Инжиниринг биотехнологических процессов и систем
Покупка
Тематика:
Микробиологическая промышленность
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 104
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7882-2583-8
Артикул: 787439.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Рассмотрены основные инструменты [поддержки развития биотехнологий в Российской Федерации, инжиниринговый подход хля осуществления информационно-технической поддержки современных бнотехнологических производств, дана характеристика программных комплексов поддержки инжиниринговых проектов.
Предназначено для магистров, обучающихся по направлению подготовки 19.04.01 «Биотехнология» по магистерским программам «Экобиотехнология». «Технология, оборудование и автоматизация биотехнологических производств». «Энергосберегающие технологии производства топлива из возобновляемого сырья». «Биополимеры и перспективные материалы на их основе» и «Управление институтами устойчивого развития и внедрения энергоресурсосберегающих технологий».
Подготовлено на кафедре химической кибернетики.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Л. Ю. Кошкина, А. С. Понкратов, С. А. Понкратова ИНЖИНИРИНГ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ Учебное пособие Казань Издательство КНИТУ 2019
УДК 663.1:007(075) ББК 35.115:22.1я7 К76 Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета Рецензенты: проф., д-р техн. наук Л. А. Николаева зам. ген. директора ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг» д-р техн. наук И. А. Якушев К76 Кошкина Л. Ю. Инжиниринг биотехнологических процессов и систем : учебное пособие / Л. Ю. Кошкина, А. С. Понкратов, С. А. Понкратова; Минобрна- уки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 104 с. ISBN 978-5-7882-2583-8 Рассмотрены основные инструменты поддержки развития биотехнологий в Российской Федерации, инжиниринговый подход для осуществления информационно-технической поддержки современных биотехнологических производств, дана характеристика программных комплексов поддержки ин- жиниринговых проектов. Предназначено для магистров, обучающихся по направлению подго- товки 19.04.01 «Биотехнология» по магистерским программам «Экобиотех- нология», «Технология, оборудование и автоматизация биотехнологических производств», «Энергосберегающие технологии производства топлива из возобновляемого сырья», «Биополимеры и перспективные материалы на их основе» и «Управление институтами устойчивого развития и внедрения энер- горесурсосберегающих технологий». Подготовлено на кафедре химической кибернетики. ISBN 978-5-7882-2583-8 © Кошкина Л. Ю., Понкратов А. С., Понкратова С. А., 2019 © Казанский национальный исследовательский технологический университет, 2019 УДК 663.1:007(075) ББК 35.115:22.1я7
ВВЕДЕНИЕ Современные темпы развития производства и внедрения новых разработок, технических решений и продуктов ставят перед системой образования задачу формирования у специалистов способностей и по- требностей в постоянном обновлении профессиональных знаний и умений, в творческом саморазвитии, в направленности на достижение высот профессионализма. Для подготовки конкурентоспособного выпускника, который обладал бы отличительными навыками и умениями на рынке труда, необходимо становление профессиональных способностей в совокуп- ности с высокой эффективностью применения современных информа- ционных технологий. В настоящее время требуется все больше специ- алистов, связанных с гибкими, краткосрочными проектами, обладаю- щих различными компетенциями, в частности знаниями новых техно- логий и материалов, умением работать в команде, принимать решения в условиях ограниченного объема информации, пониманием соответ- ствующих отраслевых направлений (энергоэффективные технологии, возобновляемая энергетика и т.п.). Вместо выполнения шаблонных заданий требуется решать многокритериальные проблемы [1]. С этой целью в образовательную программу подготовки маги- стров по направлению 19.04.01 «Биотехнология» включена дисципли- на «Инжиниринг биотехнологических процессов и систем», обеспечи- вающая получение знаний, умений и навыков в области инжиниринго- вой деятельности в отрасли. Целью курса является формирование профессиональной компетентности будущего специалиста на основе теоретических и методологических знаний, специальных умений в об- ласти инжиниринга и их использования в профессиональной деятель- ности и в смежных областях.
1. ИНСТРУМЕНТЫ ПОДДЕРЖКИ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИЙ В РОССИИ С 2012 г. в России реализуется комплексная программа разви- тия биотехнологий, одной из целей которой является выход нашей страны на лидирующие позиции в области разработки биотехнологий и создание глобального конкурентоспособного сектора биоэкономики, который должен стать одной из основ модернизации экономики Рос- сии [2]. Как указано в Комплексной программе развития биотехноло- гий Российской Федерации на период до 2020 г., «для инновационного развития современной экономики ключевыми являются три направле- ния развития технологий: информационные технологии, нанотехноло- гии и биотехнологии. Внедрение современных информационных тех- нологий в России осуществляется в течение последних 20 лет. За от- носительно короткий срок удалось создать современные системы свя- зи, внедрить в промышленность передовые информационные техноло- гии, сделать массово доступным Интернет и мобильную связь. Нано- индустрия находится в стадии активного формирования в течение по- следних 5 лет. Сфера биотехнологий, при всей ее перспективности и огромных потенциальных размерах новых рынков, пока не получила достаточного импульса для развития в России (за исключением био- фармацевтики)» [3]. Биотехнология – это широкое и комплексное понятие, вклю- чающее в себя набор технологий, общим для которых является ис- пользование клеток и молекул живых организмов в процессе произ- водства товаров или услуг, связанных с такими областями, как биоло- гия, химия, медицина, сельское хозяйство, информатика (биоинформа- тика) и др. Биоиндустрия имеет различные приложения в жизненно важных сферах, например в здравоохранении, сельском хозяйстве и пищевой промышленности, охране окружающей среды, производстве новых материалов, создании новых источников энергии. В основе по- лучаемого продукта лежат научные знания, обусловившие создание жесткой системы регулирования прав интеллектуальной собственно- сти [4]. По данным Организации экономического сотрудничества и развития, к 2030 г. с помощью биотехнологий будет выпускаться до 35 % продукции в химической промышленности, 80 % медицинских препаратов и половина сельскохозяйственных продуктов. Весь мир
идет в направлении развития биоиндустрии. Сейчас такие проекты активно продвигаются в Китае, Индии, Бразилии, Японии. Развитию отрасли биотехнологий в немалой степени способствует сформулиро- ванная в государственных программах и планах развития государ- ственная политика стимулирования этой сферы через предоставление налоговых, финансовых и трудовых льгот. К сожалению, объемы потребления биотехнологической про- дукции в России остаются несопоставимо низкими по сравнению с развитыми и развивающимися странами. Текущее состояние биотех- нологии в Российской Федерации характеризуется, с одной стороны, отставанием объемов производства от уровня и темпов роста стран, являющихся технологическими лидерами в этой области, а с другой – возрастающим спросом на биотехнологическую продукцию со сторо- ны потребителей. Результатом является высокая импортозависимость по важ- нейшим традиционным биотехнологическим продуктам – лекарствен- ным препаратам и кормовым добавкам. Выпуск биотехнологической продукции осуществляется малыми партиями, для этой цели исполь- зуется лабораторное, а не промышленное оборудование. Результаты исследований, проводимых университетами, не коммерциализируют- ся, поскольку малым предприятиям сложно конкурировать с ведущи- ми мировыми компаниями. Сегодня на долю России приходится менее 0,2 % оборота ми- рового биорынка, причем развиваются в основном биотехнологии, связанные с фармацевтикой, а по другим направлениям результаты довольно скромные. Рынок биотехнологической продукции России представлен в настоящее время следующими направлениями: − фармацевтические препараты; − ферменты и ферментные препараты; − живые культуры микроорганизмов; − дрожжи; − биопрепараты для добывающих отраслей промышленности; − препараты для сельского хозяйства; − препараты для защиты окружающей среды [5]. Общераспространенной и удобной в использовании является международная классификация биотехнологии по цветам в соответ- ствии с объектами деятельности [6]:
1) красная биотехнология (биофармацевтика, медицинская био- технология); 2) белая биотехнология (промышленная биотехнология, биоин- женерия, также иногда включает молекулярную и клеточную про- мышленную биотехнологию); 3) зеленая биотехнология (сельскохозяйственная биотехнология, агробиотехнология, также иногда включает экологическую биотехно- логию, биоэнергетику); 4) желтая биотехнология (пищевая биотехнология); 5) серая биотехнология (техническая, промышленная биотехно- логия, процессы ферментации, также иногда включает экологическую биотехнологию); 6) золотая биотехнология (биоинформатика, нанобиотехнология); 7) синяя биотехнология (аквабиотехнология); 8) коричневая биотехнология (биотехнология пустынь и засуш- ливых зон); 9) фиолетовая (пурпурная) биотехнология (патенты, публикации, открытия, права на интеллектуальную собственность); 10) черная биотехнология (биотерроризм, биологическое оружие, биопреступления, противоурожайные действия). Такое разделение довольно условно, поскольку на практике не всегда отражает специфику областей биотехнологии. Основными инструментами поддержки развития биотехноло- гий в России названы [3]: − стимулирование спроса на биотехнологическую продукцию; − содействие повышению конкурентоспособности биотехнологических предприятий; − развитие образования в сфере биотехнологий; − развитие науки в сфере биотехнологий; − развитие экспериментальной производственной базы, в частности создание пилотных и опытно-промышленных предприятий, центров прототипирования, инжиниринговых центров, специализированных центров отработки технологий применения биотехнологической продукции; − поддержка и развитие биоколлекций, одно из направлений – проведение инвентаризации действующих биологических коллекций (микроорганизмов, грибов, растений, животных);
− улучшение взаимодействия бизнеса, науки и образования, основным инструментом являются технологические платформы, в том числе «Биоэнергетика» (http://www.tp-bioenergy.ru), «Биоиндустрия и биоресурсы - БиоТех2030» (http://biotech2030.ru), «Медицина будущего» ( http://tp-medfuture.ru); − поддержка биотехнологий в регионах; − развитие международного сотрудничества, в частности создание на территории России международных научно-технических центров и корпоративных центров исследований и разработок; − создание информационно-аналитической инфраструктуры био- технологий. Инновационные процессы в области биотехнологии имеют ряд особенностей, к которым относятся: междисциплинарный характер исследований и разработок и, как следствие, привлечение к их выпол- нению специалистов разных научно-технологических направлений; высокая степень коммерциализации фундаментальной науки, что про- является в расширении масштабов инвестирования инновационных проектов на самой ранней стадии их реализации – стадии теоретиче- ских исследований; высокая степень комплексности и завершенности инновационных проектов, часто выполняемых разработчиками техно- логий в сотрудничестве с их потребителями. Современная биотехнология для реализации своего потенциа- ла требует значительных материальных и людских затрат. Развитие биотехнологии, налаживание производств для выпуска высокотехно- логичной продукции невозможны без высоких капиталовложений и наличия грамотных специалистов.
2. ИНЖИНИРИНГ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Любая область теории и практики базируется на строгом поня- тийном аппарате. Для инжиниринга также первостепенное значение имеет формирование более полного перечня терминов, их определение и интерпретация, с тем чтобы обеспечивалось однозначное понимание каждого из них. Различные представления об инжиниринге, о содержании ис- тинно инжиниринговой деятельности формируются в различных сфе- рах инжиниринга – системной, процессной, строительной, программ- ной, технологической, био- и нанотехнологической. Поэтому и среди специалистов из отдельных сфер деятельности, связанной с инжини- рингом, существуют различные, часто несовместимые точки зрения и на содержание инжиниринговой деятельности, и на само понятие «инжиниринг». В одних случаях под «инжинирингом» понимают лю- бую инженерную деятельность (инженерию), в других отождествляют понятия «инжиниринг» и «проектирование». Именно в силу необъят- ного содержания деятельности, так или иначе относимой к инжини- рингу, в настоящее время однозначное стандартизованное определе- ние термина «инжиниринг» отсутствует [7]. Все фактически существующие в настоящее время представле- ния об инжиниринговой деятельности дает ГОСТ Р 57306-2016 Инжи- ниринг. Рассмотрим терминологию и основные понятия в области ин- жиниринга. Инжиниринг – вид интеллектуальной деятельности, который предполагает в том числе решение творческих задач. Однако чаще всего задача инжиниринга сведена не столько к придумыванию (изоб- ретению) новых объектов, процессов, систем, сколько к творческой компиляции наилучших практик, позволяющей решить конкретную бизнес-задачу с наименьшими затратами ресурсов и с минимальным риском неудачи. В этом заключается привлекательность инжиниринга для бизнеса – гарантированное сокращение издержек на реализацию и запуск бизнес-процесса, даже с учетом затрат на инжиниринговые услуги. Инжиниринг – это не просто инженерия, содержанием которой является проектирование, конструирование, расчетно-графические работы. Содержание инженерии – это в конечном итоге создание но- вой интеллектуальной сущности, а также информации. При этом, с точки зрения потребителя, инжиниринг не столько создает новую ин-
формацию, сколько уменьшает неопределенность (энтропию), связан- ную с реализацией замысла проектировщика (конструктора). Предметом инжиниринга является не сам объект (материаль- ный объект, производственный процесс, бизнес-процесс, техническая, организационная или социальная система, программный продукт или др.), а интеллектуальная деятельность по созданию этого объекта, ор- ганизация взаимодействия сторон, участвующих в создании объекта. При этом не исключается и участие инжиниринговой компании в раз- работке (непосредственном проектировании) отдельных элементов самого создаваемого объекта. Центр тяжести инжиниринговой дея- тельности находится в сфере организации проектирования, конструи- рования, строительства, программирования. При этом в содержание инжиниринга всегда входит и проектирование, но не столько проекти- рование объектов, систем и процессов, передаваемых заказчику (эта работа может быть выполнена третьими лицами – специализирован- ными проектными организациями), сколько проектирование процес- сов и систем инжиниринга, необходимых для реализации требований заказчика. Инжиниринг – это не отдельная особая сфера деятельности, а особое сочетание известных видов деятельности, позволяющее полу- чить новый, синергетический результат, недоступный для простой по- следовательности отдельных изолированных процессов исследования (изыскания), проектирования, организации и всестороннего обеспече- ния, собственно создания и промышленной реализации объекта (си- стемы, процесса). Невозможно говорить и об отдельной профессиональной дея- тельности в области инжиниринга, ввиду того что эта деятельность включает в себя знание технических дисциплин (теория механизмов и машин, теория надежности, технологий, системотехники), дисциплин менеджмента (проектный менеджмент, менеджмент качества, эколо- гии и безопасности, менеджмент человеческих ресурсов), правовых и экономических дисциплин. Из чего следует, что инжиниринговые за- дачи могут квалифицированно решаться только коллективами профес- сионалов, специализирующихся в указанных видах профессиональной деятельности. Инжиниринг как вид экономической деятельности представля- ет собой прежде всего оказание услуг. Отличительными свойствами услуги являются обязательное участие потребителя (заказчика) в про- цессе оказания услуги и потребление услуги в процессе ее оказания.
Услуга не предполагает передачи результата деятельности заказчику единовременно в момент завершения работ. Тем не менее поскольку конкретный контракт в сфере инжиниринга может охватывать различ- ные этапы жизненного цикла создаваемого объекта, то выполнение контракта может предполагать и передачу заказчику определенных активов, имеющих собственную ценность. В этом случае речь может идти и о выполнении работ. Более того, признано нецелесообразным ограничивать инжиниринговую деятельность только оказанием услуг или производством работ по контракту (в интересах второй стороны). Вполне возможно выполнение инжиниринговых проектов в рамках одной организации, собственными силами для собственных нужд. В ГОСТ Р 57306-2016 [7] выделены две основные группы тер- минов в сфере инжиниринга: 1) термины, формирующие терминосистему понятия «инжи- ниринг»; 2) термины, формирующие терминосистему сферы инжини- ринговых услуг. Понятия терминологической системы «инжиниринг»: ✓ инжиниринг (engineering) – инженерно-консультационная дея- тельность, содержанием которой является решение инженерных задач, связанных с созданием или совершенствованием продукции, систем и(или) процессов; ✓ задача (в области инжиниринга) (task) – требуемое, рекомен- дуемое или допустимое действие, призванное внести вклад в достиже- ние одного или нескольких результатов процесса или деятельности; ✓ информация (в области инжиниринга) (information) – докумен- тированные и логически организованные знания, данные и сведения, отображающие явления и законы природы, общества и мышления, по- лучаемые и применяемые в области инжиниринга; ✓ качество (quality) – степень соответствия совокупности при- сущих характеристик объекта требованиям; ✓ назначение (продукта, системы или процесса) (purpose) – ожи- даемый результат функционирования объекта (системы, элемента си- стемы) или выход процесса, определяемый через измеримые парамет- ры их функционирования; ✓ продукция (product) – конечный результат деятельности, направленной на создание материальных объектов (продуктов), пред-
Доступ онлайн
В корзину