Инновации на производстве. Инновационные предприятия.

Инновации на производстве. Инновационные предприятия — тема урока 2 по учебному предмету «Труд (технология)» в 8 классе в соответствии с ФРП ООО России. Современное производство постоянно развивается: появляются новые материалы, машины, цифровые системы, способы получения энергии и методы организации труда. Предприятия стремятся производить продукцию быстрее, точнее, безопаснее и экономнее, повышать её качество и уменьшать расход сырья и энергии. Большую роль в этих изменениях играют инновации — новые решения, которые находят практическое применение и дают полезный результат.

Инновации можно увидеть практически во всех сферах производства. Роботы выполняют однообразные и сложные операции, компьютерные программы управляют оборудованием, трёхмерные модели помогают проектировать изделия до их изготовления, новые материалы делают конструкции легче и прочнее. Биотехнологии позволяют получать необходимые человеку вещества с помощью живых организмов, а технологии переработки сырья помогают уменьшать количество отходов. Всё это постепенно меняет устройство предприятий и характер труда людей.

Что такое производство

Производство — это деятельность людей, направленная на создание материальных благ, продукции и других результатов, необходимых человеку и обществу. Производство представляет собой не отдельную операцию, а целую систему. Для выпуска продукции требуются сырьё и материалы, оборудование, энергия, информация, труд работников, технологические процессы и управление.

Например, изготовление автомобиля начинается задолго до того, как его детали поступят на сборочную линию. Сначала специалисты изучают потребности покупателей, создают конструкцию будущей машины, выполняют расчёты и компьютерные модели. Затем изготавливаются и испытываются опытные образцы. Только после проверки конструкции начинается серийный выпуск. При этом необходимо организовать поставку материалов, работу оборудования, контроль качества и транспортировку готовой продукции.

По характеру выпуска продукции производство может быть единичным, серийным и массовым.

• Единичное производство связано с изготовлением отдельных изделий или небольшого количества уникальной продукции. Так могут создавать сложное научное оборудование, специальные станки, опытные образцы техники.
• Серийное производство предполагает выпуск продукции определёнными партиями. После изготовления одной серии предприятие может перейти к другой.
• Массовое производство рассчитано на постоянный выпуск большого количества одинаковых или однотипных изделий.

Инновации могут применяться при любом виде производства. Их значение особенно велико там, где необходимо повысить производительность, обеспечить высокую точность операций или создать продукцию с новыми свойствами.

Что такое инновация

Слово «инновация» связано с понятием нововведения. Однако не всякая новая идея становится инновацией. Человек может придумать интересное техническое решение, но пока оно существует только в виде замысла, рисунка или описания, говорить о полноценной инновации рано.

Инновация — это новое или значительно усовершенствованное решение, которое внедрено в практическую деятельность и приносит полезный результат.

Таким результатом может быть новый товар, более производительный способ обработки материала, снижение расхода электроэнергии, повышение точности оборудования, уменьшение количества отходов, улучшение безопасности работников или сокращение времени изготовления продукции.

Например, сама идея напечатать деталь на 3D-принтере является техническим замыслом. Если технология разработана, испытана и используется на предприятии для изготовления прототипов или готовых деталей, она становится частью реального инновационного процесса.

Зачем производству нужны инновации

Предприятие работает в условиях постоянных изменений. Появляются новые потребности людей, совершенствуются материалы и оборудование, возрастают требования к качеству продукции и безопасности производства. Технологии, которые считались современными несколько десятилетий назад, постепенно уступают место более эффективным решениям.

Инновации на производстве позволяют:

• создавать новые виды продукции;
• улучшать свойства уже существующих изделий;
• повышать производительность оборудования;
• увеличивать точность технологических операций;
• сокращать время изготовления продукции;
• экономнее расходовать материалы и энергию;
• автоматизировать опасные или однообразные операции;
• повышать безопасность работников;
• улучшать контроль качества;
• уменьшать количество отходов производства;
• снижать неблагоприятное воздействие предприятия на окружающую среду.

Таким образом, инновация имеет ценность не потому, что она просто новая. Главное — её практическая полезность и способность улучшить деятельность предприятия или свойства выпускаемой продукции.

Что представляет собой инновационный процесс

Инновационный процесс — это последовательность действий от появления новой идеи до её практического внедрения и использования.

Обычно всё начинается с определения проблемы или потребности. Например, предприятие выясняет, что существующее оборудование расходует слишком много электроэнергии или не обеспечивает необходимую точность обработки деталей. Возникает задача найти новое техническое решение.

Далее специалисты изучают информацию, проводят исследования, выполняют расчёты и предлагают возможные варианты решения. После выбора наиболее перспективного варианта создаётся модель или опытный образец.

Следующий важный этап — испытание. Необходимо выяснить, действительно ли новая технология или конструкция работает так, как было задумано. Проверяются надёжность, безопасность, производительность, стоимость и другие характеристики.

Если испытания прошли успешно, начинается подготовка к внедрению. Предприятие может приобрести или модернизировать оборудование, разработать новую технологическую документацию, настроить программное обеспечение, подготовить работников.

После внедрения инновации специалисты продолжают наблюдать за результатами. Они оценивают эффективность нового решения и при необходимости совершенствуют его.

Инновационный процесс можно представить в виде последовательности:

1. выявление проблемы или новой потребности;
2. поиск информации и проведение исследований;
3. разработка идеи;
4. проектирование;
5. создание модели или прототипа;
6. испытания;
7. подготовка производства;
8. внедрение нового решения;
9. оценка результатов;
10. дальнейшее совершенствование технологии или продукции.

В реальном производстве некоторые этапы могут выполняться несколько раз. Если во время испытаний обнаружены недостатки, разработчики изменяют конструкцию и создают новый вариант.

Управление инновациями на предприятии

Создание новой технологии требует не только работы инженеров и учёных. Необходимо организовать деятельность большого числа специалистов, определить цели, распределить ресурсы, рассчитать затраты и контролировать результаты.

Управление инновациями — это организация деятельности предприятия, связанной с созданием, выбором, разработкой и внедрением новых решений.

Руководству предприятия приходится решать множество вопросов. Какую технологию стоит разрабатывать? Сколько ресурсов потребуется? Какое оборудование необходимо приобрести? Какие специалисты будут участвовать в работе? Когда новый продукт можно запустить в производство? Насколько безопасна новая технология?

При принятии решений необходимо учитывать не только технические характеристики новшества, но и экономические, экологические и социальные последствия его применения.

Успешная инновация должна быть технически осуществимой. Предприятие должно иметь необходимые материалы, оборудование, знания и специалистов. Одновременно важно, чтобы внедрение давало полезный результат и оправдывало необходимые затраты.

Какими бывают инновации на производстве

Нововведения могут изменять разные стороны производственной деятельности. Одни связаны непосредственно с продуктом, другие — с технологией его изготовления, оборудованием или организацией работы.

Продуктовые инновации

Продуктовая инновация связана с созданием нового изделия или значительным улучшением уже существующего. Например, материал может стать прочнее и легче, прибор — точнее, аккумулятор — долговечнее, а станок — экономичнее.

Иногда новый продукт возникает благодаря сочетанию нескольких технологий. Современные приборы могут содержать механические детали, электронные компоненты, датчики и программное обеспечение.

Технологические инновации

Технологическая инновация изменяет способ производства продукции. Примером может служить внедрение лазерной обработки, автоматической сварки, промышленной 3D-печати или нового метода контроля качества.

Такие решения нередко позволяют выполнять операции, которые ранее были слишком сложными, дорогими или длительными.

Организационные инновации

Иногда совершенствуется не само изделие, а организация производственного процесса. Предприятие может изменить порядок выполнения операций, систему снабжения, передачу информации между подразделениями или способы контроля.

Организационные изменения особенно заметны на предприятиях, где единая цифровая система связывает проектирование, производство, склад, контроль качества и управление.

Экологические инновации

Важное направление современного производства — создание технологий, позволяющих рациональнее использовать природные ресурсы. Предприятия разрабатывают способы повторного применения материалов, очистки воды и воздуха, переработки отходов, экономии энергии.

Экологическая инновация одновременно может давать производственный и природоохранный результат. Например, повторное использование технологической воды уменьшает потребление воды из природных источников и снижает расходы предприятия.

Автоматизация и роботизация производства

Одним из наиболее заметных направлений развития промышленности является автоматизация. Автоматическая система способна выполнять определённые операции без постоянного непосредственного управления человеком.

На современных предприятиях автоматические устройства измеряют параметры процессов, перемещают материалы, управляют станками, регулируют температуру и давление, сортируют изделия и контролируют качество продукции.

Промышленные роботы могут выполнять сварку, окраску, сборку, упаковку, перемещение деталей и другие операции. Особенно эффективно применение роботов там, где действия многократно повторяются или работа связана с опасными условиями.

Робот не обязательно полностью заменяет человека. Часто человек и автоматическая система выполняют разные части общей работы. Машина обеспечивает высокую скорость и точность повторяющихся операций, а специалист занимается программированием, настройкой, контролем и решением нестандартных задач.

Цифровые технологии в современном производстве

Инновационное производство невозможно представить без цифровых технологий. Компьютерные системы используются на всех стадиях жизненного цикла продукции — от первоначального проекта до изготовления и контроля.

Инженеры создают трёхмерные модели деталей и механизмов в системах автоматизированного проектирования. Модель позволяет заранее проверить форму изделия, размеры деталей и их взаимное расположение.

Компьютерное моделирование помогает проводить виртуальные испытания. Специалисты могут оценить, как конструкция будет вести себя при нагрузке или нагревании, ещё до создания реального образца.

На производственных линиях устанавливают датчики, которые постоянно собирают информацию о работе оборудования. Компьютерная система анализирует эти данные и помогает обнаружить отклонения. Это повышает надёжность оборудования и уменьшает вероятность внезапной остановки производства.

Ещё одна современная технология — компьютерное зрение. Камеры и программные системы могут контролировать размеры изделий, находить дефекты поверхности, проверять правильность сборки и сортировать продукцию.

Аддитивные технологии и 3D-печать

Аддитивными технологиями называют способы создания объектов путём последовательного добавления материала. Один из наиболее известных примеров — 3D-печать.

При традиционной механической обработке деталь часто получают удалением лишнего материала из заготовки. При аддитивном изготовлении объект постепенно формируется слой за слоем по цифровой трёхмерной модели.

3D-печать особенно удобна для создания прототипов. Инженер может разработать компьютерную модель, изготовить опытный образец, проверить его и быстро внести изменения в конструкцию.

Промышленные установки способны работать не только с пластмассами. Существуют технологии аддитивного производства изделий из металлов, керамики и других материалов.

Биотехнологии на производстве

Биотехнология использует живые организмы, клетки или биологические процессы для получения необходимых человеку продуктов и веществ.

Некоторые биотехнологические процессы известны человечеству очень давно. Например, деятельность микроорганизмов используется при изготовлении хлеба и кисломолочных продуктов. Современная биотехнология располагает значительно более сложными методами и оборудованием.

Биотехнологии применяются в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, фармацевтическом производстве, экологических технологиях и других сферах.

Особое значение имеет применение биологических процессов для решения экологических проблем. Некоторые микроорганизмы способны разлагать определённые органические загрязнения. На этом свойстве основаны биологические методы очистки сточных вод.

Биотехнологические процессы используются и при переработке органических отходов. В результате можно одновременно уменьшать объём отходов и получать полезные продукты.

Что такое биоэнергетика

Биоэнергетика — направление энергетики, связанное с получением энергии из биологического сырья и продуктов его переработки.

Источником энергии может служить растительная масса, древесные отходы, остатки сельскохозяйственного производства и некоторые другие виды органического сырья.

Одним из примеров является получение биогаза при переработке органических веществ микроорганизмами. Полученный газ может использоваться как топливо.

Развитие биоэнергетических технологий связано с поиском способов более рационального использования ресурсов и переработки отходов. При этом для каждой технологии необходимо оценивать расход сырья, энергетическую эффективность, безопасность и воздействие на окружающую среду.

Нанотехнологии и новые материалы

Перспективным направлением современной науки и производства являются нанотехнологии. Они связаны с исследованием и созданием структур очень малых размеров — порядка нанометров.

На таком уровне свойства вещества могут отличаться от свойств того же материала в обычном состоянии. Это позволяет создавать материалы с необходимыми характеристиками.

Нанотехнологические решения исследуются и применяются при создании покрытий, электронных устройств, сенсоров, новых конструкционных материалов и других изделий.

Развитие материаловедения также позволяет получать композиты, специальные сплавы, техническую керамику и полимерные материалы с заранее заданными характеристиками.

Новый материал способен заметно изменить технологию производства. Если конструкция становится легче при сохранении необходимой прочности, можно уменьшить массу транспортного средства или механизма и сократить расход энергии при его эксплуатации.

Что такое инновационное предприятие

Инновационное предприятие — предприятие, которое создаёт или активно внедряет новые технологии, продукцию, материалы, технические решения и способы организации производственных процессов.

Главная особенность такого предприятия состоит не в наличии самого современного оборудования, а в постоянной работе над совершенствованием продукции и технологии её производства.

На инновационном предприятии могут работать инженеры, конструкторы, технологи, программисты, исследователи, специалисты по автоматизации, электронике, материаловедению, качеству и управлению.

Для разработки новой продукции часто создаются исследовательские и конструкторские подразделения. Здесь разрабатывают идеи, выполняют расчёты, создают компьютерные модели и прототипы, проводят испытания.

Признаки инновационного предприятия

Инновационные предприятия могут сильно различаться по размеру и сфере деятельности, однако для них характерен ряд общих признаков:

• разработка или внедрение новых технологий;
• создание новой или значительно усовершенствованной продукции;
• использование современного оборудования;
• применение цифрового проектирования и моделирования;
• автоматизация производственных операций;
• проведение исследований и испытаний;
• создание опытных образцов и прототипов;
• постоянное совершенствование технологических процессов;
• работа специалистов разных профессий в единой команде;
• контроль качества на разных стадиях производства;
• оценка экономической эффективности новых решений;
• внимание к вопросам безопасности и рационального использования ресурсов.

При этом инновационным может быть не только крупный промышленный завод. Новые технологии способны разрабатывать небольшие инженерные фирмы, научно-производственные организации и молодые технологические компании.

Где работают инновационные предприятия

Инновационные предприятия действуют во многих отраслях экономики. Особенно большое значение новые технологии имеют в машиностроении, авиационной и космической технике, электронике, энергетике, химической промышленности, медицине, фармацевтике, сельском хозяйстве и производстве новых материалов.

Например, в машиностроении развиваются роботизированные производственные линии и цифровое проектирование. В энергетике совершенствуются способы производства, передачи и хранения энергии. В сельском хозяйстве применяются автоматические системы контроля состояния растений, датчики, беспилотная техника и биотехнологии.

В химической промышленности разрабатываются новые вещества и материалы, а в медицине и фармацевтике современные технологии позволяют создавать новые методы диагностики, медицинские изделия и лекарственные средства.

Как создаётся новая продукция

Рассмотрим упрощённую схему создания нового изделия. Предположим, предприятие решило разработать новый электрический инструмент.

Сначала специалисты определяют требования к будущему изделию: назначение, размеры, мощность, безопасность, массу, удобство использования. Затем конструкторы создают различные варианты конструкции.

После выбора решения выполняется трёхмерная компьютерная модель. На её основе можно проверить расположение деталей и подготовить чертежи.

Затем создаётся прототип. Некоторые элементы опытного образца могут быть изготовлены с помощью 3D-печати. Прототип проходит испытания.

Если испытания выявляют недостатки, конструкция изменяется. Когда изделие соответствует требованиям, технологи разрабатывают процесс его серийного изготовления, определяют последовательность операций, оборудование и способы контроля качества.

После подготовки производства начинается выпуск продукции. Однако работа над изделием обычно не прекращается. Информация об эксплуатации используется для дальнейшего совершенствования конструкции.

Инновации и качество продукции

Одной из важнейших задач производства является обеспечение качества. Готовое изделие должно соответствовать установленным требованиям.

Современные технологии позволяют контролировать качество не только после изготовления продукции, но и непосредственно в процессе её производства. Датчики измеряют температуру, давление, размеры и другие параметры. Камеры фиксируют состояние поверхности деталей. Компьютерная система сравнивает полученные данные с заданными значениями.

Если обнаружено отклонение, система может предупредить оператора или автоматически изменить режим работы оборудования.

Такой контроль помогает уменьшить количество брака и быстрее обнаруживать причины неисправностей.

Инновации и экологическая безопасность

Современное производство должно учитывать последствия использования природных ресурсов. Поэтому инновационные разработки всё чаще связаны с уменьшением расхода сырья, воды и энергии, переработкой отходов и снижением количества вредных выбросов.

Например, на предприятии может быть создан замкнутый цикл использования воды. После технологической операции вода очищается и снова направляется в производственный процесс.

Другим примером является переработка отходов одного производства в сырьё для другого. Такое решение позволяет экономить природные ресурсы и уменьшать количество отходов.

Разрабатываются также технологии изготовления более долговечной продукции. Чем дольше служит изделие при сохранении необходимых характеристик, тем реже требуется его замена и производство нового экземпляра.

Роль человека на инновационном предприятии

Распространение автоматических систем не делает человека ненужным. Напротив, сложное производство требует специалистов, способных проектировать, программировать, обслуживать, совершенствовать и контролировать технические системы.

Работнику современного предприятия важно понимать принципы действия техники, уметь читать техническую документацию, работать с цифровой информацией, анализировать результаты и находить причины неисправностей.

Инновационные проекты часто выполняются командой. Один специалист разрабатывает конструкцию, другой отвечает за технологию изготовления, третий создаёт программное обеспечение, четвёртый проводит испытания. От согласованной работы всех участников зависит конечный результат.

Поэтому вместе с техническими знаниями большое значение имеют ответственность, точность, способность планировать работу, обмениваться профессиональной информацией и осваивать новые технологии.

Инновационные предприятия региона

Инновационное производство существует не только в крупнейших научных центрах. Практически в каждом регионе России работают предприятия, использующие современные технологии. Это могут быть машиностроительные заводы, предприятия энергетики, производства электроники, пищевой промышленности, химические предприятия, агропромышленные комплексы, инженерные центры и научно-производственные организации.

Деятельность инновационного предприятия можно изучать по нескольким характеристикам:

• какую продукцию выпускает предприятие;
• к какой отрасли относится;
• какие материалы использует;
• какие технологические процессы применяет;
• какое современное оборудование используется;
• какие операции автоматизированы;
• какие новые технологии внедрены;
• как осуществляется контроль качества;
• какие специалисты работают на предприятии;
• какое значение имеет предприятие для региона.

Такой анализ позволяет увидеть, что инновация связана не с отдельной машиной или компьютерной программой, а с общей системой производства, где взаимодействуют техника, технологии, информация, материалы и люди.

Практическая работа: характеристика инновационного предприятия региона

В рамках темы можно составить характеристику одного инновационного предприятия своего региона. Результат исследования удобно представить в виде таблицы.

Чем инновация отличается от изобретения

Понятия «изобретение» и «инновация» связаны между собой, но не являются одинаковыми.

Изобретение — новое техническое решение. Оно может существовать в виде конструкции, способа или устройства.

Инновация предполагает практическое применение нового решения. Поэтому изобретение может стать основой инновации после того, как оно будет разработано, испытано и внедрено.

Например, создание нового принципа работы двигателя является техническим решением. Организация его производства и реальное использование новой конструкции в технике превращают разработку в часть инновационного процесса.

Почему инновационный процесс продолжается постоянно

Невозможно создать технологию, которая навсегда останется самой совершенной. Меняются материалы, требования к продукции, оборудование и научные знания. То, что сегодня считается новым, через некоторое время становится обычной производственной практикой.

После успешного внедрения одной технологии специалисты начинают искать возможности дальнейшего совершенствования. Можно повысить скорость оборудования, сократить расход энергии, улучшить свойства материала или автоматизировать ещё одну операцию.

Поэтому развитие производства представляет собой непрерывный процесс создания и применения новых решений.

Главное об инновациях на производстве

Инновации на производстве — это не просто новые идеи, а внедрённые решения, которые изменяют продукцию, технологические процессы, оборудование или организацию деятельности предприятия.

Инновационный процесс проходит путь от выявления проблемы и разработки идеи до создания прототипа, испытаний и практического внедрения. Для его успешной реализации необходимы научные знания, инженерные разработки, современное оборудование, цифровые технологии и грамотное управление.

Инновационное предприятие создаёт или активно применяет новые технологии и постоянно совершенствует производственную деятельность. На таких предприятиях используются автоматизированные системы, робототехника, компьютерное моделирование, аддитивные технологии, новые материалы, биотехнологии, биоэнергетические решения и другие современные технологии.

Развитие инноваций помогает создавать новую продукцию, повышать её качество, экономнее использовать материалы и энергию, улучшать безопасность производства и решать экологические задачи. Именно поэтому инновационная деятельность является одним из важнейших направлений развития современного производства.

Вопросы по теме

Что называют инновацией?

Инновация — это новое или значительно усовершенствованное решение, которое внедрено в практическую деятельность и даёт полезный результат.

Что такое инновационное предприятие?

Инновационное предприятие — предприятие, которое создаёт или активно внедряет новые технологии, продукцию, материалы и способы организации производственных процессов.

Что такое инновационный процесс?

Инновационный процесс — последовательность действий от возникновения новой идеи до её разработки, испытания, внедрения и последующего совершенствования.

Какие современные технологии применяются на производстве?

На современных предприятиях применяются автоматизация, промышленная робототехника, цифровое моделирование, системы автоматизированного проектирования, 3D-печать, компьютерное зрение, биотехнологии, нанотехнологии и технологии создания новых материалов.

Для чего предприятия внедряют инновации?

Инновации позволяют создавать новую продукцию, повышать производительность и качество, сокращать расход материалов и энергии, автоматизировать производственные операции и повышать безопасность.

Как биотехнологии применяются в производстве?

Биотехнологии используют живые организмы, клетки и биологические процессы для получения продуктов и веществ, переработки органического сырья и решения экологических задач.

Что такое биоэнергетика?

Биоэнергетика — направление энергетики, связанное с получением энергии из биологического сырья и продуктов его переработки.

Какова роль человека на инновационном предприятии?

Человек проектирует и программирует технические системы, управляет производственными процессами, проводит исследования и испытания, контролирует качество и совершенствует технологии.