Основные направления научно-технического прогресса

В процессе развития техносферы используются закономерности, похожие на закономерности развития биосферы, что создает предпо­сылки для разработки биоморфных устройств и систем сверхвысоко­го уровня сложности типа систем, состоящих из множеств «унифи­цированных конструктивных модулей» — белковых молекул, обра­зующих мышечные волокна или другие биологические структуры.

В настоящее время в мире, в том числе и в России, основным пе­риодом научно-технического прогресса признается мехатроника — научно-техническое направление развития техносферы, объединяю­щее механику, электронику и информатику в целях совершенство­вания технологий и производства, включая создание и применение устройств с элементами искусственного интеллекта.

В табл. 1.1 показаны сравнительные структуры биосферы и ме- хатронной техносферы.

По мере усложнения мехатронной технологии при одновре­менном увеличении числа взаимодействующих компонентов в ме- хатронных устройствах до значений больших и сверхбольших чисел все более возможным становится введение в систему управления ал­горитма самоорганизации и саморазвития мехатронной техносферы и ее компонентов.

По мнению ряда специалистов, развитие техносферы (рис. 1.1) характеризуется технологическими укладами и видами используе­мых ресурсов (рис. 1.2).

Таблица 1.1 Структуры биосферы и мехатронной техносферы

Рис. 1.1. Технологические уклады ТУ, и число N взаимодействующих компонентов в объектах техники

Энергогибрид*

Микроробот •

Мускулы, ветер, перепад воды

Водяное колесо, ветряк

Рис.

Технологический уклад характеризует состояние техносферы более высокого уровня совершенства, при котором в системах тех­нологий, машин и приборов, основанных на новых принципах дей­ствия, используются соответствующие компоненты, материалы и энергоносители. Каждый уклад складывается из поочередно сменя­ющих друг друга поколений техники и технологий, развитие каждого из которых определяется своим приоритетным научным технико­технологическим направлением. В каждом технологическом укладе временно могут функционировать технологические системы и пред­шествовавшего уровня совершенства, и элементы перспективных систем в силу эволюции техносферы.

В качестве общего подхода к характеристике технологического развития принимается преобладание одного технологического укла-

да (ТУ) в «эпицентрах технологического развития». Так, третий ТУ в 10 -20-е годы XX в. превалировал в США и Западной Европе; четвер­тый ТУ (50 60-е годы XX в.) — в США, Западной Европе и частично в СССР; пятый ТУ (90-е годы) — в Японии, США, Западной Европе и в некоторых промышленных странах. Шестой уклад (он будет вто­рым ТУ после следующего технологического способа производства, соответствующего постиндустриальной цивилизации) может преоб­ладать в развитых странах в 20-30-е годы XXI в. Его основы заложе­ны сегодня.

При отнесении продуктов общественного производства к со­ответствующему ТУ пользуются следующими критериями [Яко- вец Ю.В.].

1. Первым критерием считается технический уровень продук­ции, реализующий базисные инновации, присущие данному этапу развития технологического способа производства. Наиболее полно этот критерий проявляется в машиностроении, где наблюдается чет­кий ритм смены направлений, поколений, моделей изделий разного назначения. Например, машины с жидкотопливными двигателями относятся к третьему ТУ; машины с электродвигателями характер­ны для четвертого ТУ; машины, автоматы и приборы с электронным управлением, лазерная, ядерная, вычислительная, видео техника от­носятся к пятому ТУ.

2. Вторым, вспомогательным, признаком служит технология из­готовления продукта, значительно не отличавшегося от предшество­вавшего аналога функциональными свойствами. Например, элек­троэнергия, произведенная в ТЭЦ, относится к третьему ТУ, а на АЭС — к четвертому ТУ, с использованием солнечного излучения — к пятому ТУ, термоядерной технологии — к шестому ТУ. Такой же критерий можно использовать при выплавке стали, производстве пищевой, строительной и другой продукции разными способами.

3. Третьим критерием может служить сопряженность продукции, характерной для данного уклада. Например, проектирование, мон­таж, техническое обслуживание и ремонт электродвигателей можно отнести к третьему ТУ; ЭВМ и станков с ЧПУ — четвертому ТУ; ПЭВМ, робототехнических комплексов, лазерной видеотехники — пятому ТУ.

На основе такого критерия может классифицироваться научно- техническая продукция по базовым для каждого уклада направле­ниям.

В связи с отсутствием аналитических методов оценки техниче­ского уровня разной продукции рекомендуется использовать сопо­ставление орудий труда (активной части основных производствен­ных фондов) с достигнутым мировым уровнем.

Так каким же теперь, через два десятка с лишним лет, после рез­кого спада производства может быть технический уровень полузабы­той промышленности? Сегодня замене подлежит в два раза больше оборудования, и не менее полувека необходимо для достижения ми­рового уровня.

По объему экспорта высокотехнологичной продукции Россия от 2 до 64 раз уступает странам ЕС, некоторым новым промышлен­ным странам, Китаю, Венгрии [Орешкин В., Оболенский В.].

Развитые страны наращивают экспорт машин и оборудования. В России их доля составляет менее 9 %, тогда как в США и Герма­нии — 50 %, а в Японии — свыше 70 %. Мы за последние пять лет нарастили свою долю в мировом экспорте на 0,8 % — это приблизи­тельно 41 млрд долл., из которых более 30 млрд долл.— за счет сырья и металла [Владимирова Е.].

Судя по этим данным, можно считать, что по гражданской продукции мы стали отставать от западных стран почти на техно­логический уклад. Если мы вступили в пятый уклад, который еще

считается индустриальным, то развитые страны относятся к постин­дустриальной цивилизации, вступающей в шестой, мехатронный уклад, характерный созданием техники с элементами искусственно­го интеллекта.

Высшим укладом считается биомехатронный.

Биомехатроника — перспективное направление, объединяющее мехатронику и науки биологической направленности (биохимию, биофизику и другие биодисциплины), взаимосвязанное развитие ко­торых может привести к искусственному слиянию интересов выжи­вания биосферы и развития техносферы на основе минеральных ре­сурсов геосферы в пространстве биомехатронной оболочки Земли — ноосферы — сферы интеллекта, предсказанной в трудах академика

В.И. Вернадского.

Мехатронное устройство — это устройство, в конструкции ко­торого объединены минимум три составные части, выполняющие функции взаимодействия с внешней средой: чувствительные элемен­ты; средства обработки информации и управления; исполнительные органы.

Мехатронная технология включает в себя технологии новых ма­териалов и композитов, микроэлектронику, фотонику, микробиони­ку, лазерные и другие технологии.

Наукоемкой считается продукция пятого и более высоких тех­нологических укладов (см. рис. 1.1). Ядро пятого уклада составля­ют электроника, вычислительная, оптико-волоконная техника, про­граммное обеспечение, телекоммуникации, роботостроение, произ­водство и переработка газа, информационные услуги.

В настоящее время в мире происходит промышленное освое­ние и шестого технологического уклада, ядро которого включает наноэлектронику, генную инженерию, мультимедийные интерактив­ные информационно-коммуникационные системы, высокотемпера- турную сверхпроводимость, космическую технику, тонкую химию, компьютерное моделирование и проектирование и т. п.

На рубеже 1980-х годов произошла смена четвертого ТУ, ха­рактерного интенсивным развитием автомобильной, авиационной, химической и нефтехимической промышленности, полупроводни­ковых материалов, цветной металлургии, на пятый ТУ, содержание которого определяет электроника (базисные инновации в области

информационных технологий, телекоммуникаций, биотехнологии и некоторые другие наукоемкие направления).

В промышленно развитых странах произошли заметные измене­ния в структуре и динамике общественного производства.

По данным Национального научного фонда США в 68 странах за период начального становления пятого ТУ (1980-1997 гг.) произ­водство высокотехнологичной продукции (в денежном выражении) с учетом инфляции в сопоставимых ценах возрастало примерно на 6,2 %, тогда как выпуск другой продукции — только на 2,7 % в год. При этом отмечалось ускорение производства высокотехнологичной продукции к концу этого периода (1994-1997 гг.) до 11 % и выше. Это более чем в четыре раза превысило темпы роста производства в других отраслях обрабатывающей промышленности.

Такой рост привел к сдвигам в структуре промышленного произ­водства: удельный вес четырех наиболее высокотехнологичных от­раслей в объеме мирового производства изделий увеличился с 7,1 % в 1980 г. до 11,9 % в 1997 г.

К наукоемким отраслям эксперты ОЭСР (Организации экономи­ческого сотрудничества и развития) на основе принятых критериев наукоемкости (например, затрат на НИОКР по отношению к доба­вленной стоимости или объему поставок отрасли) в первую очередь относят:

• аэрокосмическую промышленность;

• производство офисной и компьютерной техники;

• промышленность средств связи;

• фармацевтическую и медицинскую промышленность.

В 1997 г. на долю наукоемкого производства приходилось 15,7 % промышленного производства в Японии, 14,7 % — в США, 11,7 % — в Великобритании, 8,3 % — во Франции и Германии.

Резкий рывок был сделан странами Юго-Восточной Азии, осо­бенно Китаем, Южной Кореей, Сингапуром. Так, в этот же период доля наукоемкого производства в промышленности Китая возросла с 7 % в 1980 г. до 14,8 % в 1997 г., а Южная Корея вышла на уровень промышленности Японии.

Ведущей страной по выпуску наукоемкой продукции остаются США. На их долю в 1997 г. приходилось около 32 % мирового высо­котехнологичного производства.

Доля компаний Германии снизилась с 8% в 1980г. до 6% в 1997 г.; Великобритании — с 7 до 4,4 %; Франции — с 4,5 до 3 %, а в Италии за тот же период она сократилась с 2,5 % до менее чем 1 %. Такое снижение доли наукоемкой продукции в этих странах проис­ходило в связи с ростом выпуска наукоемкой продукции в азиатских странах.

Китай увеличил свою долю с 1,8 % в 1980 г. до 7,2 % в 1997 г., обо­гнав по этому показателю каждую отдельно взятую страну Западной Европы. Доля Южной Кореи выросла за тот же период с менее чем 1 % до 3,7 %. Возможно, что в скором времени к этим странам при­мкнет Индия, компании которой уже добились значительных успехов в разработке программных продуктов (в том числе в рамках аутсор­синга).

Эти данные свидетельствуют о глубинных процессах, происходя­щих в мировой экономике в последние два десятилетия под воздей­ствием новых научных знаний. В сферах производства и услуг идет весьма быстрое распространение технологий пятого уклада, исполь­зующих последние достижения микроэлектроники и вычислитель­ной техники, информатики, материаловедения, генной инженерии и других интенсивно развивающихся научных дисциплин.

Однако это не означает ожидания в скором времени вытеснения привычных технологий четвертого уклада. Следует признать два па­раллельных процесса создания рыночных ниш на основе примене­ния технологий пятого уклада и новых сочетаний старых и новых технологий, способствующих расширению уже существующих ниш.

Одновременно новые технологии стимулируют повышение эффективности использования традиционных факторов производ­ства — труда и капитала, создавая тем самым многофакторный эф­фект ускорения экономического роста.

Выбор национальных приоритетов технологического развития является в равной мере политической, экономической и научной за­дачей. В силу большой заинтересованности разных представителей общества (государственных чиновников, военных, промышленни­ков, ученых) в решении этой задачи в итоге достигается компромисс в распределении ограниченных бюджетных ресурсов. При этом в зависимости от политической и экономической обстановки в разных странах приоритеты развития расставляются по-разному.

Например, в 1998 г. США на цели обороны отвели 54,1 % государ­ственного бюджета на НИОКР, Великобритания — 37,7, Франция — 27,7, Япония, Германия, Италия и Канада — менее 10 %.

Второе место в расходах на НИОКР было отведено здравоохра­нению: в США — 19,3 %, Великобритании — около 15 %, Канаде — 9,5%, Италии — 8,5%, Франции — 5,3%, Германии — 3,4%. На промышленные НИОКР США направили только 0,5 %, Канада — 13,3 %, Германия — 12,8 %, Италия — 9,5 %, Япония — 6,6 %.

Лидером по бюджетному финансированию НИОКР в области энергетики была Япония (20,2 %) в силу большой зависимости от экспорта энергоресурсов. В области изучения и освоения космическо­го пространства первые позиции занимали США и Франция (11,1 и 11,0% соответственно).

В последние годы приоритеты научно-технической политики в разных странах расставлены следующим образом [Аньшин В.М., Да- гаев А.А.].

В США основными направлениями научно-технического разви­тия начиная с 2001 г. являются:

1) национальная инициатива в области нанотехнологий, открыва­ющих путь к беспрецедентному пониманию основ всех физических процессов и к контролю над ними;

2) НИОКР в области информационных технологий;

3) инициативы в области энергетики (пять инициатив);

4) интегрированные научные подходы к вызовам со стороны эко­системы;

5) американская программа исследований климатических и иных глобальных изменений;

6) межведомственная инициатива по исследованиям в области образования;

7) защита от угроз XXI в.;

8) защита от инфекционных заболеваний;

9) авиационная безопасность, эффективность аэрокосмической системы и ее воздействие на окружающую среду;

10) геном растений.

В 2002 г. в бюджете США намечалось следующее распределение денег на НИОКР (в процентах к федеральным затратам):

оборона 54,

здравоохранение, науки о человеке 24,

освоение космического пространства (NASA) 8;

фундаментальные исследования (NSF) 3;

прочие 6.

В выборе приоритетов кроме органов государственного управле­ния принимали участие власти штатов, университетов, некоммерче­ские организации и «мозговые центры» частного сектора.

За последние полвека инновации внесли существенный вклад в экономику государства. Например, с 1995 г. 80 %-ный прирост произ­водительности общественного труда преимущественно обусловлен распространением новых информационных технологий.

Поэтому в США развитию НИОКР уделяется большое внима­ние. Совокупные расходы государственного и частного секторов на НИОКР превышают подобные затраты Великобритании, Германии, Франции, Италии, Канады и Японии, вместе взятых. В 2003 г. Госу­дарственный бюджет США выделил 111 756 млн долл. на НИОКР, что на 8 % превышает предыдущий.

В странах Западной Европы межгосударственные научно- исследовательские работы, проводимые в ЕС, объединены в пятилет­ние рамочные программы НИОКР ЕС. Рамочная программа утвер­ждается и осуществляется Советом министров ЕС. Она реализуется через специальные программы со своим бюджетом составом участ­ников по единым правилам для всех членов ЕС. Принципом действия ЕС является дополнительность, заключающаяся в поддержке тех ра­бот, которые не смогли достичь данных целей самостоятельно, и особо важных для ЕС.

Бюджет НИОКР в рамочных программах по основным направле­ниям на 1999-2003 гг. распределен следующим образом (в процентах к итогу):

• информационные и коммуникационные технологии 24;

• промышленные технологии и новые материалы 19;

• поддержание жизнедеятельности человека 18;

• энергетика 15;

• окружающая среда 12;

• человеческий капитал и мобильность 9;

• международная кооперация 3.

Проекты программ НИОКР отбираются по конкурсу в три этапа:

1) с помощью научно-технических экспертов выбранные проек­ты заносятся в список;

2) занесенные в список проекты рассматриваются комитетом по данному направлению;

3) окончательное решение по проекту рамочной программы при­нимает генеральная дирекция комиссии ЕС.

С 1995 г. действуют 68 центров с банком 1300 новейших техно­логий. Центры объединены сетью из 220 европейских организаций, в которых насчитывается более 1 тыс. консультантов.

В настоящее время шестая рамочная программа (2002-2006 гг.) с увеличенным бюджетом на 17 % предусматривает создание единого европейского исследовательского пространства для вы­равнивания уровня научного развития в странах-участницах, для расширения мобильности научно-технических кадров и привлече­ния специалистов из третьих стран. В этой программе первое ме­сто отведено созданию информационного общества (35% общего объема тематических исследований), второе место — программе биотехнологических исследований и работ в области генома, затем — нанотехнологиям и новым материалам, глобальным изменениям экологии и устойчивому развитию.

В 1995 г. по инициативе правительства Франции для расширения научно-технического сотрудничества стран ЕС, предотвращения от­ставания от США и Японии и опережения по ряду «критических» направлений научно-технического прогресса создана программа «Эврика». В последние годы направленность программы отклони­лась от первоначальной цели: она стала играть роль информацион­ного клуба, привлекать малые фирмы и теперь начинает приглашать к участию новых стран — членов ЕС из Центральной и Восточной Европы.

Состав программы и распределение средств по секторам приве­дены в табл. 1.4.

В настоящее время выполняется более 710 проектов, в которых участвуют 3 тыс. промышленных компаний, университетов, государ­ственных научно-исследовательских институтов.

В отличие от рамочных программ «Эврика» финансируется из трех источников: рынка частных капиталов, средств государства и ЕС.

Во всех странах ЕС для поддержки инновационной деятельно­сти используются системы налоговых льгот на прибыль. К допол­нительным мерам относятся амортизационные скидки на НИОКР и венчурное финансирование (рисковое финансирование научно- технических работ).

В Японии приоритетными областями научно-технической дея­тельности являются науки о жизни, окружающей среде, материалах и нанотехнологии.

В последние годы вместо четырех органов государственного управления созданы Совет по научной и технологической политике и Министерство образования, культуры, спорта, науки и техноло­гий. Многие национальные институты превратились в независимые административные единицы в целях более гибкого управления ис­следованиями и разработками с учетом быстрых изменений на рынке технологических новшеств.

Стратегические направления развития экономики промышленно развитых стран по оценке P.A. Фатхутдинова приведены в табл. 1.5.

2-2146

В России проблема выделения приоритетных направлений обо­стрилась в 1990-е годы в связи с сокращением бюджетного финан­сирования. В марте 2002 г. приняты «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и на дальнейшую перспективу», утвержденные Президентом Российской Федерации В.В. Путиным. Целью государственной по­литики назван «переход к инновационному пути развития на основе выбранных приоритетов».

Для перехода к инновационному пути должны быть решены сле­дующие задачи:

1) создание организационных и экономических механизмов для повышения востребованности инноваций отечественным производ­ством, обеспечения опережающего развития фундаментальной нау­ки, важнейших прикладных исследований и разработок;

2) совершенствование нормативно-правовой базы научной, науч­но-технической и инновационной деятельности;

3) адаптация научно-технического комплекса к условиям рыноч­ной экономики, обеспечение взаимодействия государственного и частного капитала в целях развития науки, технологий и техники;

4) рациональное сочетание государственного регулирования и рыночных механизмов, мер прямого и косвенного стимулирования научной, научно-технической и инновационной деятельности при реализации приоритетных направлений развития науки, технологий и техники;

5) совершенствование системы подготовки научных и инженер­ных кадров высшей квалификации в области науки и технологий;

6) поддержка научных исследований и экспериментальных раз­работок в приоритетных направлениях развития науки, технологий и техники с учетом мировых тенденций в этой сфере;

7) укрепление научно-исследовательского сектора высшей шко­лы; активизация деятельности по обмену знаниями и технологиями между оборонным и гражданским секторами экономики;

8) развитие технологий двойного применения и расширение их использования;

9) ускоренная реализация научных и научно-технических дости­жений, способствующих предотвращению возникновения военных конфликтов, техногенных и экологических катастроф и снижению ущерба от них;

10) разработка и модернизация вооружения, военной и специаль­ной техники, содействие развитию оборонно-промышленного ком­плекса;

11) совершенствование технических средств, форм и способов борьбы с терроризмом, в том числе международным.

«Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и на дальнейшую пер­спективу» определили важнейшие направления государственной по­литики в области развития науки и технологий:

• развитие фундаментальной науки, важнейших прикладных ис­следований и разработок;

• совершенствование государственного регулирования в области развития науки и технологий;

• формирование национальной инновационной системы;

• повышение эффективности использования результатов научной и научно-технической деятельности;

• сохранение и развитие кадрового потенциала научно-техниче­ского комплекса;

• интеграция науки и образования;

• развитие международного научно-технического сотрудниче­ства.

В развитие указанного документа были представлены «Приори­тетные направления развития науки, технологий и техники на пери­од до 2010 года» и «Перечень критических технологий на период до 2010 года». Всего в этих документах выделено 9 приоритетных на­правлений, включающих 53 критические технологии. На них будет сконцентрировано в ближайшие годы внимание государства, основ­ные финансовые ресурсы, выделяемые из бюджета.

В число ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ НАУКИ,

ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИКИ Российской Федерации вошли:

• информационно-телекоммуникационные технологии и элек­троника;

• космические и авиационные технологии;

• новые материалы и химические технологии;

• новые транспортные технологии;

• перспективные вооружения, военная и специальная техника;

• производственные технологии;

• технологии живых систем;

• экология и рациональное природопользование;

• энергосберегающие технологии.

Для поддержки этих направлений будет осуществляться феде­ральная целевая программа «Исследования и разработки по приори­тетным направлениям науки и техники» на 2002-2006 гг.

Ниже приведен детализированный перечень критических напра­влений.

ПЕРЕЧЕНЬ КРИТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ до 2010 г. [Коммерсант-баПу, 2002. 19 марта].

Высокопроизводительные вычислительные системы:

• компьютерное моделирование, искусственный интеллект;

• информационно-телекоммуникационные системы;

• элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и кван­товых компьютеров;

• распознавание образов и анализ изображений;

• опто-, радио- и акустоэлектроника, оптическая и сверхвысоко­частотная связь;

• металлы и сплавы со специальными свойствами;

• синтетические сверхтвердые материалы;

• каталитические системы и технологии;

• материалы для микро- и наноэлектроники;

• мембранные технологии;

• обезвреживание техногенных сред;

• керамические и стекломатериалы;

• полимеры и композиты;

• технологии биоинженерии;

• генодиагностика и генотерапия;

• технологии иммунокоррекции;

• безопасность и контроль качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов, системы жизнеобеспечения и защиты чело­века;

• синтез лекарственных средств и пищевых добавок:

— биологические средства защиты растений и животных;

— производство и переработка сельскохозяйственного сырья;

— транспортные и судостроительные технологии освоения про­странств и ресурсов Мирового океана;

• авиационная и ракетно-космическая техника;

• использование новых технических решений; безопасность дви­жения, управление транспортом, интермодальные перевозки и логи­стические системы;

• технологии высокоточной навигации и управления движением;

• космические технологии;

• энергосберегающие технологии;

• поиск, добыча, переработка и трубопроводный транспорт неф­ти и газа;

• безопасность атомной энергетики; обращение с радиоактивны­ми отходами и облученным ядерным топливом;

• нетрадиционные возобновляемые источники энергии и новые методы ее преобразования и аккумулирования;

• добыча и переработка угля;

• производство электроэнергии и тепла на органическом топливе;

• снижение риска и уменьшение последствий природных и тех­ногенных катастроф, мониторинг окружающей среды;

• прогнозирование биологических и минеральных ресурсов;

• природоохранные технологии, переработка и утилизация тех­ногенных образований и отходов;

• переработка и воспроизводство лесных ресурсов;

• сохранение и восстановление нарушенных земель, ландшафтов и биоразнообразия;

• быстрое возведение и трансформация жилья;

• механотронные технологии, лазерные и электронно-ионно­плазменные технологии;

• оценка, комплексное освоение месторождений и глубокая пе­реработка стратегически важного сырья;

• технологически совмещаемые модули для металлургических мини-производств, микросистемная техника;

• информационная интеграция и системная поддержка жизнен­ного цикла продукции (CALS-технологии, CAD, САМ, САЕ);

• прецизионные и нанометрические технологии обработки, сбор­ки, контроля;

• технологии глубокой переработки отечественного сырья и ма­териалов в легкой промышленности;

• технологии на основе сверхпроводимости;

• базовые и критические военные и специальные технологии.

Итак, выбранные приоритеты, несмотря на очевидный субъек­тивизм и бессистемность их выбора, отражают достаточно широкий круг общественных интересов и технологических возможностей, ко­торые открываются в результате появления нового научного знания.

Однако для реализации приведенных направлений предстоит ре­шить ряд рыночных и научно-методических вопросов, которые рас­сматриваются в следующих параграфах.

1.1.