Характеристика системных инноваций, выбранных в качестве основных направлений промышленного и технологического форсайта   1.Эволюция материалов: новые композиционные материалы и биотехнологии   

Темпы роста получаемых в мире патентов на технологии и новые группы химических материалов, полимеров, сплавов свидетельствуют о том, что производства будущего будут использовать совершенно иной ресурсный портфель. Основными материалами, спрос на которые будет расти в перспективе 20-25 лет, являются композиты.
Ключевой запускающей технологией являются технологии работы в наномасштабе, которая позволяет конструировать новые материалы на молекулярном уровне снизу вверх (bottom-up approach), а не получать их путем обработки более крупных «заготовок» (top-down approach ). К 2020 году, по оценкам RAND, в стадию промышленного использования войдут материалы, создаваемые на молекулярном уровне и с заранее заданными свойствами. Наряду с этим происходит переход от уже освоенных металло- и керамокомпозиционных материалов к биокомпозитам, где в качестве усилителя используются не искусственные, а натуральные волокна животного, растительного и минерального происхождения.
Наряду с композиционными материалами активно исследуется возможность создания так называемых гибридных материалов, которые бы сочетали органические и неорганические элементы, тем самым повторяя принципы организации, свойства, функции и структуры материалов, существующих в живой природе (бионика, биомиметика).
Отрасли, которые претерпевают наиболее быстрые изменения под воздействием данных инноваций:

1. Авиастроение. С 1970-х годов композиты активно используются в различных частях самолетов, но в 2000-е годы основным драйвером роста стали соображения экологичности и ресурсоэффективности (композиты существенно сокращают вес самолета, а, значит, и удельный расход топлива).
2. Автомобилестроение. Соображения ресурсоэффективности также играют определяющую роль в использовании композитов в конструкции машин, причем переход к гибридным и электромобилям требует еще большего внедрения новых материалов.
3. Судостроение. По данным Lucintel, один из самых высоких уровней проникновения композитов (68%) наблюдается в судостроении, где высоки требования прочности, долговечности, коррозийной стойкости и веса.
4. Энергетика. Лопасти ветровых двигателей производятся из композитов, в которых в основном применяются стекло- или углеволокна.

Главным потребителем биотехнологий в настоящее время является медицинская отрасль, прежде всего, фармацевтика. Речь идет об использовании генной инженерии (точнее методов, основанных на рекомбинантной ДНК) для создания медицинских препаратов, ранее изготовлявшихся лишь на основе или извлекавшихся из встречающихся в природе веществ, растений, органов животных и т.д. По данным BCC Research, в 2010 году объем мирового рынка биотехнологий, используемых в медицинских целях, составил 123,2 млрд долл. США; прогнозируется, что к 2015 году он продолжит расти средними темпами 12,6% в год и достигнет 222,9 млрд долл.
Существенное изменение пищевой промышленности происходит вследствие внедрения и распространения генетически модифицированных растений и продуктов, устойчивых к неблагоприятным условиям среды и вредителям, обладающих лучшими ростовыми и вкусовыми качествами. Помимо этого биотехнология открывает новые более эффективные способы производства ферментов, аминокислот, витаминов, органических кислот, углеводов и вкусовых добавок. Многие ингредиенты, которые сегодня извлекаются из растений или синтезируются в химических лабораториях, будут производиться с использованием биотехнологий.
В США до 70% продуктов, поступающих на рынок, уже являются генетически модифицированными, а общая посевная площадь ГМО составила более 7% посевных площадей, за 12 лет увеличились в 80 раз. Свыше 90% этих площадей приходится на США, Канаду, Бразилию, Аргентину, Индию, Китай. Доля продуктов, подвергающихся генетической модификации, достигает 77% для сои, 49% для семян хлопчатника, 21%  рапса.

2.Новая элементная база: технологическое обновление радио- и микроэлектроники

Значительное упрощение и удешевление технологий (в частности, за счет распространения т.н. внутренней сборки), расширение линейки типизированных продуктов и пр. обеспечили расширение рынков применения элементной базы. Доля продукции радио- и микроэлектроники в стоимости медицинских приборов, автомобилей, авиационной техники и судов постоянно растет.
Вкупе со сложным программированием и технологиями создания искусственных интеллектуальных систем радиоэлектроника обеспечивает создание полностью автоматизированных объектов.
Тотальное технологическое обновление в настоящее время переживают все отрасли машиностроения, космическая отрасль, геологоразведка и технологии добычи полезных ископаемых (например, в угольной отрасли технологии безлюдной добычи требуют полностью изменить проекты шахт), метеорология, и другие отрасли.
Наиболее значительными потребителями радио- и микроэлектроники выступают производители современного медицинского оборудования (до 75% в структуре себестоимости), самолетов и космических аппаратов (до 60%), гибридных и электромобилей (до 35%). Мировой рынок радио- и микроэлектроники оценивался в 2009 году на уровне 105 млрд долл.

3.Модернизация производств: Роботизация и «тотальная» информатизация процессов   

Именно в парадигме моделирования роботов, т.е. сложных интеллектуальных производственных комплексов сейчас развивается все мировое станкостроение и точное приборостроение. Компания Microsoft прогнозирует утроение рынка робототехники к 2025 году. Основная доля применения роботов будет применена в бытовом обслуживании населения (более 30 млрд. долл.), объем рынка промышленных роботов составит 12 млрд долл.
Роботизация производств, в частности, обеспечивает  реиндустриализацию стран с дорогой рабочей силой (производства возвращаются в крупнейшие городские агломерации развитых стран).  
Формирование с помощью роботов более гибких производственных схем приводит к технологическому «сближению» и выходу на качественно новый уровень ранее разделенных секторов – авиации, автомобилестроения и судостроения, химических производств, биотехнологий и фармацевтики и пр.
Основным потребителем промышленных роботов в мире сейчас выступают автомобильная промышленность (около 20 тыс. ед. или треть всех поставок в 2010 году), электронное и электрическое оборудование (18%), химическая промышленность (10%) и металлургия (5%). Соответственно, наибольшее число роботов в расчете на 10 тыс. занятых приходится на автомобильное производство (400–700 ед.), химическую промышленность (200–400 ед.) и производство электронного и электрического оборудования (100–200 ед.).
Мировой рынок промышленных роботов в 2009 году оценивался на уровне 3,8 млрд долл. (падение на 40% по сравнению с 2008 годом из-за тяжелых последствий финансово-экономического кризиса для автомобильной промышленности). Ожидается, что к 2015 году объем рынка достигнет 143 тыс. ед.

4.Управление жизненным циклом больших систем: Внедрение инструментов системного дизайна и инженерии; интеллектуальные платформы  

Концепция управления жизненным циклом является основой инжиниринга современных сверхсложных (до 10 млн. деталей), рассредоточенных географически (до 1000 контракторов), межотраслевых (включая требования по гибкости производств) промышленных объектов.
Современное проектирование, прежде всего, концепция 6D-проектирования, меняют традиционную схему создания продукта, предъявляют новые требования к кадрам и требуют системных инноваций в управлении.  6D-проектирование подразумевает, что к уже ставшей традиционной технологии трех физических измерений (3D) добавляются еще три элемента – время (календарное планирование создания продукта), оборудование (конфигурация, комплектация и поставка материалов и агрегатов), ресурсы (трудовые, финансовые и иные). В настоящее время технологии 6D-проектирования внедряются  на наиболее сложных технических объектах и крупнейших системах (аэрокосмические объекты, объекты АЭС, крупнейшие объекты разработки нефтегазовых месторождений и пр.).
Архитектурно-строительный комплекс (как гражданское, так и промышленное строительство) также трансформируется в парадигме 6D: строительство сводится не только к архитектурному проектированию, но включает вопросы системной интеграции инженерии, управлению возведением объектов и пр. 
Интеллектуальные платформы, обеспечивающие интеграцию множества предметов в единую систему (систему систем), охватывают все сферы проектирования, производства, логистики, дистрибуции, утилизации, систем обеспечения и пользования.
В настоящее концепция управления жизненным циклом внедряется при проектировании, строительстве и эксплуатации наиболее высокотехнологичных и сложных объектов с длительным сроком службы (к примеру, АЭС), следующими внедрение парадигмы ЖЦ можно ожидать в судостроении и транспортном машиностроении, а также объектах энергогенерации, сетевом хозяйстве.