Применение методики мониторинга и прогнозирования прорывных технологий на примере рынка светотехники

В мировой практике основная идея долгосрочного прогнозирования или Форсайта, заключается в определении направлений развития экономики, науки, технологии, общества в целом и т.д., которые через 10-20 лет станут ключевыми для мирового прогресса и будут сверхприбыльными.

По мнению авторов интерес вызывает выявление и введение таких индикаторов, которые по неявным и опосредованным признакам могут помочь исследователям выявить тренды и «слабые сигналы» нарастающих технологических прорывов. В рамках выполнения НИР перед авторами была поставлена задача выявления дополнительных признаков шестого технологического уклада. Для этого в исследовании за основу взяты данные основных зарубежных патентных организаций и бюро с целью определения

«технологических всплесков».

Для повышения точности классификации был разработан алгоритм построения нейро-нечеткого дерева решений, обладающего свойством адаптации параметров с помощью нейросетевого моделирования. Выстраивая модель, позволяющую выявить закономерности возникновения технологий нового технологического уклада, через патентный всплеск, появляется возможность подтвердить/дополнить прорывные технологии 6 технологического уклада.

Форсайт-технологии и выявление системы показателей состояния и динамики экономики в рамках доминирующего и формирующегося технологического уклада

В данной работе внимание сосредоточено на оценке возможностей для России достижения показателей шестого технологического уклада. В рамках одного технологического уклада осуществляется замкнутый производственный цикл, включающий добычу и получение первичных ресурсов, все стадии их переработки и выпуск набора конечных продуктов, удовлетворяющих соответствующий тип общественного потребления. В период, когда очередной технологический уклад достигает фазы спада, инвестиции в ранее привлекательные сферы становятся убыточными. Последовательное замещение укладов осуществляется путем создания опережающих научно-технических, конструкторских, технологических и инвестиционных заделов, являющихся важнейшим стратегическим ресурсом государственной экономики.

Согласно теории Н. Д. Кондратьева, научно-техническая революция развивается волнообразно, с циклами протяжённостью в несколько десятилетий:

Рис. 1. Жизненный цикл технологического уклада: t – время;

у – показатель роста технологического уклада

Российский экономист С. Ю. Глазьев, опираясь на идеи Н. Д. Кондратьева, заново ввёл в научный оборот и сделал понятие технологический уклад современным. За два столетия, начиная с 1770 г., экономики ведущих стран прошли пять технологических укладов. В настоящее время (оценочно 2010–2050 гг.) происходит промышленное освоение шестого технологического уклада, характеризуемого использованием молекулярных, клеточных, ядерных, нано- и биотехнологий, лазерной техники и робототехники, искусственного интеллекта, компактной и сверхэффективной энергетики; ожидается отход от использования углеводородов, внедрение водорода в качестве экологически чистого энергоносителя; новые медицина, бытовая техника, виды транспорта и коммуникаций; использование стволовых клеток, инженерия живых тканей и органов, существенное увеличение продолжительности жизни человека и животных, высокие гуманитарные технологии.

Форсайт, как технология определения приоритетов развития, препятствует бесцельному использованию инвестиций, материальных и людских ресурсов и позволяет сосредоточить усилия на организации технологического прорыва в ключевых областях[1]. Прогнозирование - одна из функций экономики. Имея представление о тенденциях и законах общества, возможно построение вероятной модели мирового экономического развития. Для повышения качества и точности прогноза необходимо проводить комплексный математический анализ количественных и качественных показателей, с использованием когнитивных интеллектуальных методов. Опыт макроэкономических исследований говорит не только о возможности, но и о плодотворности использования межстрановых сопоставлений для получения и качественных, и довольно точных количественных выводов, в том числе прогнозного характера [8с.3].

Понимание закономерностей смены технологических укладов позволяет создать модель текущих макроэкономических процессов. Основные экономические и научно-технические показатели позволяют судить о сложившихся и формирующихся технологических укладах в разных странах. Таким образом, целесообразно рассмотреть страны в контексте особенностей их инновационной политики, заключающейся в переходе к новому технологическому укладу, опыт которых по различным причинам интересен как пример для Российской Федерации.

Необходимо отметить, что в России недостаточно развита культура анализа возможных направлений развития на долгосрочную перспективу. Подавляющее большинство российских предприятий не заглядывает дальше, чем на 1 -2 года. Да и в целом крайне малое число россиян пытается системно выстроить свой жизненный путь хотя бы на 5-10 лет, исключение составляет, пожалуй, только тот период, когда они осуществляют выбор вуза и места работы. Это во многом связано с традициями, заложенными в СССР, когда возможности личного выбора в огромной степени ограничивались государством [10]. Именно по этой причине в настоящее время исследования, затрагивающие вопросы повышения качества результатов долгосрочного прогноза важнейших направлений научно -технологического развития государства и анализ факторов, определяющих перспективы модернизации российской экономики являются актуальными.

Как показывают исследования, ни одно общеизвестное представление о Форсайте не является доминирующим [6]. Практики Форсайта редко подробно раскрывают свой опыт, а факторы успеха и препятствия, как правило, специфичны для каждой страны. Опыт других стран часто становится основой для планирования и реализации национальных Форсайт-проектов [7].

Интерес вызывает выявление и введение таких индикаторов, которые по неявным и опосредованным признакам могут помочь исследователям выявить тренды и «слабые сигналы» нарастающих технологических прорывов. В рамках выполнения НИР «Разработка теоретических основ и моделирование когнитивных систем мониторинга и прогноза социально -экономического, научно-технологического развития объектов и территорий государства» перед исследовательской группой ТГУ была поставлена задача выявления дополнительных признаков шестого технологического уклада. Для этого в исследовании за основу взяты данные основных зарубежных патентных организаций и бюро с целью определения «технологических всплесков». Гипотеза: чем больше количество технологий в направлении, тем выше вероятность формирования инвестиционно привлекательной отрасли. В 2012 г. коллективом исследователей было получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615745 «Программа нейросетевой кластеризации стран по уровню техникоэкономического развития.

Обширный опыт отечественных и зарубежных исследователей свидетельствует о том, что вероятностный подход не может быть признан надежным и адекватным инструментом решения слабоструктурированных задач, к которым относятся и задачи анализа и оценки материалов. В принципе, любая попытка использования статистических методов для решения такого рода задач есть не что иное, как редукция к хорошо структурированным (хорошо формализованным) задачам, при этом такого рода редукция существенно искажает исходную постановку задачи [2, с.15].

Для повышения точности классификации был разработан алгоритм построения нейро-нечеткого дерева решений, обладающего свойством адаптации параметров с помощью нейросетевого моделирования [3, с.69]. Выстраивая модель, позволяющую выявить закономерности возникновения технологий нового технологического уклада, через патентный всплеск, появляется возможность подтвердить/дополнить прорывные технологии 6 ТУ.

Эффект выявления закономерности в нейросетевой модели дает комплексный характер разнородных параметров, не являющихся достаточными по отдельности. Обученная интеллектуальная модель сама рассчитает весовые коэффициенты и выявит диагностические решающие правила «Если..., то», по которым те или иные показатели внесут весовую нагрузку в решение задачи. Данный подход к решению сложно формализуемых задач неоднократно применялся авторами при моделировании нефтяных залежей по комплексу геофизических, геохимических и структурных параметров, имеющих разный вес для прогнозирования нефти, а также при разработке интеллектуальной нейросетевой системы анализа финансовой устойчивости сельскохозяйственных предприятий (по заказу Администрации Томской области). Данная методика подробно представлена в монографии «Когнитивные системы мониторинга и прогноза научно-технического развития государства», подготовленной в рамках госбюджетной темы НИР «Разработка теоретических основ и моделирование когнитивных систем мониторинга и прогноза социально-экономического, научнотехнологического развития объектов и территорий государства» (№ 6.5218.2011) и при поддержке ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса

России на 2007-2012 годы» (государственный контракт от 27 июня 2011 г. № 13.521.11.1017) [8].

Выявление инвестиционно привлекательных отраслей на основе анализа объектов интеллектуальной собственности на примере рынка светотехники

В рамках данного исследования были рассмотрены основные участники рынка светотехники, а также проведен исторический анализ объектов интеллектуальной собственности, в названии которых встречаются следующие слова и словосочетания: лампы накаливания (англ. incandescent lamp ), лампы люминисцентные (англ. fluorescent lamp) светотехника (англ. light engineering), светодиоды (англ. light-emitting diodes / LED) , органические светодиоды (англ. OLED) . Выбор ключевых слов был сформирован по результатам предварительного аналитического обзора мирового рынка светотехники в научной литературе.

Источник: [5]. Рис. 2. Количество патентов изобретений, в названиях которых встречается словосочетание «лампа накаливания» в период с 1895 по 2012 гг.

На рисунке 1 видно, что весь период изобретения ламп накаливания можно поделить на два жизненных цикла. В период с 1895 г. по 1946 г. в базах данных патентных организаций преобладают керосиновые, масляные и газовые лампы накаливания, а в период с 1947г. по 2012 г. – электрические, галогеновые и энергосберегающие. Жизненный цикл технологий производства керосиновых, масляных и газовых ламп накаливания составил 53 года. Жизненный цикл технологий производства электрических, галогеновых, люминесцентных и энергосберегающих ламп на данный момент составляет более 66 лет и находится в фазе спада.

Причина отказа от ламп накаливания – их крайне низкая эффективность. Только 5 % потребляемой электроэнергии тратится на освещение, остальные 95 % уходят на выработку тепла. Переход на энергосберегающие источники света позволит значительно сэкономить электроресурсы [9].

Источник: [5]. Рис. 3. Количество патентов изобретений, в названиях которых встречается словосочетание «лампа люминесцентная» в период с 1938 по 2012 гг.

На рисунке 2 видно, что жизненный цикл технологий производства люминесцентных ламп составляет 76 лет и находится в фазе спада. Компактные люминесцентные лампы появились в конце 1980-х годов. Они значительно превосходят лампы накаливания как по световой отдаче, так и по сроку службы. Если средний срок службы лампы накаливания - 1 000 часов, то у КЛЛ этот показатель достигает 15 000 часов. Однако есть у люминесцентных ламп и свои недостатки. Они не сразу выходят на полную яркость и не предназначены для частого включения-выключения. Кроме этого, данные лампы содержать ртуть. По мнению экспертов, вкладывать сейчас деньги в производство светодиодных ламп - более перспективно, нежели в КЛЛ [9].

Рис. 4. Количество патентов изобретений, в названии которых встречается слово «светотехника» в период с 1954 по 2012 гг. по странам заявителям в %

На рынке светотехники иностранные производители занимают сегодня лидирующее положение. Китайские компании в совокупности занимают около 40% рынка (Рис.3). На российском рынке китайские производители выбрали для себя привычную стратегию по завоеванию рынка за счет применения практики демпинговых цен.

Источник: [5].

Рис. 5. Количество патентов изобретений, в названии которых встречается слово «светодиод» в период с 1971 г. по 2012 г. :

Источник: [5].

Рис. 6. Количество патентов изобретений, в названии которых встречается словосочетание «органический светодиод» в период с 1998 г. по 2012 г.

На рисунках 4 и 5 видно, что на в настоящее время жизненный цикл технологий производства светодиодов составляет 43 года, а технологий производства органических светодиодов составляет -16 лет. Обе отрасли находятся в фазе подъема.

Для изготовления качественных светодиодов в нужном количестве, понадобилось слияние двух отраслей - электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие светодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с производства кристаллов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. Количество заключённых стратегических альянсов, а также возникновение новых компаний, особенно тайваньских, специализирующихся на выпуске светодиодов, явно рекордное в последние годы, косвенно свидетельствует о серьёзном движении капиталов в данном направлении, что обязательно скажется на перспективном отечественном рынке светотехники [4].

Первые в России энергосберегающие светодиодные светильники были установлены в сентябре 2007 года в подземном переходе метро Рижская -Рижский вокзал. Заказчиком проекта выступил Мосгорсвет. За года эксплуатации потребление электроэнергии в переходе снизилось на 45 %. В 2008 году пилотные проекты по установке LED-светильников запустило ОАО «РЖД». Светодиодное освещение появилось на нескольких станциях, в частности на «Новоярославской» Северной железной дороги. По словам представителей РЖД энергопотребление на этой станции с внедрение LED- технологии

сократилось

в

2,5

раза.

В сентябре 2009 года в Томске было принято решение о переводе всей иллюминации на энергосберегающие светодиоды.

Несмотря на то, что пока светодиодная индустрия России значительно отстает от ведущих мировых держав в этой области. В отличие от компактных люминесцентных ламп большая часть материалов для светодиодных ламп может производиться и производится в России (особо чистые газы, металлы, подложки, полупроводниковые материалы, люминоформы) [9].

Российский рынок на сегодняшний день весьма насыщен предложением как отечественных, так и иностранных производителей. Ассортиментный ряд некоторых компаний достигает 300 - 500 моделей светодиодных ламп и светильников. На российском рынке представлена осветительная техника на основе светодиодов как российского, так и иностранного производства. Причем, последние явно преобладают (наиболее крупные компании - Cree, Osram, GE, Philips и др.), связано это с тем, что за счет внутренних производственных мощностей сегодня невозможно удовлетворить потребности производителей светотехники. Вдобавок к этому большая часть производимых в России светодиодов - это так называемый «нерыночный сегмент», т.е. в дальнейшем они используются самими компаниями при производстве продукции более высокого передела.

Доминирующий объем российского производства светодиодов является по сути сборочным, то есть комплектация происходит на основе импортируемых устройств. В связи с этим данная группа участников рынка весьма немногочисленна и представлена такими компаниями как «Оптоган», «Элма-Малахит», ГК «Нитридные кристаллы», «Светлана-Оптоэлектроника», НИИ «Полюс», «Протон», большая часть производимых ими компонентов не поступает в свободную продажу. Эксперты отмечают, что отсутствие развитого промышленного производства светодиодных чипов является сегодня одной из основополагающих проблем развития отечественной светотехники.

Отсутствие в России производства гетероэпитаксиальных структур для светодиодной осветительной техники негативно влияет на конкурентные стоимостные позиции российских производителей. В настоящий момент для выпуска светодиодов применяются в большей части чипы иностранного производства, их стоимость составляет от 30 до 50% себестоимости светильника. По оценкам специалистов, создание в России собственного промышленного производства гетероэпитаксиальных структур и светодиодных чипов, позволит снизить цены на российскую светотехнику в 5-6 раз.

Разработки всех российских компаний в области органических светодиодов находятся на начальной стадии и имеют ограниченный бюджет, или ведутся маленькими организациями в крупных компаниях, которые имеют обязательства разрабатывать OLED еще и для общего освещения. Только инициатива кооперации крупных государственных инвесторов, промышленности и академических организаций может изменить ситуацию.

В РФ имеется необходимая научная база для развития светодиодной индустрии, ведутся исследования технологий по выращиванию кристаллов нитридов, созданию полупроводниковых гетероструктур и p-n-переходов. Кроме того, проводятся исследования физических и химических свойств необходимых для этих целей материалов. Уже сейчас по конструкции и технологическому исполнению российские светодиоды, созданные в лабораторных условиях, ни в чем не уступают зарубежным. Во -вторых, отечественные предприятия, в числе которых можно назвать фирмы «Светлана-Оптоэлектроника» (г. Санкт-Петербург), BetaLight и XLight (г. Москва), уже в течение длительного времени выпускают светодиодные светильники для архитектурной подсветки, подъездного и уличного освещения. Специалисты ОАО «Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов» (г. Томск) разрабатывают светодиодные лампы технического назначения для светосигнальных приборов, сигнализации и индикаторной аппаратуры. Большая стоимость наших изделий связана с тем, что для их выпуска применяются в основном импортные чипы [8 с. 312].

Выводы

В результате проведенного исследования, можно сделать следующие выводы:

• 1.    В условиях перехода мировой экономики на шестой технологический уклад необходимо выявить сегменты глобального рынка, представляющие интерес для России, оценить возможную емкость сегментов рынка, идентифицировать их основных участников в долгосрочной перспективе, а также будущий технологический облик, включая новую продукцию и услуги, а применительно к взаимодействию образования с промышленными предприятиями – определить реальную потребность в специалистах различных квалификаций. Для этого целесообразно принимать во внимание методики выявления индикаторов инновационного потенциала.

• 2.    Предложенная методика выявления нововведений, претендующих занять нишу прорывных технологий через анализ объектов интеллектуальной собственности на основе нейросетевого моделирования позволяет выявить закономерности возникновения технологий и отраслей нового технологического уклада и может быть использована в качестве инструмента формирования приоритетов и мобилизации для достижения качественно новых результатов в сфере науки и технологий, экономики.

• 3.    Технологии производства светодиодов, в том числе органических, находятся в фазе подъема. Принимая во внимание имеющуюся необходимую научную базу для развития светодиодной индустрии, рынок светотехники в России все еще обладает большим потенциалом роста.  Должным  образом сформулированная и

• оформленная инициатива может обеспечить существенное

повышение уровня разработок LED/OLED для задач общего освещения и гарантировать российское лидерство в этой области.