Печатная электроника, как часть четвертой промышленной революции

Введение

Мир меняется ускоренными темпами и трудно представить каким он будет через сто лет в будущем. Уже сейчас мы пользуемся такими достижениями человечества, о которых еще полвека назад и мы не могли бы и мечтать. В большинстве эти достижения связаны с информационно-коммуникационными средствами и технологиями, которые стали сегодня одной из самых мощных движущих сил в мировой экономике. Они изменили и продолжают изменять почти все как в обычной жизни человека, так и в бизнесе. Прежде всего, изменения коснулись процессов генерации, передачи, хранения, управления и анализа информации. Возникают новые типы экономики: информационная экономика; инновационная экономика; новая экономика; экономика знаний; экономика, основанная на знаниях, в рамках которых претерпевают кардинальные изменения модели бизнес-процессов конкурентоспособных предприятий.
Наиболее значимой концепцией развития экономики и общества сегодня является Четвертая промышленная революция ("Индустрия 4.0"), которая впервые была сформулирована в апреле 2011 года на Ганноверской промышленной выставке / ярмарке (Hannover Messe) Х. Кагерманном, В. Д. Лукасом, В. Вальстером и была основной темой 46 -го Всемирного экономического форума (World Economic Forum) в Давосе, который состоялся в январе 2016 года.
Индустрия 4.0 была инициирована федеральным правительством Германии как стратегический план развития экономики страны с целью глубокой имплементации информационно-коммуникационных средств и технологий в промышленность путем подключения всех компонент производства (оборудования, продукции и т.п.) в общей глобальной сети обмена данными. Предстоит переход от обычной автоматизации производства, использования информационных технологий в производстве (которые были сутью третьей промышленной революции) к объединению в сеть ресурсов, информационных потоков, объектов и человека.
Таким образом, суть Индустрии 4.0 заключается в том, что все физические объекты будут определенным образом постоянно подключены к единой мировой сети - Индустриального Интернета (Интернет вещей на промышленном уровне), с целью обмена информацией между ними без непосредственного привлечения к этому человека. Индустрия 4.0 считается четвертой промышленной революцией, которая уже сегодня происходит в крупнейших экономиках мира, в частности, США и Германии, а ее движущей силой являются крупные промышленные компании и научные центры.
Хотя понятие "Индустрия 4.0" существует уже около пяти лет, однако в России оно редкое как среди ученых, так и специалистов. Несмотря на сложную ситуацию в России, отечественным специалистам необходимо обратить внимание на эту новую концепцию развития экономики, иначе, "проигнорировав этот тренд сейчас, Россия может навсегда остаться на задворках мировой экономики ".
Основой Индустрии 4.0 являются средства и технологии в любом их проявлении. В России информационные технологии (ИТ) являются одним из приоритетных направлений экономики, в частности, потому, что объем экспортируемой продукции и услуг в этом секторе экономики, по мнению экспертов, в 2015 составил около $ 2,5 млрд. (по другим оценкам - около $ 3 млрд.), большая часть из которых принадлежит аутсорсинговым компаниям.


1

. Постановка задачи

В данном исследовании предлагается рассмотреть основные положения и концепции печатной электроники как части четвертой промышленной революции.
Печатная электроника — одно из последних успешных достижений четвертой промышленной революции. Термин «печатная электроника» применяется для обозначения технологии, которая разрешает печатать электронику на стандартных носителях (например, бумаге, пластмассе и ткани), используя при этом стандартные процессы печати [1].


2. Анализ предметной области

Печатная электроника представляет собой область электроники, которая занимается созданием электронных схем с помощью печатного оборудования. Такое оборудование позволяет наносить на поверхность плоской подложки специальные чернила (токопроводящие, полупроводниковые, резистивные и др.), формируя таким образом на ней активные и пассивные элементы, а также соединения между ними, в соответствии с электрической схемой.
Появление печатных электронных схем связано с разработкой новых материалов, которые при определенных условиях способны заменить кремний в электронных и компьютерных технологиях. Оказалось, что на основе определенных веществ (Например, органических полимеров или различных наночастиц) можно готовить растворы, которые являются основой красок или чернил, которые затем, в свою очередь, печатаются на подложке, создавая необходимые электрические устройства.
Для создания печатных полимерных электронных элементов используются материалы с определенными свойствами. Их можно классифицировать на три группы: проводники, полупроводники и изоляторы [2].
По способам применения печатная электроника делится на три категории (таблица 1).
С помощью технологий печатной электроники появилась возможность изготавливать фотобатареи третьего поколения. В отличие от элементов первого поколения, состоящих из полупроводникового p-n перехода, и элементов второго поколения, которые являются тонкопленочными элементами, фотоэлементы следующего поколения характеризуются тандемной (многослойной) конфигурацией с выраженным объемным гетеропереходами. Эти элементы делятся на органические, неорганические и гибридные фотоэлементы, особую значимость среди которых получили элементы Гретцеля и полимерные фотобатареи.
Таблица 1
Категории применения печатной электроники
Категория Описание
Печать крупных дисплеев на жестких и гибких материалах Главное направление — органические светоизлучающие диоды (Organic Light Emitting Diodes, OLED) [3], по прогнозам, вполне способные потеснить современные телевизионные и компьютерные LED-экраны за счет меньшей стоимости и повышенной прочности.
Замена отдельных электронных компонентов отпечатанными аналогами Сокращает затраты и дает готовое решение за один прогон.
Многие устройства осуществляют печать полностью или частично, в основном струйным способом, отчасти глубокой печатью: фотодетекторы, гальванические фотоэлементы, и т. д.
Электронные метки радиочастотной идентификации (RFID) Вокруг данной категории строится будущее логистики и розничной торговли