента необходимых деталей и продукции для местных рынков. Он также использует общедоступные разработки для крупногабаритного печатного оборудования и оборудование для измельчения и экструдирования пластмассовых отходов.

Не смотря на то, что проект может стать основой для репликации и масштабирования инициатив, таких как WOOF и проекта Just 3D Printing, который имеет такие же цели, есть ряд задач, которые необходимо решить, прежде чем этот проект сможет иметь реальный коммерческий потенциал.

К этим задачам относятся:

* Разработка технологии производства материалов, для расширения ассортимента пластиков, подходящих для вторичной переработки и изготовления высококачественной нити простым и недорогим способом.

* Разработка технологии производства пигмента, чтобы стало возможным простое и дешевое изготовление маленьких партий цветной нити.

Обращение к первым двум задачам может позволить развивающимся странам поставлять нить на коммерческой основе, таким образом, рынок для 3D печатной нити быстро расширится за следующие несколько лет.

* Юридические проблемы, связанные с интеллектуальной собственностью, которые можно предотвратить, например, открыв доступ к файлам CAD для запасных частей.

* Лучшее понимание экономики мелкосерийного производства на основе 3D печати, по сравнению с более традиционным производством и распространением в развивающихся рынках.

Особенно нас интересует в развивающихся странах производство коммерческой сортовой нити из переработанной пластмассы, собранной и отсортированной на свалках. Мы не знаем ни одной организации, преследующей концепцию понятия «этичной нити». Джошуа Пирс, доцент кафедры материаловедения и машиностроения и кафедры электротехники и вычислительных устройств Мичиганского Технологического университета написал недавно в блоге Techfortrade:

«Один из наших главных проектов — создание открытого проекта RecycleBot, который может превратить ненужный пластик в 3D нить. У него есть возможность упростить сбор мусора в развивающихся странах для переработки пластика в ценные изделия для продажи или просто для обеспечения своих собственных потребностей. Использование устойчивого источника энергии и переработанной нити не только дают возможность помочь неимущим людям, но также и улучшают экологическую эффективность 3D печати».

В Techfortrade планируеется новые инициативы, которые, будут поощрять дальнейшие разработки, чтобы решить некоторые из этих проблем и постоянно в поисках совместного сотрудничества, которое поможет достичь цели.

2.2 3D-печать в России Для России же трехмерная печать — явление новое, но с каждым днем набирает обороты и получает все более широкое распространение. В качестве примера можно привести применение 3D-печати в сфере здравоохранения. Так, сейчас в стоматологической клинике при реконструкции челюсти, услышав этот термин — не нужно бояться. А даже наоборот, ибо при использовании технологии «выращивания» модели на 3D-принтере снижается роль человеческого фактора, повышается качество и снижается время на изготовление необходимой модели. Наиболее популярна она в челюстно-лицевой пластике и стоматологической импланталогии. Технология позволяет точно подогнать имплантант и, как следствие, ускоряет процесс выздоровления пациента. Интересен тот факт, что имплантанты, изготовленные средствами 3D-технологий, стоят гораздо дешевле своих аналогов.

Импортеры На российском рынке 3D-печати работает несколько поставщиков импортного оборудования, среди них дистрибьютор 3D Systems компания «Три Д формат» и дистрибьютор Stratasys фирма Jetcom. За пределами Москвы также есть компании, занимающиеся реализацией подобного оборудования. Например, Triton-Group предлагает системы быстрого прототипирования в Екатеринбурге. Развивается и сфера услуг в области 3D-печати. В частности, компания «Инвент» готова изготовить прототип, используя подготовленную клиентом компьютерную модель (3d-max, CAD, SolidWorks и т. д.), а также доработать модель для печати, создать модель по чертежам CAD или по эскизу или фотографии.

Отечественные разработки Одним из производителей 3D-принтеров в России в настоящее время является компания Picaso, которая совсем недавно представила новинку PICASO 3D Designer, разработанную для персональных пользователей, и ориентированную на коммерческий сегмент рынка. Это уже второй 3D-принтер, сконструированный компанией, ранее она вывела на рынок устройство PICASO 3D Builder.

Так же естьзеленоградское СКБ Кипарис, которое сумело наладить выпуск принтеров 2 года назад, получив грант в 1,2 млн рублей от РосНано. Тогда их первые принтеры продавались по 50 тысяч рублей. Их электронная плата, переделанная Gen6, стоила тогда 5 тысяч рублей, а стол с датчиком — 1500 рублей. Сейчас они продают немного улучшенные принтеры за 65 тысяч, а принтеры следующего поколения Picaso уже за 80 тысяч рублей.

Проект Репрап-Россия из Нижнего Тагила. Они первые в России одновременно и собрали установку для производства прутка, и создали свою модификацию 3D-принтера «Хамелеон», а также сделали информационный буклет к нему. Принтер их конструкции будет стоить 37 500 рублей при заказе через сайт. Maket-City из Курска, сделал 3D-принтер Люмен из алюминиевого стеллажного профиля по классической портальной схеме. Данный принтер в настоящее время предлагается за 44 тысячи рублей.

Print & Play из Новосибирска. За три года компания поднялась с нуля, без инвестиций, мелкосерийное производство 3D-принтеров собственной конструкции под маркой SibRap. Рама на спроектированных самостоятельно элементах из оргстекла толщиной 18 мм, собственные сопла, нагревательные элементы, электроника наполовину собственного производства, аккуратная сборка. Компания успешно продает свои принтеры в Сургут, Новокузнецк, Новосибирск. Часть принтеров изготовлена по собственным чертежам другими организациями и индивидуальными специалистами — это говорит о достаточно хорошем качестве проекта. Как истинные инженеры и ученые, компания продолжает вести исследования: в настоящее время идут исследования возможности печати прутком из полиэтилена низкого давления, улучшения конструкции принтера, освоение и локализация программного обеспечения. В настоящее время компания готова производить 10 принтеров в месяц под заказ по цене 40 тысяч рублей. Планитуется также производить дешевые наборы для любителей самостоятельной сборки, сопровождая набор подробными видеоинструкциями по сборке, калибровке и настройке печати собственного принтера. Для поддержки таких самостоятельных групп планируется опубликовать проект своего 3D-принтера под открытой лицензией, чтобы чертежи были доступны каждому желающему. А сейчас компания продает принтеры, пластик для печати и различные комплектующие и создаем обучающие ролики.

3. Развитие предприятий в отрасли производства 3D-принтеров

3.1.Закономерности корпоративного развития: этапы эволюции от предпринимателя до транснациональных корпораций Теоретическая база развития фирмы.

Теоретические воззрения на определение размеров и структуры фирмы важны для практики бизнеса. Менеджеры, стокхолдеры или любые иные лица, определяющие стратегию развития компании, должны иметь возможность строить свои организации аналогично тому, как инженеры возводят сложнейшие конструкции или формируют тончайшие наноструктуры, опираясь на законы физики.

До недавнего времени экономическая наука. рассуждала о границах фирмы, преимущественно трактуя представления неоклассиков и их последователей. Однако практическая неприменимость и невозможность расчета предельных издержек, построения кривых спроса и предложения, абсолютная абстрактность смены технологий и т. п. оставили им лишь почетное место в университетских учебниках.

Тенденции современности постепенно смещают интересы ученых в пользу неоинституционального направления. Но и в этом случае ориентация на важное, но не определяющее условие существования фирмы-трансакционные издержки — делает путь определения размеров компании еще более извилистым, поскольку в данном случае объектом исследования являются не сами фирмы, а среда, в которой они оперируют, условия их существования и т. п.

При этом проблемы развития внутренней структуры фирмы были изначально вынесены за рамки этих противоборствующих научных направлений. Поэтому изучение столь важной темы нашло отражение в области исследований, непосредственно связанных с проектированием производства или построением систем менеджмента.

Первый уровень развития: предприниматель При демонстрации закономерностей эволюции фирмы будем исходить из определения внутренних движущих сил развития и выявления способов их реализации. Основной целью и, следовательно, базовым движущим мотивом развития фирмы будем полагать стремление к получению прибыли. Этот тезис начал подвергаться в предыдущие несколько лет критике, однако можно предположить, что кризис конца предыдущего — начала нынешнего десятилетия поможет вернуть в научную среду его подлинную ценность, наглядно показав, что без корпоративных прибылей нет экономического развития. Исходя из этого деятельность любой коммерческой организации (в дальнейшем для удобства будем называть их фирмами) можно представить как процесс, состоящий из приобретения исходной продукции, ее трансформации (преобразования) и последующей реализации для получения прибыли. Такой процесс в простейшей его реализации воплощается одним человеком. Представление о фирме как системе, состоящей из одного человека, отличается от распространенных теоретический воззрений, но в экономиках разных стран в большом количестве присутствуют индивидуальные предприниматели, поэтому именно такую фирму будем рассматривать как первый уровень ее развития. Например, в США из 27,75 млн общего количества фирм по экономической переписи 2007 г. (2007 Economic Census) насчитывается 21,7 млн фирм без оплачиваемых работников и 1,3 млн фирм с одним работником.

Структура фирмы первого уровня в общем виде может быть изображена в виде последовательной системы, состоящей из обеспечивающего процесса (для наглядности разделенного на две составляющие — «вход» и «выход») и основного или производственного процесса — процесса трансформации продукции. Последовательной системой в целях исследования будем называть систему, в которой исключение хотя бы одного из элементов приведет к остановке деятельности всей системы.

Рис. Экономико-технологическая структура фирмы первого уровня развития Можно предположить, что, начиная свой бизнес, владелец фирмы выберет или самостоятельно придумает наиболее эффективные из доступных ему современных методов производства. Организация производства будет сведена к наиболее точному и эффективному воплощению существующих технологий производства товаров или оказания услуг.

При формировании структурной модели эволюции фирмы будем полагать, что исходную продукцию можно приобрести в необходимом количестве по соответствующей рыночной цене. Аналогично предположим, что на весь объем выпускаемой фирмой продукции существует устойчивый трос и вся произведенная продукция поглощается рынком. То есть фирма реализует востребованную бизнес-идею.

Фирма первого уровня развития в силу ограниченных возможностей одного человека довольно узко специализирована на одном из возможных видов экономической деятельности. Поэтому на ее выходеограниченный выпуск небольшого ассортимента однородных товаров (услуг), производство которых, например, описывается шестью разрядами статистического кода NAICS. Это могут быть единичные предприниматели, такие как уличный торговец (street vendor, продавец газет — 451 212 News Dealers and Newsstands US, флорист — 453 110 Florists CAN), фермер (фермер, выращивающий пшеницу — farmer, 11 140 Wheat Farming), торговец автомобилями (441 310 Automotive Parts and Accessories Stores CAN) или мебелью (442 110 Furniture Stores CAN) и др.

Рост фирмы до второго уровня развития: кооперация (фирма Р. Коуза) Какими реальными способами располагают фирмы для увеличения объемов прибыли? Будем считать, что цена реализации на конкурентном рынке формируется извне (определяется спросом), поэтому у фирмы при производстве неизменной продукции существуют всего два взаимосвязанных и взаимообусловленных пути повышения прибыли. Это снижение затрат на единицу продукции и увеличение объемов ее производства (рис. 38). То есть минимизация затрат в общем случае определяется реализуемой технологией и тем, каким образом организовано производство.

а б Рис. Увеличение объемов прибыли: а — при росте объемов производства; б — при снижении затрат в единице продукции Конечно, при неэластичном спросе (в предельном случае — вертикальная кривая спроса) никакого повышения объемов производства не произойдет. Однако будем полагать, что рынки в большинстве своем характеризуются падающей кривой спроса, свидетельствующей о росте потребления по мере снижения цен.

Достигнув пределов текущего технологического совершенствования, владелец фирмы первого уровня развития, скорее всего, перейдет к воспроизводству того, что у него получается лучше всего и приносит основную прибыль, — дублированию процессов трансформации продукции. Особенно в случае успеха на рынке. Увеличить объемы выпуска на имеющихся технологиях и снизить затраты на производство единицы продукции можно путем найма дополнительных работников. В этом случае можно будет говорить о формировании фирмы второго уровня развития. Ее структура приобретет черты параллельной во времени системы.

Рис. Структура фирмы второго уровня развитии Параллельной системой в целях исследования будем называть систему, в которой исключение хотя бы одного из элементов в отличие от последовательной не приведет к остановке деятельности всей системы.

Производственные возможности фирмы, состоящей уже как минимум из двух человек, возрастут в два раза, поскольку рассматриваемая модель предполагает дублирование лучшего из достигнутых процессов трансформации продукции. Второго работника не обязательно нанимать. Два специалиста и более могут образовать партнерство на паритетных началах, например, в юридической или консалтинговой фирме. Производительность труда с точки зрения производственной деятельности не изменится, поскольку реализуются те же самые технологии. Однако эффективность одного работника (отношение объемов произведенной продукции к величине всех затрат фирмы) увеличится за счет того, что затраты на приобретение и реализацию продукции увеличатся в меньшей степени, чем вырастет объем произведенной продукции. Кроме того, владелец фирмы получит возможность закупать больший объем исходной продукции по меньшей цене и тем самым также снизить затраты.

Такой путь развития, связанный с наращиванием мощности параллельной системы на имеющихся технологиях, будет продолжаться до некоторой границы. По достижении определенной величины прирост от добавления еще одного процесса трансформации продукции сравняется с возросшими затратами на обеспечивающие процессы. Экономический смысл дальнейшего роста по этому пути будет утрачен Ограничения по количественному росту процессов трансформации, основанных на имеющихся методах производства-технологиях, обусловлены, например, нормой управляемости. Известно, что ее величина во многом определяется нестабильностью внешней среды и в зависимости от изменчивости меняется в диапазоне от 2 чел. до бесконечности. Современные исследователи близки к эмпирической оценке, когда пределом нормы управляемости в условиях бизнес-среды можно считать величину около 10 работников. Следовательно, максимальный объем производства продукции фирмы второго уровня развития вырастет примерно в десять раз по сравнению с фирмой первого уровня развития.

Расчеты на основе источника свидетельствуют, что в США в 2007 г. фирме, в которой появляются оплачиваемые работники (отнесенной ко второму уровню развития), помимо параллельной структуры, соответствуют следующие количественные параметры: объем продаж (receipt) возрастает зо 1 млн долл.; средняя производительность труда 'эффективность) одного работника возрастает в 1,9 раза (почти удваивается на имеющихся технологиях) и достигает 84 тыс. долл.; количество оплачиваемых работников — в диапазоне 3,4−7,4, или в среднем 4,5 чел. на одну фирму.

Деятельность фирм второго уровня развития как и первого) находится внутри одной отрасли. 3 экономике США расчеты на основе данных источника свидетельствуют, что суммарное количество фирм второго уровня развития в разных отраслях почти не превышает их общего количества (3,3 млн). Однако однородность технологических процессов, лежащих в основе процессов трансформации продукции, тем не менее допускает некоторой вариативности их воплощения. Это может привести к тому, что ассортимент выпускаемой фирмой продукции несколько расширится по сравнению с аналогичной фирмой первого уровня развития, что позволит расширить рынок сбыта.

По виду деятельности фирма второго уровня будет представлять собой, например, небольшую сеть уличных торговцев газетами, газетных киосков т. п. Если деятельность фирмы связана с реализацией продукции конечному потребителю, то может произойти некоторое расширение территории, на которой происходит распределенная торговля — газеты будут распространяться в более отдаленных районах. Если речь идет преимущественно о производственной деятельности, например, о мастерской по изготовлению однотипной декоративной керамической посуды, то следствием ее расширения станет укрупнение.

Третий уровень развития: разделение труда и специализация (фирма А. Смита). Фирма третьего уровня развития возникнет только при возможности дальнейшего расширения рынка и при условии, что накопится опыт для взрывного или по крайней мере существенного изменения технологий. Создание фирмы третьего уровня развития должно и будет означать качественное изменение используемых технологий производства.

Деятельность новой компании в общем случае будет основана на использовании преимуществ разделения труда и специализации работников. Все эти преимущества описал еще А. Смит. Структура такой фирмы вновь станет последовательной.

Рис. Структура фирмы третьего уровня развития На примере розничной торговли это будет означать переход от сети небольших торговых точек к магазину самообслуживания. Технология торговли через прилавок, при которой все операции выполняет один продавец, будет заменена на иную, где отдельные операции будут выполнять специалисты по фасовке продукции, расположению товаров в зале, кассиры, охранники и т. д. Производительность труда в супермаркетах по сравнению с традиционными формами торговли, по данным McKinsey, выше в три раза.

Очевидно также, что ассортимент продукции, производимой фирмой третьего уровня, вновь несколько расширится и станет разнообразнее. Необходимое условие здесь — увеличение емкости рынка. Без выполнения этого условия переход от фирмы второго уровня развития к третьему не произойдет. Например, супермаркет может появиться только в крупном поселении. Качественные отличия в технологии и организации производства фирмы третьего уровня должны привести к увеличению объемов продаж на порядок, т. е. примерно в десять раз.

Четвертый уровень развития: диалектика повторения лучшего (появление сетевых компаний) Достигнув минимума затрат на единицу продукции и максимума производительности труда на имеющихся технологиях третьего уровня, фирма вновь перейдет к воспроизводству процессов трансформации продукции. Однако в данном случае это будет уже не просто наем дополнительного персонала, а полное дублирование предприятий (establishments) фирмы. События будут развиваться таким образом, поскольку именно establishment в данном случае будет реализовывать процесс трансформации продукции, и поэтому именно с его повторения начнется рост фирмы.

В результате возникает фирма четвертого уровня развития, состоящая из нескольких предприятий (establishments), совпадающих по организации производственной деятельности и технологиям с фирмой предыдущего третьего уровня.

Рис. Структура фирмы четвертого уровня развития Этот факт также находит подтверждение в статистике Census Bureau. Так, если до третьего уровня количество фирм и establishment примерно совпадает, то для фирм с объемом продаж от 10 млн до 100 млн долл. численность establishment начинает увеличиваться, переходя двукратный рубеж и достигая 7,26 ед. на одну фирму. Таким образом, можно однозначно отделить фирмы четвертого уровня от фирм третьего уровня. Количество работников фирмы возрастает до 360 чел. (125 в среднем), при этом среднее количество для одного establishment составляет 42 сотрудника.

Такой путь развития подтверждается, например, формированием сетей магазинов (супремаркетов), получающих дополнительные преимущества от использования единого бренда, унифицированных систем учета, снабжения и т. п. Условием развития сетей станет расширение рынка, которое в данном случае будет связано с территориальной экспансией, например, в границах крупного города.

Пятый уровень развития: удлинение цепочки создания добавленной стоимости (появление крупных предприятий) Логика развития предполагает переход от параллельной фирмы четвертого уровня развития к последовательной — пятого уровня. Здесь теоретически возможно формирование компаний двух типов. Первый — это продолжение фирмы четвертого уровня по цепочке добавленной стоимости в направлении к ресурсам или, напротив, к конечному потребителю.

Например, это может быть фирма, объединяющая сеть супермаркетов, производителей основных (наиболее массовых) продуктов для них, транспортное подразделение. В этом случае можно говорить об отраслевом горизонтально интегрированном холдинге.

Рис. Структура фирмы четвертого уровня развития Второй вариант фирмы пятого уровня развития — это создание довольно крупного предприятия, например, гипермаркета, расположенного территориально в одном месте, не входящего в холдинг и обслуживающего потребности одного города и его пригородов.

Рис. Последовательная структура фирмы пятого уровня развития Можно предположить, что переход к фирме Пятого уровня развития также будет означать десятикратное увеличение объемов производства. Однако подтвердить это объективными данными Статистики не так просто. В предыдущих случаях внутренняя логика развития была подтверждена данными экономической переписи, в которой группировка фирм по объему продаж с шагом, увеличивающимся в десять раз, являлась доказательством выявленной закономерности.

Шестой уровень развития: формирование межрегиональных компаний (горизонтальная интеграция) Переход к фирме шестого уровня предполагает формирование параллельной структуры, состоящей из нескольких однородных дивизионов, образующих фирму пятого уровня развития (рис. 44). Согласно изложенной логике это будет расширение корпорации внутри отрасли.

Рис. Параллельная структура фирмы шестого уровня развития В этом случае возможна территориальная экспансия в другой регион. Если страна географически достаточно большая, как, например, США или Россия, то рост будет происходить сначала на национальной территории, а затем произойдет выход за границу. Если же страна небольшая, то экспансия сразу же будет иметь характер формирования транснациональной корпорации.

Также можно предположить, что создание фирм шестого уровня развития будет происходить на основе слияний и поглощений сходных отраслевых, но необязательно одинаковых компаний. Кроме того, по мере нарастания сложности системы различия между отдельными подразделениями в конкретных деталях производственной деятельности могут стать довольно существенными. Однако результат слияния во многом будет зависеть от того, насколько удастся технологически унифицировать деятельность объединяемых производственных подразделений, чтобы получить максимальный эффект.

Предполагая десятикратное увеличение объемов продаж за счет воспроизводства региональных подразделений, фирма шестого уровня по этому показателю должна находиться в диапазоне от 1 млрд до 10 млрд долл.

Качественным отличием такого горизонтально интегрированного холдинга будет наличие в нем самостоятельных исследовательских подразделений (research and development — R&D). Так, в 2008 г. 2 370 крупнейших компаний потратили на R&D 74% от 232,5 млрд долл.

Таким образом, корпорации шестого уровня развития получают дополнительные конкурентные преимущества не только оттого, что ассортимент их продукции охватывает практически всю продукцию отрасли, но и оттого, что они, опираясь на свои исследовательские подразделения, получают возможность разрабатывать новую продукцию, формируя отраслевые монополистические рынки.

Седьмой уровень развития: транснациональные корпорации (вертикальная интеграция) Корпорации седьмого уровня развития представляют собой последовательное объединение нескольких фирм шестого уровня, образуя межотраслевое объединение.

Рис. Последовательная структура фирмы седьмого уровня развития Необходимость расширения рынков сырья и сбыта делает их по-настоящему транснациональными корпорациями, выходящими за границы даже самых больших национальных территорий. Исследовательские подразделения таких корпораций ориентированы на создание абсолютно новой продукции, основанной на межотраслевом производстве. Именно в силу своих институциональных особенностей компании седьмого уровня, представляющие в настоящее время крупнейшую из корпоративных форм, являются локомотивами мировой экономики.

Согласно рейтингу Financial Times 500 в США в 2007 г. насчитывалось 166 компаний с объемом продаж от 10 млрд до 100 млрд долл., которые по формальным критериям можно отнести к фирмам седьмого уровня развития.

Десятикратное увеличение объемов производства при переходе к более высокому уровню развития для конкретной корпорации является, Конечно же, условной границей. Отдельные компании путем концентрации усилий менеджеров и благодаря благоприятной конъюнктуре могут сохранить структуру предыдущего уровня и достичь При этом показателей, более высоких, чем средние. Или, наоборот, показатели могут быть хуже и не Соответствовать структуре своего уровня. То есть Каждая конкретная компания может отличаться от средней, но все вместе фирмы одного уровня развития в большинстве своем должны укладываться в Приведенные количественные характеристики.

Восьмой и девятый уровни развития: прогноз.

Можно предположить, что корпоративное будущее сформируется объединением гигантских корпораций седьмого уровня в еще большие — восьмого. Список Financial Times 500 в США в 2007 г. насчитывал девять корпораций с оборотом свыше 100 млрд долл., которые можно отнести к корпорациям восьмого уровня развития.

Одним из лидеров списка крупнейших по объему продаж на протяжении многих лет является компания Wal-Mart с объемом продаж 374,5 млрд долл., владеющая 8 159 магазинами с более чем 176 млн покупателей в год.

Как было показано ранее, переход к параллельной структуре во многом является вынужденным этапом, необходимым для подготовки технологических скачков на качественно более высокий уровень производства товаров и услуг.

Обобщения Автором предлагается подход, представляющий эволюцию фирмы как последовательность переходов между ограниченным числом детерминированных состояний — от первого до девятого уровней развития. Это делает необходимым сформулировать и ввести понятие «уровень развития фирмы». Его можно охарактеризовать следующими параметрами:

— структура фирмы: последовательная или параллельная;

— объем продаж фирмы;

— эффективность одного работника фирмы.

Уровень развития описывает статическое состояние фирмы. Динамическая эволюция представляет собой переход от достигнутого уровня к более высокому. Плавность переходов обеспечивается возможностью внутреннего развития в границах уровня. Рост в границах одного уровня может находиться в условном диапазоне от 1 до 10.

Минимальный объем выпуска реализуемой продукции фирмы первого уровня развития в каждый конкретный период времени (например, в определенный год) определяется физическими возможностями одного человека, использующего современные технологии. Переход от частичной занятости к полной и выход на оптимальные возможности максимального использования имеющегося оборудования определяет выход на границы фирмы первого уровня развития.

Переход на каждый следующий уровень развития характеризуется изменением всех трех параметров одновременно.

При этом, во-первых, структура меняется с последовательной на параллельную (или, наоборот, при дальнейшем росте). Последовательная структура воплощает в себе достижение определенного технологического уровня и последующее его доведение до оптимального состояния. Параллельная структура возникает по исчерпании возможностей технологического совершенствования и предполагает компенсирующее использование структуры, обеспечивающее дальнейшее развитие и накопление знаний для нового качественного рывка.

Во-вторых, на каждом уровне развития фирмы происходит рост объемов производства примерно в десять раз. Либо за счет физического увеличения количества производственных процессов, либо за счет качественного изменения используемых технологий.

В-третьих, растет эффективность одного работника фирмы, происходящая либо путем использования преимуществ технологий, либо возможностей структурного развития.

Закономерности эволюции фирмы основываются на двух составляющих. Прорыв в экономике обеспечивает появление фирм последовательных уровней. Их отсутствие или временная задержка компенсируется созданием фирм параллельных уровней. Чередование последовательных и параллельных структур с ростом уровней развития фирмы может быть представлено на условной модели и проиллюстрировано статистическими данными экономики США (табл. 1, 2).

Уровни развития фирмы (теоретическая модель) Таблица 1

Показатели уровней развития фирм по статистике США за 2007 г. Таблица 2

Представленная модель эволюции фирмы позволяет использовать ее в качестве универсального инструментария как для оценки отдельных фирм, так и для определения состояния и оценки перспектив развития отдельных экономик.

Крупнейшие корпорации создают инновационную продукцию, формируя монополистические рынки преимущественно на основе достаточно затратного «технического» развития технологий. Наиболее актуальный пример — нанотехнологии, разработка и коммерческое внедрение которых требуют огромных затрат. Поэтому фирмы вывших уровней развития становятся обладателями уникальных производств двух видов товаров, формирующих монополистические рынки. Это инновационные товары, обладающие высокой ценой, и дешевые товары массового спроса.

Эволюция корпоративного сектора страны в целом представляет собой динамический процесс равномерного роста фирм всех уровней развития как и количественном, так и в качественном отношениях. Страна, корпорации которой первой достигают максимально возможного в текущий период уровня развития и удерживают его, занимает доминирующее положение в мировой экономике. Так, четверть мирового ВВП, производимого в США, во многом определяется тем, что из 2 ООО крупнейших мировых компаний 551 являются американскими. Однако для комплексного роста экономики необходимы развитие и рост фирм всех меньших уровней.

3.2 Развитие систем управления созданием новых технологий в наукоемкой промышленности Основной долговременной задачей прикладной науки являются создание и устойчивое воспроизводство научно-технического задела, необходимого для разработки и производства наукоемкой продукции будущих поколений. Стратегия прикладных исследований и разработок должна опережать конкретные производственные планы наукоемких компаний по меньшей мере на длительность жизненного цикла одного поколения изделий (т. е. горизонт планирования должен составлять 50−60 лет). В ближайшей перспективе с учетом текущих проблем российской наукоемкой промышленности прикладная наука должна обеспечить ей технологическое преимущество на отдельных направлениях, позволяющее предложить рынку прорывные продукты хотя бы в некоторых рыночных сегментах, а также занять специфические рыночные ниши, в которых отечественные предприятия обладали бы лидерством. Для решения этих задач прикладной науке необходимо обеспечить сокращение длительности и стоимости исследований и разработок, снижение рисков увеличения их сроков и перерасхода средств.

Однако состояние дел, сложившееся в сфере управления прикладными исследованиями и разработками в российской наукоемкой промышленности, не может быть признано удовлетворительным ни в части стратегического, ни в части тактического управления. Дисфункции в сфере стратегического управления развитием российской наукоемкой промышленности и отраслевой науки подробно рассматривались в работах. Краткий вывод из них таков: стратегическое управление в этих областях неэффективно в современной России как в методологическом плане (в силу деградации отраслевой экономической науки), так и в организационном (из-за нерациональной системы институтов управления). На тактическом уровне проявляются такие дисфункции управления исследованиями и разработками в российской наукоемкой промышленности, как неудовлетворительный мониторинг и контроль за продвижением проекта, выбор рискованных, неотработанных технологических решений.

В результате наблюдаются сдвиг сроков окончания исследований и разработок (следовательно, проигрыш в конкуренции по времени), перерасход средств относительно плановых объемов и т. п. И хотя, как обосновано, например, в работе, в таких случаях, как правило, целесообразно изыскать дополнительные средства, но не прерывать и не замедлять процесс исследований и разработок, однако в условиях глобального финансовоэкономического кризиса (ухудшающего условия заимствования на финансовых рынках и приводящего к снижению поступлений в государственный бюджет), секвестирования многих статей бюджета России вполне вероятны приостановка и даже прекращение перспективных инновационных проектов из-за непреодолимого дефицита ресурсов. Поэтому финансовая дисциплина и выдерживание сроков являются условиями не столько высокой эффективности инновационных проектов (как показано, например, в работе, если инновационная разработка окажется успешной на рынке, даже значительный перерасход средств на НИОКР слабо отразится на финансовых показателях проекта), сколько их реализуемости. Проведение прикладных исследований и разработок качественно и в срок требует помимо полноценного ресурсного обеспечения также повышения качества тактического управления отраслевой наукой с учетом реалий рыночной экономики (при всей условности этого термина), достижений мировой и отечественной управленческой науки и практики. В то же время, как известно по зарубежному опыту, механическое приложение к науке, даже прикладной, общих методов и стандартов управления проектами, применимых, скорее, для рутинных проектов (промышленных, строительных и т. п.), непродуктивно, что потребовало разработки особой методологии управления исследовательскими проектами.

Необходимо принимать во внимание, что в связи со вступлением России в ВТО запрещено прямое государственное финансирование конкретных гражданских разработок (т. е. ОКР). Государство в рыночной экономике может лишь финансировать НИР для создания научно-технологического задела, готового к использованию в промышленности. Однако такое разделение диктует необходимость оценки готовности технологий к применению. В этой сфере чрезвычайно многообещающим представляется внедрение системы оценки уровней готовности технологий (Technology Readiness Level, TRL).

С помощью той классификации уровней готовности технологий (УГТ), которая принята в зарубежной наукоемкой промышленности, можно наглядно проиллюстрировать изменения в принципах управления прикладными исследованиями и разработками, предлагаемыми к внедрению в нашей стране. Две системы организации создания наукоемкой продукции — сложившаяся в нашей стране (условно названная конструкторской) и более характерная для стран с рыночной экономикой (названная инновационной) — схематично изображены на рис.

Рис. Альтернативные системы организации создания наукоемкой продукции: НИР — научно-исследовательские работы; ОКР — опытно-конструкторские работы; ТТЗ — тактико-техническое задание; 1−9 — уровни готовности технологий Инновационная система управления исследованиями и разработками: преимущества, недостатки и проблемы практического применения в России Повышение качества принятия тактических решений в процессе управления проектом. Одним из главных достоинств западной системы управления исследованиями и разработками считается то, что в ней четко формализованы уровни готовности технологий. Для перехода на следующий уровень проект должен удовлетворять определенным критериям, пройти определенную процедуру оценки готовности.

Такая формализация, как утверждается в работе, повышает дисциплину проведения работ и расходования средств. К достоинствам такой системы можно отнести объективизацию процесса управления проектом, поскольку на рубеже соседних этапов принимаются простейшие бинарные решения: достигнут ли запланированный уровень готовности или нет, соответственно, возможен ли переход на следующий этап исследований и разработок. В то же время, разумеется, и в системе TRL остается немало слабоформализуемых проблем принятия решений, включая постановку конкретных целей и задач при переходе на следующий УГТ, планирование длительности очередного этапа и необходимых ресурсов. Решения, принимаемые на рубеже этапов, не ограничиваются лишь бинарными.

Кроме того, и сама процедура оценки уровня готовности технологий не формализуется до конца, несмотря на наличие «калькуляторов» УГТ и руководств. Как правило, разнообразные системы оценки готовности технологий основаны на экспертных процедурах, что оставляет простор для критики, поскольку любым экспертным процедурам присущ субъективизм. В то же время, как показано с помощью экономико-математического моделирования в той же работе, низкая точность принятия решений о переходе на следующий этап (вопреки принятой изначально гипотезе указанного исследования) лишь незначительно снижает эффективность управления реализацией проекта. То есть в ходе управления созданием наукоемкой технологии наиболее важно принимать решения о переходе на следующий УГТ не случайным образом, а осмысленно, хотя бы на основе экспертных процедур. Дальнейшая объективизация этого процесса, в том числе путем внедрения более строгих индикаторов, расчетных методов принесет меньший эффект, чем просто отход от волюнтаризма. Даже в нынешнем виде система TRL может служить эффективным инструментом снижения технического риска в процессе управления проектом создания новой технологии. Однако при этом отход от совершенно случайного, 50 на 50, принятия решений должен быть в правильную сторону, т. е. процедура принятия решений — пусть даже экспертная — должна скорее давать верную оценку готовности технологии, чем неверную.

Нерешенность проблем стратегического управления и планирования. Если в конструкторской системе решение о создании нового типа изделий принималось, исходя из социально-экономических, оборонных и других соображений, в самом начале жизненного цикла, и уже под эти цели проводились необходимые прикладные исследования, то в современной системе государственное финансирование проектно ориентированных исследований ограничено (в связи с правилами ВТО). В связи с этим вначале за государственный счет создается научнотехнический задел, пригодный для использования в различных коммерческих проектах. В терминах экономической теории инновационного развития в описанной системе предполагается модель инновационного процесса technology push, которая отнюдь не является универсальной (впрочем, как и противоположная ей модель market pull). Более того, как справедливо отмечено в работе, буквальное понимание этой модели приводит к ошибочным управленческим решениям. Поскольку научнотехнический задел в такой системе создается не под определенный проект, ослабевает обратная связь между направлениями НИР и социальными, оборонными, экологическими и другими интересами страны. В итоге, как отмечено в работе, НИР могут выполняться за государственный счет, но не в государственных интересах. Формально в изображенной системе отсутствует постановка социально-экономических, оборонных и др. государственных задач перед отраслевой наукой. Однако в реальности научно-технологический задел не создается сам по себе, и в ведущих мировых промышленных державах, разумеется, эффективно учитываются национальные приоритеты при определении направлений исследований и разработок (тем более получающих государственную поддержку).

Механизм их учета не отражен, поскольку весь процесс стратегического планирования развития технологий оставлен за кадром.

Кроме того, инновации в различных областях техники и в различных элементах техносреды взаимодействуют и могут дополнять друг друга либо вступать в противоречие. В связи с этим несогласованное, нескоординированное развитие инновационных технологий в различных подотраслях авиапромышленности и в смежных отраслях может быть неэффективным и даже опасным, как показано авторами в работе. Поэтому, как предложено в ряде работ необходимо не только оценивать уровни готовности взаимодействующих технологий, но и непосредственно оценивать уровень интеграции новых технологий. Вполне возможно, что изолированные уровни готовности отдельных технологий высоки, но в силу разобщенности их разработчиков возникает так называемый когнитивный барьер, для преодоления которого требуются особые усилия и затраты на системную интеграцию, уровень которой необходимо оценивать отдельно.

Сложность и неоднозначность реальной структуры жизненного цикла инновации. Описанная инновационная система организации создания новых технологий и наукоемких изделий опирается на предположение о том, что реализуется линейная модель жизненного цикла инноваций: «фундаментальные НИР — прикладные НИР — ОКР — технологическая подготовка производства — серийное производство-эксплуатация и послепродажное обслуживание». Система организации НИОКР в наукоемкой промышленности подразумевает поступательное развитие технологии, начиная от первичных идей и замыслов до практической промышленной реализации (см. рис. 46). Однако, как показано во многих научных работах и подтверждено практикой, жизненный цикл инновации может иметь гораздо более сложную структуру, не позволяющую четко разделить его на научную и промышленную стадии. В силу развития технологий (прежде всего внедрения безбумажных технологий проектирования сложной техники и подготовки ее производства — CALSтехнологий) в последние годы изменились даже сама структура жизненного цикла наукоемкой продукции, соотношение длительностей отдельных этапов, некоторые из которых теперь могут перекрываться. Так, в работе показано, что на базе CALS-технологий целесообразна и возможна интеграция рабочего проектирования изделия и технологической подготовки его производства.

Система оценки уровней готовности технологий позволяет, как декларируется ее сторонниками, объективно оценивать возможность перехода на следующий этап развития, избегая необходимости возврата на предшествующие этапы. Однако, как показано, например, в работе, даже самые совершенные процедуры оценки УГТ не давали бы подобных гарантий.

Реальная практика развития авиационной техники в России и за рубежом также не подтверждает столь категоричных предположений.

Имеется достаточно примеров того, как уже после начала серийного производства и эксплуатации требовались дополнительные фундаментальные (по меркам авиационной науки) исследования.

Особо следует подчеркнуть, что они не сводились к доводке конкретной конструкции. Так, уже после начала массовой эксплуатации в ВВС некоторых типов сверхзвуковых боевых самолетов выявились (в серии катастроф) ранее не предсказанные явления — аэроинерционное вращение, реверс органов управления и др. Для их устранения потребовалось привлечение ведущих научных центров авиационной промышленности — Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского, Летно-исследовательского института им. М. М. Громова, институтов АН СССР. Таким образом, для спасения конкретных проектов и изделий (имевших критическое значение для обеспечения национальной безопасности или развития экономики) в разработку и подготовку производства которых уже были вложены значительные средства, пришлось возвращаться к фундаментальным НИР, что недопустимо в рамках описанной современной системы организации НИОКР с четким разделением на ОКР и НИР.

Проблемы трансфера инновационных технологий из прикладной науки в промышленность. Важная проблема внедрения инновационной системы управления исследованиями и разработками в российской наукоемкой промышленности состоит в том, что формально после 6−7-го уровней готовности технологий предусмотрен их трансфер из науки в промышленность. Однако в российской промышленности и прикладной науке такой механизм ослаблен. Фактически трансфер технологий во многом сводится к диффузии квалифицированных кадров, создателей новой технологии из науки в промышленность. Причем это касается и управленческих технологий. Так, нередко разработчик новых методов анализа и поддержки принятия решений привлекается для их практической реализации, несмотря на то, что методология его исследований открыто опубликована и на первый взгляд квалифицированные специалисты вполне способны ее перенять. Упомянутый механизм миграции кадров из науки в промышленность и обратно характерен для США, Японии и наиболее развитых стран Западной Европы, где ученые нередко после разработки прикладных решений уходят в бизнес, получают инновационную ренту, сопровождая свою разработку на ранних стадиях жизненного цикла изделия, а затем, возможно, возвращаются в науку. Для России такая мобильность пока нехарактерна.

Проблемы сочетания конкуренции и кооперации, диверсификации и концентрации ресурсов.

Инновационная система организации НИОКР отличается от советской тем, что в первой предполагается конкуренция независимых фирм на стадиях ОКР и последующих стадиях жизненного цикла инновационного продукта (технологическая подготовка производства, производство, послепродажное обслуживание), но НИР выполняются централизованно под эгидой государства (что экономически обоснованно в силу высокой положительной отдачи от масштаба в исследованиях и разработках — так называемая гипотеза Кремера — Кузнеца).

В советской же системе, напротив, после сравнения прототипов, созданных конкурирующими коллективами разработчиков (фундаментальные исследования проводились централизованно академическими и отраслевыми институтами), выбирался единственный наилучший вариант, и далее ресурсы концентрировались на его доработке и освоении серийного производства. Схематично можно представить это различие в виде, показанном на рис.

а Рис. Конкуренция и кооперация на различных этапах жизненного цикла наукоемкой продукции в альтернативных системах организации исследований и разработок: а — конструкторская система; б — инновационная система Однако столь упрощенное понимание централизации НИР в руках государства и концентрации ресурсов на стадии НИР вступает в противоречие с соображениями снижения длительности, стоимости и рисков реализации программы исследований. Необходимо учесть, что научно-исследовательские работы характеризуются (в сравнении с прочими стадиями жизненного цикла) исключительно высокой неопределенностью сроков достижения результатов и самого уровня этих результатов. Более того, применительно к НИР правомерно говорить о слабой и неоднозначной связи между усилиями и результатами, что подробно обосновано в работах по экономической теории (см., например, работу). В связи с этим, как показано, например, в работе, целесообразна диверсификация направлений научного поиска. Именно это и является важнейшим источником положительной отдачи от масштаба в сфере НИР, основным экономическим основанием для централизации НИР под эгидой государства и концентрации ресурсов. В этом случае концентрация и централизация ни в коем случае не означают выбора единственного направления научного поиска (естественно, если ресурсы позволяют реализовать несколько направлений — в противном случае такая диверсификация, не подкрепленная ресурсами, приведет лишь к заведомо неэффективному расходованию выделяемых средств). При независимом выполнении НИР происходит дублирование соответствующих затрат либо, если направления поиска у конкурентов различны, неудача большинства участников инновационной гонки. Эти соображения способствуют кооперации будущих конкурентов на стадии НИР (в то же время, как показано в работе, она далеко не всегда является взаимовыгодной). Централизованное выполнение НИР под контролем и за счет государства (с последующим трансфером, передачей созданных технологий бизнесу) позволяет концентрировать ресурсы именно для диверсификации направлений поиска. Ее необходимость следует учитывать, внедряя новые принципы организации исследований и разработок. С учетом этого замечания следует скорректировать, что и сделано на рис.

Рис. Рациональное сочетание конкуренции и кооперации на различных этапах жизненного цикла наукоемкой продукции в инновационной системе исследований и разработок То есть при определении приоритетных направлений НИР следует придерживаться не детерминистских подходов (сводящихся к выбору единственного наилучшего направления исследований с самого начала, с этапа оценки влияния технологии, что соответствует начальному этапу, а портфельных подходов, развитых, например, в работе. При этом в ряде отраслей трансфер (передача) разработанных под эгидой государства технологий может осуществляться разработчикам, определяемым на конкурсной основе. Соответствующие механизмы разработаны, например, в статье.

Предлагаемый алгоритм управления воспроизводством научно-технологического задела в наукоемкой промышленности и обоснование его эффективности Были предложены подходы к формализации задачи управления портфелем исследований и разработок в отраслевой науке. При этом учитывались такие особенности процесса создания научно-технического задела, как неопределенность результатов исследований и сроков их достижения, а также взаимовлияние различных технологий. То есть одну и ту же новую технологию целесообразно или нецелесообразно внедрять в данный момент. Это зависит от того, будет ли она поддержана технологиями, воплощенными или готовыми к применению в других элементах технической системы, или, напротив, вступит с ними в противоречие. То же касается и решений о продолжении исследований и разработок в данном направлении, об их приостановке либо прекращении.

В этом алгоритме в стратегическом контуре управления для обеспечения согласованности результатов исследований и разработок, проводимых в различных направлениях, на основе системных стратегических исследований, а также форсайта спроса определяется коридор допустимых траекторий улучшения параметров технических систем. На основе системных стратегических исследований, а также форсайта предложения проводится предварительная оценка влияния технологии, по результатам которой принимается решение о первоначальном включении исследовательского проекта в портфель НИР (с учетом ресурсных ограничений). Затем проводится регулярная актуализация коридора допустимых траекторий технологического развития и оценок эффективности возможных траекторий;

В тактическом контуре управления в процессе выполнения НИР проводится регулярная актуализация данных о возможных результатах и сроках завершения каждого исследовательского проекта, входящего в портфель НИР, с применением процедур оценки уровня готовности технологий, по итогам которой с учетом обновляемых в стратегическом контуре данных о допустимости и эффективности предполагаемых результатов исследований и разработок (с учетом времени их достижения), актуальных данных о ресурсных ограничениях принимаются решения о продолжении реализации проекта, его приостановке (исключении из текущего портфеля НИР) или о его прекращении, а также решения о трансфере результатов НИР, достигших промышленных уровней готовности технологий.

Согласно базовым принципам теории управления его устойчивость обеспечивается обратными связями между управляющими воздействиями и контролируемыми параметрами системы. В предлагаемом алгоритме обратная связь между процессом реализации НИР (случайным, с непредсказуемыми результатами и сроками их достижения, что недостаточно адекватно учитывается в традиционных методах программно-целевого управления) и ресурсным обеспечением НИР, а также внедрением их результатов обеспечивается регулярной оценкой уровней готовности технологий в тактическом контуре управления, а также оценкой соответствия ожидаемых результатов НИР и сроков их достижения допустимым диапазонам траекторий технологического развития. Они в свою очередь формируются в стратегическом контуре управления. И в нем (посредством форсайта) реализуются обратные связи между стратегией технологического развития, с одной стороны, и потребностями заинтересованных сторон, с другой.

Основополагающие принципы теории управления, в том числе в социальных и экономических системах, гласят, что для обеспечения устойчивости и эффективности управления все контуры управления должны обладать достаточными точностью и быстродействием. Характерная длительность прохождения сигналов, выработки и принятия решений, их реализации должна быть существенно (в несколько раз, а предпочтительнее — на порядок и более) меньше, чем характерные длительности управляемых процессов. Проанализируем, насколько выполняются эти требования в предлагаемом алгоритме управления прикладными исследованиями и разработками в отраслевой науке. Итак, в нем выделяются два основных контура управления:

стратегический, в рамках которого определяются желательные и допустимые траектории технологического развития, а также оценки влияния (на начальном УГТ) и эффективность возможных результатов НИР;

тактический, в рамках которого принимаются решения о реализации конкретных НИР и проводится мониторинг их реализации.

Разумеется, стратегический контур управления соответствует существенно большим горизонтам планирования и допустимым длительностям принятия решений, чем тактический. В то же время и в рамках этих контуров можно выделить относительно «медленные» (что допускает разработку и применение развитого экономико-математического аппарата) и «быстрые» контуры управления, в которых должны применяться соответственно либо формализованные и весьма точные процедуры обоснования решений, либо экспертные процедуры. В работе был предложен формальный подход для определения оптимального баланса между точностью и длительностью разработки модели управленческого назначения.

В контуре стратегического управления на рис. 49 показаны «быстрые» контуры итеративных форсайтов предложения и спроса В силу относительно малой потребности форсайт-процедур (главным образом экспертных) в развитом математическом аппарате системного моделирования эти процедуры целесообразно проводить периодически и с достаточно высокой частотой для актуализации потребностей и возможностей, а также (как обосновано в работах по стратегическому управлению развитием технологий) для координации направлений развития технологий, для корректировки планов и программ исследований и разработок в зависимости от того, какие новые возможности предполагаются в смежных областях отраслевой науки и техники.

Для координации направлений прикладных исследований, что приходится делать на стадии формирования Национального плана развития науки и технологий в авиастроении, итеративные процедуры форсайта предложения могут проводиться с периодичностью порядка месяца. Для актуализации потребностей различных заинтересованных сторон (потенциальных потребителей продукции авиапромышленности и услуг воздушного транспорта, государства, смежных отраслей) и возможностей разработки технологий — с периодичностью порядка года, что позволяет регулярно корректировать стратегические документы в сфере прикладных НИР. При этом контур, содержащий системные стратегические исследования, основанные на математических моделях (требующих длительной разработки и верификации), является «медленным».

Таким образом, все процедуры, реализуемые в различных контурах управления в предлагаемом алгоритме, согласованы по быстродействию и точности. Благодаря этому можно рассчитывать на повышение качества управления процессами создания научно-технического задела в наукоемкой промышленности.

Заключение

В ходе дипломной работы было произведено полное исследование технология 3D-печати, история ее происхождения, области применения, отношение различных стран к этой технологии, состояние технологии в России, аспекты развитие предприятий для этой технологии.

Так же вышеприведенное исследование позволило сделать следующие выводы:

— 3D принтеры стремительно совершенствуются и дешевеют (как и 3D сканеры)

— увеличивается количество 3D моделей которые можно скачать и распечатать бесплатно, при этом достаточно высоко ценится умение создавать и редактировать 3D модели. В настоящее время создание моделей сильно упрощают 3D сканеры. Умение моделировать в 3D даёт возможность создавать уникальные вещи

— уа 3D принтерах уже печатают органы, оружие, детали роботов, одежду, дома. Возможности ограничены только вашей фантазией

— 3D принтеры начали появляться в продаже в крупных гипермаркетах в скором будущем принтер станет классическим незаменимым предметом бытовой техники

— существуют и активно разрабатываются принтеры, способные воспроизводить большую часть себя самих (RepRap). Изучение токопроводящих полимеров может довести цикл саморепликации до конца.

Список использованных источников

1. Алёшин Б. С. О новой концепции организации научных работ // Новости ЦАГИ. 2010. № 5. С. 4−6

2. Брутян М. М. К вопросу оценки уровня зрелости системы инновационных технологий // Инновации и инвестиции. 2012. № 4. С. 88−93.

3. Гареев Т. Ф. Эволюция моделей инновационного процесса // Вестник ТИСБИ. 2006. № 2. С. 24−32.

4. Доступная 3Д печать для науки, образования и устойчивого развития 2012 г.

5. Иванова Н. В., Клочков В. В. Экономические проблемы управления высокорисковыми инновационными проектами в наукоемкой промышленности// Проблемы управления. 2010. № 2. С. 25−33

6. Клочков В. В. САLS-технологии в авиационной промышленности: организационно-экономические аспекты. М.: МГУЛ, 2008. 124 с

7. Клочков В. В., Крель А. В. Анализ эффективности новых принципов управления исследованиями и разработками в авиастроении // Экономический анализ: теория и практика. 2012. № 19. С. 2−13

8. Мантуров Д. В., Клочков В. В. Методологические проблемы стратегического планирования развития российской авиационной промышленности // Труды МАИ. Вып. 53. 2012.

9. Мантуров Д. В., Клочков В. В. Организационные аспекты формирования стратегии развития российского авиастроения и отраслевой науки // Труды МАИ. Вып. 59. 2012

10. Русанова А. Л., Клочков В. В. Анализ эффективности российской практики финансирования инновационных проектов в наукоемкой промышленности (на примере авиастроения) // Аудит и финансовый анализ. 2011. № 5. С. 57−61.

.ur