eng
Выпуск #8/2016
В.Лучинин
Инжиниринговый центр "Гибкая печатная электроника и фотоника"
Инжиниринговый центр "Гибкая печатная электроника и фотоника"
Просмотры: 4466
На базе СПбГЭТУ "ЛЭТИ" организован инжиниринговый центр "Гибкая печатная электроника и фотоника", ориентированный на создание цифровых микропроизводств микротехники нового поколения.
DOI:10.22184/1993-8578.2016.70.8.84.94
DOI:10.22184/1993-8578.2016.70.8.84.94
Современные стратегические вызовы, наряду с технологической модернизацией, фактически требуют технологической революции. В рамках анализа возможных направлений инновационного развития Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") были выделены следующие основные предпосылки к реализации на его базе центра инжиниринга, ориентированного на создание цифровых микропроизводств микротехники нового поколения:
• низкий уровень коммерциализации продукции при наличии рынка идей;
• ужесточение требований промышленных предприятий к уровню трансфера технологий (завершенности разработок);
• острая потребность предприятий в выполнении прототипирования до начала организации массового промышленного производства продукции;
• динамичное развитие рынка мелкосерийной продукции;
• открытость вузов для международной кооперации и сотрудничества с ведущими мировыми компаниями для трансфера идей и технологий.
Общей целью создания инжинирингового центра "Гибкая печатная электроника и фотоника" являлось эффективное использование научно-технологического и кадрового потенциала вуза в рамках реализации востребованных наукоемких инновационных инженерных разработок как формы динамичной коммерциализации идей и технологий.
Направление предметно-профессиональной деятельности инжинирингового центра было определено как создание кластерно-гибридных микропроизводств – "микрофабрик на столе", обеспечивающих формирование технологических маршрутов по изготовлению интегрированных 2D- и 3D-микросистем печатной электроники и фотоники на основе гибких роботизированных технологических линий, формируемых по мультифункциональному модульному принципу под заказчика, при условиях минимизации массо-габаритных параметров, энергетических затрат и расхода материалов, а также доступности в размещении оборудования, безопасности и надежности эксплуатации. Особенностями таких микропроизводств являются унифицированный аппаратный базис, вариабельность выпускаемой продукции – широкой номенклатуры миниатюрных интегрированных систем, объединяющих механические, электронные, оптические и химические компоненты, при полной автоматизации пооперационных процессов.
В основу работы технологических модулей кластерного производства положены прогрессивные прецизионные аддитивные, капельно-струйные, корпускулярные и импринт-технологии, что обеспечивает реализацию 2D- и 3D-изделий, в том числе на основе органо-неорганической гибридизации.
Базисом для развития работ в рамках инжинирингового центра является комплекс исследований и разработок, выполненных университетом в области заказной микротехники, включая создание специализированного роботизированного технологического кластера для мелкосерийного производства 2D и 3D гибкой печатной электроники.
В рамках сформировавшихся компетенций, основной рынок для кластерных микропроизводств и реализуемой на их базе продукции (с высоким уровнем интеллектуально добавленной стоимости) может быть определен как социально-ориентированная импортозамещающая микротехника для пищевой и фармацевтической промышленности, агропромышленного комплекса, медицины и биотехнологий.
ПРЕДМЕТНО-ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ИНЖИНИРИНГОВОГО ЦЕНТРА
Инжиниринговые центры являются одной из наиболее эффективных и динамичных форм участия вузов в формирующейся национальной инновационной системе, обеспечивая экспресс-прототипирование разработок и трансфер технологий, организацию мелкосерийного выпуска продукции и оперативную профессионально-ориентированную инженерную подготовку кадров.
Предметно-профессиональная деятельность инжинирингового центра "Гибкая печатная электроника и фотоника" определена как создание производственных кластеров нового поколения на базе мультифункционального модульного принципа организации гибкой роботизированной технологической линии для изготовления широкой номенклатуры миниатюрных интегрированных систем, объединяющих электронные, оптические, механические и химические компоненты. Отличительными особенностями новой производственно-технологической ниши кластерно-гибридных мультифункциональных микропроизводств являются широкое использование прецизионных аддитивных, капельно-струйных, корпускулярных и импринт-технологий, реализация процессов в условиях 2D- и 3D-субстратов различной физико-химической природы, а также развитие конвергентных технологий на основе органо-неорганической и бионеорганической гибридизации.
Основные направления научно-практической деятельности инжинирингового центра соответствуют ряду критических технологий Российской Федерации, включая технологии наноустройств и микросистемной техники, а также нано-, био-, информационные и когнитивные технологии.
В качестве основных определены следующие виды деятельности инжинирингового центра:
• проектирование и техническая реализация наукоемкого оборудования и производственных систем;
• разработка и адаптация новых технологических операций и процессов;
• проведение монтажных и пусконаладочных работ, гарантийного и постгарантийного обслуживания оборудования и технических систем производственного назначения, являющихся предметом инженерной деятельности;
• разработка аппаратно-программных средств для кластерных технологических линий микропроизводств и их техническая реализация;
• сборка, наладка и запуск технологических линий микропроизводств;
• разработка технологических маршрутов изделий микротехники для реализации в условиях микропроизводств;
• разработка, трансфер технологий и их адаптация в условиях микропроизводств;
• оказание инжинирингово-консультативных услуг по проектированию изделий для реализации на базе микропроизводств и информационно-технологическому обеспечению работы базовых технологических модулей;
• разработка метрологического обеспечения для базовых операций и производственной линии в целом;
• гарантийное и постгарантийное обслуживание микропроизводств;
• кадровое обеспечение эффективной эксплуатации наукоемкого оборудования.
Основываясь на имеющемся заделе по созданию кластерных микропроизводств, в качестве основных можно выделить следующие виды конечной продукции, которые могут быть реализованы на производственной базе нового поколения:
• микроаналитические системы типа "лабораторий на чипе" для высокочувствительного биомедицинского экспресс-контроля, определения безопасности пищевых продуктов и мониторинга биотехносферы;
• сверхминиатюрные информационно-коммуникационные модули, легко интегрируемые в упаковку продовольственных товаров с целью сбора и передачи информации об условиях хранения, транспортировки, продажи;
• мультифункциональные сенсорно-исполнительные элементы, интегрируемые в одежду, и размещаемые на теле человека с целью биомониторинга и коррекции состояния организма;
• малобюджетные распределенные сенсорные поля для контроля агропараметров в индивидуальных и промышленных секторах сельского хозяйства;
• сенсорно-исполнительные сверхминиатюрные модули для бионических робототехнических комплексов и систем замещения функциональных элементов в организме человека.
Разнообразие вышеуказанной конечной продукции, которая может быть реализована в условиях кластерных гибридных микропроизводств, определяет экономическую эффективность использования данного класса оборудования с учетом минимизации экономических затрат на ее приобретение и обслуживание, а также экспресс-адаптивности при необходимости прототипирования и организации мелкосерийного выпуска изделий на заказ.
Целесообразность государственной поддержки проекта определяется в первую очередь тем, что инжиниринговый центр, как объект инновационной структуры государства, должен взять на себя решение национально-значимой задачи по снижению импортозависимости от зарубежных производителей и занять определенную нишу в создании инновационной продукции для социально-ориентированных технологий.
Предполагается, что структура создаваемого инжинирингового центра носит открытый мобильный характер с привлечением педагогического и научно-инженерного персонала вуза, приглашенных исследователей на условиях совместительства из числа преподавателей и сотрудников вуза, аспирантов и студентов, а также научного, педагогического и инженерного персонала других организаций, в том числе зарубежных.
Характеризуя состояние имеющегося задела, следует особо выделить реализуемый на базе СПбГЭТУ "ЛЭТИ" совместно с созданным при его участии "Межвузовским центром прототипирования и контрактного производства" проект "Кластер гибкой печатной электроники". Цель данного проекта – создание кластерного производства микротехники на основе гибких печатных и роботизированных сборочных технологий (рис.1, 2).
В настоящее время университет имеет достаточную собственную материально-техническую базу для обеспечения работы инжинирингового центра, и готов предоставлять сторонним организациям доступ к его уникальной базе путем заключения договоров на оказание услуг и выполнение НИОКР. Применительно к решению задач, непосредственно связанных с гибкой печатной электроникой и фотоникой, технологическая база университета укомплектована комплексом малогабаритного оборудования для 2D- и 3D-печати и прецизионной микросборки изделий (см. таблицу).
РАБОТЫ И УСЛУГИ ИНЖИНИРИНГОВОГО ЦЕНТРА
Создание инжинирингового центра "Гибкая печатная электроника и фотоника" преследует следующие цели:
• разработка и освоение современной технологической базы для производства изделий микро- и нанотехники микропроизводств, включая проектирование на заказ и инженерно-техническую реализацию микрофабрик в рамках гармоничного сочетания российских и зарубежных технических решений;
• освоение технологических маршрутов, реализуемых на основе конформной инфраструктурной модульной организации создаваемой технологической линии при высокой степени автоматизации процессов, обеспечивающих динамичность перестройки линии и быстроту адаптации операций;
• обеспечение экспресс-прототипирования и организации производства достаточно широкой номенклатуры изделий микро- и нанотехники нового поколения с ранее недостижимыми масс-габаритными, энергетическими и техническими характеристиками при минимизации временных и экономических затрат на реализацию изделий в условиях возрастания роли интеллектуальной составляющей на этапе подготовки производства;
• подготовка, повышение квалификации и переподготовка кадров для обеспечения трансфера и освоения новых технологий, эксплуатации и обслуживания наукоемкого оборудования.
Исходя из актуальности решения инновационных задач создания как крупных, так и "мелких" производств, ориентированных на пищевой, сельскохозяйственный, медико-биологический и биотехнический секторы, предварительно был проведен анализ рынка изделий, исходя из их востребованности, возможности технической реализации и экономической эффективности. Данный анализ показал, что в рамках вышеуказанных социально-ориентированных секторов наиболее востребованными изделиями являются гибридные миниатюрные устройства, интегрирующие сенсорные и инфокоммуникационные микросистемы, которые обеспечивают оперативный сбор, обработку и передачу информации. Наиболее перспективными направлениями следует признать пищевую и агропромышленную сенсорику с ориентацией на обеспечение контроля безопасности продукции, а также биомедицинскую экспресс-диагностику в виде "лабораторий на чипе" и "умной" одежды. Эффективными технологическими направлениями являются аддитивные, капельно-струйные и корпускулярно-лучевые технологии. Комплексный анализ позволил определить и предметно-профессиональную область оказываемых услуг при разработке, создании и введении в эксплуатацию кластерных микропроизводств и постановке технологических маршрутов.
В отношении состава оборудования для кластерных микропроизводств в рамках оказываемых инжиниринговых услуг были определены следующие приоритетные технологии:
• наиболее широко используемыми и гибко перестраиваемыми в отношении топологического рисунка и состава осаждаемых материалов являются капельно-струйные технологии, обеспечивающие микронное разрешение;
• формирование сложных трехмерных конструктивных элементов с микронным пространственным разрешением обеспечивается процессами объемной лазерной стереолитографии;
• наиболее высокую скорость формирования развитых систем коммутации на поверхности 2D- и 3D-объектов обеспечивает лазерная конверсия (модификация) металлосодержащего полимерного субстрата.
АНАЛИЗ РЫНКОВ
ПРОДУКЦИИ ИНЖИНИРИНГОВОГО ЦЕНТРА
Ярко выраженной тенденцией последних лет стало сокращение сроков выхода новой продукции на рынок как массовой, так и специализированной микротехники. При этом потребности заказчиков могут быть удовлетворены с использованием контрактного (аутсорсинг) или собственного производства.
Как правило, основными ограничениями при организации собственного производства являются значительные финансовые затраты на создание инфраструктуры и длительные сроки постановки технологических маршрутов в условиях крупносерийного производства, а также риски, связанные с неустойчивостью рынка и конкуренцией со стороны производителей аналогичной продукции.
При обращении к контрактным производствам заказчик сталкивается со следующими проблемами:
• резкое возрастание стоимости разработки;
• часто неприемлемые сроки разработки и производства;
• высокая стоимость изготовления партий изделия;
• сложность модификации изделия.
К тому же, при заказе у контрактных производителей, заказчик вынужден раскрывать свои ноу-хау, что в ряде случаев неприемлемо.
Альтернативным вариантом для разработчика микротехники, обладающего ноу-хау, является организация собственного микропроизводства. Такое решение имеет следующие достоинства:
• снижение стоимости и сроков разработки;
• возможность создания и тестирования различных модификаций прототипов;
• возможность оперативной экспертной оценки емкости рынка;
• сохранение ноу-хау.
При этом, по сравнению с созданием крупносерийного производства, сокращаются инвестиции в оборудование, упрощается привлечение достаточного количества высококвалифицированных кадров для организации и последующего сопровождения производства и уменьшается временной интервал, необходимый для обеспечения экономически эффективного выпуска продукции.
Возможной эффективной формой организации собственного производства высокотехнологичной продукции является обращение к услугам инжиниринговой компании для развертывания технологической линии экспресс-прототипирования продукции в рамках кластерных модульных мультифункциональных производств. Инжиниринговый центр "Гибкая печатная электроника и фотоника" должен занять именно эту – востребованную нишу услуг. Применительно к реализуемому инновационному проекту следует отметить, что он направлен на развертывание в России процесса создания гибких кластерных мультифункциональных малобюджетных технологических линий нового поколения для экспресс-производства микротехники различного функционального назначения, особенно востребованной в медико-биологической практике, экологической и пищевой безопасности (рис.4).
Объектом рынка инжиниринговых услуг в рассматриваемом случае выступает технология, охватывающая все этапы инновационного цикла: предпроектное обследование и бизнес-планирование; разработку производственной линии; поставку оборудования, технологий и программного обеспечения; подготовку специалистов; пуско-наладку и последующее сервисное обслуживание.
Количество компаний, специализирующихся на реальном инновационном технологическом инжиниринге, на российском рынке крайне мало, и среди них практически никто не занимается разработкой и реализацией самостоятельных технологических решений в области комплексных микропроизводств. В нише инжиниринговых услуг создаваемый центр должен взять на себя функцию профессиональной фирмы-интегратора, не ограничиваясь поставкой оборудования, а реализуя весь инфраструктурно-технологический цикл, где оборудование является лишь составной частью.
Одновременно идеология создания микропроизводств подразумевает инжиниринговую деятельность, направленную на оптимизацию затрат на оборудование создаваемого мультифункционального производства как наиболее капиталоемкой составляющей инвестиций. Это накладывает особенно жесткие требования на методологию проектирования, которое должно обеспечить оптимальность и гибкость комплектации, а также минимум технологических итераций при освоении производства.
В 2015–16 годы в ряде директивных документов Минэкономразвития, Минпромторга и ГК "Ростехнологии" в качестве общих приоритетов развития отраслей, наряду с импортозамещением, определено увеличение доли социально-ориентированной продукции. Планируемая динамика потребует от предприятий оперативных решений в отношении поиска востребованных рыночных ниш и быстрого их заполнения. Гибкие кластерные быстроперестраиваемые микропроизводства могут стать "оперативной" основой для формирования отечественных инновационных технологических ниш.
Средняя стоимость медицинских изделий мобильного типа (например "лаборатории-на-чипе" различного функционального назначения для персонализированной медицины) с учетом покупательной способности населения страны не должна превышать 2–5 тыс. руб. Принимая во внимание функциональное разнообразие данных систем, использующих различные электронные, оптические, механические и биохимические компоненты, их производство экономически эффективно лишь в условиях технологических линий кластерных микропроизводств, отличающихся высокой гибкостью и автоматизацией, а также чистотой технологий. Указанные обстоятельства определяют перспективу "микрофабрик на столе" в данном сегменте рынка высокоточных производств.
В области сельского хозяйства микротехника может быть эффективно использована для создания беспроводных сенсорных сетей на основе интеллектуальных датчиков, контролирующих состояние почв и растительных культур, а также перемещение скота.
В продовольственной сфере актуально обеспечение безопасности на этапах закупки сырья, производства, хранения и транспортировки продукции, в том числе путем ее оснащения RFID-метками.
Таким образом, создание центра по разработке и внедрению гибких малобюджетных технологических линий для производства микро- и нанотехники открывает новый сегмент рынка инжиниринговых услуг в России, позволяя сделать шаг к обеспечению конкурентоспособности государства на международном рынке современных роботизированных микропроизводств.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Значение инжинирингового центра "Гибкая печатная электроника и фотоника", создаваемого на базе СПбГЭТУ "ЛЭТИ", обусловлено успешным выполнением следующих задач:
• обеспечение селективной поддержки наиболее перспективных научных и педагогических школ, конкурентоспособных на международном рынке наукоемкой продукции, и образовательных услуг с целью развития экономики, основанной на знаниях;
• интеграция в формирующуюся национальную инновационную систему с целью обеспечения эффективного взаимодействия с реальным сектором экономики и коммерциализации инновационной продукции с доминирующей интеллектуальной составляющей;
• обеспечение динамической сетевой концентрации знаний, человеческих и инфраструктурных ресурсов для реализации востребованных проектов в области роботизированных кластерных цифровых микропроизводств и формирование инновационных импортозамещающих технологических ниш в производстве высокоинтеллектуальной микротехники для продовольственного, сельскохозяйственного и медицинских секторов экономики.
• низкий уровень коммерциализации продукции при наличии рынка идей;
• ужесточение требований промышленных предприятий к уровню трансфера технологий (завершенности разработок);
• острая потребность предприятий в выполнении прототипирования до начала организации массового промышленного производства продукции;
• динамичное развитие рынка мелкосерийной продукции;
• открытость вузов для международной кооперации и сотрудничества с ведущими мировыми компаниями для трансфера идей и технологий.
Общей целью создания инжинирингового центра "Гибкая печатная электроника и фотоника" являлось эффективное использование научно-технологического и кадрового потенциала вуза в рамках реализации востребованных наукоемких инновационных инженерных разработок как формы динамичной коммерциализации идей и технологий.
Направление предметно-профессиональной деятельности инжинирингового центра было определено как создание кластерно-гибридных микропроизводств – "микрофабрик на столе", обеспечивающих формирование технологических маршрутов по изготовлению интегрированных 2D- и 3D-микросистем печатной электроники и фотоники на основе гибких роботизированных технологических линий, формируемых по мультифункциональному модульному принципу под заказчика, при условиях минимизации массо-габаритных параметров, энергетических затрат и расхода материалов, а также доступности в размещении оборудования, безопасности и надежности эксплуатации. Особенностями таких микропроизводств являются унифицированный аппаратный базис, вариабельность выпускаемой продукции – широкой номенклатуры миниатюрных интегрированных систем, объединяющих механические, электронные, оптические и химические компоненты, при полной автоматизации пооперационных процессов.
В основу работы технологических модулей кластерного производства положены прогрессивные прецизионные аддитивные, капельно-струйные, корпускулярные и импринт-технологии, что обеспечивает реализацию 2D- и 3D-изделий, в том числе на основе органо-неорганической гибридизации.
Базисом для развития работ в рамках инжинирингового центра является комплекс исследований и разработок, выполненных университетом в области заказной микротехники, включая создание специализированного роботизированного технологического кластера для мелкосерийного производства 2D и 3D гибкой печатной электроники.
В рамках сформировавшихся компетенций, основной рынок для кластерных микропроизводств и реализуемой на их базе продукции (с высоким уровнем интеллектуально добавленной стоимости) может быть определен как социально-ориентированная импортозамещающая микротехника для пищевой и фармацевтической промышленности, агропромышленного комплекса, медицины и биотехнологий.
ПРЕДМЕТНО-ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ИНЖИНИРИНГОВОГО ЦЕНТРА
Инжиниринговые центры являются одной из наиболее эффективных и динамичных форм участия вузов в формирующейся национальной инновационной системе, обеспечивая экспресс-прототипирование разработок и трансфер технологий, организацию мелкосерийного выпуска продукции и оперативную профессионально-ориентированную инженерную подготовку кадров.
Предметно-профессиональная деятельность инжинирингового центра "Гибкая печатная электроника и фотоника" определена как создание производственных кластеров нового поколения на базе мультифункционального модульного принципа организации гибкой роботизированной технологической линии для изготовления широкой номенклатуры миниатюрных интегрированных систем, объединяющих электронные, оптические, механические и химические компоненты. Отличительными особенностями новой производственно-технологической ниши кластерно-гибридных мультифункциональных микропроизводств являются широкое использование прецизионных аддитивных, капельно-струйных, корпускулярных и импринт-технологий, реализация процессов в условиях 2D- и 3D-субстратов различной физико-химической природы, а также развитие конвергентных технологий на основе органо-неорганической и бионеорганической гибридизации.
Основные направления научно-практической деятельности инжинирингового центра соответствуют ряду критических технологий Российской Федерации, включая технологии наноустройств и микросистемной техники, а также нано-, био-, информационные и когнитивные технологии.
В качестве основных определены следующие виды деятельности инжинирингового центра:
• проектирование и техническая реализация наукоемкого оборудования и производственных систем;
• разработка и адаптация новых технологических операций и процессов;
• проведение монтажных и пусконаладочных работ, гарантийного и постгарантийного обслуживания оборудования и технических систем производственного назначения, являющихся предметом инженерной деятельности;
• разработка аппаратно-программных средств для кластерных технологических линий микропроизводств и их техническая реализация;
• сборка, наладка и запуск технологических линий микропроизводств;
• разработка технологических маршрутов изделий микротехники для реализации в условиях микропроизводств;
• разработка, трансфер технологий и их адаптация в условиях микропроизводств;
• оказание инжинирингово-консультативных услуг по проектированию изделий для реализации на базе микропроизводств и информационно-технологическому обеспечению работы базовых технологических модулей;
• разработка метрологического обеспечения для базовых операций и производственной линии в целом;
• гарантийное и постгарантийное обслуживание микропроизводств;
• кадровое обеспечение эффективной эксплуатации наукоемкого оборудования.
Основываясь на имеющемся заделе по созданию кластерных микропроизводств, в качестве основных можно выделить следующие виды конечной продукции, которые могут быть реализованы на производственной базе нового поколения:
• микроаналитические системы типа "лабораторий на чипе" для высокочувствительного биомедицинского экспресс-контроля, определения безопасности пищевых продуктов и мониторинга биотехносферы;
• сверхминиатюрные информационно-коммуникационные модули, легко интегрируемые в упаковку продовольственных товаров с целью сбора и передачи информации об условиях хранения, транспортировки, продажи;
• мультифункциональные сенсорно-исполнительные элементы, интегрируемые в одежду, и размещаемые на теле человека с целью биомониторинга и коррекции состояния организма;
• малобюджетные распределенные сенсорные поля для контроля агропараметров в индивидуальных и промышленных секторах сельского хозяйства;
• сенсорно-исполнительные сверхминиатюрные модули для бионических робототехнических комплексов и систем замещения функциональных элементов в организме человека.
Разнообразие вышеуказанной конечной продукции, которая может быть реализована в условиях кластерных гибридных микропроизводств, определяет экономическую эффективность использования данного класса оборудования с учетом минимизации экономических затрат на ее приобретение и обслуживание, а также экспресс-адаптивности при необходимости прототипирования и организации мелкосерийного выпуска изделий на заказ.
Целесообразность государственной поддержки проекта определяется в первую очередь тем, что инжиниринговый центр, как объект инновационной структуры государства, должен взять на себя решение национально-значимой задачи по снижению импортозависимости от зарубежных производителей и занять определенную нишу в создании инновационной продукции для социально-ориентированных технологий.
Предполагается, что структура создаваемого инжинирингового центра носит открытый мобильный характер с привлечением педагогического и научно-инженерного персонала вуза, приглашенных исследователей на условиях совместительства из числа преподавателей и сотрудников вуза, аспирантов и студентов, а также научного, педагогического и инженерного персонала других организаций, в том числе зарубежных.
Характеризуя состояние имеющегося задела, следует особо выделить реализуемый на базе СПбГЭТУ "ЛЭТИ" совместно с созданным при его участии "Межвузовским центром прототипирования и контрактного производства" проект "Кластер гибкой печатной электроники". Цель данного проекта – создание кластерного производства микротехники на основе гибких печатных и роботизированных сборочных технологий (рис.1, 2).
В настоящее время университет имеет достаточную собственную материально-техническую базу для обеспечения работы инжинирингового центра, и готов предоставлять сторонним организациям доступ к его уникальной базе путем заключения договоров на оказание услуг и выполнение НИОКР. Применительно к решению задач, непосредственно связанных с гибкой печатной электроникой и фотоникой, технологическая база университета укомплектована комплексом малогабаритного оборудования для 2D- и 3D-печати и прецизионной микросборки изделий (см. таблицу).
РАБОТЫ И УСЛУГИ ИНЖИНИРИНГОВОГО ЦЕНТРА
Создание инжинирингового центра "Гибкая печатная электроника и фотоника" преследует следующие цели:
• разработка и освоение современной технологической базы для производства изделий микро- и нанотехники микропроизводств, включая проектирование на заказ и инженерно-техническую реализацию микрофабрик в рамках гармоничного сочетания российских и зарубежных технических решений;
• освоение технологических маршрутов, реализуемых на основе конформной инфраструктурной модульной организации создаваемой технологической линии при высокой степени автоматизации процессов, обеспечивающих динамичность перестройки линии и быстроту адаптации операций;
• обеспечение экспресс-прототипирования и организации производства достаточно широкой номенклатуры изделий микро- и нанотехники нового поколения с ранее недостижимыми масс-габаритными, энергетическими и техническими характеристиками при минимизации временных и экономических затрат на реализацию изделий в условиях возрастания роли интеллектуальной составляющей на этапе подготовки производства;
• подготовка, повышение квалификации и переподготовка кадров для обеспечения трансфера и освоения новых технологий, эксплуатации и обслуживания наукоемкого оборудования.
Исходя из актуальности решения инновационных задач создания как крупных, так и "мелких" производств, ориентированных на пищевой, сельскохозяйственный, медико-биологический и биотехнический секторы, предварительно был проведен анализ рынка изделий, исходя из их востребованности, возможности технической реализации и экономической эффективности. Данный анализ показал, что в рамках вышеуказанных социально-ориентированных секторов наиболее востребованными изделиями являются гибридные миниатюрные устройства, интегрирующие сенсорные и инфокоммуникационные микросистемы, которые обеспечивают оперативный сбор, обработку и передачу информации. Наиболее перспективными направлениями следует признать пищевую и агропромышленную сенсорику с ориентацией на обеспечение контроля безопасности продукции, а также биомедицинскую экспресс-диагностику в виде "лабораторий на чипе" и "умной" одежды. Эффективными технологическими направлениями являются аддитивные, капельно-струйные и корпускулярно-лучевые технологии. Комплексный анализ позволил определить и предметно-профессиональную область оказываемых услуг при разработке, создании и введении в эксплуатацию кластерных микропроизводств и постановке технологических маршрутов.
В отношении состава оборудования для кластерных микропроизводств в рамках оказываемых инжиниринговых услуг были определены следующие приоритетные технологии:
• наиболее широко используемыми и гибко перестраиваемыми в отношении топологического рисунка и состава осаждаемых материалов являются капельно-струйные технологии, обеспечивающие микронное разрешение;
• формирование сложных трехмерных конструктивных элементов с микронным пространственным разрешением обеспечивается процессами объемной лазерной стереолитографии;
• наиболее высокую скорость формирования развитых систем коммутации на поверхности 2D- и 3D-объектов обеспечивает лазерная конверсия (модификация) металлосодержащего полимерного субстрата.
АНАЛИЗ РЫНКОВ
ПРОДУКЦИИ ИНЖИНИРИНГОВОГО ЦЕНТРА
Ярко выраженной тенденцией последних лет стало сокращение сроков выхода новой продукции на рынок как массовой, так и специализированной микротехники. При этом потребности заказчиков могут быть удовлетворены с использованием контрактного (аутсорсинг) или собственного производства.
Как правило, основными ограничениями при организации собственного производства являются значительные финансовые затраты на создание инфраструктуры и длительные сроки постановки технологических маршрутов в условиях крупносерийного производства, а также риски, связанные с неустойчивостью рынка и конкуренцией со стороны производителей аналогичной продукции.
При обращении к контрактным производствам заказчик сталкивается со следующими проблемами:
• резкое возрастание стоимости разработки;
• часто неприемлемые сроки разработки и производства;
• высокая стоимость изготовления партий изделия;
• сложность модификации изделия.
К тому же, при заказе у контрактных производителей, заказчик вынужден раскрывать свои ноу-хау, что в ряде случаев неприемлемо.
Альтернативным вариантом для разработчика микротехники, обладающего ноу-хау, является организация собственного микропроизводства. Такое решение имеет следующие достоинства:
• снижение стоимости и сроков разработки;
• возможность создания и тестирования различных модификаций прототипов;
• возможность оперативной экспертной оценки емкости рынка;
• сохранение ноу-хау.
При этом, по сравнению с созданием крупносерийного производства, сокращаются инвестиции в оборудование, упрощается привлечение достаточного количества высококвалифицированных кадров для организации и последующего сопровождения производства и уменьшается временной интервал, необходимый для обеспечения экономически эффективного выпуска продукции.
Возможной эффективной формой организации собственного производства высокотехнологичной продукции является обращение к услугам инжиниринговой компании для развертывания технологической линии экспресс-прототипирования продукции в рамках кластерных модульных мультифункциональных производств. Инжиниринговый центр "Гибкая печатная электроника и фотоника" должен занять именно эту – востребованную нишу услуг. Применительно к реализуемому инновационному проекту следует отметить, что он направлен на развертывание в России процесса создания гибких кластерных мультифункциональных малобюджетных технологических линий нового поколения для экспресс-производства микротехники различного функционального назначения, особенно востребованной в медико-биологической практике, экологической и пищевой безопасности (рис.4).
Объектом рынка инжиниринговых услуг в рассматриваемом случае выступает технология, охватывающая все этапы инновационного цикла: предпроектное обследование и бизнес-планирование; разработку производственной линии; поставку оборудования, технологий и программного обеспечения; подготовку специалистов; пуско-наладку и последующее сервисное обслуживание.
Количество компаний, специализирующихся на реальном инновационном технологическом инжиниринге, на российском рынке крайне мало, и среди них практически никто не занимается разработкой и реализацией самостоятельных технологических решений в области комплексных микропроизводств. В нише инжиниринговых услуг создаваемый центр должен взять на себя функцию профессиональной фирмы-интегратора, не ограничиваясь поставкой оборудования, а реализуя весь инфраструктурно-технологический цикл, где оборудование является лишь составной частью.
Одновременно идеология создания микропроизводств подразумевает инжиниринговую деятельность, направленную на оптимизацию затрат на оборудование создаваемого мультифункционального производства как наиболее капиталоемкой составляющей инвестиций. Это накладывает особенно жесткие требования на методологию проектирования, которое должно обеспечить оптимальность и гибкость комплектации, а также минимум технологических итераций при освоении производства.
В 2015–16 годы в ряде директивных документов Минэкономразвития, Минпромторга и ГК "Ростехнологии" в качестве общих приоритетов развития отраслей, наряду с импортозамещением, определено увеличение доли социально-ориентированной продукции. Планируемая динамика потребует от предприятий оперативных решений в отношении поиска востребованных рыночных ниш и быстрого их заполнения. Гибкие кластерные быстроперестраиваемые микропроизводства могут стать "оперативной" основой для формирования отечественных инновационных технологических ниш.
Средняя стоимость медицинских изделий мобильного типа (например "лаборатории-на-чипе" различного функционального назначения для персонализированной медицины) с учетом покупательной способности населения страны не должна превышать 2–5 тыс. руб. Принимая во внимание функциональное разнообразие данных систем, использующих различные электронные, оптические, механические и биохимические компоненты, их производство экономически эффективно лишь в условиях технологических линий кластерных микропроизводств, отличающихся высокой гибкостью и автоматизацией, а также чистотой технологий. Указанные обстоятельства определяют перспективу "микрофабрик на столе" в данном сегменте рынка высокоточных производств.
В области сельского хозяйства микротехника может быть эффективно использована для создания беспроводных сенсорных сетей на основе интеллектуальных датчиков, контролирующих состояние почв и растительных культур, а также перемещение скота.
В продовольственной сфере актуально обеспечение безопасности на этапах закупки сырья, производства, хранения и транспортировки продукции, в том числе путем ее оснащения RFID-метками.
Таким образом, создание центра по разработке и внедрению гибких малобюджетных технологических линий для производства микро- и нанотехники открывает новый сегмент рынка инжиниринговых услуг в России, позволяя сделать шаг к обеспечению конкурентоспособности государства на международном рынке современных роботизированных микропроизводств.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Значение инжинирингового центра "Гибкая печатная электроника и фотоника", создаваемого на базе СПбГЭТУ "ЛЭТИ", обусловлено успешным выполнением следующих задач:
• обеспечение селективной поддержки наиболее перспективных научных и педагогических школ, конкурентоспособных на международном рынке наукоемкой продукции, и образовательных услуг с целью развития экономики, основанной на знаниях;
• интеграция в формирующуюся национальную инновационную систему с целью обеспечения эффективного взаимодействия с реальным сектором экономики и коммерциализации инновационной продукции с доминирующей интеллектуальной составляющей;
• обеспечение динамической сетевой концентрации знаний, человеческих и инфраструктурных ресурсов для реализации востребованных проектов в области роботизированных кластерных цифровых микропроизводств и формирование инновационных импортозамещающих технологических ниш в производстве высокоинтеллектуальной микротехники для продовольственного, сельскохозяйственного и медицинских секторов экономики.
Отзывы читателей
