Введение. Конкурентоспособность 3D-аддитивных строительных технологий по отношению к традиционным во многом определяется эффективностью технологических комплексов. Потенциально, роботизированное возведение строительных объектов методом 3D-печати предполагает отказ от сложной производственной инфраструктуры, сокращение затрат энергии, материалов и живого труда [1–3].В настоящее время разработаны и активно продвигаются на рынок три типа принтеров [4–9].Принтер с портальной системой позиционирования – представляет собой раму, по которой движется печатающее устройство (экструдер). Данный принтер производит печать объектов внутри системы перемещения, что закономерно приводит к увеличению габаритов принтера для масштабных строительных объектов (рис. 1). Робот-манипулятор – перемещает экструдер при помощи «роботизированной руки», что позволяет устанавливать принтер как снаружи, так и внутри печатного объекта. Характеризуется небольшими габаритами и весом, позволяющими достигать высокой мобильности принтера (рис. 2).Кабельная подвесная система (дельта-принтер) – осуществляет трехмерное перемещение печатающей головки с помощью специальных тросс-кабелей внутри внешней рамы. Это определяет возможность печати высоких объектов, но с очень ограниченной площадью (рис. 3).На сегодня сложилась ситуация, когда в практику строительства наиболее активно внедряются портальные 3D-принтеры. Данный выбор основан на сформировавшихся к настоящему моменту представлениях строительных компаний об относительной простоте, надежности и отсутствии сложностей в обслуживании используемой конструкции принтера. На наш взгляд, такой подход к выбору 3D-принтера является односторонним и недостаточно обоснованным, поскольку все виды принтеров обладают как достоинствами, так и недостатками, соотношение которых и определяет их конкурентоспособность на рынке [10, 11]. С учетом изложенного, целью настоящего исследования является разработка научно-обоснованной методики и комплексная оценка на ее основе конкурентоспособности строительных 3D-принтеров.Методы. Предлагаемая методика базируется на сопоставлении технико-технологических характеристик и экономических параметров строительных 3D-принтеров. Системность и комплексность при таком подходе обеспечиваются возможностью учета большого количества параметров сравнения, имеющих различную природу, на основе использования относительных показателей [12–16].Алгоритм оценки конкурентоспособности строительных 3D-принтеров включает следующие шаги:шаг 1 – формирование совокупности параметров оценки конкурентоспособности с определением их значимости;шаг 2 – формирование базы сравнения и оценки конкурентоспособности принтеров;шаг 3 – определение единичных (относительных) показателей конкурентоспособности для различных видов принтеров;шаг 4 – расчет групповых индексов конкурентоспособности;шаг 5 – расчет интегрального показателя конкурентоспособности по видам принтеров.Отметим, что наиболее конкурентоспособным следует считать принтер, который обеспечивает большее количество единиц полезного эффекта, определяемого набором технико-технологических характеристик, на единицу затрат, связанных с приобретением принтера, его энергопотреблением, трудоемкостью обслуживания и монтажа-демонтажа на стройплощадке [12, 17, 18].В результате формирования на основе системного анализа совокупности параметров оценки конкурентоспособности строительных 3D-принтеров (шаг 1) были выделены группы технико-технологических характеристик и экономических параметров. В первую группу вошли подгруппы параметров, отражающих конструктивные особенности принтеров, технологичность печати, качество и объем напечатанных строительных объектов. При этом каждая подгруппа имеет соответствующее логическое наполнение (табл. 1). Вторую группу составили показатели энергопотребления принтера, трудоемкости его монтажа-демонтажа на строительной площадке, трудоемкости обслуживания и цены. Таблица 1Совокупность параметров оценки конкурентоспособности строительных 3D-принтеровГруппа технико-технологических характеристикПодгруппа конструктивных характеристикПодгруппа характеристик технологичности процесса печатиПодгруппа характеристик напечатанных строительных объектов– площадь печати;– высота области печати;– точность позиционирования;– скорость печати;– площадь сечения печатного слоя;– соотношение области печати и габаритных размеров принтера– возможность работы со смесями различного назначения (конструкционными, теплоизоляционными, отделочными) без переналадки;– возможность обеспечения роботизированной финишной отделки;– возможность работы с высоковязкими смесями, вязкость h ~ 50–60 Па×скачество печатного слоя (бездефектность);качество поверхности объекта;максимальная площадь объектов;максимальная высота объектовГруппа экономических параметров– потребляемая мощность;– трудоемкость монтажа-демонтажа принтера;– трудоемкость обслуживания (количество операторов);– цена принтера      Оценку значимости выделенных характеристик и параметров рекомендуется проводить на основе эвристических методов путем индивидуального анкетирования экспертов. В анкете помимо формулировки задания следует представить шкалы бальных оценок значимости параметров строительных 3D-принтеров внутри каждой из подгрупп. При формировании шкалы оценивания целесообразно, на наш взгляд, использовать подход, в соответствии с которым минимальное количество баллов равняется 1, а максимальное – соответствует количеству параметров (характеристик) в группе (подгруппе). Таким образом, в рамках настоящего исследования в первой подгруппе технико-технологических параметров максимальное количество баллов для наиболее значимого показателя составляет 6 баллов (см. табл. 1), для второй подгруппы – 3 балла, а для третьей подгруппы – 4 балла. Для группы экономических параметров наиболее важному, по мнению экспертов, показателю может быть присвоено максимально 4 балла.После сбора информации от экспертов сначала нужно определить наличие неслучайной согласованности их оценок путем расчета коэффициента конкордации по формуле:W= 12i=1nSir2(n3-n),                         (1)где Si – квадрат отклонений i - того свойства от средней суммы баллов; r – количество экспертов; n – количество свойств.Особо следует указать, что только в случае, если полученное значение коэффициента конкордации попадет в интервал 0,7…0,8, дальнейшая оценка конкурентоспособности 3D-принтеров может быть продолжена. При невыполнении этого условия необходимо внести коррективы либо в состав группы экспертов, либо в формулировку задания, и повторно провести опрос экспертов.Оценка значимости параметров строительных 3D-принтеров базируется на схеме расчета коэффициентов весомости (Мi):Mi=M'M',                         (2)где M'  – средний коэффициент весомости i – того параметра принтера.M'=M'r,                         (3)где М’ – значение бальной оценки значимости параметра экспертом; r – количество экспертов, принявших участие в анкетировании.Сумма полученных коэффициентов весомости в рамках каждой подгруппы (группы) должна удовлетворять условию:i=1nMi =1.                          (4)Для формирования базы сравнения и оценки конкурентоспособности принтеров на шаге 2 рассматриваемой методики осуществляется «отбор» строительных 3D-принтеров, имеющих сопоставимые значения конструктивных характеристик. По результатам такого отбора определяется некий «эталон» в виде виртуального принтера с наилучшими показателями по всем характеристикам печатных устройств из числа рассмотренных.Далее на шаге 3 выполняется расчет единичных показателей конкурентоспособности (kij) для вошедших в базу сравнения принтеров. Поскольку характеристики технологических комплексов имеют различные единицы измерения, представляется обоснованным использование в этой процедуре относительных показателей, определяемых по схемам:kij=Pi/Piэт – для случая, когда увеличение значения параметра повышает технические возможности и экономическую эффективность принтера;kij=Piэт/Pi  – для случая, когда технические возможности и экономическая эффективность принтера повышаются при уменьшении значения параметра. При этом, Piэт – значение i-того параметра принтера-эталона, а Рi – значение i-того параметра сравниваемого принтера.Необходимо указать, что для характеристик принтеров, не имеющих количественного измерения, при формировании базы оценки конкурентоспособности разрабатывались собственные шкалы бальной оценки на основании анализа информации о характеристиках принтеров и напечатанных строительных объектах:возможность работы с низкотекучими смесями: при наличии возможности – 1 балл, при отсутствии таковой – 0 баллов;качество печатного слоя: слой без дефектов – 1 балл, слой с трещинами – 0 баллов;качество поверхности объекта: поверхность гладкая, без дефектов – 1 балл, дефектная поверхность (с оплывами слоев и трещинами) – 0 – 0,9 баллов в зависимости от количества дефектов.Затем на шаге 4 проводится расчет групповых индексов конкурентоспособности по различным группам характеристик и параметров принтеров. Для этого следует использовать общий подход, описываемый уравнением (5): Qmi=i=1mkij∙Mi,                      (5)где Qmj – групповой индекс конкурентоспособности по m-той группе параметров j-того вида принтера.В заключение на последнем шаге приведенного выше алгоритма для каждого вошедшего в базу рассмотрения строительного 3D-принтера рассчитывается его интегральный показатель конкурентоспособности (Пкj): Пkj=Qkl+QТj+QojQэj,                       (6)где Qкj – групповой индекс конкурентоспособности j-того принтера по конструктивным характеристикам; QТj – групповой индекс конкурентоспособности j-того принтера по характеристикам технологичности печати; Qоj – групповой индекс конкурентоспособности j-того принтера по характеристикам напечатанных строительных объектов; Qоj – групповой индекс конкурентоспособности j-того принтера по экономическим параметрам.В рамках предложенной методики наиболее конкурентоспособным признается 3D-принтер с наибольшим значением Пкj.Основная часть. Оценка значимости характеристик и параметров строительных 3D-принтеров, проведенная в соответствие с рассмотренным алгоритмом на основе анкетирования экспертов, показала, что наиболее важную роль в формировании конкурентных преимуществ этих агрегатов играют обеспечиваемые ими площадь печати и качество печатного слоя, возможность работы с различными строительными смесями без переналадки, а также цена (табл. 2). Отметим, что группа экспертов общей численностью в 30 человек включала специалистов различных сфер и отраслей экономики: инженерно-технические работники строительной отрасли – 6 человек; высококвалифицированные работники научно-образовательной сферы – 12 человек; специалисты в области производства строительных изделий и конструкций – 7 человек; производители строительных 3D-принтеров – 5 человек.Для формирования базы сравнения и оценки конкурентоспособности потребовался анализ информации, размещенной на сайтах производителей принтеров. По результатам анализа вне зависимости от типа, исходя из площади печати, выделены две категории принтеров:принтеры для строительства полноразмерных строительных объектов, предназначенные для использования на строительной площадке. Площадь печати в 100 – 200 м2 обеспечивает возможность возведения малоэтажных домов [19]; принтеры для печати изделий и конструкций, предназначенные для использования в производственных условиях.  Площадь печати менее 10 м2 позволяет создавать малые архитектурные формы, отдельные конструктивные и декоративные элементы зданий [20]. Таблица 2Коэффициенты весомости параметров оценки конкурентоспособности3D-принтеров по группам Наименование характеристик и параметровЗначение коэффициента весомости параметраКонструктивные характеристики принтераПлощадь печати0,23Высота области печати0,12Точность позиционирования 0,18Скорость печати 0,13Площадь сечения печатного слоя0,06Соотношение области печати и габаритных размеров принтера 0,18Характеристики технологичности процесса печати  Возможность работы с различными строительными смесями (конструкционными, теплоизоляционными, отделочными) без переналадки0,44Возможность обеспечения роботизированной финишной отделки0,23Возможность работы с возможность работы с высоковязкими смесями, 50–60 Па×с0,33Характеристики напечатанных строительных объектовКачество печатного слоя (бездефектность)0,40Качество поверхности объекта0,23Максимальная площадь объектов0,21Максимальная высота объектов 0,16Экономические параметры принтераПотребляемая мощность0,19Трудоемкость монтажа-демонтажа принтера0,16Трудоемкость обслуживания (количество операторов)0,31Цена0,34  При этом в первую категорию вошли только портальные принтеры, для которых по данным сайтов удалось оценить всю совокупность их параметров (табл. 3 и 4), так как имеются данные об опыте печати и характеристиках реальных строительных объектов. Для второй категории (табл. 5) получилось рассчитать групповой индекс конкурентоспособности только по конструктивным характеристикам ввиду отсутствия необходимой информации.  Таблица 3Характеристики строительных 3D-принтеров портального типа, используемыхдля малоэтажного строительстваНаименование характеристикЗначение характеристик по видам принтеров«AMT» S-300(AMT-СПЕЦАВИА, Россия)[5]BOD2 2-2-2(COBOD BOD2, Дания)[6]Vulcan(ICON Vulc[7]an, США)StroyBot concrete print[8]er(Total Kustom, США)Конструктивные характеристикиПлощадь печати, м2132116200200Высота области печати, м4,05,63,26,0Точность позиционирования, мм ± 2± 2± 1,5± 2Скорость печати, м/с 0,21,00,50,6Площадь сечения печатного слоя, см23449Соотношение области печатии габаритных размеров принтера 0,420,500,530,65Характеристики технологичности печати  Возможность работы с различными строительными смесями (конструкционными, теплоизоляционными, отделочными) без переналадки0100Возможность обеспеченияроботизированной финишнойотделки1100Возможность работы снизкотекучими смесями0110Характеристики напечатанных строительных объектовКачество печатного слоя (бездефектность)0110Качество поверхности объекта0,510,70,5Максимальная площадь объектов, м2120100180118Максимальная высота объектов 45,13,05,8Экономические параметры принтераПотребляемая мощность, кВт123,67,21,6Трудоемкость монтажа-демонтажа принтера, ч4466Трудоемкость обслуживания (количество операторов)3223Цена, тыс. $8,5500370400 Сопоставление значений групповых индексов и интегральных показателей конкурентоспособности портальных 3D-принтеров для малоэтажного строительства (см. табл. 4) позволяет утверждать, что лидером по уровню конкурентоспособности является принтер BOD2 2-2-2 датской компании «COBOD BOD2». Это обеспечивается наиболее высокими по отношению к конкурентам параметрами технологичности печати и качества строительных объектов. Отметим, что принтеры американских производителей, уступая принтеру BOD2 2-2-2 по данным показателям, обладают, тем не менее, высокими индексами конкурентоспособности по конструктивным характеристикам. Аутсайдером, к сожалению, является принтер «AMT S-300» российской компании «AMT-СПЕЦАВИА», который имеет существенно худшие значения всех параметров относительно зарубежных аналогов. Именно поэтому интегральный показатель его конкурентоспособности в 2 – 3,5 раза ниже, чем у зарубежных принтеров, несмотря на существенно меньшую цену.Применительно к печати изделий и конструкций эталонными конструктивными характеристиками отличается робот–манипулятор FIXED нидерландской компании «CyBe Construction». Данный принтер обоснованно можно считать наиболее конкурентоспособным по сравнению с мини-принтерами портальной и дельта-конструкции.  Таблица 4Значения групповых индексов и интегральных показателей конкурентоспособностипортальных 3D-принтеров для малоэтажного строительства Наименование групповых индексов и показателей конкурентоспособности«AMT» S-300(AMT-СПЕЦАВИА, Россия)BOD2 2-2-2(COBOD BOD2, Дания)Vulcan(ICON Vulcan, США)StroyBot concreteprinter(Total Kustom, США)Групповые индексы конкурентоспособности – по конструктивнымхарактеристикам0,600,770,770,90– по характеристикамтехнологичности печати  01,000,330– по характеристикам напечатанных строительных объектов0,370,930,820,42– по экономическим параметрам принтерам0,700,560,470,51Интегральный показательконкурентоспособности1,394,824,092,59 Таблица 5Конструктивные характеристики строительных мини 3D-принтеровдля печати строительных изделий и конструкций в производственных условияхНаименованиехарактеристики показателейЗначение характеристик по типам и видам принтеровпортальный «AMT» S -6044(AMT-СПЕЦАВИА, Россия)портальныйMini Printer Pro(Constructions-3D, Франция)манипуляторFIXED(CyBeConstruction, Нидерланды)Delta WASP 3MTCONCRETE(WASP 3 МТ, Италия)принтер-эталонПлощадь печати5,31,47,51,07,5Высота области печати, м0,81,24,01,04,0Точность позиционирования, мм ± 2± 1,5± 1,5± 1,5± 1,5Скорость печати, м/с 0,27,525,020,025,0Площадь сеченияпечатного слоя, см23,002,2525,009,0025,00Групповой индекс конкурентоспособности по конструктивным характеристикам 0,390,381,000,401,00 Проведенные исследования показали, что для малоэтажного строительства наиболее применимым является 3D-принтер портального типа. При этом высоким уровнем конкурентоспособности на строительном рынке обладают принтеры BOD2 2-2-2 датской компании «COBOD BOD2». Отечественные принтеры отстают от зарубежных в наибольшей мере по технологичности печати и качеству напечатанных строительных объектов. С учетом этого обстоятельства, несмотря на самую низкую цену, их нельзя отнести к конкурентоспособным.Применительно к печати изделий и конструкций в производственных условиях, наиболее конкурентоспособным следует признать робот-манипулятор. Этот тип принтера обладает эталонными конструктивными характеристиками, а высокая скорость печати позволяет обеспечивать достаточно большие объемы производства такой продукции, как малые архитектурные формы, отдельные конструктивные и декоративные элементы зданий. Поэтому именно в данном применении, когда ограниченная площадь печати не имеет принципиального значения, роботы-манипуляторы имеют существенные преимущества по сравнению с портальными и дельта-принтерами. Выводы. Рассмотренный подход к оценке конкурентоспособности строительных 3D-принтеров представляет практический интерес, прежде всего, для производителей этих технологических комплексов. Полученное в результате реализации предложенной методики новое знание о значимости конструктивных решений 3D-принтеров создает стратегические ориентиры для отечественных производителей подобных агрегатов. Так, в качестве основных направлений технического совершенствования принтеров для малоэтажного строительства следует обозначить повышение скорости печати, оптимизацию соотношения области печати и габаритных размеров принтера, обеспечение возможности работы с низкотекучими смесями и с различными строительными смесями без переналадки, снижение дефектности печатного слоя и энергопотребления. Повышение конкурентоспособности отечественных 3D-принтеров без улучшения их технико-технологических параметров, а только лишь за счет снижения цены в условиях конкурентного строительного рынка следует считать нецелесообразным. Именно недостаточная проработанность конструктивных решений принтеров является, по мнению авторов, одним из существенных факторов сдерживания широкого внедрения в практику строительства технологии 3D-печати.