CC BY
37
Ключевые направления инновационной деятельности МГТУ «СТАНКИН» — как ведущего научно-образовательного центра страны в области машиностроения
Представлены ключевые направления инновационной деятельности МГТУ «СТАНКИН», в рамках которых сегодня развиваются научные школы, обеспечивая университету лидирующие позиции в области разработки оптоэлектронных методов измерения и контроля геометрических параметров с субмикронной и наноточностью, аддитивных технологий и оборудования для спекания объектов сложной геометрической формы, технологий и оборудования для наноинженерии рабочих поверхностей, специализированных систем числового программного управления и других приоритетных направлений.
С. Н.Григорьев,
д. т. н., профессор, ректор, зав. кафедрой высокоэффективных технологий обработки, Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» [email protected]
В 2015 г. исполняется 85 лет со дня основания Московского государственного технологического университета «СТАНКИН». За восьмидесятипятилетнюю историю университет прошел путь от отраслевого учебного заведения для подготовки инженеров для станкоинструментальной промышленности до передового центра науки и образования России в области машиностроения, главной задачей которого сегодня является подготовка высококвалифицированных инженерных и научно-педагогических кадров, а также проведение опережающих научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в интересах развития машиностроения и оборонно-промышленного комплекса.
Основными принципами реализации приоритетных научных направлений развития университета сегодня являются:
• принцип импортозамещения — целью научных разработок является ориентация на создание гаммы импортозамещающих технологий и оборудования, значимых для обеспечения технологической независимости российского машиностроительного комплекса, относящихся, прежде всего, к технологиям двойного назначения;
• принцип завершенности разработок — проведение фундаментальных и поисковых исследований для создания научных основ и научно-технического задела для последующей разработки принци-
пиально новых решений, направленных на достижение технологического прорыва и повышение конкурентоспособности машиностроительного производства; • принцип интеграции научной и образовательной деятельности — участниками научных проектов являются не только научно-педагогические работники университета, но и большинство обучающихся; результаты научных исследований и экспериментальных разработок оперативно внедряются в учебный процесс, на их основе создаются и внедряются программы опережающей подготовки и переподготовки инженерно-технических кадров. В настоящее время МГТУ «СТАНКИН» выполняет целый ряд системообразующих функций и играет важную роль в российской системе государственного регулирования и поддержки машиностроения и ОПК, а комплекс решений, предложенных университетом на площадках Бюро Союза Машиностроителей России, экспертного совета при Комитете по промышленности по развитию предприятий ОПК Государственной Думы Российской Федерации, Научно-технического совета Военно-промышленной комиссии Российской Федерации, нашли прямое отражение в инициативах Минпромторга и Минобрнауки России.
При подготовке конкурентоспособных инженерных кадров и выполнении инновационных технологических и опытно-конструкторских работ МГТУ
ю
о с^
сч о
00
<
со О
ю о
о?
о ^
оо
< со
«СТАНКИН» всегда ориентировался на реальные кадровые и технологические потребности машиностроительных предприятий и сегодня представляет собой базовую российскую структуру, обеспечивающую научно-техническое развитие отечественного станкостроения и технологическое перевооружение стратегических отраслей машиностроения и ОПК на основе применения конкурентоспособных отечественных импортозамещающих технологий и оборудования.
Авторитетными учеными и специалистами МГТУ «СТАНКИН» в кооперации с ведущими производственными предприятиями машиностроения, отраслевыми и академическими институтами в рамках ФЦП «Развитие отечественного станкостроения и инструментальной промышленности» на 2011-2016 гг. и Постановления Правительства РФ № 218 был успешно реализован целый ряд масштабных проектов по созданию инновационных импортозамещающих технологий и образцов техники для модернизации и технического перевооружения машиностроительных предприятий. Созданные инновационные образцы техники и технологий сегодня успешно освоены на ОАО «САСТА», ЗАО «МСЗ-Салют», ЗАО «Станкозавод Седин», ОАО «Совместное предприятие «Донпрессмаш», ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют», ООО «Владимирский станкостроительный завод «Техника» ОАО «Тяжмехпресс», ОАО «Производственное объединение «Уральский оптико-механический завод» им. Э.С. Яламова и многих других. Кроме того, за последние годы университет успешно реализовал важнейшие научные проекты в рамках реализации мероприятий по государственной поддержке ведущих вузов по Постановлениям Правительства РФ № 218 и 220. Полученные результаты получили не только российское, но и международное признание.
МГТУ «СТАНКИН» не останавливается на достигнутых результатах и в настоящее время реализует проекты, имеющие важнейшее значение для решения задачи импортозамещения и повышения конкурентоспособности отечественного машиностроения. В рамках программы «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» на 2014-2016 гг. университет реализует НИОКР «Разработка модельных рядов наукоемких импортозамещающих комплектующих изделий, их внедрение и апробация в рамках создания модельного ряда обрабатывающих центров модульной конструкции». Еще один важнейший инновационный проект, выполняемый университетом — «Масштабное импортозамещение технологий металлообработки за счет разработки отечественной микроэлектронной и программно-аппаратной системы числового программного управления станком совместно со специализированным управляющим программным обеспечением мирового уровня», выполняемый по заказу Минпромторга России.
Сегодня МГТУ «СТАНКИН» имеет не только высококвалифицированные кадры и многолетний опыт внедрения научных разработок в машиностроительное производство, обеспечивающих превосходство университета, но и обладает уникальной материально-технической базой, не имеющей аналогов в России и за рубежом. Речь идет об уникальном технологическом
Посещение Председателя Правительства Российской Федерации Д. А. Медведева, заместителя Председателя Правительства Российской Федерации Д. О. Рогозина, министра образования и науки Д. В. Ливанова, министра промышленности и торговли Д. В. Мантурова технологического полигона МГТУ «СТАНКИН»
полигоне мирового уровня (площадь полигона порядка 10 тыс. кв. метров, суммарный объем инвестиций в материально-техническое оснащение в 2010-2013 гг. порядка. 2,5 млрд руб.), позволяющем осуществлять прорывные фундаментальные и прикладные исследования в области метрологического и инструментального обеспечения машиностроительного производства, разработки металлорежущего и кузнечно-прессового оборудования, разработки аддитивных технологий, методов создания нано- и композиционных материалов и покрытий машиностроительного назначения и других.
Важно подчеркнуть, что за последние годы на базе МГТУ «СТАНКИН» совместно с ведущими европейскими странами был создан ряд научно-образовательных структур — российско-французская лаборатория инновационных аддитивных технологий, российско-итальянский технологический центр обучения в области машиностроения и металлообработки, российско-германский проектный центр Фраунгофера
Демонстрация образцов изделий, полученных на оборудовании технологического полигона МГТУ «СТАНКИН»
по производственным технологиям и автоматизации и российско-швейцарский центр компетенций в области технологий микрообработки, которые, несмотря на не простую международную обстановку, продолжают успешно функционировать и развиваться.
В настоящее время в университете реализуется целый комплекс инновационных исследований и разработок, ряд которых превосходят мировой уровень. Многие из результатов исследований нашли отражение в данном номере журнала «Инновации», приуроченного к юбилею МГТУ «СТАНКИН».
Хотелось бы отдельно отметить ключевые инновационные научные направления, в рамках которых сегодня развиваются научные школы университета, обеспечивая университету лидирующие позиции. 1. Разработка инновационных оптоэлектронных методов измерения и контроля геометрических параметров с субмикронной и наноточно-стью для создания на их основе прецизионных информационно-измерительных систем для нужд машиностроительного комплекса. Данное научное направление ориентировано на решение масштабной проблемы для машиностроительного комплекса страны — разработку и создание высокоточных быстродействующих импортозамещающих оптоэлектронных методов и средств для пространственных измерений (линейных, угловых и других геометрических величин) с субмикронной и нанометровой точностью в широком диапазоне контролируемых скоростей (до нескольких метров в секунду). Актуальность данного направления обусловлена стремительным развитием техники, усложнением процессов производства различных высокотехнологичных изделий, которые резко повышают требования к средствам их контроля и измерения. Сегодня информационно-измерительная техника является неотъемлемой частью исследовательских работ и промышленного производства и без наличия современной метрологической базы, позволяющей контролировать технологические процессы, оценивать свойства и качество продукции, не может развиваться ни одна отрасль. Для реализации повышенных требований к характеристикам новой техники, устройств и материалов необходимы новые технические решения в области информационно-измерительных систем и метрологии,
Российско-швейцарский центр компетенций в области технологий микрообработки
включающие создание методов и средств контроля линейных размеров и перемещений, имеющих конечной целью достижение нормированной точности, в том числе в нанометровом диапазоне. Именно разработка, создание и эксплуатация измерительных систем на-нометрической точности — сегодня является одной из наиболее проблемных сфер и одновременно наиболее динамично развивающейся областью науки и техники. Необходимость ускоренного развития нанометро-логии — ключевого звена приборно-аналитической и технологической составляющих инфраструктуры, обусловлена, в том числе спецификой нанотехнологий, которые находят все большее применение в высокотехнологичных отраслях промышленности. В конечном итоге наноиндустрия не может полноценно развиваться без соответствующего развития информационно-измерительных систем и нанометрологии. Сегодня в рамках этого приоритетного направления в университете разрабатываются различные виды измерительного, метрологического и испытательного оборудования, ученые МГТУ «СТАНКИН» участвуют в создании эталонов, обеспечивающих передачу размера единиц величин в нанометровый диапазон, которые необходимы для калибровки и проверки средств измерений.
Глубоко понимая мировые тенденции развития высокоточных информационно-измерительных систем и нанометрологии, осуществляя регулярный мониторинг появления на мировом рынке уникальных образцов техники, зная потребности научно-образовательного сообщества и производственных предприятий машиностроения и ОПК в части необходимой им приборной и измерительной базы, а также имея собственный многолетний опыт разработок в этом направлении и серьезный технологический задел, ведущие ученые МГТУ «СТАНКИН» за участие в разработке, промышленном производстве интерференционно-модуляционного микроскопа и создании на его основе измерительно-информационного комплекса были удостоены премии Правительства РФ в области науки и техники 2014 г.
2. Разработка и создание аддитивных методов и оборудования для спекания объектов сложной геометрической формы из многокомпонентных композитных материалов на металлической и керамической основах для получения изделий с принципиально новыми физико-механическими характеристиками.
Данное научное направление связано с развитием аддитивных методов производства объектов сложной геометрической формы из порошковых материалов, значительного увеличения их использования в современной российской промышленности для конструирования и производства объектов из современных материалов с заранее заданными эксплуатационными свойствами, а также значительного снижения энергоемкости и материалоемкости производства.
Аддитивные методы производства (технологии получения деталей путем последовательного «наращивания» материала слой за слоем) сейчас развиваются настолько стремительно, а то, что казалось еще несколько лет назад технологически невозможным, уже сейчас воплощается в конкретных технологиях
ю
о с^
о? о N
оо
< СО
ю о
CN
cJ о сч
оо
J <
со
Российско-итальянский технологический центр обучения в области машиностроения и металлообработки
и используется в промышленности. К сожалению, сегодня Россия имеет не более 1,5% мирового рынка аддитивного производства. Актуальность данного направления обусловлена устойчивым мировым ростом рынка данных технологий, как одного из перспективных методов создания объектов самой сложной формы в качестве прототипов и готовых функциональных изделий из широкого спектра материалов с возможностью варьирования свойств по объему изделия, а также увеличением научной и инновационной активности в этой области. Это позволяет зарубежным экспертам оценивать, что сектор аддитивных технологий станет локомотивом развития мировой промышленности для перехода к новому технологическому укладу. Важно отметить, что именно в МГТУ «СТАНКИН» в 2011 г. была создана первая отечественная специализированная лаборатория аддитивных технологий, оснащенная самым широким спектром уникального высокоточного оборудования для проведения фундаментальных исследований и реализации различных технологических решений в области аддитивного производства. На базе лаборатории с привлечением ведущих ученых мирового уровня за последние годы был создан серьезный научно-технический задел, сопоставимый с мировым уровнем.
3. Разработка и создание гаммы технологий и автоматизированного оборудования для наноинженерии рабочих поверхностей изделий для обеспечения уникального комплекса эксплуатационных свойств.
Указанные исследования решают актуальные проблемы, стоящие перед машиностроительными предприятиями страны и направлены на разработку и создание гаммы импортозамещающих технологий и автоматизированного оборудования для реализации различных методов наноинженерии рабочих поверхностей, существенно повышающих эксплуатационные свойства и качество изделий высокотехнологичных отраслей машиностроения. Актуальность данного направления обусловлена тем обстоятельством, что в последние годы одним из наиболее динамично развивающихся направлений исследований в области нанотехнологий является наноинженерия поверхностей контактирующих и трущихся изделий. Хорошо известно, что в настоящее до 5-7% ВВП в развитых странах тратится на преодоление трения. Помимо
ненужных энергетических затрат, трение приводит к износу механизмов и машин и необходимости их частой замены. Преодоление или значительное снижение трения путем внедрения новых антифрикционных материалов и покрытий широкого применения приводит к существенной экономии энергии в масштабах промышленностей стран; уменьшению расходов ресурсов и трудозатрат на замену изделий и оборудования; уменьшению расхода невозобновляемых ресурсов; снижению затрат на производство и др. Разрабатываемые в рамках данного направления инновационные методы и технологии направлены на модификацию свойств исходной поверхности и поверхностного слоя изделий и формирование покрытий, которые в зависимости от конкретных условий эксплуатации изделий могут обеспечить необходимый комплекс физико-механических и кристаллохимических свойств, обеспечивающий многократное повышение их эксплуатационных свойств.
4. Разработка принципов построения специализированных систем числового программного управления и их реализация для автоматизации широкого спектра технологического оборудования с динамически изменяющейся кинематикой. Указанное направление направлено на преодоление критической технологической зависимости предприятий российского машиностроительного и оборонно-промышленного комплексов от зарубежных производителей и поставщиков компонентов и комплектных систем числового программного управления (ЧПУ) специальным, уникальным и универсальным многокоординатным технологическим оборудованием, применяемым для производства высокотехнологичных изделий. Появление в последние годы и активное внедрение в машиностроительное производство новых технологий, таких как: аддитивные технологии, гибридные технологии обработки, технологии обработки, базирующиеся на новых физических принципах, технологии обработки на станках новых конструкций, на станках с динамически изменяющейся кинематикой и др., сформировали новый взгляд в отношении требований к системам управления. Новейшие мировые тенденции в области управления технологическим оборудованием связаны с «горячим подключением» (plug and play) механических узлов и координат, меняющих, в том числе, и кинематику станков в процессе их работы. Для реализации управления технологическим оборудованием с динамически изменяющейся кинематикой требуются новые подходы к организации взаимодействия компонентов в архитектуре системы управления, нового алгоритмического и программного обеспечения, в том числе и для управления процессом формообразования.
Актуальность этих исследований связана с отсутствием системного подхода к построению систем управления высокотехнологичным оборудованием с динамически изменяющейся кинематикой, которое сдерживает развитие новых технологии, а речь идет о стратегических отраслях, где формируются основы для технологического прорыва в сфере создания новых образцов промышленного оборудования. На основе результатов проведенных исследований учеными
университета была разработана и создана базовая платформа для построения на ее основе импортозамещающих специализированных систем ЧПУ для высокотехнологичных производственных комплексов, где классические системы ЧПУ неприменимы либо задачи управления решаются не полностью.
Необходимо отметить, что именно в МГТУ «СТАНКИН» сегодня успешно функционирует первая российская научная школа в области систем числового программного управления, научные результаты которой были отмечены на высоком государственном уровне — по итогам 2013 г. коллективу молодых ученых университета была присуждена премия Правительства Российской Федерации в области науки и техники. 5. Разработка интегрированной компьютерной информационной системы управления жизненным циклом изделий для построения высокотехнологичных цифровых машиностроительных производств.
Указанное научное направление нацелено на решение масштабной научно-технической проблемы, связанной с разработкой научных принципов построения и реализацией комплекса импортозамещающих программных систем для автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и изготовления изделий — систем управления жизненным циклом для нужд машиностроительного и оборонно-промышленного комплексов страны и обеспечение возможности построения на их основе цифрового производства.
Актуальность выполняемых исследований обусловлена тем, что в настоящее время именно цифровое производство является сверхсовременным, соответствующим шестому технологическому укладу способу проектирования и производства продукции, а системы управления жизненным циклом (РЬМ-системы) сегодня превращается в ключевой элемент всей инфраструктуры управления разработкой, производством и эксплуатацией изделий для нужд машиностроительного и оборонно-промышленного комплексов страны. Важнейшие данные об изделии (геометрия, параметры, результаты испытаний, т. п.) создаются, передаются и хранятся в электронном виде. В РЬМ-системе находится наращиваемое в течение жизненного цикла цифровое описание изделия или его цифровой макет. Возможности указанных информационных систем выступают катализаторами созданий новых высокотехнологичных решений, и наоборот, их функциональная ограниченность накладывает серьезные ограничения на характеристики перспективных разработок. Сегодня системы управления жизненным циклом, без преувеличения являются фактором национальной независимости и залогом конкурентоспособности страны на внешнем рынке.
На сегодняшний день в России имеется ряд отечественных решений, содержащих отдельные компоненты РЬМ-систем. Данные разработки не в полной мере охватывают все этапы жизненного цикла изделий, в то же время зарубежные страны — технологические лидеры несколько десятилетий занимаются разработками в этой важнейшей области и на сегодня обладают собственными достаточно совершенными
РЬМ-системами, работающими на принадлежащих им 3D-ядрах.
В 2013 г. консорциумом российских разработчиков во главе с МГТУ «СТАНКИН» было создано 3D-ядро — уникальная программно-математическая библиотека, на основе которой может быть построена конкурентоспособная линейка прикладных программных систем управления жизненным циклом самой сложной машиностроительной продукции. На основе разработанного отечественного 3D-ядра совместно с ведущими российскими специалистами и приобретенного значительного опыта разработки других прикладных решений, уже сегодня можно создать отечественную РЬМ-систему, полностью конкурентоспособную по отношению к лидирующим зарубежным программным продуктам и даже превосходящую их по ключевым показателям.
Таким образом, имеющийся на сегодняшний день в МГТУ «СТАНКИН» научный задел, сформированный кадровый потенциал, сверхсовременная технологическая база университета и устоявшиеся связи с авторитетные зарубежными партнерами, ведущими академическими институтами и производственными предприятиями страны, позволяют рассчитывать на получение новых конкурентоспособных результатов исследований и разработок, а также на закрепление лидирующего положения университета в области инновационных машиностроительных технологий в российском и мировом научном сообществе.
Список использованных источников
1. Григорьев С. Н. Перспективы развития единого федерального инжинирингового центра в области станкостроения на базе МГТУ «СТАНКИН» и ОАО «Станкопром»//Вестник МГТУ СТАНКИН. 2014. № 1. С. 8-12.
2. Григорьев С. Н., Кутин А. А., Долгов В. А. Принципы построения цифровых производств в машиностроении//Вестник МГТУ СТАНКИН. 2014. №. 4. С. 10-15.
3. Григорьев С. Н., Мартинов Г. М. Методы и инструментальные средства многоуровневой подготовки специалистов в области цифрового машиностроительного производства//Автоматиза-ция в промышленности. 2015. Т. 05. С. 4-8.
4. Григорьев С. Н. Тенденции и проблемы модернизации машиностроительного производства на базе отечественного станко-строения//Вестник МГТУ Станкин. 2010. № 3. С. 7-13.
5. Григорьев С. Н., Кутин А. А., Схиртладзе А. Г. Подготовка технологов для модернизации машиностроительного комплекса России//Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2011. № 5. С. 18-20.
6. Волосова М. А., Надыкто А. Б., Ошурко В. Б. Атомно-молекулярное конструирование: разработка на базе Центра коллективного пользования МГТУ «СТАНКИН» перспективных технологий создания материалов с уникальными свойствами для нужд отечественной промышленности//Вестник МГТУ Станкин. 2014. № 4. С.16-26.
7. Грибков А. А., Григорьев С. Н., Захарченко Д. В. Развитие зарубежного и российского станкостроения//Вестник МГТУ Станкин. 2012. Т. 1. № 1. С. 8-11.
8. Григорьев С. Н., Кутин А. А. Инновационное развитие высокотехнологичных машиностроительных производств на основе интегрированных АС ТПП//Автоматизация. Современные технологии. 2011. № 11. С. 23-29.
9. Григорьев С. Н. Кадровое обеспечение российского машино-строения//Вестник МГТУ Станкин. 2009. № 1. С. 5-8.
10. Григорьев С. Н. Повышение эффективности подготовки инженерно-технических кадров для машиностроения//Вестник МГТУ Станкин. 2012. № 3. С. 7.
Ю
О С^
О? О N
оо
<
СО
