Тема 2. Сущность и основные направления ускорения НТП

Научно-технический прогресс (НТП) — это процесс совершенствования средств труда, являющийся исходной основой развития производительных сил общества. НТП в своем историческом развитии выступает в двух формах — эволюционной и революционной. Если эволюционная форма предполагает постепенное развитие и изменение техники, то революционная — качественный скачок, переход к новому типу средств труда, базирующийся на принципиально новых открытиях науки. Революционная форма НТП — это научно-техническая революция (НТР), которая обусловлена общественными потребностями и уровнем развития производительных сил крупного машинного производства. Одной из разновидностей качественных скачков в ходе последовательно сменяющих друг друга этапов НТР является технологическая революция.

Технологическая революция — это качественный скачок в развитии Технологии переработки и преобразования информации, энергии и вещества, базирующийся на освоении новых структурных уровней организации материи, форм ее движения. Среди таких базовых технологий можно выделить следующие: механическую, физическую, химическую и биотехнологическую. Вся предшествующая история технологий может быть рассмотрена как с позиции совершенствования механической технологии, так и ее последовательной замены другими видами технологии. В ходе научного прогресса усиливается взаимосвязь научного, технического и технологического процессов.

Из всего многообразия направлений научно-технического прогресса на различных этапах развития общества принято выделять приоритетные, которые имеют первостепенное значение и получают первоочередное внимание ввиду социальной значимости разрабатываемых проблем. Такие направления отличаются более высокими темпами развития, большей концентрацией кадров и материальных ресурсов. Приоритетные направления могут быть национальными (отдельных стран), региональными (международных экономических объединений и организаций) и глобальными. По сути своей они обусловливаются типом организации общества и его экономическими отношениями. Выделение приоритетных направлений НТП — принципиальная особенность стратегии научно-технического развития в передовых в научном и экономическом отношениях странах. Приоритетные направления, ускоренное развитие которых является определяющим фактором интенсификации экономики и достижения наивысшего уровня научно-технического развития на современном этапе: - электронизация народного хозяйства;

- комплексная автоматизация;

- дальнейшее развитие энергетики и, прежде всего, атомной энергетики;

- новые материалы и технология их производства и обработки;

- биотехнология.

Электронизация народного хозяйства позволяет обеспечить все сферы производства наиболее передовыми средствами вычислительной техники. В результате электронизации кардинально повышается производительность труда, происходит экономия ресурсов, материалов и энергии, ускорение научно-технического прогресса в народном хозяйстве, резкое сокращение сроков научных исследований, качественная перестройка непроизводственной сферы. Электронизация народного хозяйства включает:

1. Создание супер-ЭВМ нового поколения с быстродействием более 10 млрд операций в секунду, с использованием принципов искусственного интеллекта. Это стало возможным при переходе к качественным методам проектирования компьютеров— параллельной обработке данных, т е. переход от шаговой работы одного процессора к параллельной работе нескольких процессоров, решающих одну задачу. Традиционная схема ЭВМ позволяет обеспечить быстродействие(сиспользованием современной элементной базы) до 69 млн операций в секунду, а возможности многопроцессорной машины теоретически значительно выше. Кроме того, использование большого числа процессоров вместо одного позволяет делать их проще и надежнее. В ЭВМ нового поколения используются сверхбольшие интегральные схемы с плотностью интеграции 10⁵ на логический элемент, волоконно-оптические средства связи и другие нововведения. В результате созданы ЭВМ пятого поколения с искусственным интеллектом, которые могут не только хранить данные, но и оценивать их по степени важности и связывать с другой информацией; могут оценивать поступающую информацию, сравнивая с уже имеющейся, сокращая время на ее ввод;могут воспринимать человеческую речь, различать голоса, буквы и другую образную информацию и, используя ее, вести естественный диалог с оператором.

2. Создание массовых средств вычислительной техники, персональных ЭВМ с развитым программным обеспечением для широкого насыщения отраслей народного хозяйства, научно-исследовательских и конструкторских организаций, компьютеризация сферы образования и быта. При создании новых персональных ЭВМ предусматривается увеличение объема памяти, расширение возможностей при выводе графики на экран дисплея и введение цвета, обеспечение программной совместимости с другими моделями, увеличение быстродействия машины и т.д. Персональная ЭВМ должна удовлетворять следующим требованиям: иметь небольшие размеры и автономность функционирования, аппаратные средства на базе микропроцессорной техники, универсальность, простоту освоения и эксплуатации.

3. Создание единой системы передачи цифровой информации, обеспечивающей резкое повышение пропускной способности и надежности системы связи и унификации применяемых технических систем. Внедрение цифровой видео- и звукозаписывающей техники значительно повышает качество воспроизведения и возможности обработки информации, практически ликвидирует помехи и сбои при передаче информации на большие расстояния.

4. Создание широкой гаммы разнообразных приборов, датчиков, контрольно-измерительных средств на основе передовых достижений микроэлектроники для неразрушающего контроля деталей машин и строительных конструкций, измерения состава и структуры материалов, ускоренного проведения научных исследований, позволяющих повысить эффективность производства, надежность и качество продукции. Микропроцессоры, которые расположены в различных частях технологических систем, позволяют автоматизировать и оптимизировать сложнейшие процессы, управление которыми от одного процессора потребовали бы чрезмерного усложнения систем.

5. Создание единой унифицированной системы изделий электронной техники и, в первую очередь, нового поколения сверхбольших интегральных схем и оборудования для их производства, различных новых видов изделий. Сверхбольшая схема содержит до миллиона транзисторов при собственной массе около 100 мг. Она может быть встроена в более сложную систему или выполнять функции самостоятельно. В одной сверхбольшой интегральной схеме, выполненной в виде кристалла, могут быть объединены несколько процессоров с нейро-подобными связями. Кроме выполнения основных функций, такие кристаллы могут осуществлять самодиагностику и саморемонт, обучаться и распознавать образы. Новым типом интегральных схем является высоковольтная интегральная схема, которая при малых размерах, низкой стоимости и простоте обслуживания может совмещать свойства компьютера и способности выполнения операций, связанных с перемещением и подачей электрического тока, для чего до сих пор требовалось множество транзисторов и других компонентов.

Реализация этих и других задач по данному приоритетному направлению НТП позволит значительно увеличить темпы роста национального дохода, снизить материалоемкость, энергоемкость продукции в 1,5 - 2 раза, сократить в 2 - 3 раза сроки разработки и реализации научных программ и технических проектов, повысить качество продукции и снизить производственные затраты.

Широкомасштабная комплексная автоматизация отраслей народного хозяйства включает:

I. Применение быстроперестраиваемых и гибких производственных систем различного назначения, а также организацию полностью автоматизированных цехов и заводов. Наиболее актуально внедрение гибких производственных систем при автоматизации многономенклатурного производства, на которое приходится подавляющая часть общего объема производства в самых различных отраслях промышленности. Применение гибких производственных систем в народном хозяйстве значительно повысит эффективность производства, позволит сократить сроки и затраты при освоении новых видов изделий в 1,5-2 раза, повысит производительность труда в 2 - 5 раз, сократится численность работающих, улучшатся и условия труда. Быстроперестраиваемые системы в настоящее время создаются и на базе роторных линий за счет перехода к роторно-конвейерным линиям. Собственно роторная линия представляет собой автоматическое устройство, действие которого основано на совместном движении по окружности инструмента и обрабатываемого предмета. В одну автоматическую линию можно объединить несколько роторов, включая роторы с захватами для передачи деталей от одного ротора другому. Роторный принцип обработки универсален, при этом обеспечиваются надежность работы, точность и высокая (тысячи деталей в минуту) производительность. Гибкость обеспечивается в роторно-конвейерных линиях, в которых инструментальные блоки находятся не на дисках роторов, а на огибающем их конвейере, что позволяет автоматически заменять инструмент при переналадке линии.

2. Применение систем автоматизированного проектирования (САПР) и технологической подготовки производства (АСУ ТПП), автоматизации и ускорения исследований и экспериментов (АСНИ), автоматизированных систем управления производством (АСУП) и управления технологическими процессами (АСУ ТП), интегрированных систем управления (ИАСУ). Внедрение таких систем позволило сократить затраты на проектирование и изготовление деталей, повысить качество планирования, учета, контроля и организации производства, сократить сроки его технологической подготовки. Сочетание гибких производственных систем с системами машинной научно-технической и организационной подготовки производства позволит создавать гибкие автоматизированные производства.

3. Применение промышленных роботов и манипуляторов в отраслях народного хозяйства. Современные роботы имеют манипуляторы с большим числом степеней свободы, т.е. возможностью перемещения в самых различных направлениях. Информационно-вычислительный комплекс, встроенный в различные узлы робота, существенно расширяет его возможности.

Осуществление данного приоритетного направления приведет к кардинальному повышению производительности труда в базовых отраслях народного хозяйства, надежности, качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции. Существенно поднимет общий технологический уровень и эффективность производства, резко сократит ручной и малоквалифицированный труд.

Главная цель ускоренного развития атомной энергетики — глубокая качественная перестройка энергетических хозяйств, повышение эффективности и надежности электроснабжения, сокращение использования органического топлива, охрана окружающей среды и рациональное использование энергии. Достижение поставленной цели связано с решением следующих проблем:

1. Создание новых, эффективных методов и средств обработки, транспортировки и захоронения радиоактивных отходов, использование природного урана.

2. Совершенствование и дальнейшее сооружение атомных электростанций с реакторами водо-водяного типа с повышенной технико-экономической эффективностью, высокой степенью стандартизации и унификации оборудования и качественно новыми высоконадежными системами управления, контроля и автоматизации технологических процессов.

3. Разработка оборудования для реакторов на быстрых нейтронах, воспроизводящих в процессе работы ядерное топливо. Основным преимуществом этих реакторов является использование более распространенного в природе урана-238. Применение подобных реакторов позволит в десятки раз повысить эффективность использования ядерных ресурсов. Более того, в процессе работы такого реактора образуется плутоний-239, который со временем можно будет использовать как топливо ядерных реакторов.

Осуществление поставленной задачи по данному приоритетному направлению позволит обеспечить наращивание энергетического потенциала страны, снизит капиталовложения в топливодобывающие отрасли промышленности, высвободит значительное количество топлива для других нужд, расширит ресурсную базу ядерной энергетики, повысит надежность и безопасность АЭС.

Следует отметить, что ускоренное развитие атомной энергетики необходимо сочетать с расширением использования альтернативных или нетрадиционных источников энергии—солнечной, геотермальной, ветровой, приливной. Такие источники являются возобновляемыми, они не загрязняют окружающую среду, экономически эффективны, позволяют создавать комплексные производства (использование геотермальных вод для получения энергии будет сочетаться с извлечением содержащихся в них полезных ископаемых).

Применение в народном хозяйстве принципиально новых видов материалов, обладающих различными ценными свойствами, а также создание промышленных технологийих производства, и обработки связано с решением следующих проблем:

1. Создание промышленного производства новых высокопрочных, жаропрочных и стойких к коррозии композиционных и керамических материалов и широкое использование их в электротехнике и электронике, металлургии, химии и медицине. Внедрение новых материалов дает возможность переходить к принципиально новым технологическим процессам. Например, создание материалов, обладающих сверхпроводимостью при достаточно высоких температурах, позволяет подойти к революционному перевороту в технике. Уже сейчас имеются материалы с уникальными свойствами -память формы, отсутствие звука при ударе или трении, сочетание сверхпрочности и сверхлегкости и др.

2. Применение новых пластических масс, способных заменить металлы и сплавы и улучшить качество и долговечность машин. Такие пластмассы обладают большей теплостойкостью, чем большинство конструкционных материалов, прочны и легки, что позволяет их использовать вместо традиционных материалов с большей эффективностью. Например, 1 т термопластов освобождает в народном хозяйстве до 10 т цветных металлов и легированных сталей.

3. Создание новых износостойких и других материалов из черных и цветных металлов с использованием методов порошковой металлургии. Наиболее эффективна порошковая металлургия из-за резкого снижения отходов при изготовлении деталей, сокращения числа технологических операций и трудоемкости при одновременном повышении качества продукции, возможности создания принципиально новых материалов, которые нельзя получить никаким другим способом. К таким материалам относятся фильтровые, фрикционные, сверхтвердые, полупроводники и др. Особо следует сказать о композитах, т.е. материалах, полученных армированием порошковой массы неметаллическими компонентами. В числе таких композитов-углепластики - углеродные волокна, покрытые алюминием. Стойкость композиции вольфрам - медь при изготовлении из нее электродов в несколько раз выше, чем у материалов, традиционно применяемых для электроэрозионной обработки или контактной сварки.

Не менее важно использование порошков для напыления на поверхность детали прочного покрытия, что позволяет практически полностью восстанавливать изношенные детали.

4. Создание, новых полупроводниковых материалов, металлови их соединений высокой чистоты с особыми физическими свойствами; новых аморфных и микрокристаллических материалов, обладающих уникальными свойствами.

5. Совершенствование технологии непрерывной разливки стали и применение технологии внепечной обработки для повышенияеекачества. В настоящее время разработан принципиально новый метод разливки стали - непрерывное литье с горизонтально расположенным кристаллизатором. Схема с двусторонним вытягиванием слитка позволяет значительно снизить капитальные затраты на строительство цехов по сравнению с традиционными схемами (вертикальной и радиальной), повысить производительность труда и улучшить его условия.

6. Создание серии технологических лазеров и их внедрение для термической и размерной обработки, сварки и раскроя; оборудования для плазменной, вакуумной и детонационной технологии нанесения различных покрытий; технологий с применением высоких давлений, импульсных воздействий, вакуума для синтеза новых материалов и формообразования изделий. Область применения лазеров постоянно расширяется. Например, только в термообработке с помощью лазеров осуществляют поверхностную закалку металлов, отжиг, упрочнение сварных швов, поверхностное легирование, а еще и создание защитных покрытий и остеклование. С помощью сверхвысоких давлений получают алмазы и сверхтвердые материалы, металлокерамические изделия и сверхпроводники, осуществляют сварку и резку, брикетирование и очистку отливок, формообразование, сборку и многое другое.

Ускоренное развитие биотехнологии позволит резко увеличить запасы продовольственных ресурсов, освоить новые возобновляемые источники энергии, обеспечить предупреждение и эффективное лечение тяжелых болезней, дальнейшее развитие безотходных производств и сокращение вредных воздействий на окружающую среду.