Производственные технологии

К концу 21-го века, благодаря достижениям генной инженерии в сочетании с биоинженерными тканями и имплантантами, люди станут совсем не похожими на современных. Пока не ясно, какой процент населения пожелает принять участие в подобных усовершенствованиях, но отказавшиеся рискуют остаться сторонними наблюдателями, следя с обочины за тем, как люди, развитые биоинженерными методами, гигантскими шагами устремляются вперед рука об руку с разумными машинами. Могу себе представить, как в какой-то момент человечество разделится на два лагеря, будут социальные волнения, но прогресс не остановить. Если все это будет происходить, как прогнозируется, годах в 2050-х, то, как вы думаете, кто будет самой консервативной частью общества? Правильно – нынешняя молодежь, правда, к тому времени немного постаревшая. Примерно, как сейчас бабушки и дедушки недоверчиво косятся на коробчатые компьютеры, так же будущее старшее поколение будет недоверчиво смотреть на своих детей, получающих биологические имплантанты при рождении и общающихся не открывая рта. В области окружающей среды будут активно развиваться технологии, обеспечивающие уменьшение выбросов углекислого газа, резкое снижение (в десятки раз) окиси азота в выхлопных газах автомобилей, внедрение электромобилей в больших городах, снижение количества сжигаемых отходов, создание массовых промышленных технологий, обеспечивающих существенное снижение отходов всех видов, технологии по обезвреживанию стойких органических загрязняющих веществ из почвы, технологии очистки и удаления опасных примесей из воды, широкое внедрение биоразлагаемых пластиков, технологий размножения бактерий, уничтожающих загрязнители окружающей среды, таких как бактерии, разлагающие нефть; исследования возникновения аллергии на факторы загрязнения окружающей среды, исследования по выявлению факторов глобальных изменений окружающей среды и др. Будут развиваться системы глобального мониторинга для постоянного наблюдения за изменением состояния сельскохозяйственных, лесных и рыбных ресурсов и окружающей среды на основе достижений в технологии дистанционного считывания с высоким разрешением, а также технологии, основанные на крупномасштабных числовых моделях, для прогнозирования изменений в Мировом океане, включая рыбные запасы. Будет разработана технология прогнозирования будущего новых химических веществ за счет накопления знаний о поведении стойких химических веществ в окружающей среде. Ожидается создание динамичных методов заблаговременного (за 1—6 мес.) прогнозирования погоды.

Найдут практическое применение технологические конструкции и системы для оптимального использования лесов с сохранением их функций (поддержание биологического многообразия, очищение окружающей среды и сохранение лесного ландшафта и комфорта). Будут разработаны предприятия, способные очищать речные воды путем поглощения бактерий, разрушающих диоксин, и других эндокринных разрушителей в таких носителях, как пористый древесный уголь. В пищевой промышленности будут применяться безотходные или полностью подлежащие вторичной переработке продукты, включая упаковку. Будут разработаны недорогие препараты против биологического загрязнения, заменяющие органические соединения, а также композитные материалы с очищающей функцией для создания преграды между предприятиями, занятыми переработкой промышленных отходов, и окружающей средой. Будут внедряться системы, в которых использованные или отработанные продукты подвергаются безопасной и эффективной вторичной переработке в масштабах промышленности в целом, а не на базе одной или группы компаний. Широкое применение найдут высокоэффективные процессы для обработки твердых и опасных материалов с использованием систем обработки сточных вод на основе биотехнологии. Энергетика В области энергетики основные приоритеты относятся к таким направлениям, как производство, преобразование, эффективное использование, накопление, поддержание, регенерация и распределение энергии.

Среди основных перспективных технологий — производство микротурбин, возобновляемые источники энергии (фотоэлементы, в том числе тонкопленочные солнечные элементы большой площади с высоким коэффициентом преобразования, использование приливов, ветра и т. д.), топливные элементы, сверхпроводники, улавливание и хранение двуокиси углерода, источники света с низким потреблением энергии, безопасная утилизация высокорадиоактивных твердых отходов, в том числе создание метода оценки безопасности подземной утилизации высокорадиоактивных отходов; средства транспорта на водородном топливе, применение вторичных батарей (NiMH, Li и т. д.) с высокой энергетической плотностью в автомобилях, перезаряжаемых полимерных батарей с объемной емкостью 500 Вт/л, применение твердых полимерных электролитических топливных элементов для выработки энергии в домах, создание энергетически эффективных домов и др. Будут разработаны многослойные солнечные элементы с коэффициентом преобразования свыше 50% и аморфные силиконовые солнечные элементы большой площади с коэффициентом преобразования свыше 20%.

Основные приоритеты в области промышленного производства заключаются в создании технологий, позволяющих существенно повысить производительность труда, гибкость производственных мощностей, экономии энергии и ресурсов, внедрении безотходных и малоотходных производств, улучшении условий труда, снижении вредных выбросов и в конечном счете в обеспечении роста конкурентоспособности. В значительной степени эти задачи решаются путем использования информационных и коммуникационных технологий, позволяющих существенно сократить время разработки новой продукции, эффективно организовать процесс производства, обучение и переподготовку сотрудников. Применение ИКТ позволяет создавать новые модели бизнеса и эффективно использовать знания, накопленные на предприятии. К наиболее перспективным направлениям в сфере производственных технологий относится создание «безотходного» общества (recycling society), в том числе виртуальных производственных систем, поддерживающих такие виды производственной деятельности, как проектирование, разработка, производство, эксплуатация, техобслуживание и утилизация отходов; использование неорганических энергетических ресурсов (ветер, геотермальные ресурсы, солнечная энергия, тепловые выбросы); применение комбинированных систем (топливные элементы и газовые микротурбины) в обрабатывающей промышленности; оптимизация использования энергии в производственных процессах за счет хранения больших объемов электроэнергии (сверхпроводники, маховые колеса, конденсаторы); создание экологических предприятий с низким энтропийным эффектом, работающих с должным учетом влияния на локальные экосистемы во всем жизненном цикле — от производства до утилизации; системы проектирования, производства, сбора и вторичной переработки отходов, где не менее 90% использованных материалов проходят вторичную переработку; массовое производство водорода путем разложения органических веществ с применением солнечной энергии и биологических систем; создание предприятий с нулевыми выбросами двуокиси углерода; применение системы «производство — уничтожение», в которой система производства «проектирование производство использование вывод из употребления» соединена с системой вторичной переработки ресурсов «сбор разборка и сортировка вторичное использование производство».

В производстве будут широко применяться технологии оценки потенциального риска для промышленного предприятия, компании или производственной мощности, прогнозирующей цепь происшествий и оценивающей причиненный ущерб, включая воздействие на окружающую среду.

Войдут в практику сверхточные производственные технологии, включая процессы, способные изменять свойства материала с помощью технологии управления производством материалов на молекулярном и атомном уровнях, сверхточные (порядка единиц ангстремов) технологии обработки (механическая обработка, анализ, испытания и мониторинг на месте) в результате прогресса в лучевой технологии (ионы, электроны и лазеры), технологии контроля и сенсорной технологии; технологии монтажа на уровне нескольких микронов, способные производить сверхмалые портативные устройства, интегрирующие оптоэлектронику, микроэлектронику и микромашины, полупроводниковые микропроцессорные и измерительные технологии с разрешением в 1 нм для производства БИС с масштабом в 0, 01 мк. Найдут широкое применение локальные производственные системы (в том числе в отдаленных районах) без процесса опытного производства, производящие прототипы изображения с трехмерными цифровыми моделями и передающие цифровые данные заводам-производителям. Производственные технологии для контроля выделенных характеристик сделают излишними последующие испытания благодаря мониторингу химических реакций на месте и обратной связи с системой управления в производственных процессах высокой сложности и точности (например, производство БИС). Прогресс в цифровой технологии и усовершенствование промышленных роботов повлекут радикальные перемены в возможностях применения и форм труда работников обрабатывающей промышленности: в частности, широко будут применяться производственные системы, в которых смогут беспрепятственно работать пожилые люди или инвалиды.