На протяжении более 100 лет Америка была мировым лидером производства, но сегодня она идёт ноздря в ноздрю с Китаем (см. иллюстрацию 1). В США за прошедшее до 2010 года десятилетие число рабочих мест на производстве упало примерно на треть. Рост аутсорсинга и офшоринга, а также увеличение сложных каналов поставки заставили компании всего мира использовать как мастерские Китай, Индию и другие страны с низкой заработной платой. Побуждённые мировым финансовым кризисом, некоторые западные политики считают, что для их стран пришло время заняться производством, чтобы создать рабочие места и предотвратить дальнейший экспорт профессиональных навыков. Это предполагает два пункта: что производство важно для государства и его экономики, и что новые формы производства создадут новые рабочие места.

Было проведено немало исследований, показывающих, что производство полезно для экономики, но в последние годы некоторые экономисты утверждали, что в создании вещей нет ничего особенного, и сфера услуг точно так же может быть продуктивной и инновационной. Это люди и компании, не страны, разрабатывают, производят, и продают товары; и, как и хорошие, так и плохие работы есть и на производстве, и в сфере услуг. Но в среднем, работники производства зарабатывают больше, согласно докладу Сюзанны Хэлпер из Западного резервного университета Кейса, Кливленд, для Брукингского института, аналитического центра в Вашингтоне, округ Колумбия (см. иллюстрацию 2).

Фирмы-производители также намного чаще, чем другие компании, представляют новые и инновационные продукты. Производство создаёт лишь около 11% ВВП США, но оно отвечает за 68% внутренних расходов на исследования и разработку. Согласно Хэлпер, производство в среднем предоставляет более высокооплачиваемые рабочие места, чем сфера услуг, и, как крупный источник инноваций, помогает снизить торговый дефицит и создаёт возможности по росту «чистой» экономики, такие, как переработка отходов и зелёная энергия. Всё это — хорошие причины для страны, чтобы переориентироваться со сферы услуг на индустрию.

Несмотря на быстрый рост Китая, Америка остаётся значительной производственной силой. Американский объём производства в пересчёте на доллар сейчас примерно такой же, как у Китая, но он достигается при помощи лишь 10% от той рабочей силы, что работае в Китае, утверждает Сюзанна Хокфилд, президент Массачусетского технологического института (MIT) и сопредседатель Партнёрства передовых технологий (созданного Бараком Обамой).

«Человек с молотком» вызывает приступ ностальгии по тому типу занятости в сфере производства, который вряд ли ныне существует в развитом мире. Заводские цеха сегодня зачастую выглядят заброшенными, в то время как офисные здания наполнены дизайнерами, специалистами по IT, бухгалтерами, экспертами по логистике, персоналом по продажам, менеджерам по работе с клиентами, поварами и уборщиками, которые все вместе разными способами вносят вклад в производство. А за воротами ещё больше людей вовлечены в разные занятия, помогающие снабжать фабрику. Определение «работы на производстве» становится всё более расплывчатым.

Тем не менее, шаги США по увеличению эффективности поднимают вопросы о том, сколько рабочих мест на производстве, особенно для «белых воротничков», будет создано. И некоторые из производственных прорывов, которые сейчас находятся на стадии разработки, уменьшат количество необходимых людей ещё сильней. «Это правда, что когда вы смотрите на ряд производственных технологий, которые выпускает MIT, многие из них не требуют рабочих мест, или же незначительно повышают занятость» — говорит мистер Хокфилд. «Но это не является причиной отказываться от такого типа производства в США, потому что поддержка jobs-light производства является важным звеном в огромной цепочке, содержащей множество рабочих мест и немало экономических преимуществ».

Компании также оптимистично смотрят на возрождение производства. «Мы стоим рядом с потенциальной революцией в производстве» — утверждает Майкл Идельчик, глава отдела по исследованию передовых технологий в GE Global Research, исследовательского подразделения гигантской корпорации General Electrics. Идеи, которые помогут случиться производственной революции, могут появиться откуда угодно, и это причина, по которой его лаборатория находится в пасторальной Нискияне, в пригороде Нью-Йорка, а исследовательские центры расположены в Бангалоре, Мюнхене, Рио-де-Жанейро и Шанхае. По поводу рабочих мест, которые, скорее всего, будут созданы, Идельчик считает, что люди близоруко смотрят на занятость в сфере производства: «Если вы посмотрите на всех, кто вносит вклад, то увидите очень большую занятость»

Дух в машине

«Многие из рабочих мест, которые останутся в производственном цехе, потребуют более высокой квалификации» — говорит мистер Смит, глава производства Роллс-Ройс. «Если производство важно, значит, мы должны проверить, что соответствующие составляющие присутствуют в системе образования». Его обеспокоенность простирается и до поставщиков компании, так как фирмы во многих странах урезали расходы на подготовку вследствии экономического спада. Чтобы получить людей, которые им нужны, компания Роллс-Ройс открыла новую Академию стажёров, удвоив количество людей, обучаемых Роллс-Ройсом каждый год, до 400.

В США компании сокращают расходы на подготовку столь беспощадно, что «стажировка может быть мертва», считает Сюзанна Бергер, одна из лидеров нового исследовательского проекта MIT, «Производство в инновационной экономике», который изучает то, как конкурируют фирмы. Многие компании думают, что не стоит тренировать людей, которые скорее всего покинут их, чтобы работать на кого-то ещё. Бергер и её коллеги полагают, что одной из многообещающих альтернатив стажировке будет сотрудничество между муниципальными колледжами и местными фирмами по разработке программ подготовки. Иногда фирмы дарят производственное оборудование колледжам.

Оцифровка производства сделает подготовку ещё проще. Компании не могут оправдать приостановку работы оборудования, работающего 24 часа в день тем, что стажёрам надо поиграть с ним. Но компьютеры способны воспроизвести систему производства в виртуальном окружении. В Уорикском университете в Британии комната с огромными дисплеями с высоким разрешением используется как камера виртуальной реальности, чтобы смоделировать продукцию, находящуюся в разработке, такую, как автомобили, в трёх измерениях.

Новый автомобиль сегодня будет создан в трёхмерном «цифровом прототипе» задолго до того, как он будет фактически сделан. Около него можно будет пройтись, сесть внутрь, устроить тест-драйв в симуляторе, разобрать на части и поместить на виртуальный завод, чтобы разобраться, как изготовить этот автомобиль. То же самое программное обеспечение может быть использоваться другими людьми из компании, включая отдел по рекламе. «Изображения, созданные из цифровых прототипов, сегодня настолько высококачественны, что они часто используются, чтобы делать брошюры и рекламные объявления до того, как новая машина будет сконструирована» — говорит Грант Рошель, глава Autodesk, компании по разработке ПО из Кремниевой Долины.

Многие люди, работающие на заводах, предоставляют услуги, критически важные для производства. «В будущем большинство товаров будут продаваться на условиях оказания услуг»- говорит Кумар Бхаттачария, председатель производственной группы Уорикского университета. «Если вы продаёте машину с десятилетней гарантией, вам надо убедиться, что она проработает десять лет, и что у вас будут местные сервисные центры, чтобы заботиться о ней. Несмотря на высокий уровень безработицы, многие производители считают, что слишком мало людей выбирают карьеру по конструированию и производству, но новые технологии, такие, как 3D-печать, помогут этой ситуации» — предсказывает Бхаттачария. «Если вы можете создать что-то, то люди радуются созданию вещей. Затем люди идут и основывают компании».

Подходя ближе

Одним из наиболее успешных инкубаторов для новых фирм и производственных кластеров является Кремниевая Долина, как наиболее известный и наиболее часто копируемый пример. Фирмы образуют кластеры по ряду причин: доступность навыков в определённом месте, доступность услуг специалистов и присутствие венчурного капитала от инвесторов с хорошим пониманием своего рынка. Обычно здесь неподалёку присутствуют университеты и исследовательские центры, так что процесс рождения новых идей и способов превращения этих идей в продукты сильно связан. Это отношения созданы, чтобы познакомиться ещё ближе с новыми производственными технологиями. «У нас есть технологии, которые мы можем использовать, только если производственные мощности находятся в некоторой близости к этим инновациям» — говорит Бергер. Вам не надо выходить далеко из её офиса, чтобы найти примеры.

Бостонский кластер биотехнологий состоит из фармацевтических компаний, больших и маленьких, привлекаемых в большинстве случаев исследованиями, которые проводятся в местных больницах и университетах. «В биологических науках развитие производственных возможностей тесно связано с её продуктами» — Филлип Шарп, Нобелевский лауреат и сооснователь Biogen Idec, биотехнологической компании из Массачусетса с годовой выручкой в 5 миллиардов долларов. То, что сейчас воодушевляет индустрию, как говорит Шарп, — это нанотехнологии. Название этой области знаний взято из слова, обозначающего миллиардную долю метра. Когда материалы рассматриваются на наноуровне, они часто имеют уникальные свойства, которые часто могут быть использованы выгодным путём.

Нанотехнология делает возможным производство новых терапевтических средств, действующих в крохотном масштабе; таких, которые будут нести информацию на своей поверхности, используемую, чтобы направлять частицы лекарства в определённые клетки тела. Препараты, доставляемые с помощью таких средств, могут быть ценными при лечении серьезных заболеваний вроде рака. «Сейчас они производятся в небольших количествах» — говорит Шарп; задача заключается в том, чтобы увеличить масштабы этого производства, как только клинические исследования будут завершены. И это тоже будет зависеть от инноваций как в сфере и продуктов, так и производства, работающих совместно.

Создание лекарств по большей части остаётся старомодным серийным производством. Этот процесс включает в себя смешивание ингредиентов, зачастую из разных стран, их переработку в партию лекарственного вещества на химическом заводе, затем превращение этого вещества в таблетки, жидкости или кремы на другом заводе, который может быть в совершенно другой стране. Всё это включает в себя немало перемещений ёмкостей и контейнеров, и немалое количество инвентаря просто простаивает. Это занимает много времени и дорого обходится.

Но лаборатория в Кембридже, штат Массачусетс, разработала другой способ изготовления лекарств. Сырьё помещается в один конец машины, состоящей из большого количества трубок, шестерёнок, лент и электроники, а таблетки выпрыгивают с другого конца. Эта опытная линия производства, которая является совместным предприятием MIT и Novartis, гигантской швейцарской фармацевтической компанией, впервые открывает возможность непрерывного производственного процесса перед фармацевтической индустрией. Она производит копию стандартного препарата Novarts, хоть и не для реального использования, так как система будет введена в промышленную эксплуатацию через пять-десять лет. Она основывается на сочетании химии и инженерного дела, ускоряя некоторые процессы, и замедляя другие, чтобы заставить их работать вместе.

Результаты вселяют надежды, утверждает Стивен Софен, глава проекта. Число отдельных операций, выполняемых при производстве препарата, упало с 22 до 13; время обработки (даже включая все перемещения, касающиеся материалов) уменьшилось с 300 часов до 40. И вместо тестирования каждой партии материалов за каждой таблеткой велось наблюдение, чтобы убедиться, что она соответствует требуемой спецификации.

Непрерывное производство может преобразить фармацевтическую индустрию. «Вместо гигантских, специально построенных заводов, предназначенных для снабжения мирового рынка, можно представить себе небольшие, местные заводы» — говорит Софен. Такие заводы могут быстрее отвечать на местный спрос, особенно если начнётся пандемия. Опытная линия в Кембридже поместится в грузовой контейнер, так что она может быть размещена где угодно. Она может произвести 10 миллионов таблеток в год, работая круглосуточно. Она может быть использована для того, чтобы делать особые дозы препарата для определённых пациентов. Непрерывное производство может сделать лечение редких болезней рентабельным.

http://sputnikipogrom.com/special/revolution/02.php

Это настолько маленький предмет, что вы можете удержать его в своей руке, и он выглядит как непримечательный кусочек металла, с небольшими просверленными отверстиями, но его ужасно сложно изготовить. Это так сложно, потому что он должен вращаться со скоростью 12 000 оборотов в минуту, при высоком давлении и температуре в 1600 °C, что на 200°C выше температуры плавления материала, из которого изготовлен предмет. И он должен пережить ад скручивания достаточно долго для того, чтобы помочь авиалайнеру пролететь 24 миллиона километров, до того момента, как эту деталь нужно будет заменить. Всего 66 таких коротких лопастей используются в задней турбине двигателя Rolls-Royce Trent 1000, и британская компания зарабатывает сотни тысячи долларов в год на этих лопастях.

Американские и европейские компании ищут спасения в высококачественном производстве, атакуя недорогих производителей. Это предполагает всё увеличивающуюся изобретательность при работе с материалами. В этой статье будет рассмотрен ряд таких инноваций, как специальная литейная система для турбинных лопаток Rolls-Royce, а также использование углеродного волокна, переработанных отходов пластика, новые аккумуляторные технологии и многое другое.

Турбинные лопатки являются одной из ключевых технологий Rolls-Royce. Магия, которая создаёт их, зависит от глубокого понимания материаловедения и производственных технологий. Когда металлы застывают после литья, они обычно содержат большое количество микроскопических кристаллов. Это делает их достаточно прочными для большинства ситуаций, но это — потенциальный недостаток при их использовании в турбинных лопатках. Rolls-Royce использует уникальную систему, которая отливает лопасть из жаропрочного сплава, основанном на никеле, со сплошной и неразрушенной кристаллической системой. Это гарантирует, что здесь не будет дефектов структуры.

Воздух циркулирует через вертикальную ось лопастей туда и обратно через точно расположенные отверстия, изготовленные с помощью специального электронного процесса, потому что обычная дрель не будет достаточно аккуратной для этого. Эти отверстия создают плёнку воздуха, которая обтекает поверхность, для того, чтобы уберечь лопасти от расплавления. Лопасти также покрыты жаростойким керамическим покрытием. Создатели не останавливаются ни перед чем, так как устойчивые и жаростойкие лопасти позволяют реактивному двигателю работать при более высоких температурах, что улучшает сгорание и уменьшает потребление топлива.

Не сидите просто так, изобретите что-нибудь

Новая фабрика в Дерби, где Rolls-Royce изготавливает турбинные лопатки, тоже весьма необычна. Дизайнеры, инженеры и производственный персонал поселились под одной крышей, вместо того, чтобы сидеть в разных зданиях или даже разных странах. Их собрали вместе, так как Rolls-Royce считает, что такая близость приведёт к лучшему пониманию роли каждого и к большей изобретательности. «Это будет критически важным в грядущие годы» — говорит Хамид Мугхал, глава инженерно-производственного отдела. «Технология изготовления товара — это ключ к выживанию, и преимущество в производстве предоставляет одну из величайших возможностей для будущего». Это сочетание, как считает Мугхал, единственный способ продолжить делать прорывы: «Дополнительный рост не поможет этому.»

Примерно так же думают и в GE. Компания тоже изготавливает реактивные двигатели, и занимается такими направлениями, как энергетика, освещение, железные дороги и здравоохранение. «В течение ряда лет стало ясно, что нам нужно объединить исследование материалов и производственные технологии» — говорит Идельчик, глава исследовательского отдела. Новые товары привыкли создавать, начиная с дизайна, затем двигаясь к выбору материалов, а затем к производству. «Теперь это делается одновременно».

Одним из результатов таких попыток является новый промышленный аккумулятор. Его появление началось с исследования, в котором аккумулятор пытались сделать достаточно прочным для того, чтобы использовать его в гибридном локомотиве. Химический состав, основанный на никеле и соли, предоставил необходимое количество запасённой энергии на единицу веса и необходимую надёжность. Но всё же, заставить его работать в лаборатории — это одно дело, а извлечение прибыли из сложных процессов, связанных с массовым производством аккумуляторов — совсем другое. Поэтому GE создало опытное производство, чтобы изучить, как использовать эти многообещающие идеи на деле, до того, как построить фабрику. Какие-то идеи взлетают на этом этапе, какие-то — нет.

Этот аккумулятор «взлетел». Помимо гибридных поездов, он также подходит для других гибридных устройств, таких, как автопогрузчики, и может использоваться как резервный источник электропитания в таких областях, как дата-центры и вышки связи в удалённых районах. Он будет изготовлен на новом заводе стоимостью в 100 миллионов долларов, около Нискияны, так что исследователям будет удобно продолжить разработку. Сам аккумулятор состоит из набора стандартных ячеек, объединяющихся в модули, которые могут быть соединены вместе для различного применения. «Модули занимают половину места от эквивалентного свинцово-кислотного аккумулятора, и только четверть по весу, и будут работать в течение 20 лет без обслуживания, а также работать в условиях замораживания или очень высоких температур» — говорит Глен Мерфелд, руководящий системами по хранению энергии в лаборатории GE.

Один из материалов, который особенно интересует GE и других производителей — углеродное волокно. Его уже использовали, чтобы сделать большие лопатки вентиляторов впереди некоторых реактивных двигателей. Углеродное волокно гибкое в необработанном виде, но когда его пропитывают эпоксидной смолой, придают форму и вулканизируют, оно становится прочным, как сталь, но весит в два раза меньше. Эта прочность берёт своё начало из мощных химических связей, которые образуются между атомами углерода. Эти волокна могут быть сориентированы в различных направлениях, что позволяет инженерам точно подгонять прочность и гибкость композитной структуры.

Углеродное волокно начало широко использоваться в аэрокосмической сфере. В самолётах Airbus и Boeing оно широко используется вместо алюминия. Оно не только легче, но и имеет большое преимущество при производстве: большие секции, такие как основная площадь крыла, могут быть изготовлены за один раз, вместо того, чтобы склёпывать их из большого количества отдельных компонентов.

Смотрите, без рук

Прочность, лёгкость и потенциальная экономия на ручном труде, которыми обладает углеродное волокно, делают этот материал привлекательным для многих товаров. Мак Ларен из британской команды Formula 1 (F1) был первым, кто использовал машину F1 с каркасом из углеродного волокна. Джон Уотсон был за её рулём и выиграл Британский Гран-при в Сильверстоуне в 1981 году. Позже, в этом же году, он в эффектной манере продемонстрировал возможности материала выдерживать столкновения, когда выбрался невредимым из происшествия около Монцы. Но создание таких машин, в основном вручную, может занять 3000 человеко-часов.

Теперь требуется лишь четыре часа, чтобы собрать шасси и нижнюю часть кузова MP4-12С, спортивнго автомобиля стоимостью в 275 000 долларов, который в 2011 году запустила McLaren, чтобы соревноваться с основным конкурентом, Ferrari, как на дорогах, так и на треке. MP4-12C сделана в стерильной, как клиника, новой фабрике, построенной рядом с базой McLaren в Уокинге, к западу от Лондона. В конечном итоге компания будет изготавливать ряд дорожных автомобилей с использованием углеродного волокна. Этот процесс пойдёт быстрее благодаря разработке частично автоматизированного метода для сжатия материала в форме и впрыскивании эпоксидной смолы в неё под давлением. Впервые этот метод был разработан совместно с Carbo Tech, австрийской фирмой, специализирующейся на композитных материалах.

Как многие технологии, открытые благодаря автогонкам, углеродное волокно сегодня спускается вниз, от суперкаров к обычным моделям. BMW, например, запускает новую линейку электрических и гибридных моделей, которые используют корпуса из углеродного волокна. Первый небольшой городской электромобиль, BMV i3, будут собирать на новом заводе в Лейпциге со следующего года. Машина из углеродного волокна, будучи более лёгкой, чем тяжёлая стальная, выжмет больший пробег из заряда своего аккумулятора. Она может даже оказаться прочнее в краш-тестах.

Другой удивительно прочный материал может быть изготовлен из того, что люди выкидывают. Артур Хуанг, сооснователь компании Miniwiz Sustainable Energy Development, расположенной в Тайване, получил специальность архитектора в США. Он создаёт строительные материалы из модифицированного мусора. Один из его продуктов, Polli-кирпич, это блок, по форме напоминающий квадратную бутылку, сделанный из переработанного полиэтилена, часто применяющегося в изготовлении контейнеров для еды и питья. Из-за своей формы Polli-кирпичи можно соединять вместе без использования клея, создавая структуры вроде стен. Они, как говорит Хуанг, достаточно прочны, чтобы выстоять перед ураганом, но значительно снижают углеродный отпечаток здания, и в четыре раза дешевле обычных строительных материалов. Более того, так как они полупрозрачные, то в них могут быть вмонтированы светодиоды.

Конкретное преимущество

Другим из материалов Хуанга является натуральное связывающее вещество, извлекаемое из выброшенной рисовой шелухи. Оно также может быть использовано, чтобы помочь в изготовлении бетона. Эта идея не является абсолютно новой; как указывает Хуанг, что-то подобное было добавлено в известковый раствор, использовавшийся для постройки Великой китайской стены. Он думает, что материковый Китай со своим строительным бумом однажды сможет опять стать большим рынком для этого продукта. Похожее вещество может быть извлечёно из ячменной шелухи, остающейся после пивоварения. Хуанг считает, что система будет использоваться местными жителями, чтобы превращать мусор в полезный продукты.

Всё чаще и чаще проектирование продукта будет начинаться с наноуровня. Нанотехнологии часто используются для улучшения некоторых продуктов. Например, диоксид титана использовался для создания самоочищающихся стёкол для зданий. Плёнка толщиной всего лишь в несколько нанометров достаточно тонка, чтобы через неё можно было посмотреть, но, тем не менее, достаточно мощно реагирует на солнечный свет и разлагает органическую грязь. Этот материал также является гидрофильным и использует потоки дождевой воды, чтобы смыть осадок. Pilkington, британская компания, была первой, которая пустила в ход самочищающееся стекло, использовав эту технологию в 2001 году.

Тщательное изучение исследовательских лабораторий в MIT даст нам намного больше примеров будущих продуктов, которые могут использовать наночастицы. Среди таких Крипа Варанаси и его коллеги ищут материалы, обладающие ярковыраженными водоотталкивающими свойствами. «Они могут быть использованы, чтобы сделать супергидрофобное покрытие, которое значительно повысит эффективность и долговечность таких механизмов, как паровые турбины и опреснительные заводы» — говорит Вараниси. Такие покрытия также могут быть применены в существующих паровых турбинах, которые генерируют большую долю электричества, в мировом масштабе. Это может стать крупным бизнесом по модернизации, считает Варанаси.

Природа уже использует материалы с наномасштабной структурой для большей эффективности. Окаменелости, которые привлекли интерес Анжелы Белчер, сформировались примерно 500 миллионов лет назад, когда мягкотелые организмы в море стали использовать минеральные вещества, чтобы отращивать раковины и кости, используя твёрдые материалы. «Эти природные материалы содержат утончённые наноструктуры, например, в радужных раковинах, или морских ушках» — говорит Белчер. Если эти существа имели встроенную в ДНК возможность по созданию таких материалов, то должна быть возможность симулировать её. Это то, чего исследовательская группа в MIT пытается сейчас достигнуть с использованием генной инженерии.

Как бы странно это не казалось, один из проектов Белчер включает в себя использование вирусов для изготовления аккумуляторов. Вирусы — обычно тот вид, который инфицирует бактерии, но безвреден для людей — довольно обычный инструмент в генной инженерии. Для начала, Белчер и её коллеги генетически программируют вирусы на взаимодействие или связывание с материалами, в которых они (Белчер и коллеги — прим. переводчика) заинтересованы. И так как у них нет миллионов лет, чтобы ждать, они используют то, что можно приравнять к высокоскоростному дарвиновскому процессу: сделать миллиард вирусов за раз, выбрать те, которые выглядят обещающе, и повторять процесс, пока они не получат штамм, способный исполнять то, что они хотят.

Команда разработала вирусы, способные создавать элементы аккумулятора, такие, как катод и анод, и использовала их, чтобы сделать небольшие батарейки-пуговицы, подобные использующимся в часах, но процесс обладает потенциалом, который можно масштабировать и дальше. Что делает технологию столь привлекательной, как говорит Белчер, так то, что она дёшева, использует нетоксичные материалы и безвредна для окружающей среды.

Две компании, основанные Белчер, уже делают продукты с вирусами.

Cambrios Technologies изготавливает прозрачное покрытие для сенсорных экранов и Siluria Techologies (Белчер любит называть свои компании по именам геологических периодов) использует вирусы для разработки катализаторов, которые превратят природный газ в нефть и пластик. Также существуют возможные сценарии использования в солнечных батареях, медицинской диагностике и лечении рака. И всё это родилось из идеи, на которую вдохновила морская раковина.

Один из людей в MIT, с которым работает Белчер, Гербранд Цедер, эксперт по аккумуляторам, который чувствует, что должен быть более простой путь, чтобы узнать о материалах, чем обычный тягучий процесс. Информация о десяти разных свойствах материала может быть разбросана в десяти разных местах. Чтобы соединить всё это в одном месте, Цедер и его коллеги, в сотрудничестве с Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли в прошлом году запустили бесплатный онлайн-проект, чтобы каталогизировать свойства веществ под названием Materials Project. К марту этого года он содержал данные более чем о 20 000 различных соединений.

Эта база данных разработана для того, чтобы позволить учёным быстро идентифицировать подходящие новые материалы и предсказать, как они будут взаимодействовать. Это обещает ускорить разработку новых материалов на производстве. Некоторым из новых веществ может потребоваться до 10 лет или больше, чтобы достигнуть рынка. «Так как это занимает так много времени, люди осторожно относятся к тому, чтобы инвестировать в это» — говорит Цедер. «И, значит, мы должны сделать процесс быстрым».

http://sputnikipogrom.com/special/revolution/04.php

Пользоваться 3D-принтером — всё равно что распечатать письмо; жмёшь «распечатать» на экране и файл отсылается, например, на струйный принтер, который выдавливает слой чернил на поверхность листа бумаги, чтобы создать двумерное изображение. Однако при 3D-печати программное обеспечение делает серию цифровых разрезов в программе компьютерного моделирования, и отправляет описание этих разрезов в 3D-принтер, последовательно добавляющий тонкие слои, пока не появляется твёрдый объект. Разница в том, что «чернила» в случае 3D-принтера — это материал.

Cлои могут соединяться разными способами. Некоторые 3D-принтеры используют струйный процесс. Objet, израильская компания, производящая 3D-принтеры, использует струйную головку для распыления сверхтонкого слоя жидкого пластика на формовочную поверхность. Этот слой затвердевает под воздействием ультрафиолетового излучения. Затем поверхность немного опускается, и добавляется следующий слой. Другой способ — это формовка с помощью наплавки, используемый Stratasys, компанией, которая располагается в Миннеаполисе. Он заключается в расплавлении пластика через экструзионную головку, чтобы выдавить тонкую нить материала для построения слоёв.

Другие системы в качестве материала для печати используют порошкообразные составы. Порошок может быть распределён по поддону в виде тонкого слоя и затвердевать от струи жидкого связующего вещества. Он также может быть расплавлен по требуемому шаблону с помощью лазера, посредством процесса, называемого лазерным запеканием, эту технологию использует немецкая компания EOS в своих станках аддитивного производства. Arcam, шведская фирма, расплавляет порошок в своих принтерах при помощи пучка электронов в вакууме. И это лишь несколько из вариантов.

Для изготовления сложных конструкций с пустотами и выступами добавляют гели и другие вспомогательные материалы, а пустое пространство может быть заполнено неплавящимся порошком. Этот вспомогательный материал потом можно смыть или выдуть. Список материалов, которыми сейчас можно печатать, варьируется от различных видов пластика до металлов, керамики, и резиноподобных веществ. Некоторые принтеры могут сочетать материалы, изготавливая объект, который будет твёрдым с одного конца и мягким с другого.

Некоторые исследователи уже используют 3D-принтеры для изготовления несложных живых тканей, таких, как кожа, мышцы, и короткие отрезки кровеносных сосудов. Существует вероятность того, что крупные внутренние органы, такие как почки, печень и даже сердце, однажды тоже смогут быть распечатаны — и если биопринтеры смогут использовать стволовые клетки самого пациента, то вероятность отторжения его телом распечатанных органов после трансплантации будет значительно снижена.

Даже еда может быть напечатана. Исследователи из Корнуэльского университета уже преуспели в распечатке кексов. Настоящим прорывом для печати еды, как все соглашаются, станет возможность печатать шоколад.

http://sputnikipogrom.com/special/revolution/06.php

В 80-ых, когда американские автопроизводители опасались разорения из-за конкуренции с японскими, многие в Детройте мечтали, что они смогут победить своих соперников с помощью производства «с выключенным светом». Идея заключалась в том, что заводы станут настолько автоматизированными, что можно будет отключить освещение и оставить роботов в темноте изготавливать автомобили. Однако это не стало реальностью. Преимущество японцев, как оказалось, заключается не в автоматизации, а бережливом производстве, в основном зависящем от людей.

Многие из новых производственных методов в грядущей революции потребуют меньшего людского присутствия в заводском цехе. Благодаря более умным и сообразительным роботам некоторые виды производства «с выключенным светом» теперь вполне реальны. FANUC, крупный японский производитель промышленных роботов, автоматизировал часть своих производственных линий до такой степени, что они могут работать без присмотра неделями. На множестве других заводов такие методы, как лазерная резка и литьевое формование, производятся без какого-либо человеческого вмешательства. Станки аддитивного производства также могут быть предоставлены сами себе, печатая самостоятельно сутки за сутками.

Хотя производственный процесс по-прежнему будет требовать человеческого контроля, но не в таком объёме в виде непосредственного присутствия на производстве. Автоматизированные станки по-прежнему будут нуждаться в обслуживании и программировании. Какая-то часть рабочих превратится уже в «операторов» станка, что, как правило, требует большего объёма знаний и умений. А некоторые задачи, такие, как сборка деталей, остаются слишком сложно автоматизируемыми, и по этой причине сборку часто отдают на откуп субподрядчикам в странах с низкой стоимостью ручного труда.

Хотя промышленные роботы всё лучше справляются со сборкой, они дороги и требуют экспертов в установке и настройке (чьи услуги могут обойтись ещё дороже, чем сам робот). До момента, когда они смогут полностью заменить людей во многих производственных сферах, пройдёт ещё немало времени. Инвестирование в роботизацию может иметь смысл для крупных производителей, таких как автозаводы, по-прежнему остающихся основными пользователями подобной техники, но даже на высокоавтоматизированных заводах люди выполняют основную часть финальной сборки. А для небольшого и среднего бизнеса роботы в целом слишком дороги и недостаточно гибки в настройке.

Но следующее поколение роботов будет иным. Они будут не только дешевле и проще в настройке, но и работать совместно с людьми, вместо того, чтобы их заменять. Они будут подносить детали, поднимать инструменты, сортировать предметы, убирать и находить себе полезное применение мириадами других способов.

На стадии разработки находятся различные пути создания таких роботов, особенно активно работают в этом направлении маленькие компании. Немецкий институт Фраунгофера, к примеру, принимает участие в европейской инициативе по разработке роботов, которые будут достаточно безопасны, чтобы работать среди людей (в данный момент зону работы промышленных роботов приходится отгораживать, во избежание причинения случайного вреда человеку) и быть способными понимать простые инструкции, включая голосовые команды.

«Существующее поколение промышленных роботов напоминает первые образцы мэйнфреймов» — считает Родни Брукс, сооснователь iRobot, американской фирмы, в ассортимент продуктов которой входят как Roomba, робот-пылесос, так и боевые роботы. Эти большие компьютеры управлялись экспертами, которые были далеко от большинства пользователей, до тех пор, пока не появились персональные компьютеры. «Но ПК не привели к исчезновению офисных работников, они изменили их задачи» — говорит Брукс. Часто это означало возможность заняться более сложной работой. В 2008 году он основал Heartland Robotics, чтобы приступить к производству машин, которые послужат эквивалентом ПК в робототехнике.

Брукс не распространяется о том, какими будут эти машины, хотя его взгляды на будущее роботов дают подсказку. Как обнаружила Toyota в рамках экономичного производства, работники конвейера, если им предоставить возможность, могут дать много полезных советов о том, как повысить эффективность труда. «Если работников цеха или мастерских снабдить простыми в использовании роботами, они смогут работать более эффективно» — говорит Брукс. Добавьте к этим роботам инновационные производственные технологии и вы получите производственный Ренессанс.

Это облегчит жизнь для стартапов, но увеличение масштабов производства, как известно, довольно сложная задача, так как капитальные вложения в оснащение завода часто слишком высоки для потенциальных инвесторов, или же срок окупаемости слишком долог. В некоторых сферах бизнеса продвинутые производственные технологии помогут снизить эти расходы, считает Мартин Шмидт, эксперт в электротехнике из MIT. Шмидт создал несколько компаний, которые производят небольшие устройства, к примеру, миниатюрные сенсоры. Он считает, что производственное оборудование для таких устройств может уменьшиться и в размерах, вплоть до настольного, снижая капитальные вложения. В сферах, где это случится, как говорит Шмидт: «Думаю, мы увидим кое-какие перестановки».

Товары массового производства продолжат изготавливать на заводах, используя традиционные технологии, в течение ещё долгого времени, хотя и с ростом автоматизации и гибкости, как это было доказано на практике автопроизводителями. Такими компаниями, как GE и Rolls-Royce, будут построены несколько сверхвысокотехнологичных фабрик для производства ограниченного числа узкоспециализированных продуктов, таких, как реактивные двигатели. Миллионы небольших компаний и фирм среднего размера получат выигрыш от использования новых материалов, дешёвых роботов, умного ПО, изобилия онлайн-сервисов, а также 3D-принтеров, которые могут выгодно печатать товары небольшим тиражом. Появится бесконечное количество предпринимателей, надомных, в небольших мастерских, и, разумеется, в гаражах, которые смогут выполнять такие вещи, которые они никогда не смогли бы раньше.

Достигая цели

Производственные революции никогда не случались за ночь, но эта уже действительно близка. В биологических науках и нанотехнологии ведётся достаточное количество исследований, способных создать абсолютно новые сферы деятельности, такие как создание аккумуляторов на базе вирусов. И если использование композитных материалов из углеволокна распространится от спортивных авто к более повседневным моделям, большие штамповочные прессы и роботизированные сварочные линии могут исчезнуть из автозаводов.

Аддитивное производство, как и любая другая цифровая технология, становится всё более дешёвой и более эффективной. Качественные изменения уже на подходе. В настоящее время 3D-принтеры изготавливают один предмет за раз или небольшой партией. Но если они смогут работать в режиме непрерывного производства, как машина по производству таблеток в лаборатории Novartis-MIT, они могут быть использованы в рамках мобильной производственной линии. Целью будет являться скорее более быстрое и более гибкое изготовление товаров, нежели достижение экономии на объёмах производства. Такая линия сможет быть использована для того, чтобы создавать продукты размера, который слишком велик, чтобы поместиться в существующие 3D-принтеры и, так как у станка будет цифровое управление, каждый из них может изготавливать своё собственное изделие, таким образом делая возможной массовую кастомизацию. Это предпосылки для успеха технологии.

Насколько же это реально? На недавно прошедшей выставке EuroMold независимая исследовательская группа TNO, расположенная в Нидерландах, продемонстрировала новую машину, с сотней платформ, непрерывно двигающихся вокруг карусели. Множество головок 3D-печати будут выдавливать пластики, металлы или керамику на каждую платформу по мере того, как они будут двигаться, чтобы создать готовое изделие, слой за слоем. Масштабируйте идею, представьте карусель в виде прямого конвейера, и вы получите производственную линию с разнородными печатными головками.

«Человек с молотком» под стенами Мессе Франкфурт всё ещё куёт свой брусок металла.

Но через десятилетие или два посетители будущих промышленных выставок могут перестать понимать смысл этой скульптуры.

http://sputnikipogrom.com/special/revolution/08.php