принципы организации разработки технологий, производства и

Report
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАЗРАБОТКИ
ТЕХНОЛОГИЙ, ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ
КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ В
РАЗЛИЧНЫХ СЕКТОРАХ ЭКОНОМИКИ РОССИИ
«КОМПОЗИТНАЯ ОТРАСЛЬ»
(НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
(ИНЖИНИРИНГ)
Генеральный директор ФГУП «ЦАГИ»,
доктор технических наук, член-корреспондент РАН
Б.С. Алёшин
Начальник НИК «Национальный композитный центр»,
доктор технических наук, профессор
А.Е. Ушаков
• Введение
• Примеры инжиниринговых центров
• Потребители инжиниринговых услуг
• Рынки
• Регуляторы
2
Принцип «подсветки» доступных сегментов рынка
(принципы организации «композитной отрасли» с целью реализации объективных
Организационнотехническая
политика
РЫНОК
Производство
НТЦ
Объективные конкурентные
преимущества
Управляющая
компания
Научнотехническое
управление
Объективные конкурентные
преимущества
Объёмы финансовых потоков
конкурентных преимуществ композиционных материалов и технологий)
3
Концепция создания промышленного производства
конструкций на основе композиционных материалов
Основа
модернизации
промышленности инновационная
экономика :
ЦЕЛЬ:
Региональные
серийные
производства
Научнотехническое
управление
Принцип «подсветки» доступных сегментов рынка
Центр коллективного
пользования
1 млрд.$ через 6 лет
млн.$
1000
100
2011
2017
СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ:
МАССОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО
КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ РЫНКОВ:
• Инфраструктура автомобильных
и железных дорог
• Мостостроение
• Спортивные объекты
• Энергетика
• Универсальные комплексы для
всесезонного использования
Принцип «подсветки» доступных сегментов рынка
Годовой оборот
промышленного производства
конструкций из наноструктурированных
композиционных материалов
Объём продукции из
наностр.
композиционных
материалов: 2..3% ВВП
Организационнотехническая
политика:
• Законодательная
база
• Нормативнотехническое
регулирование
• Инновационные
инструменты
• Научно-технический
задел
4
Инструменты и потребители инжиниринговых услуг
№ ИНСТРУМЕНТЫ НАУЧНОТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ПОТРЕБИТЕЛИ
1 НКЦ ФГУП «ЦАГИ» (наука
Госкорпорации (…)
отраслевая и госкорпораций),
Институты и лаборатории РАН,
Межотраслевые, малые
НТИЦ (малый и средний бизнес,
Крупный бизнес (…)
Малый и средний
бизнес
крупные предприятия) ,
РЫНКИ
Государственные:
Федеральный
рынок
Отрасли (…)
3 Центры коллективного
Региональный
рынок
пользования,
Например типа, National Composite
Center, г.Дэйтон, США, …
4 Исследовательские центры
при университетах,
например, UDRI при University of
Dayton, центр «Перспективные
конструкции, технологии и
материалы при Сколковском
институте науки и технологий, …
• законодательные
• научно-техническое
управление
 межотраслевые
 отраслевые
2 Отраслевые,
например, ОАО «НИАТ», ФГУП "ЦНИИ
им.акад.А.Н.Крылова", ФГУП ЦНИИ КМ
«Прометей», …
РЕГУЛЯТОРЫ
Вертикально
интегрированные
компании по
производственному
принципу (Kemrock,
…)
Рынок
общественных
услуг
Общественное
управление
(Cоюзы в т.ч.
производителей
композитов, ACMA,
EuCIA, SAMPE, CMH17, …)
5 Центры компетенции,
например, AMTAS при University of
Washington, CCM при University of
Delaware, NIAR при Wichita State
University, …
5
• Введение
• Примеры инжиниринговых центров
 НКЦ ФГУП «ЦАГИ»
 National Composite Center of Dayton
 Исследовательский центр «Передовые конструкции,
технологии и материалы» при «Сколтехе»
 Исследовательские центры при университетах
 Центры компетенции
• Потребители инжиниринговых услуг
• Рынки
• Регуляторы
6
Направления деятельности Национального
композитного центра ФГУП «ЦАГИ»
Год основания: 2010
Парадигма: Безопасность через эффективность
• Реализация межотраслевых научноисследовательских программ в области
композиционных материалов
(Минпромторг, РЖД, ФСК, Автодор)
• Разработка нормативно-технической базы
в обеспечение сертификации
разрабатываемых ВС с композитными
элементами планера (МС-21, SSJ-100 NG)
• Разработка перспективных расчётноэкспериментальных методов и
математических моделей для повышения
безопасности и весовой эффективности ВС
с композитными элементами планера
7
НКЦ «ЦАГИ»: Стратегия повышения весовой
эффективности конструкций
БУДУЩЕЕ
Про-композитный подход, основанный
не на поиске дефектов, а на
мультидисциплинарном анализе
процессов повреждаемости и прогнозе
«состояния материала» в конструкции
ЗАВТРА
Поиск дефектов с использованием
более продвинутых про-композитных
методов неразрушающего контроля
СЕГОДНЯ
Поиск дефектов в композитных
элементах конструкции ВС
*Использованы материалы из доклада Boeing «NDE Challenges for composite aircraft» A4A NDT Forum 25.09.2012
НКЦ «ЦАГИ»: Внедрение инновационных конструктивнотехнологических решений
Автоматизированные безавтоклавные
технологии производства , включая
автоматизированную выкладку сухого волокна
и вакуумную инфузию
Автоматизированная
выкладка сухого волокна
Снижение уровня напряжений за счёт
ориентирования волокон и переменными
углами по криволинейным траекториям
Кессон крыла,
изготовленный
методом вакуумной
инфузии
Математическое моделирование повреждаемости
конструкций на этапе производства с учётом
вероятностного характера процессов образования
технологических дефектов
НКЦ «ЦАГИ»: Мультидисциплинарный анализ конструкций
в обеспечение эффективности при заданном уровне
безопасности
Традиционный подход к
проектированию авиаконструкций
из ПКМ (чёрный алюмимний)
Мультидисциплинарный подход к проектированию
авиационных конструкций из ПКМ
10
НКЦ «ЦАГИ»: Прогнозирование «наиболее вероятного
состояния КМ» на всех этапах жизненного цикла ВС из ПКМ
Техническое
обслуживание и
ремонт
Building Block в
инновационной
постановке
«Real-time» БД по
расчётным
характеристикам
Эксплуатационные
факторы
Экспертная система прогноза
безопасности ProDeCompoS
Производственные
дефекты
11
НКЦ «ЦАГИ»: Реализация инновационного подхода к
сертификации самолёта с композитным крылом
Экспертная система обеспечения
безопасности и эффективности
Методология обеспечения безопасности и
надёжности с использованием вероятностного
подхода
12
National Composite Center
Dayton, США
Год основания: 1996
Центр коллективного пользования, в который привлекаются
одновременно и технологии, и действующие компании, что
ускоряет передачу технологий на рынок
13
National Composite Center
лаборатории и персонал
Общая площадь
20 000 кв.м.
Инжиниринг и производство
12 000 кв.м.
Лаборатории и мастерские
5000 кв.м.
Офисы и аудитории
3000 кв.м.
Персонал
38 человек
Производственные
площади
Лаборатории
Дистанционное
обучение
14
Принцип инновационной деятельности NCC




Ashland
PPG
Owens Corning
Celenease
Крупные
предприятия






Wright-Patterson AFB
Дэйтонский университет
Wright State University
Sinclair Community College
Университет Толедо
Университет Алабамы
Университеты Правительство
 Министерство
обороны США
 Министерство
энергетики США
 Штат Огайо
РЕЗУЛЬТАТ
• Коммерциализация технологий
• Инновационная продукция
• Малый бизнес
15
Малые компании, созданные в результате
коммерциализации технологий в NCC
• Composite Advantage. Производство крупногабаритных
изделий сложной формы методом инфузии или RTM.
• Liteflex LLC. Производство композитных лент, которые
применяются в автомобилестроении.
• Webcore. Изготовление панелей для инфузии и RTM из
пенопласта, оплетенных стекло ровингом и тканью для
военного и гражданского применения
• Phoenix Nanosystems. Изготовление углеродных нанотрубок и
создание пленок из смолы с добавками нанотрубок
• NСС Производство непрерывных наномембран.
Изучение вопросов техники безопасности работы с
наноматериалами.
Изучение влияния нанодобавок на различные свойства
композитов: электропроводность, магнитопроводность,
теплопроводность и т.д.
Создание многофункциональных материалов, которые меняют
свои свойства в зависимости от внешних воздействий
16
Центры компетенций: National Institute for Aviation
Research (NIAR) при Wichita State University
Центр компетенции NASA и FAA в области
сертификации композитных авиационных
конструкций
Основные заказчики:
 Boeing
 Cessna
 Spirit
 Hawker Beechcraft
 Bombardier
 Исследование перспективных материалов в т.ч.
композиционных
 Исследование передовых технологий
соединения компонентов
 Математическое моделирование
 Натурные испытания конструкций
(статические, динамические, усталостные,
природные)
 Создание перспективных высокоэффективных
покрытий
17
Центры компетенций: Advanced Materials in Transport Aircraft
Structures (AMTAS) при University of Washington
Центр компетенции FAA в области обеспечения
безопасности и сертификации авиаконструкций из
композиционных материалов применительно к
коммерческим самолетам транспортной категории
Основные заказчики:
 Boeing
 Bell
 Cytec
 Hexcel
 Стандартизация материалов
 Исследование клеевых соединений
 Обоснование соответствия нормам
безопасности
 Эксплуатационная живучесть и ресурс
 Обслуживание перспективных конструкций
18
Центры компетенций: Center for Composite Materials (CCM)
при University of Delaware
Центр компетенции в области исследования и
управления безавтоклавными технологическими
процессами производства конструкций для авиаи судостроения
Основные заказчики:
 Dassault Aviation
 Embraer
 Honeywell
 Northrop Grumman
 Lockheed Martin
 EADS North America
 Разработка микро-датчиков для контроля
состояния ПКМ в процессе изготовления
 Разработка систем управления и контроля
технологических процессов
 Создание многофункциональных
высокоэффективных материалов
 Разработка подхода «МатериалТехнология-Свойства» для создания
композитных конструкций с заданным
уровнем характеристик
19
• Введение
• Примеры инжиниринговых центров
• Потребители инжиниринговых услуг
• Рынки
• Регуляторы
20
Инновации передового уровня как способ
реализации наиболее амбициозных проектов
российских отраслей промышленности
Условия:
• Экономический рост
• Удалённость друг от друга
индустриальных центров
• Удалённость природных ресурсов и
месторождений от индустриальных
центров
• Экстремальные климатические
условия
• Низкая плотность населения
Требования к конструкциям:
• «Безлюдная» эксплуатация объектов
инфраструктуры
• Энергоэффективность
• Мобильность и
многофункциональность
• Низкие затраты на транспортировку
• Экологическая чистота
Инновации передового уровня и
технологии, не применявшиеся ранее
21
Потребители услуг инжиниринговых центров,
заинтересованные в быстром внедрении своих инноваций
в промышленность
Зарубежные компании
инновации
инновации
Российские компании
Инжиниринговый
Центр
Быстрый и
эффективный
путь внедрения
инноваций на
российском и
мировом рынке
Растущие
мировые рынки
Мировые вызовы (экология,
энергоэффективность, …)
Российские отраслевые
программы развития
22
Пример взаимодействия крупного и малого бизнеса в
условиях несбалансированной (милитаризованной)
экономики США
Крупный бизнес
Освоение крупных, в том числе государственных
инвестиций для создания стратегической продукции
Заказы
Малый и средний бизнес
Конверсия, коммерциализация и
диверсификация инновационной
деятельности
Разработки
Сильные и слабые стороны малого бизнеса
СИЛЬНЫЕ
СЛАБЫЕ
Гибкость в
управлении и
принятии решений
Неразвитая
материальная база и
инфраструктура
Инновационный
потенциал
Отсутствие капитала
для инвестирования
Высокий уровень
мотивации
Высокие риски
реализации проектов
• Введение
• Примеры инжиниринговых центров
• Потребители инжиниринговых услуг
• Рынки
• Регуляторы
25
Традиционные материалы: воздействие на окружающую среду,
вызванное загрязнением во время строительства и обслуживания
Бетонная пыль
Защитные
химические
составы
Коррозионное разрушение
Антиобледенители
26
Традиционные материалы: бурный рост жилищного и
дорожного строительства в развивающихся странах
По прогнозам в следующие несколько лет бурный рост жилищного и
дорожного строительства в развивающихся странах приведет к
неконтролируемому массовому загрязнению окружающей среды
27
Традиционные материалы: воздействие на экономику
Коррозионное разрушение моста Silver
Bridge, США, 1967. Мост обрушился
меньше чем за минуту, убив 46 водителей
и пассажиров
28
В 2002 году Федеральное управление
автодорог США опубликовало работу
“Затраты на борьбу с коррозией и
стратегия соответствующих
превентивных мероприятий в США”.
Данная работа показала, что общие
ежегодные оценочные затраты на
борьбу с коррозией в промышленности
США составляли приблизительно 276
миллиардов долларов (3.2% от
валового внутреннего продукта США)
Традиционные материалы: влияние на окружающую среду
В отличие от продукции,
«традиционно» изготавливаемой из
композиционных материалов
(самолёты, суда, спорттовары),
влияние на экологию объектов
инфраструктуры (дома,
искусственные сооружения, мосты)
является критической проблемой
для мировой экономики
29
Критерии массового внедрения
композитов в инфраструктуру
Композитные конструкции для инфраструктуры,
изготавливаемые и обслуживаемые в больших объемах,
должны отвечать следующим критериям для обеспечения
истинной экологической безопасности:
 пассивное химическое поведение
 возможность повторного использования и
пригодность к переработке
 высокие специальные характеристики
 мобильность и транспортабельность
 гибкость в свойствах
 высокая энергоемкость
Инновации передового уровня и
технологии, не применявшиеся ранее
30
Рынок композитов: от “перспективных” до “традиционных”
конструкционных материалов
За последние 50 лет в нескольких сферах композиты перешли из
категории“перспективных” и “премиум” в категорию общепринятых материалов,
сопоставимых с металлом и бетоном
Первичные и вторичные
конструкции самолетов и
космических кораблей
Лопасти ветряных
турбин и гондолы
Спортивные товары: детали для
гоночных автомобилей и
мотоциклов, шлемы, хоккейные
клюшки, удочки
Корпуса и настилы для
лодок и парусных яхт
31
«Стратегические драйверы» развития
российский отраслей промышленности
Отраслевые программы технического и
технологического развития
• Железнодорожный транспорт – ”Высокоскоростные поезда”
• Автомобильные дороги – Строительство новых
автомагистралей с гарантированным сроком службы,
соединяющих удалённые регионы
• Авиация – Создание российского перспективного
гражданского самолета МС-21
• Космос – Технологическая платформа “Лёгкие конструкции”
• Нефтегазовый комплекс – Разработка арктических
месторождений
• Энергетика (гидро-, ветро- , атомная) –
«Энергоэффективность»
• Спорт – Подготовка к ЧМ 2018 по футболу, включая
строительство стадионов в северных районах РФ
32
• Введение
• Примеры инжиниринговых центров
• Потребители инжиниринговых услуг
• Рынки
• Регуляторы
государственные регуляторы
общественные регуляторы
33
Государственные регуляторы и экономические
инструменты инновационного развития
• Особые экономические зоны
технико-внедренческого типа
• Бизнес-инкубаторы
• Центры трансферта технологий
• Венчурные фонды
• Инвестиционные фонды
• Центры коллективного пользования
• Малый и средний бизнес
34
Примеры государственного регулирования в
инновационном секторе экономики
 Правительством Москвы установлена 5% квота
закупок инновационной продукции и сформирован
ее перечень. В денежном выражении доля
инновационной продукции в государственном
заказе города Москвы за декабрь-август 2012г.
составила почти 55 млрд. руб.
 В Татарстане для проектов, финансируемых из
республиканского бюджета, законодательно
введено требование применять не менее 10%
нанотехнологической продукции
35
Общественное управление: ключевая роль сообществ SAE и
CMH-17 в сертификации гражданских самолётов в США
Создание методов
обоснования в
сотрудничество с научноисследовательскими
центрами компетенций
Обучение персонала
методам ремонта и
контроля конструкций
КМ (SRM)
Методы обоснования и установления
соответствия требованиям
сертификационного базиса
Валидация методов в FAA и
EASA и в виде отраслевых
технических документов:
рекомендаций, инструкций
и руководств
Апробация
методов и
технических
решений на
форумах CMH-17
36
Примеры общественных организаций и сообществ,
регулирующих деятельность «композитной отрасли»
Европейская Ассоциация Композитной
Индустрии (Бельгия, Евросоюз)
Американская Ассоциация
Производителей Композитов (США)
Общество по Продвижению Разработок в
Области Материалов и Технологий (США)
Союз Производителей Композитов (Россия),
бывший «Союз Производителей Стекловолокна»
37

similar documents