Книги, научные публикации
Мастер-класс Прогнозирование развития новых материалов с использованием 1 методов Форсайта К.о. Вишневский*, о.и. Карасев** Новые материалы Ч одно из Свой вклад в данный процесс перспективных
научнонтехнолон внес Институт статистических исн гических направлений, от котон следований и экономики знаний рого зависит развитие ключен (ИСИЭЗ) ГунВШЭ, разработав сен вых секторов экономики. его бун рию дорожных карт по оценке дущее стало предметом исследон перспектив углеродных волокон Ч ваний в ряде зарубежных Форн одной из наиболее многообещаюн сайтнпроектов. щих областей новых материалов.
* Вишневский Константин Олегович Ч инженер, Институт статистических исследований и экономики знаний, Государственный университет Ч Высшая школа экономики. E-mail: kvishnevsky@hse.ru ** Карасев Олег Игоревич Ч заместитель директора, Международный научно-образовательный Форсайт-центр, Институт статистических исследований и экономики знаний, Государственный университет Ч Высшая школа экономики. E-mail: okarasev@hse.ru Статья подготовлена по результатам поисковой научно-исследовательской работы в рамках реализации ФЦП Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009Ц2013 гг.
58 ФорсАйт т. 4. № 2 Мастер-класс исследования в сфере новых материалов Глоссарий Тема разработки и внедрения новых перспектив ных материалов в последние десятилетия неиз дорожная карта Ч обобщающий документ, ко менно привлекала к себе внимание исследователей торый отражает многоуровневую систему страте будущего. Первопроходцем в прогнозировании гического развития предметной области в рамках развития материаловедения явилась Япония, где раз единой временной шкалы и содержит показатели в пять лет начиная с 1971 г. проводится масштаб экономической эффективности перспективных ное экспертное исследование Дельфи. В подготовке технологий и продуктов, обладающих высоким 8 японского прогноза [The 8th Science and Technology потенциалом спроса и привлекательными потре Foresight Survey, 2005] приняли участие в общей бительскими свойствами.
сложности 2300 экспертов, а его горизонт составил Углеродное волокно (углеволокно, УВ) Ч нано 30 лет (до 2035 г.).
структурированный органический материал, со В рамках этого проекта экспертам было впервые держащий 92Ц99.99% углерода.
предложено оценить научные исследования и техноло Углеволокнистые композиционные материалы гии в области наноматериалов. По этому направлению (композиты) Ч структуры, образованные комби в первом раунде опроса участвовали 214 экспертов, нацией углеродных волокон как армирующих эле во втором Ч 179.
ментов и связующего вещества (матрицы).
Предметом экспертизы стал перечень перспек Ретрополяция (backcasting) Ч метод стратеги тивных продуктов и технологий, объединенных ческого прогнозирования, позволяющий на осно в 70 приоритетных направлений (в составе раздела вании экспертных оценок создать возможную Нанотехнологии и материалы). Он включал такие картину будущего, а затем определить альтерна продукты, как легкие композиционные материалы тивные пути его достижения (подход лот будущего на основе углеродных нанотрубок, изоляционные ма к настоящему).
териалы, керамические импланты и др.
слабые сигналы (weak signals) Ч информация Исследование позволило сформулировать набор качественного характера о событии (явлении), ко конкретных рекомендаций по формированию полити торое распознается как неочевидная возможность ки в сфере новых материалов. По оценкам экспертов, или угроза в будущем. Слабый сигнал побужда первоочередное значение для развития компьютерно ет тем или иным образом учитывать будущую ди го моделирования наноматериалов приобретает со намику события (явления), формировать систему вершенствование подготовки кадров. Предложенный действий для стимулирования или препятствова комплекс мер лег в основу определения приоритетов ния его развитию.
Базового научно-технологического плана Японии Wild cards Ч события, которые имеют низкую ве (Science and Technology Basic Plan).
роятность наступления, но если они происходят, Одним из первых и одновременно наиболее мас то оказывают серьезное влияние на дальнейший штабных европейских исследований, посвященных ход событий.
развитию сектора перспективных материалов, стал британский Форсайт, который был выполнен учеными Университета Манчестера в 1995 г. с использованием метода Дельфи [Loveridge et. al., 1995]. В экспертных стоятельного направления был предусмотрен раз процедурах, предусматривавших двухэтапный опрос дел Материалы, где рассматривались не только но и проведение панельных дискуссий по его результатам, вые продукты, но и возможности их практического приняли участие порядка трех тысяч экспертов. использования. Примером принятого подхода слу Исследование было нацелено на формирование жит, например, промышленное применение высоко у представителей науки и бизнеса четкого представ- температурных сверхпроводников в системах хране ления о будущем рынков и технологий, обсужде- ния энергии: акцент в этой формулировке делается ние направлений их дальнейшего развития, инфор- как на технологическую составляющую, так и на ко мирование широкого круга заинтересованных лиц нечное использование инновационной разработки.
о передовых разработках, в том числе в области новых К работе были привлечены главным образом исследо материалов. В ходе Форсайта были выявлены ключе- ватели из академической сферы (14% от общей числен вые факторы, определяющие научно-технологическое ности экспертов), специалисты промышленных лабо развитие на период до 2015 г.;
осуществлена оцен- раторий (21%), менеджеры по исследованиям (16%), ка новых рыночных потребностей и возможностей эксперты по корпоративной стратегии (7%), производ их удовлетворения за счет внедрения инновацион- ственники и бизнесмены (по 3%).
ных технологий;
выделены необходимые техноло- В ходе исследования были идентифицированы гические решения для производства перспективных 80 перспективных направлений применения новых продуктов. материалов, сгруппированных по 16 областям. Среди Авторы исследования вычленили 1207 тем, харак- них Ч термостойкие материалы (9 тем из 80);
меди теризующих конкретные технологические направле- цинские (8) и конструкционные (4) материалы;
ма ния. Темы были классифицированы по 15 секторам: териалы для электроники (8) и оптоэлектроники (4);
Аэрокосмическая отрасль и оборона, Энергети- снижение веса изделий (6), обработка материалов (12).
ка, Информационные технологии и электрони- Признаками для группировки выступали свойства ма ка и т. п. В структуре исследования в качестве само- териалов и область их применения.
2010 т. 4. № 2 ФорсАйт Мастер-класс В первом раунде Форсайта экспертиза по разделу рекомендации по мерам научно-технической и инно новых материалов была проведена с участием 180 спе- вационной политики, способствующим опережаю циалистов. Второй раунд опроса охватил 80 человек. щему развитию наиболее важных технологических По итогам обобщения экспертных мнений наиболее направлений.
важными были признаны следующие направления: Исследование проводилось по методу Дельфи компактные, легкие и надежные перезаряжаемые ба- и охватило в общей сложности свыше двух тысяч экс тареи, способные обеспечить работу офисного обору- пертов в первом туре и более тысячи Ч во втором.
дования в течение 24 часов;
материалы для топливных Участники опроса представляли ведущие научно элементов;
материалы для временной фиксации костей;
исследовательские центры и производственные орга импланты. Начало их использования ожидалось экспер- низации по всем важнейшим направлениям развития тами в достаточно скором времени Ч до 2004 г., Ч од- науки и технологий. Таких направлений было выделе нако не всем этим прогнозам было суждено сбыться. но девять:
Следующий крупный Форсайт в Европе Ч Х Информационно-телекоммуникационные Дельфи-98 [Cuhls et al., 1998] Ч стартовал в Герма- системы нии в 1996 г. В его основе лежал перечень из 1070 тем, Х Индустрия наносистем и материалов классифицированных по 12 разделам (информатика Х Живые системы и связь, сфера услуг, энергия и ресурсы, космос и т. д.).
Х Медицина и здравоохранение Исследование проводилось в два этапа с участием при Х Рациональное природопользование мерно семи тысяч специалистов Ч представителей Х Энергетика и энергосбережение науки, бизнеса, некоммерческих организаций.
Х Производственные системы и промышленная Германский проект предусматривал решение ши инфраструктура рокого круга задач, связанных с определением прио Х Авиационно-космические и транспортные ритетных траекторий развития науки и технологий.
системы Его организаторы стремились повысить уровень Х Безопасность.
информированности общества о перспективных научно-технологических тенденциях и оказать содей- Вопросам развития материаловедения был посвя ствие бизнесу и государству в формировании страте- щен раздел Индустрия наносистем и материалов.
гий развития. В первом раунде экспертизы по этому направлению В отличие от британского Форсайта, где темы фор- приняли участие 319 специалистов, во втором Ч 145.
мулировались независимо от других аналогичных Исследование ИСИЭЗ ГУЦВШЭ показало высокую проектов, авторы германского прогноза позаимствова- перспективность полимерных материалов, кристал ли часть тем из японских опросов Дельфи. Иной была лических и наноструктурированных металлических и группировка тем исследования. Два раздела Химия материалов, материалов для систем связи, в том числе и Материалы, которые британскими специалистами для волоконной оптики, фильтров и мембран на осно рассматривались раздельно, в Дельфи-98 были объ- ве наноматериалов [Соколов, 2009]. Существенным его единены в одно направление Ч Химия и материалы. результатом стало создание научной, методической В него вошли 104 продукта: жаростойкие полимеры, и организационной базы для проведения Форсайт композиты-биомиметики, лигнин как перспективное исследований в полном соответствии с передовой за сырье для химической промышленности и др. рубежной практикой.
В первом раунде опроса по направлению Химия Метод дорожных карт и материалы приняли участие 260 экспертов, во вто ром Ч 206. Как и в японских Форсайтах, в этом про- В последние годы методология Форсайта активно раз екте была предпринята попытка сформулировать вивается в сторону углубленного изучения приорите перечень конкретных мер, необходимых для успеш- тов развития, вплоть до формулирования конкретных ного развития передовых технологий и продуктов. рекомендаций по поддержке инновационных направ В числе таких мер выделялись повышение качества лений. Для этого все чаще используется метод дорож образования, международная кооперация, улучшение ных карт, и прогнозные исследования в сфере новых инфраструктуры исследований и т. д. материалов не являются в этом смысле исключением.
Проблематика новых материалов нашла отражение Дорожная карта как метод стратегического плани не только в зарубежных, но и в российских Форсайт- рования была впервые применена компанией Motorola исследованиях, в частности в долгосрочном прогнозе [Willyard, McClees, 1987]. Впоследствии этот подход научно-технологического развития Российской Феде- нашел широкое применение в прогнозных исследо рации, подготовленном по заказу Минобрнауки Рос- ваниях корпоративного, отраслевого и регионального сии с участием ИСИЭЗ ГУЦВШЭ в 2007Ц2009 гг. уровней.
Целью работы было определение важнейших Согласно классификации, предложенной Р. Фаалем научно-технических результатов, которые могут быть (Университет Кембриджа), принято выделять несколь достигнуты в период до 2025 г., выявление ключевых ко типов дорожных карт (рис. 1). Как будет показано технологий и перспективных рыночных ниш, где Рос- ниже, все они в той или иной мере применяются сегод сия могла бы занять прочные конкурентные позиции. ня и для сферы новых материалов.
В рамках проекта осуществлена оценка потенциаль- Дорожная карта типа планирование продукто ных экономических и социальных эффектов, связан- вой линейки (лproduct planning) представляет тех ных с развитием новых технологий, и предложены нологии и продукты в рамках временной шкалы, что 60 ФорсАйт т. 4. № 2 Мастер-класс рис. 1. Основные типы дорожных карт (по классификации Р. Фааля) планирование продуктовой линейки планирование спроса и предложения Время Время Стимулы/ проблемы Продукты Драйверы бизнеса и рынка Способность удовлетворять требованиям Технологии Разработка Разрыв технологий программное планирование стратегическое планирование Время Время Рынок Ход выполнения проекта Бизнес Этапы проекта Разрывы Продукт Ключевые точки принятия решений Технология Пути движения Компетенции Разработка технологий Организация Источник: [Phaal, Farrukh, Probert, 2007].
позволяет прогнозировать появление перспектив- По классификации Р. Фааля, указанная серия до ных продуктов и выяснять, какие технологии необхо- рожных карт относится к наиболее простому виду Ч димо развивать для их создания. Подход планирова- планирование продуктовой линейки Ч и отражает ние спроса и предложения (лservice/capability последовательность этапов развития продуктов и тех planning) дает возможность связать рыночные драй- нологий, устанавливая связи между ними. Подобные веры и вызовы рынка с производственными мощностя- карты позволяют показать, какие перспективные про ми и технологическим потенциалом для удовлетворе- дукты и в какой момент времени могут или должны ния потребностей рынков. Дорожная карта стратеги- быть созданы и какие для этого нужны технологиче ческое планирование (лstrategic planning) учитывает ские решения. Тем самым дорожная карта связывает ресурсное обеспечение для реализации технологи- разные элементы технологической цепочки Ч раз ческих решений, необходимых для создания продуктов, работку технологий и последующую организацию которые в будущем будут востребованы рынком. Она производства на их основе.
также способствует выявлению возможных угроз для Визуальное представление европейских дорожных развития технологий и идентификации секторов, харак- карт по наноматериалам отражает этапы инноваци теризующихся технологическим отставанием, которое онного цикла с указанием ожидаемой продолжитель предстоит ликвидировать для создания иннова- ности и сроков завершения каждого из них. На рис. ционных продуктов. Карта программного плани- показан пример визуализации таких этапов Ч разра рования (лprogram planning) прежде всего ориен- ботки технологии, создания промышленного образца, тируется на реализацию стратегии и тесно свя- организации опытного и промышленного производ зана с проектным планированием, в частности с про- ства, вывода продукта на рынок. Благодаря тому, что граммами исследований и разработок (ИиР). все элементы дорожной карты размещены на единой Среди примеров Форсайт-проектов по методу шкале времени, видно, что разные типы перспективных дорожных карт заслуживает внимания европейский материалов находятся на различных стадиях готовно проект NanoRoadSME1, выполненный под эгидой сти к массовому производству. Так, наноструктуриро Еврокомиссии в целях развития трансфера знаний ванные пленки из полиметил-метакрилата (акриловое и технологий между научными центрами и предпри- стекло, PMMA) уже в 2006 г. были выведены на рынок, ятиями малого бизнеса в странах ЕС. В рамках иссле- тогда как полимеры с углеродными наночастицами, дования были разработаны технологические карты для по мнению экспертов, могут появиться на рынке не ра оценки перспектив внедрения нанотехнологий в че- нее 2015 г.
тырех секторах экономики: автомобильной, аэрокос- Для приоритетных материалов был также проведен мической промышленности, медицине и энергетике. анализ динамики себестоимости производства инно При этом предполагалось проанализировать наиболее вационных продуктов в долгосрочной перспективе значимые инновационные разработки в рассматри- (рис. 3). Это позволило предложить компаниям ори ваемых областях применения наноматериалов, предо- ентиры относительно экономической целесообразно ставить малым предприятиям наглядный инструмент сти реализации технологических проектов в соответ для ориентации в большом массиве новых технологий ствующих областях. На схеме наглядно показано, что с учетом их потенциальной перспективности и воз- себестоимость ряда инновационных продуктов будет можностей коммерциализации. существенно снижаться в ближайшие годы. Самые 2010 т. 4. № 2 ФорсАйт Видение будущего Текущее состояние Мастер-класс рис. 2. Оценка этапов инновационного цикла для перспективных продуктов в европейской дорожной карте по наноматериалам Легенда опытное производство (ОП) промышленное производство (ПП) выход на рынок (ВР) 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Оксид алюминия (Al203) с нанозернами ПП ВР ВР Графитовые частицы ВР Водоотталкивающие наночастицы на базе коллоидальной двуокиси кремния ПП ВР ПП Сплав железа, меди, ниобия, кремния и бора (Fe-Cu-Nb-Si-B) Никелевые порошки с графитовым покрытием ВР Никель-титан (Ni-Ti) с нанозернами ОП ПП ВР ВР Поли (метил-метакрилатные) [PMMA] наноструктурированные пленки Поли (октадецилсилоксановые) (PODS) нанослои ОП ПП ВР Поли [стирол-b-(этилен-бутилен)-b-стирол] (SEBS) ПП ВР ОП ВР Поли [стирол-b-(этилен-бутилен)-b-стирол] + C15H32 ПП Полиакрилонитриловые (PAN) наноструктуры ПП ВР Полианилиновые (PANI) нанотрубки ОП ПП ВР Полианилин-SnO2 (PANI-SnO2) и Полианилин-TiO2 ПП ВР ВР ОП Полиэтиленовые или полипропиленовые (PE-PP) матрицы ПП ВР Полимеры с угольными наночастицами/фильтрами (основной материал) ОП ПП ПП Полиолефин/глина ПП ВР ВР Полистирол-блок-поли (4-винилпиридин) (PS-P4VP) нанопроволоки ОП ПП ВР POSS наноструктурированные катализаторы ОП ПП Источник: [Roadmap Report Concerning the Use of Nanomaterials in the Automotive Sector, 2006].
высокие темпы, согласно выводам исследования, будут правлением являются легкие функциональные матери характерны для полимеров с углеродными нанотруб- алы, а из британского Дельфи следовало, что наиболь ками, стоимость которых должна снизиться пример- шее внимание необходимо уделить таким областям, но в 10 000 раз за ближайшее десятилетие. Однако для как материалы для источников энергии и медицинских других материалов, например, нанокомпозитов типа целей.
полиолефин/глина, этот показатель сохранится на ны- Сравнение ведущих мировых Форсайт-проектов нешнем уровне, а по некоторым другим (нанозерна ок- показывает, что в числе самых перспективных на сида алюминия и т. п.) даже ожидается его рост. правлений в сфере новых материалов чаще всего вы В отличие от рассмотренных выше примеров деляются углеродные волокна и композиты на их Форсайт-исследований в дорожной карте применялся основе. Применительно к ним известны более деталь иной принцип группировки тем Ч по областям при- ные стратегические документы, которые также могут менения, из чего, в свою очередь, вытекают различные быть отнесены к категории дорожных карт. В первую требования к новым материалам. Для карты харак- очередь, следует назвать стратегические планы ком терна и более детальная оценка перспектив по отдель- паний Ч разработчиков и производителей углерод ным технологическим направлениям. В то же время ее ных материалов. Лидер мирового рынка компания отличительная черта Ч более узкий тематический Toray поддерживает собственную стратегию в этой охват: спектр областей, изучаемых в рамках опросов области Ч TorayТs strategy for carbon fiber composite Дельфи, многократно шире. Поэтому подобные иссле- materials2. В этом документе рассматривается ретро дования нельзя считать взаимоисключающими, они, спективная динамика рынков углеродных волокон скорее, дополняют друг друга. Например, по резуль- и продуктов, в производстве которых такие волок татам построения европейской карты по наноматери- на используются, и дается прогноз спроса на углево алам было выяснено, что наиболее перспективным на- локно для основных сегментов рынка. Такой подход, рис. 3. Оценка динамики себестоимости наноматериалов в европейской дорожной карте Легенда Краткосрочный период Среднесрочный период Долгосрочный период Чем ярче цвет, тем ниже стоимость 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 предположительная стоимость материалов Оксид алюминия (Al203) с нанозернами ~ 200 евро за кг (для нанопорошков) ~ 230 евро за кг ~ 220 евро за кг Графитовые частицы ~ 500 евро за т Водоотталкивающие наночастицы на базе коллоидальной двуокиси кремния ~ 10 евро за кг ~ 5 евро за кг ~ 5 евро за кг Сплав железа, меди, ниобия, кремния и бора (Fe-Cu-Nb-Si-B) Никелевые порошки с графитовым покрытием ~ 1920 евро за кг ~ 1500 евро за кг ~ 1200 евро за кг Никель-титан (Ni-Ti) с нанозернами ~ 200 евро за кг ~ 1300 евро за кг Поли (метил-метакрилатные) [PMMA] наноструктурированные пленки ~ 9000 евро за кг ~ 6500 евро за кг ~ 11000 евро за кг Поли (октадецилсилоксановые) (PODS) нанослои ~ 16000 евро за кг ~ 12000 евро за кг ~ 23000 евро за кг ~ 20000 евро за кг ~ 15500 евро за кг Поли [стирол-b-(этилен-бутилен)-b-стирол] (SEBS) ~ 38000 евро за кг ~ 38000 евро за кг Поли [стирол-b-(этилен-бутилен)-b-стирол] + C15H32 ~ 35000 евро за кг ~ 27000 евро за кг ~ 20000 евро за кг Полиакрилонитриловые (PAN) наноструктуры ~ 47000 евро за кг ~ 39000 евро за кг ~ 29000 евро за кг Полианилиновые (PANI) нанотрубки ~ 25000 евро за кг ~ 19000 евро за кг ~ 15000 евро за кг ~ 20000 евро за кг ~ 16000 евро за кг Полианилин-SnO2 (PANI-SnO2) и полианилин-TiO2 ~ 27000 евро за кг Полиэтиленовые или полипропиленовые (PE-PP) матрицы ~ 7.5 евро за кг ~ 7.5 евро за кг ~ 5 евро за кг Полимеры с угольными наночастицами/фильтрами (основной материал) ~ 500000 евро за кг УНТ ~ 10000 евро за кг УНТ ~ 50 евро за кг УНТ Полиолефин/глина ~ 5-10 евро за кг ~ 5 евро за кг ~ 5 евро за кг Полистирол-блок-поли (4-винилпиридин) (PS-P4VP) нанопроволоки ~ 43000 евро за кг ~ 56000 евро за кг ~ 50000 евро за кг POSS наноструктурированные катализаторы ~ 1000 евро;
750-5000 за кг ~ 100 евро;
100-500 за кг ~ 50 евро;
20-100 за кг Источник: [Roadmap Report Concerning the Use of Nanomaterials in the Automotive Sector, 2006].
62 ФорсАйт т. 4. № 2 Мастер-класс согласно Р. Фаалю, можно отнести к типу планирова ние спроса и предложения.
Дорожная карта Планирование В стратегии компании Toray определены перспек продуктовой линейки описын тивные инновационные приложения волокон по вает перспективные технологии добного типа и композитов на их базе. Рассмотрены и продукты в рамках временной ключевые драйверы спроса на наиболее важные про шкалы и позволяет прогнозирон дукты, в том числе планы автопроизводителей по сни вать их появление. Карта Планин жению выбросов углекислого газа за счет уменьшения рование спроса и предложения массы автомобилей, что, в свою очередь, достигается учитывает рыночные драйверы и растущим применением композитов в этой отрасли.
вызовы при планировании произн Кроме того, представлено сопоставление возможно водства и оценке технологическон стей компании и конкурентов, что роднит эту карту го потенциала с вышеупомянутым подходом стратегическое плани рование.
Помимо корпоративных дорожных карт широ Использование подхода стратегическое планиро ко известен проект Министерства энергетики США вание позволило представить дорожную карту как по снижению стоимости углеродных волокон Low документ, отражающий ресурсное обеспечение для ре cost carbon fiber3, который представляет собой неко ализации технологических решений, которые, в свою торую вариацию метода планирование продуктовой очередь, позволяют получить востребованные рын линейки. Это прогнозное исследование ориенти ком продукты. При этом анализируются возможные ровано на поиск наиболее экономичного сырья для угрозы для развития технологий, выявляются области производства углеродных волокон и путей снижения технологического отставания, которое требуется пре затрат на каждой стадии производства углеволокна одолеть для создания инновационных продуктов.
и конечных продуктов на его базе. Наряду с ценовыми По принципу программного планирования, показателями, в качестве целевых ориентиров высту дорожная карта ориентируется на реализацию стра пают физико-химические свойства материала.
тегии заказчика Ч ГК Роснанотех, предусматри вая интеграцию выводов в проектную деятельность, построение дорожных карт:
в том числе посредством развития активной модели практика исиЭЗ формирования инвестиционных проектов.
Следует отметить, что значимость углеродных во В процессе исследования были учтены методиче локон для обеспечения конкурентоспособности ские подходы, применявшиеся при разработке наибо экономики чрезвычайно велика и в нашей стра лее известных продуктовых дорожных карт. Помимо не. Этот тезис был, в частности, подчеркнут на проектов, упомянутых выше, предметом детального заседании Совета генеральных и главных кон анализа были методики подготовки таких документов, структоров при Председателе Правительства РФ как Международная технологическая дорожная карта 9 июня 2010 г.4. В связи с этим остановимся подробнее для полупроводников (The International Technology на опыте разработки дорожной карты Использование Roadmap for Semiconductors, ITRS)5, серия дорожных нанотехнологий в производстве продуктов из углерод карт Министерства энергетики США по светодиод ных волокон, выполняемой Международным научно ным технологиям Solid-State Lighting Research and образовательным Форсайт-центром ИСИЭЗ ГУЦВШЭ Development6 и др.
по заказу Государственной корпорации Роснанотех Исследование ИСИЭЗ ГУЦВШЭ опиралось на об в рамках целой серии Форсайт-исследований, направ ширную экспертную базу, в него были вовлечены пред ленных на определение приоритетных направлений ставители более 40 ключевых предприятий отрасли, развития нанотехнологий в России.
профильных НИИ, вузов. К экспертам, участвовав Построение дорожных карт для сферы нанотех шим в проекте, предъявлялись жесткие квалифика нологий опирается не только на зарубежный опыт, ционные требования: представительство ведущих но, прежде всего, на ясное понимание специфи организаций, осуществляющих ИиР, производство и ки российского рынка и научно-технологического потребление углеволокна и продуктов на его основе;
потенциала.
наличие объективных результатов, подтверждающих Как и дорожная карта типа планирование про квалификацию эксперта (ученая степень, публикации дуктовой линейки, документ, подготовленный с высоким индексом цитирования, регулярное участие специалистами ГУЦВШЭ, позволяет предвидеть появ в ведущих научных мероприятиях в данной области ление перспективных продуктов и выявить техноло и др.);
известность в профессиональной среде. Сфор гии, необходимые для их создания. Аналогично вари мированная таким образом экспертная группа вклю анту планирование спроса и предложения, карта дает чала 90 человек, которые представляли все ведущие возможность сопоставить драйверы рыночного разви российские организации, занимающиеся разработ тия с имеющимся производственно-технологическим кой и производством углеродных волокон, а также потенциалом.
ряд организаций Ч потребителей данной продукции.
Материалы проекта доступны по адресу 2010 т. 4. № 2 ФорсАйт Мастер-класс рис. 4. Последовательность методов Форсайта при разработке дорожной карты Использование нанотехнологий в производстве продуктов из углеродных волокон Обзоры Панели экспертов Кросс-импакт литературы анализ Сценарные Количественные семинары сценарии Библиометрика Прогноз гения Мозговой Интервью Семинары Семинары Голосование ДК Патенты SWOT-анализ штурм Мозговой Бенчмаркинг Ретроспективный анализ штурм Семинары Сканирование Wild Cards и Интервью слабые сигналы В подготовке карты активно участвовали зарубежные чу Ч согласовать позиции организаций, задействован эксперты. ных на разных этапах технологической цепочки, при Логика формирования карты предполагала приме- выработке инновационной стратегии.
нение целого комплекса методов Форсайт-исследова- Каждый из использованных методов Форсайта ний в определенной последовательности (рис. 4). вносит свой специфический вклад в достижение об Как видно из представленной схемы, экспертные щей цели исследования (табл. 1), а сама дорожная процедуры являются центральным элементом этого карта предстает как заключительный документ, инте процесса. Помимо сбора разнообразной первичной грирующий результаты самых разных аналитических информации, они позволяют решить важную зада- и экспертных процедур.
табл. 1. Характеристика методов Форсайта, примененных при разработке дорожной карты Использование нанотехнологий в производстве продуктов из углеродных волокон Метод Вклад в достижение цели исследования семинары коммуникативные связи между экспертами достижение согласованного представления о перспективах развития продуктовой группы и возможных инновационных стратегиях в этой области верификация основных положений и выводов дорожной карты обзоры литературы изучение существующих методик построения дорожных карт, определение лучших практик сбор исходной информации для описания перспективных рынков, продуктов, технологий, научно-технических решений Библиометрика выявление современных тенденций и передовых разработок в предметной области и патенты подготовка предварительного перечня российских и зарубежных экспертов для формирования экспертной группы Бенчмаркинг выделение ключевых проблем развития продуктовой группы углеродных волокон в России в контексте общемировых тенденций разработка перечня перспективных видов углеродных волокон интервью формирование перечня наиболее перспективных продуктов с указанием используемых при их производстве углеродных волокон и композитов, а также критически важных технологий производства сбор информации о ключевых характеристиках и перспективах развития углеродных волокон и композитов панели экспертов верификация перечня наиболее важных технологий и продуктов оценка и обсуждение перспективной динамики рынков, факторов, влияющих на рыночное развитие в долгосрочной перспективе количественные исходные данные для прогнозов развития сегментов потребления углеродных волокон сценарии и сценарные и композитов на их основе семинары Ретрополяция формирование представления о желаемом состоянии предметной области (backcasting) сканирование выделение основных характеристик внешней среды развития производства углеродных волокон и композитов кросс-импакт анализ разработка траекторий НИОКР Ч производство Ч рынок оценка взаимосвязей между характеристиками продуктов и технологий, а также востребованными потребительскими свойствами в разных сегментах рынка SWOT-анализ выделение сильных и слабых сторон, оценка возможностей и угроз для развития отечественного производства углеволокна и композитов Wild cards и слабые выявление областей применения углеродных волокон, развитие которых потенциально сигналы может привести к возникновению новых крупных сегментов рынка дорожная карта документ, обобщающий результаты всех предыдущих этапов исследования семинары общественное обсуждение дорожной карты доведение сведений об основных результатах до широкого круга заинтересованных сторон 64 ФорсАйт т. 4. № 2 Мастер-класс Итоговый вариант дорожной карты Использование Ряд методов Форсайта оказал наиболее сильное нанотехнологий в производстве продуктов из углерод влияние на построение итоговой дорожной карты.
Так, на базе аналитического обзора стратегических до- ных волокон охватывает четыре вида углеродных во локон, для которых существуют возможности практи кументов в сфере нанотехнологий был сформирован ческого освоения в долгосрочной перспективе (рис. 5):
предварительный вариант визуального представления дорожной карты, выделены ключевые проблемы раз Х на основе полиакрилонитрильного (ПАН) волокна;
вития продуктовой группы, сформирован перечень Х на базе вискозного волокна;
перспективных видов углеродных волокон.
Х на основе пекового волокна;
Затем последовали интервью с экспертами, для Х волокно из газовой фазы.
проведения которых привлекались высококвалифи Согласно результатам исследования, для углерод цированные интервьюеры, глубоко погруженные ных волокон на основе ПАН существует наиболее в проблему. Глубинные интервью позволили выявить масштабный рынок Ч как массовых, так и специаль позиции всех заинтересованных участников рынка, ных применений. Эксперты считают целесообразным осуществляющих деятельность в области разработки, использование углеродных волокон на базе вискозы производства и использования углеродных волокон.
в медицине, а также в тех областях, где это установлено Для их уточнения и согласования была проведена се нормативно. Волокна на основе пека имеют достаточно рия экспертных панелей, на которых обсуждались как ограниченные области применения, главным образом значимые технологические проблемы, так и вопросы, специального характера (возможно сочетание волокон связанные с ведением бизнеса в области новых мате на базе ПАН и пека при производстве некоторых про риалов. По их итогам был составлен перечень важ дуктов). Волокна из газовой фазы в перспективе имеют нейших технологий и продуктов, разработку которых чрезвычайно широкий рынок, но эти разработки еще целесообразно поддерживать в России, и подготовле не вышли на стадию коммерциализации.
ны их детальные описания.
Карта анализирует тренды, касающиеся отдель Значительное место в процессе исследования было ных видов углеволокнистых композитов Ч не только отведено кросс-импакт анализу, который позволил широко распространенных в мире углепластиков, но оценить взаимосвязь между технологическими ре и с узкоспециализированным применением. По ито шениями, потребительскими свойствами продуктов гам экспертного опроса выделены четыре вида угле и требованиями конечных потребителей. В резуль волокнистых композитов, имеющих обширные тате были выявлены меры, необходимые для созда перспективы промышленной реализации в долгосроч ния конкретных продуктов и стимулирования спроса ной перспективе (рис. 5):
в отдельных сегментах рынка потребления углеродных Х композиты с полимерной матрицей (углепластики);
волокон.
Х углерод-углеродные композиты;
Известно, что одним из основных методов Форсай Х композиты с металлической матрицей;
та является сценарный анализ, позволяющий отразить Х композиты с керамической матрицей.
многовариантность будущего. В процессе построения дорожной карты он использовался для формирования Как оказалось, самым крупным является потенци прогнозов объема рынка и анализа траекторий раз- альный рынок углепластиков (композитов с полимер вития альтернативных технологий, конкурирующих ной матрицей) за счет высоких физико-химических ха с углеволокном в разных сегментах рынка. рактеристик и относительной простоты изготовления.
рис. 5. Общая схема производства конечных продуктов на основе углеродных волокон Аэрокосмическая Другие отрасли Прочие области Строительство Энергетика отрасль промышленности применения Конструкционные Мостовые Лопасти Детали корпуса элементы конструкции ветряных автомобилей и др.
самолетов и др. и др.
установок и др.
УВ-композиты Углерод- УВ-композиты УВ-композиты с полимерной углеродные с керамической с металлической матрицей композиты матрицей матрицей УВ на основе УВ из газовой УВ на основе УВ на основе ПАН вискозы фазы пека Источник: ИСИЭЗ ГУЦВШЭ.
2010 т. 4. № 2 ФорсАйт области применения композиты (УВ) Углеволокно Мастер-класс Углерод-углеродные композиты, как ожидается, займут созданы с применением разных видов углеродных во нишу специализированного применения, особенно локон и композиционных материалов на их основе.
в областях, где уже существует необходимый техноло- Этот раздел карты очень важен с точки зрения изуче гический задел (например, для производства тормоз- ния перспектив спроса на инновационные разработ ных дисков). Композиты с металлической матрицей ки. Например, для активно развивающегося сегмента будут применяться в авиационной промышленности, ветроэнергетики требуется углеродное волокно на базе а с керамической матрицей Ч смогут использоваться ПАН, позволяющее создавать легкие и прочные лопа в условиях высоких температур. сти ветроэнергетических установок. Это значит, что Композиционные материалы на базе углерод- определенный сегмент рынка будет формировать спрос ных волокон находят все более разнообразные при- на вполне конкретные виды волокон, которые нужны ложения в летательных аппаратах и изделиях, для для создания подобных продуктов. Для каждого про которых моменты инерции играют определяющую дукта проводилась оценка сроков ожидаемого выхода роль (центробежные накопители энергии и высоко- на рынок и перечня волокон и композитов, требуемых скоростные центрифуги). Использование углеродных для производства.
волокон эффективно также при создании глубоко- Центральный слой карты Ч экспертная оценка водных бурильных установок для освоения шельфа, долгосрочных перспектив развития рынка углеродных что важно, например, при развитии нефтедобычи волокон по отдельным сегментам, как существующим в зоне Арктики. в настоящее время, так и возникающим в перспекти Исследование продемонстрировало целесообраз- ве. Учитывая долгосрочный характер прогноза, оценка ность расширения сферы применения углеволокна развития рынка осуществлялась с помощью сценарно в промышленности для изготовления оборудования го анализа. Карта отображает три возможных сценария с высокими рабочими характеристиками, в частно- развития рыночных сегментов Ч пессимистический, сти в автомобиле- (например, с целью значительного умеренный и оптимистический, Ч сформулированных снижения веса автомобиля) и судостроении (главным после изучения факторов, которые будут определять образом, для обшивки корпуса). будущее рынка углеволокон. Такие факторы весьма Дорожная карта показала, что углеволокно может разнообразны Ч это и меняющиеся потребительские эффективно использоваться в производстве медицин- предпочтения, и нормативные ограничения, и даже ских товаров (лечебные салфетки, инвалидные коля- политические факторы (например, необходимость ски), товаров для спорта и досуга. присутствия в стратегически важных регионах предпо Карта Использование нанотехнологий в произ- лагает разработку материалов, которые выдерживали водстве продуктов из углеродных волокон строилась бы экстремальные условия эксплуатации).
по принципу послойной группировки ее элементов. Исследование показало, что основная сфера при Под слоем понимается совокупность однотипных менения углеродного волокна сегодня Ч это аэро элементов дорожной карты Ч продуктов, технологи- космическая отрасль. Однако существуют тенденции ческих решений, научных разработок и т. п. Ч которые к расширению его использования в других секторах Ч рассматриваются в привязке к единой временной шка- строительстве, энергетике, автомобильной промыш ле. Это позволяет делать выводы о предположитель- ленности. С помощью дорожной карты была выделе ных сроках появления инновационных технологий на группа сегментов рынка, наиболее перспективных и продуктов, возможной динамике сегментов рынков с точки зрения продвижения отечественных разрабо углеродных волокон и о необходимости проведения ток. Критерии перспективности носили комплексный тех или иных ИиР. характер и учитывали стратегическую и социальную Так, слой, содержащий описание собственно раз- значимость той или иной отрасли, объемы и динамику личных типов углеродных волокон, дает представле- рынка, конкуренцию, которую создают для углеволок ние о преимуществах и недостатках каждого из них на другие продукты, и т. п.
с учетом потенциальной широты областей их приме- Большое внимание при разработке дорожной кар нения. Применительно к ним выделены критические ты было уделено анализу альтернативных видов но технологические задачи, решение которых требуется вых материалов, конкурирующих с углеволокном.
для инновационного развития этой области в России, В их числе рассматривались как инновационные ком и построен прогноз динамики наиболее значимых позиты (например, базальтопластики на основе ба технико-экономических характеристик углеродного зальтовых волокон), так и традиционные материалы волокна, в том числе его цены. (например, алюминиевые сплавы).
Отдельный слой карты посвящен композитам, Анализ технологических и рыночных перспек производимым на основе углеволокна. Для каждого тив производства углеродных волокон в России был вида волокон были выявлены наиболее перспектив- дополнен изучением рисков, барьеров и ограниче ные материалы, которые могут быть получены на их ний, тормозящих развитие этой сферы. Примером базе (примером таких материалов являются широко такого риска является неопределенность ситуации распространенные в настоящее время углепластики). с Байкальским целлюлозно-бумажным комбинатом, С участием экспертов для разных материалов опреде- которая ставит под угрозу производство беленой цел лялся круг задач, которые предстоит решить для созда- люлозы: именно этот материал является сырьем для ния соответствующих производств в России. производства углеродных волокон на основе вискозы.
На дорожной карте в виде самостоятельного слоя Благодаря такому анализу, карта может служить сво показаны конечные продукты, которые могут быть его рода инструментом раннего предупреждения 66 ФорсАйт т. 4. № 2 Мастер-класс о возможных препятствиях, которые следует иметь образом, реализация двух указанных траекторий тре в виду, осуществляя инвестиции в новую технологиче- бует производства углеволокна с разными потреби скую область. тельскими свойствами, что, в свою очередь, предпола Направления инновационного развития в сфере гает решение разных технологических задач.
углеродных волокон, выявленные с помощью до- Разработка дорожной карты и соответствующих рожной карты, могут быть проанализированы более маршрутов позволила обобщить представления ши глубоко. С этой целью в развитие карты для каждого рокого круга экспертов о путях инновационного раз сегмента рынка разрабатываются маршруты. Марш- вития отрасли. Проект способствовал формированию рут отображает последовательность мероприятий на согласованного видения направлений дальнейших каждом этапе технологической цепочки, обеспечи- действий на уровне всех ключевых организаций, отно вающих успешный выход на данный сегмент рынка. сящихся как к сфере ИиР, так и к реальному сектору С его помощью идентифицируются направления экономики.
ИиР, необходимые для развития характеристик угле- Ожидается, что рассмотренный документ будет родных волокон и композитов, их влияние на потре- способствовать становлению гражданских рынков для бительские свойства продуктов и, в конечном счете Ч продукции из углеродных волокон и поэтапному улуч перспективы вывода продуктов с такими свойствами шению ее потребительских свойств с учетом спроса.
на рынок. За счет снижения цены углеродного волокна будет про Указанные маршруты позволяют проанализи- исходить расширение областей его применения. Повы ровать всю технологическую цепочку для иннова- шение качества композиционных материалов, в свою ционных продуктов, начиная от ИиР и заканчивая очередь, позволит повысить конкурентоспособность организацией массового производства. Исходя из это- отечественного углеродного волокна по сравнению го, можно оценить, какого рода продуктовую линейку с зарубежными аналогами, обеспечивая возможности следует формировать для успешного выхода на рынок создания новых видов конечных продуктов, в том чис и какой вклад может внести наука в создание таких ле летательных аппаратов нового поколения.
продуктов. Подводя итоги, следует подчеркнуть, что россий Вместе с тем, учитывается, что маршруты выхода ская практика, как и международная, свидетельствует на разные рынки принципиально отличаются друг от о целесообразности развития Форсайт-исследований друга. Например, для создания космической техни- в сфере новых материалов. Причем эффективность ки требуются материалы с экстремально высокими такого рода работ будет напрямую зависеть от того, физико-химическими характеристиками. В то же время насколько их рекомендации найдут воплощение в области массового спорта важную роль играет низкая в конкретных управленческих решениях, касающихся цена конечного изделия, которая обеспечивает его кон- не только определения общих приоритетов инноваци курентоспособность по сравнению с традиционными онного развития, но и механизмов их реализации, пре F продуктами, уже существующими на рынке. Таким жде всего в виде инвестиционных проектов.
Бойкова М.В., Салазкин М.Г. (2008) Форсайт в Германии // Форсайт. № 1. С. 60Ц69.
Бруммер В., Коннола Т., Сало А. (2009) Форсайт-исследование для разработки национальных стратегий Финсайт-2015 // Форсайт.
№ 4. С. 56Ц65.
Вишневский К.О. (2009) Целесообразность использования технологических дорожных карт как инструмента государственной инновационной политики // Инновационное развитие в современных рыночных условиях / Герасименко В.В., Градобоева В.В. (ред.).
М.: Макс-Пресс. С. 16Ц26.
Кинэн М. (2009) Технологический Форсайт: международный опыт // Форсайт. № 3. С. 60Ц67.
Клейтон Э. (2009) Построение дорожных карт для развивающихся стран // Форсайт. № 1. С. 48Ц57.
Клейтон Э. (2008) Технологические дорожные карты: инструменты для развития // Форсайт. № 3. С. 68Ц74.
Кукушкина С.Н. (2007) Метод Дельфи в Форсайт-проектах // Форсайт. № 1. С. 68Ц73.
Майлс Й. (2008) Разработка сценариев и дорожных карт для ключевых технологий: предупреждение наводнений и защита береговых территорий Великобритании // Форсайт. № 4. С. 50Ц59.
Соколов А.В. (2009) Результаты исследования Дельфи // Форсайт. № 3. С. 40Ц58.
Albright R.E., Kappel T.A. (2003) Roadmapping in the Сorporation // Research Technology Management. № 42 (2). Р. 31Ц40.
Cuhls K., Blind K., Grupp H. (eds.) (1998) Delphi Т98 Umfrage. Zukunft nachgefragt. Studie zur globalen Entwicklung von Wissenschaft und Technik. Karlsruhe.
Loveridge D., Georghiou L., Nedeva M. (1995) United Kingdom Technology Foresight Programme, Delphi Survey: PREST, The University of Manchester. Manchester, UK.
Phaal R., Muller G. (2009) An Architectural Framework for Roadmapping: Toward Visual Strategy // Technological Forecasting and Social Change. № 76. P. 39Ц49.
Phaal R., Farrukh C., Probert D. (2001) T-Plan Ч The Fast-Start to Technology Roadmapping: Planning Your Route to Success // Institute for Manufacturing, University of Cambridge. Cambridge, UK.
Phaal R., Farrukh C.J.P., Probert D.R. (2004) Technology Roadmapping Ч A Planning Framework for Evolution and Revolution // Technological Forecasting and Social Change. № 71. Р. 5Ц26.
Roadmap Report Concerning the Use of Nanomaterials in the Automotive Sector (2006) // Nanomaterial Roadmap 2015.
The 8th Science and Technology Foresight Survey Ч Future Science and Technology in Japan, Delphi Report (2005). Science and Technology Foresight Center, National Institute of Science and Technology Policy. Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan.
Warren C.D. (2009) ORNL Carbon Fiber Technology Development. ORNL.pdf.
Willyard Ch., McClees Ch. (1987) MotorolaТs Technology Roadmapping Process // Research Technology Management Magazine. Sept./Okt.
P. 13Ц19.
2010 т. 4. № 2 ФорсАйт
Книги, научные публикации