eng
Выпуск #3/2014
Ю.Могильников, В.Быков, С.Петров, А.Евсеенков
Каков срок службы высокотехнологичного лабораторного оборудования?
Каков срок службы высокотехнологичного лабораторного оборудования?
Просмотры: 9530
В течение какого срока устаревают различные типы измерительных приборов? С какой периодичностью должно обновляться оборудование, чтобы лаборатория соответствовала современным требованиям? В чем преимущества использования приборов последнего поколения? На эти вопросы отвечают руководители и специалисты компаний "Ниеншанц-Сайнтифик", "НТ-МДТ", "НТО" и "ЭлТех СПб".
Теги: measurement device microscopy research method technological equipment измерительный оборудование метод исследования микроскопия технологическое оборудование
Юрий
Могильников
ведущий продукт-менеджер
компании "Ниеншанц-Сайнтифик"
Можно отметить несколько объективных причин замены или модернизации исследовательского оборудования:
•появление новых методов исследования;
•выход на рынок новых моделей приборов;
•изменение старых или появление новых стандартов;
•моральное или физическое устаревание оборудования.
Первым фактором модернизации приборной базы я считаю появление новых и модификацию известных методов исследования, реализуемых в дальнейшем в серийных приборах. Но передовые методы исследования не появляются сами по себе, они развиваются в одной или нескольких научных школах или учреждениях и, достигнув некоторого "критического" (в хорошем смысле) уровня, реализуются на рынке научного оборудования в виде отдельных приборов или приборных комплексов, выпускаемых серийно. Если в институте или лаборатории создается новый метод исследования, то конструируется и прибор, реализующий этот метод. Лаборатория – автор прибора – обычно является его первым обладателем, но, как правило, он далек от серийной реализации. Только через несколько лет, когда методика получает признание мирового научного сообщества, и ее качество подтверждается теорией и практикой, появляется спрос на серийные приборы, который удовлетворяется коммерческими компаниями-производителями оборудования.
Крупные "игроки" на рынке приборов имеют свои отделы исследований и разработки или работают в тесной связи с наукой, что ускоряет развитие методик и их реализацию в "железе". Но все равно, нередко требуется более 10 лет, чтобы появилась техническая возможность реализации нового метода. Ярким примером является изобретение метода компьютерной томографии в 1970-х годах, который смог получить широкое распространение в медицине только в 1980-е годы после повышения производительности компьютеров, причем в нашей стране это произошло еще позднее. В последние годы наблюдается новый этап развития микротомографии с использованием ее в материаловедческих и геологических исследованиях. Таким образом, можно сказать, что замена или модернизация оборудования в связи с появлением принципиально новых методов исследований необходима сравнительно редко, так как проходят десятки лет от рождения метода до его широкого внедрения.
Второй фактор модернизации лабораторий тесно связан с техническим прогрессом в области электроники, оптики и приборостроения. Основываясь на опыте ведущих производителей оборудования, можно отметить, что обновление или выпуск новых версий приборов, принцип работы которых сохранился, происходит примерно каждые 5-7 лет. Однако, никто не станет закупать новое оборудование, пока старое не будет морально или физически устаревшим. В связи с этим замена оборудования в лабораториях, как правило, происходит через поколение, то есть, если имеется прибор первого поколения, то целесообразно сменить его не раньше появления третьего, перепрыгивая через одну ступень, что составляет также около 10 лет. Примером может служить развитие приборов для наноиндентирования (нанотвердомеров), первое поколение которых появилось в середине 1990-х годов, а в настоящее время уже имеется третье поколение, в котором реализованы все возможности современного программного обеспечения, электроники и микромеханики.
Третьей причиной замены оборудования может стать переработка старых или появление новых стандартов проведения исследований. Это особенно актуально для лабораторий контроля качества или ЦЗЛ на производствах. С изменением стандартов нужно проверять соответствие им имеющегося оборудования и, при необходимости, планировать приобретение нового. Но, так как изменение мировых и отечественных стандартов, как правило, обусловлено появлением новых методов исследования, то и связанная с ним модернизация приборов необходима с периодичностью 10-20 лет.
Наиболее характерный для стран постсоветского пространства фактор связан с наличием или отсутствием финансирования модернизации приборной базы. Эти причины наиболее субъективны, и указать временные рамки не представляется возможным.
Основываясь на вышеперечисленных причинах, можно сказать, что оптимальные сроки замены приборов составляют 7-10 лет. Это некий средний срок службы оборудования, по истечении которого оно еще не успевает устареть с точки зрения метода, но уже не является достаточно современным с точки зрения технического прогресса.
Виктор
Быков
генеральный директор компании
"Нанотехнология МДТ" (НТ-МДТ),
президент Нанотехнологического общества
России, председатель Российского общества
сканирующей зондовой микроскопии,
д.т.н., проф.
Время жизни оборудования сильно зависит от типа, назначения и области применения, а также требований со стороны пользователей, их претензий к уровню выполняемых работ.
Современное аналитическое и технологическое оборудования отличается от оборудования прошлого века интеллектуальной составляющей, которая ранее была не существенной. Последняя начала концентрироваться первоначально в компьютерах, контроллерах, а в последнее время и в сетевом окружении. Оборудование интегрируется в сети, как локальные, корпоративные или ведомственные, так и глобальные. При этом его старение происходит практически синхронно со старением компьютеров, прогрессом в развитии сетей и, безусловно, элементо-компонентной базы (ЭКБ) мощно прогрессирующей наноэлектроники, с 2- или 3-летним запаздыванием относительно появления новой ЭКБ.
Для такой техники, как сканирующие зондовые микроскопы, новые контроллеры разрабатываются раз в 2–3 года. Параллельно идет модификация программного обеспечения. К примеру, приборы, приобретенные 5 лет назад, не могут считаться отвечающими современным требованиям, а 8-летние приборы считаются просто устаревшими. Практически все современные приборы и технологическое оборудование имеют опции удаленного доступа, которые обеспечивают высокоэффективный сервис. Этим они резко отличаются от приборов 10-летней и, даже 5-летней давности.
С дальнейшим развитием ЭКБ, появлением вместо обычных программируемых логических интегральных схем нейроморфных аналогов, способных адаптироваться к пользователю, его задачам и во многом заменить специалиста, время морального старения сначала уменьшится, а в дальнейшем может и возрастать. Последнее связано с возможностями эффективного апгрейда программного обеспечения, памяти, а возможно, и интеллектуальной составляющей в виде адаптируемых электронных блоков.
Относительно редко, но случаются принципиально новые разработки, такие, например, как опция сверхскоростной сканирующей спектроскопии, названная у нас HD-модой, или сенсорные головки – картриджи, заменяющие обычные кантилеверы, что существенно снижает требования к пользователям.
Использование приборов последних поколений позволяет выполнять исследовательские работы и реализовывать идеи, которые еще недавно казались фантастическими и недостижимыми. Но в любом случае, приборы пока еще не способны рождать новые идеи, а только подсказывают людям возможности их генерации и получения нового знания.
Станислав
Петров
начальник прикладной лаборатории компании "Научное и технологическое оборудование" (НТО),
к.ф.-м.н.
Сегодня под термином "нанолаборатория" понимают прежде всего многофункциональные лаборатории, деятельность которых направлена на решение широкого круга задач. Создание в последние годы достаточно большого числа таких лабораторий и исследовательских центров, оснащенных хорошим измерительным оборудованием, несомненно, способствовало развитию отрасли нанотехнологий и наноматериалов в целом.
Не секрет, что жизненный цикл простых измерительных приборов может составлять более 10 лет, в зависимости от их класса. Эти приборы не сильно отличаются от поколения к поколению, и в общем не устаревают со временем. Сложное же дорогостоящее измерительное оборудование, такое, например, как просвечивающие или растровые электронные и атомно-силовые микроскопы, в среднем может использоваться до 5-7 лет без ущерба для качества получаемых результатов. Такое оборудование постоянно обновляется, появляются дополнительные опции и возможности, что приводит к быстрому устареванию предыдущего поколения. Использование новейших измерительных приборов наиболее оправдано при проведении прорывных исследований и разработок, когда точность измерений не просто важна, а является неотъемлемой частью проводимых исследований.
В современных условиях правильнее создать несколько ведущих ЦКП с периодическим обновлением парка и доступом для всех заинтересованных исследователей. Относительно же устаревшее, но ещё вполне жизнеспособное сложное оборудование можно и нужно перемещать в другие исследовательские лаборатории по всей стране. Их финансирование часто зависит от государственного субсидирования или грантов, поэтому ученым приходится выбирать между обновлением уже имеющегося прибора, увеличением парка или вообще покупкой нового оборудования для расширения спектра проводимых исследований. Однако при решении задачи развития отрасли нанотехнологий и наноматериалов нужно не забывать, что в основе любого исследовательского центра должно быть технологическое оборудование, а не измерительное, которое в основном лишь дополняет его. С этой точки зрения основные инвестиции следует направлять как раз на создание и расширение парка технологического и простого измерительного оборудования, а также обновление сложных дорогостоящих измерительных приборов для исследования перспективных наноматериалов.
Прикладная лаборатория ЗАО "НТО" оснащена всем комплексом технологического оборудования SemiTEq, которое проходит здесь комплексное технологическое тестирование. Также в лаборатории есть относительно недорогое измерительное оборудование, например, оптические микроскопы, профилометр и др., которое используется для экспресс-диагностики полученных материалов. В случае необходимости применения более сложного и дорогостоящего оборудования мы используем возможности предприятий-партнеров и исследовательских центров, которыми они уже оснащены. Такой подход позволяет оперативно решать задачи тестирования разрабатываемого нами технологического оборудования, разработки базовых и новых перспективных технологических процессов, а также оценить, насколько оправданы наши инвестиции в новые разработки и технологии.
Антон
Евсеенков
Специалист по микроскопии направления
неразрушающего контроля технологического отдела компании "ЭлТех СПб"
Измерительное оборудование – это достаточно широкий класс приборов, и обобщенно говорить обо всем его спектре не следует. В настоящее время во многих лабораториях и производственных комплексах приобрела большую значимость проблема неразрушающего контроля и анализа топологии поверхности. Часто для ее решения применяются измерительные приборы микроскопии, получившие широкое распространение благодаря развитым и превосходно отработанным технологиям.
В 1990-х и 2000-х годах темпы развития микроскопии были достаточно высокими. Увеличение разрешающей и масштабирующей способностей, внедрение передового программного обеспечения и автоматизация приборов вели к необходимости постоянной модернизации оборудования. В настоящее время прогресс в микроскопии замедлился, и это объяснимо. При использовании в качестве воздействующей частицы фотона максимальное разрешение будет задаваться длиной его волны (при помощи различных модулей разрешение может достигать 200 нм). При переходе на другие частицы, например электроны, достигается различимость отдельных атомов (разрешающая способность просвечивающих электронных микроскопов – 0,05 нм). В атомно-силовой микроскопии ограничения определяются радиусом закругления зонда. Иными словами, достигнуты физические пределы методов микроскопии, и дальнейшее совершенствование в этом направлении не имеет смысла, что привело к смене вектора развития.
Сегодня тренд развития микроскопии формируется в большей мере расширением функционала приборов, а не улучшением разрешения или масштабирования. Функциональные возможности развиваются путем разработки дополнительных модулей, позволяющих выйти за рамки решения задач классической микроскопии. Благодаря этому приборы для микроскопии стали более гибкими в плане адаптации под цели исследования и возможности решать нестандартные задачи. Примером могут служить флуоресцентные модули, дающие преимущества при исследовании биологических объектов.
При отсутствии качественного расширения комплекса выполняемых работ или перестройки под другие цели современным лабораториям нет необходимости покупать новое оборудование, поскольку технически оно не устаревает, в том числе при использовании в сфере исследования и развития наноматериалов и нанотехнологий. Именно разработка новых функций создает современную парадигму развития оборудования в микроскопии.
Таким образом, можно констатировать, что потенциал приборов микроскопии последнего поколения значительно расширен благодаря гибкости адаптации к конкретным задачам. Насколько этот широкий функционал нужен конкретной лаборатории, зависит, во-первых, от круга исследовательских задач, стоящих перед лабораторией, и возможностей их будущей диверсификации, во-вторых, от того, как эти задачи решаются существующей линейкой оборудования. Компания "ЭлТех СПб" производит подбор оборудования с учетом этих условий.
Могильников
ведущий продукт-менеджер
компании "Ниеншанц-Сайнтифик"
Можно отметить несколько объективных причин замены или модернизации исследовательского оборудования:
•появление новых методов исследования;
•выход на рынок новых моделей приборов;
•изменение старых или появление новых стандартов;
•моральное или физическое устаревание оборудования.
Первым фактором модернизации приборной базы я считаю появление новых и модификацию известных методов исследования, реализуемых в дальнейшем в серийных приборах. Но передовые методы исследования не появляются сами по себе, они развиваются в одной или нескольких научных школах или учреждениях и, достигнув некоторого "критического" (в хорошем смысле) уровня, реализуются на рынке научного оборудования в виде отдельных приборов или приборных комплексов, выпускаемых серийно. Если в институте или лаборатории создается новый метод исследования, то конструируется и прибор, реализующий этот метод. Лаборатория – автор прибора – обычно является его первым обладателем, но, как правило, он далек от серийной реализации. Только через несколько лет, когда методика получает признание мирового научного сообщества, и ее качество подтверждается теорией и практикой, появляется спрос на серийные приборы, который удовлетворяется коммерческими компаниями-производителями оборудования.
Крупные "игроки" на рынке приборов имеют свои отделы исследований и разработки или работают в тесной связи с наукой, что ускоряет развитие методик и их реализацию в "железе". Но все равно, нередко требуется более 10 лет, чтобы появилась техническая возможность реализации нового метода. Ярким примером является изобретение метода компьютерной томографии в 1970-х годах, который смог получить широкое распространение в медицине только в 1980-е годы после повышения производительности компьютеров, причем в нашей стране это произошло еще позднее. В последние годы наблюдается новый этап развития микротомографии с использованием ее в материаловедческих и геологических исследованиях. Таким образом, можно сказать, что замена или модернизация оборудования в связи с появлением принципиально новых методов исследований необходима сравнительно редко, так как проходят десятки лет от рождения метода до его широкого внедрения.
Второй фактор модернизации лабораторий тесно связан с техническим прогрессом в области электроники, оптики и приборостроения. Основываясь на опыте ведущих производителей оборудования, можно отметить, что обновление или выпуск новых версий приборов, принцип работы которых сохранился, происходит примерно каждые 5-7 лет. Однако, никто не станет закупать новое оборудование, пока старое не будет морально или физически устаревшим. В связи с этим замена оборудования в лабораториях, как правило, происходит через поколение, то есть, если имеется прибор первого поколения, то целесообразно сменить его не раньше появления третьего, перепрыгивая через одну ступень, что составляет также около 10 лет. Примером может служить развитие приборов для наноиндентирования (нанотвердомеров), первое поколение которых появилось в середине 1990-х годов, а в настоящее время уже имеется третье поколение, в котором реализованы все возможности современного программного обеспечения, электроники и микромеханики.
Третьей причиной замены оборудования может стать переработка старых или появление новых стандартов проведения исследований. Это особенно актуально для лабораторий контроля качества или ЦЗЛ на производствах. С изменением стандартов нужно проверять соответствие им имеющегося оборудования и, при необходимости, планировать приобретение нового. Но, так как изменение мировых и отечественных стандартов, как правило, обусловлено появлением новых методов исследования, то и связанная с ним модернизация приборов необходима с периодичностью 10-20 лет.
Наиболее характерный для стран постсоветского пространства фактор связан с наличием или отсутствием финансирования модернизации приборной базы. Эти причины наиболее субъективны, и указать временные рамки не представляется возможным.
Основываясь на вышеперечисленных причинах, можно сказать, что оптимальные сроки замены приборов составляют 7-10 лет. Это некий средний срок службы оборудования, по истечении которого оно еще не успевает устареть с точки зрения метода, но уже не является достаточно современным с точки зрения технического прогресса.
Виктор
Быков
генеральный директор компании
"Нанотехнология МДТ" (НТ-МДТ),
президент Нанотехнологического общества
России, председатель Российского общества
сканирующей зондовой микроскопии,
д.т.н., проф.
Время жизни оборудования сильно зависит от типа, назначения и области применения, а также требований со стороны пользователей, их претензий к уровню выполняемых работ.
Современное аналитическое и технологическое оборудования отличается от оборудования прошлого века интеллектуальной составляющей, которая ранее была не существенной. Последняя начала концентрироваться первоначально в компьютерах, контроллерах, а в последнее время и в сетевом окружении. Оборудование интегрируется в сети, как локальные, корпоративные или ведомственные, так и глобальные. При этом его старение происходит практически синхронно со старением компьютеров, прогрессом в развитии сетей и, безусловно, элементо-компонентной базы (ЭКБ) мощно прогрессирующей наноэлектроники, с 2- или 3-летним запаздыванием относительно появления новой ЭКБ.
Для такой техники, как сканирующие зондовые микроскопы, новые контроллеры разрабатываются раз в 2–3 года. Параллельно идет модификация программного обеспечения. К примеру, приборы, приобретенные 5 лет назад, не могут считаться отвечающими современным требованиям, а 8-летние приборы считаются просто устаревшими. Практически все современные приборы и технологическое оборудование имеют опции удаленного доступа, которые обеспечивают высокоэффективный сервис. Этим они резко отличаются от приборов 10-летней и, даже 5-летней давности.
С дальнейшим развитием ЭКБ, появлением вместо обычных программируемых логических интегральных схем нейроморфных аналогов, способных адаптироваться к пользователю, его задачам и во многом заменить специалиста, время морального старения сначала уменьшится, а в дальнейшем может и возрастать. Последнее связано с возможностями эффективного апгрейда программного обеспечения, памяти, а возможно, и интеллектуальной составляющей в виде адаптируемых электронных блоков.
Относительно редко, но случаются принципиально новые разработки, такие, например, как опция сверхскоростной сканирующей спектроскопии, названная у нас HD-модой, или сенсорные головки – картриджи, заменяющие обычные кантилеверы, что существенно снижает требования к пользователям.
Использование приборов последних поколений позволяет выполнять исследовательские работы и реализовывать идеи, которые еще недавно казались фантастическими и недостижимыми. Но в любом случае, приборы пока еще не способны рождать новые идеи, а только подсказывают людям возможности их генерации и получения нового знания.
Станислав
Петров
начальник прикладной лаборатории компании "Научное и технологическое оборудование" (НТО),
к.ф.-м.н.
Сегодня под термином "нанолаборатория" понимают прежде всего многофункциональные лаборатории, деятельность которых направлена на решение широкого круга задач. Создание в последние годы достаточно большого числа таких лабораторий и исследовательских центров, оснащенных хорошим измерительным оборудованием, несомненно, способствовало развитию отрасли нанотехнологий и наноматериалов в целом.
Не секрет, что жизненный цикл простых измерительных приборов может составлять более 10 лет, в зависимости от их класса. Эти приборы не сильно отличаются от поколения к поколению, и в общем не устаревают со временем. Сложное же дорогостоящее измерительное оборудование, такое, например, как просвечивающие или растровые электронные и атомно-силовые микроскопы, в среднем может использоваться до 5-7 лет без ущерба для качества получаемых результатов. Такое оборудование постоянно обновляется, появляются дополнительные опции и возможности, что приводит к быстрому устареванию предыдущего поколения. Использование новейших измерительных приборов наиболее оправдано при проведении прорывных исследований и разработок, когда точность измерений не просто важна, а является неотъемлемой частью проводимых исследований.
В современных условиях правильнее создать несколько ведущих ЦКП с периодическим обновлением парка и доступом для всех заинтересованных исследователей. Относительно же устаревшее, но ещё вполне жизнеспособное сложное оборудование можно и нужно перемещать в другие исследовательские лаборатории по всей стране. Их финансирование часто зависит от государственного субсидирования или грантов, поэтому ученым приходится выбирать между обновлением уже имеющегося прибора, увеличением парка или вообще покупкой нового оборудования для расширения спектра проводимых исследований. Однако при решении задачи развития отрасли нанотехнологий и наноматериалов нужно не забывать, что в основе любого исследовательского центра должно быть технологическое оборудование, а не измерительное, которое в основном лишь дополняет его. С этой точки зрения основные инвестиции следует направлять как раз на создание и расширение парка технологического и простого измерительного оборудования, а также обновление сложных дорогостоящих измерительных приборов для исследования перспективных наноматериалов.
Прикладная лаборатория ЗАО "НТО" оснащена всем комплексом технологического оборудования SemiTEq, которое проходит здесь комплексное технологическое тестирование. Также в лаборатории есть относительно недорогое измерительное оборудование, например, оптические микроскопы, профилометр и др., которое используется для экспресс-диагностики полученных материалов. В случае необходимости применения более сложного и дорогостоящего оборудования мы используем возможности предприятий-партнеров и исследовательских центров, которыми они уже оснащены. Такой подход позволяет оперативно решать задачи тестирования разрабатываемого нами технологического оборудования, разработки базовых и новых перспективных технологических процессов, а также оценить, насколько оправданы наши инвестиции в новые разработки и технологии.
Антон
Евсеенков
Специалист по микроскопии направления
неразрушающего контроля технологического отдела компании "ЭлТех СПб"
Измерительное оборудование – это достаточно широкий класс приборов, и обобщенно говорить обо всем его спектре не следует. В настоящее время во многих лабораториях и производственных комплексах приобрела большую значимость проблема неразрушающего контроля и анализа топологии поверхности. Часто для ее решения применяются измерительные приборы микроскопии, получившие широкое распространение благодаря развитым и превосходно отработанным технологиям.
В 1990-х и 2000-х годах темпы развития микроскопии были достаточно высокими. Увеличение разрешающей и масштабирующей способностей, внедрение передового программного обеспечения и автоматизация приборов вели к необходимости постоянной модернизации оборудования. В настоящее время прогресс в микроскопии замедлился, и это объяснимо. При использовании в качестве воздействующей частицы фотона максимальное разрешение будет задаваться длиной его волны (при помощи различных модулей разрешение может достигать 200 нм). При переходе на другие частицы, например электроны, достигается различимость отдельных атомов (разрешающая способность просвечивающих электронных микроскопов – 0,05 нм). В атомно-силовой микроскопии ограничения определяются радиусом закругления зонда. Иными словами, достигнуты физические пределы методов микроскопии, и дальнейшее совершенствование в этом направлении не имеет смысла, что привело к смене вектора развития.
Сегодня тренд развития микроскопии формируется в большей мере расширением функционала приборов, а не улучшением разрешения или масштабирования. Функциональные возможности развиваются путем разработки дополнительных модулей, позволяющих выйти за рамки решения задач классической микроскопии. Благодаря этому приборы для микроскопии стали более гибкими в плане адаптации под цели исследования и возможности решать нестандартные задачи. Примером могут служить флуоресцентные модули, дающие преимущества при исследовании биологических объектов.
При отсутствии качественного расширения комплекса выполняемых работ или перестройки под другие цели современным лабораториям нет необходимости покупать новое оборудование, поскольку технически оно не устаревает, в том числе при использовании в сфере исследования и развития наноматериалов и нанотехнологий. Именно разработка новых функций создает современную парадигму развития оборудования в микроскопии.
Таким образом, можно констатировать, что потенциал приборов микроскопии последнего поколения значительно расширен благодаря гибкости адаптации к конкретным задачам. Насколько этот широкий функционал нужен конкретной лаборатории, зависит, во-первых, от круга исследовательских задач, стоящих перед лабораторией, и возможностей их будущей диверсификации, во-вторых, от того, как эти задачи решаются существующей линейкой оборудования. Компания "ЭлТех СПб" производит подбор оборудования с учетом этих условий.
Отзывы читателей
