eng
Выпуск #1/2016
В.Кукушкин, А.Кузнецов
АО «СТАНКОПРОМ» — системный интегратор в развитии аддитивных технологий
АО «СТАНКОПРОМ» — системный интегратор в развитии аддитивных технологий
Просмотры: 2885
В статье показана история развития аддитивных технологий в России и мире, представлен практический опыт АО «Станкопром» по внедрению аддитивных технологий на производстве.
Теги: 3dscanning 3dсканирование additive technologies cad‑files cadфайлы engineering jsc stankoprom machine tool equipment system integrator аддитивные технологии ао «станкопром» машиностроение системный интегратор станкоинструментальное оборудование
В конце XX — начале XXI в. зародилось аддитивное (иногда называют быстрое или цифровое) производство — совокупность технологических процессов, основанных на изготовлении деталей путем послойного «выращивания» из различных материалов: порошковых пластиков, порошковых металлов, жидкостей, композитов и др. Быстрое производство позволяет выпускать единичные сложные изделия гораздо дешевле, чем при традиционном производстве, при этом экономически оправданным становится производство малых и даже средних серий.
Технология Быстрого производства подразумевает изготовление физических образцов на основе данных CAD-файлов или других параметров (например, данных 3D-сканирования) с использованием оборудования 3D-послойного синтеза без применения технологической оснастки и практически не нуждающихся в последующей доработке.
Самые передовые идеи оставались и остаются на бумаге из-за отсутствия технологий, позволяющих их реализовать. На современном этапе развития машиностроения передовыми являются технологии быстрого прототипирования (аддитивные технологии), с помощью которых можно в кратчайшие сроки получить прототип или экспериментальный, опытный образец самого сложного изделия.
В мире аддитивное производство уже перестало быть «зарождающейся технологией», а стало ведущей промышленной инновацией. Применение аддитивных технологий позволяет осуществить переход на стадию нового индустриального развития, к цифровому производству — «обогнать» традиционное производство по основным параметрам: в разы сократить длительность цикла от идеи, чертежа до изделия, сократить трудоемкость, материалоемкость и энергоемкость, обеспечить экологически чистое производство. При использовании аддитивных технологий все стадии реализации проекта от идеи до материализации (в любом виде — в промежуточном или в виде готовой продукции) находятся в единой технологической цепи, где каждая технологическая операция также выполняется в цифровой CAD\CAM\CAE-системе.
Происходит реальный переход к «безбумажным» технологиям, когда для изготовления детали традиционной бумажной чертежной документации в принципе не требуется.
Аддитивные технологии произвели настоящую революцию именно в высокотехнологичных отраслях — авиационной и аэрокосмической области, атомной индустрии, медицине и приборостроении, в отраслях, где характерным является малосерийное, иногда штучное (в месяц, год) производство. Именно здесь уход от традиционных технологий, применение новых методов послойного синтеза изделий радикально сократило время на создание новой продукции. Последние достижения в области порошковой металлургии позволили существенно расширить возможности аддитивных технологий по непосредственному «выращиванию» сложных деталей из металлов и получению новых конструкционных материалов с уникальными свойствами.
Россия продолжает отставать в технологическом плане, и отставание носит длительный системный характер. Наиболее динамично парк машин увеличивается в Японии, Китае, Германии, Франции, Великобритании и Италии. Оборудование аддитивного производства эксплуатируется в 67 странах мира. Причем 74% парка оборудования сосредоточено в шести странах: США (40%), Германии, Великобритании, Франции, Японии, Италии.
«Изучив опыт конкурентов, в том числе негативный, не повторяя их ошибок, вполне возможно выйти в лидеры там, где Россия до последнего времени не обладала заметными достижениями. Одной из таких сфер деятельности является цифровое производство, и, в частности, аддитивные технологии», — считает заместитель Председателя Правительства РФ Дмитрий Рогозин, озвучив свое мнение в статье, которую еще в марте 2014 г. опубликовала «Российская газета».
Еще раз перечислим основные тенденции развития традиционного производства, которые направлены на:
расширение номенклатуры изготавливаемых изделий;
существенное сокращение сроков поставки;
возможность к экономически обоснованному переходу от массового к мелкосерийному и индивидуальному производству;
снятие технологических ограничений на сложность деталей и узлов (изготовление деталей, недоступных для существующих технологий);
возможность удовлетворения индивидуальных потребностей единичного заказчика (кастомизация);
экономия площадей;
экономия труда;
сокращение производственного цикла;
снижение требований к квалификации рабочих;
снижение себестоимости при малых партиях;
экономия электроэнергии.
Все эти задачи поможет решить развитие технологий аддитивного производства, преимущество которого выражается в следующем:
переход от массового производства к массовой кастомизации (возможность удовлетворения как можно большего числа индивидуальных заказчиков);
сокращение производственных издержек, отсутствие длинных технологических переделов, не требуется содержание большого парка технологического оборудования;
возможность создания изделий со сложной или даже невозможной в обычном производстве конфигурацией;
отсутствует необходимость использования технологической оснастки;
резкое повышение гибкости производства, нет необходимости переналадки оборудования под новое изделие, достаточно просто загрузить новую 3D-модель;
полная автоматизация процесса, весь производственный процесс проходит в автоматическом режиме без дополнительных технологических операций со стороны оператора;
возможность децентрализации производства и организации дистанционного управления — для запуска производства нет необходимости личного присутствия оператора, можно удаленно отправить 3D-модель по сети Интернет, а затем лишь забирать готовые партии изделий;
значительное уменьшение объема отходов.
Рассмотрим, как развиваются «Аддитивные технологии» в России и в мире в целом. Сегодня технологические процессы, основанные на получении изделий методом послойного наращивания материала и получившие название «Аддитивные технологии», в силу своих явных преимуществ перед традиционными методами производства сложных изделий получают в мире все более широкое распространение.
В последние 15–20 лет за рубежом данной отрасли уделяется большое внимание: создаются центры развития аддитивных технологий, проводится постоянная работа по совершенствованию физико-химических параметров и повышению эксплуатационных характеристик производимой продукции. Уже сегодня изделия, изготовленные методами послойного синтеза, активно используются в оборонной, авиационной, ракетно-космической, автомобильной, электротехнической промышленности, медицине и других отраслях. По данным NASA на сегодняшний день уже порядка 14% сложных изделий ракетной техники изготавливаются с применением аддитивных технологий. Таким образом, очевидно появление нового вида производства, обладающего неоспоримыми преимуществами по сравнению с традиционным, и от степени его освоения зависит не только технологическая независимость государства, но и его безопасность.
В России развитие аддитивных технологий осуществляется по следующим основным направлениям:
организация собственных инженерно-производственных центров и отделов в структуре крупных промышленных предприятий;
создание инженерных центров, кафедр и лабораторий на базе научно-исследовательских институтов и технических университетов;
организация частных коммерческих фирм, оказывающих услуги по изготовлению изделий на заказ.
Однако организации, работающие в данной отрасли, действуют сами по себе, не придерживаясь единой стратегии и решающие при этом узкоспециализированные задачи, не охватывая всего спектра проблем, среди которых можно выделить:
отсутствие позитивного опыта внедрения в промышленности;
отечественные разработки технологий и оборудования находятся на начальном уровне, требуется проведение ряда дополнительных НИОКР;
отсутствие опыта проектирования изделий, изготавливаемых аддитивными методами, с обеспечением их функциональных свойств;
нехватка квалифицированного персонала;
отсутствие разработанных и готовых к промышленному применению мелкодисперсных порошков (20–50 мкм) c однородным распределением по размерам и необходимой сферичностью, являющихся исходным материалом для установок послойного синтеза;
отсутствие стандартов на используемые материалы, технологии изготовления и методов контроля производимой продукции;
отсутствие системы сертификации аддитивных технологических процессов и получаемой в результате продукции.
Успешное освоение, а также дальнейшее развитие аддитивных технологий, использование в полной мере их потенциала и преимуществ может быть осуществлено только за счет объединения компетенций промышленных, научно-исследовательских и коммерческих организаций. При этом необходимы проведение единой научно-технической и производственной политики, переход на принципы системного подхода, организация стратегического управления процессами создания, развития, внедрения и применения данных технологий.
В связи с данными обстоятельствами для объединения усилий по реализации мероприятий, направленных на продвижение аддитивных технологий в отечественных отраслях промышленности, и по поручению Министерства промышленности и торговли Российской Федерации координатором по данному направлению выступает АО «Станкопром» с привлечением всех отечественных организаций, обладающих компетенциями в области аддитивных технологий.
Еще в начале 2015 г. АО «Станкопром» подготовило и направило на утверждение в Минпромторг России дорожную карту (план мероприятий), нацеленную на развитие отрасли аддитивных технологий в качестве приоритетного направления развития науки, технологий и техники Российской Федерации.
По поручению Минпромторга России АО «Станкопром» ведет работу с Центром технологической компетенции аддитивных технологий (ОАО «ЦТКАТ», г. Воронеж) в рамках своей компетенции с ведущими специалистами предприятий и научно-исследовательских институтов авиационной, космической и других отраслей, работающих в области аддитивных технологий по их развитию, а также в части привлечения заказов на конечные изделия от предприятий ГК «Ростех».
15 октября 2015 г. при участии АО «Станкопром» на базе ООО «Воронежсельмаш» (г. Воронеж) в АО «Центр аддитивных технологий» прошел целевой производственно-технологический семинар для главных конструкторов и представителей ГК «Ростех».
Технология Быстрого производства подразумевает изготовление физических образцов на основе данных CAD-файлов или других параметров (например, данных 3D-сканирования) с использованием оборудования 3D-послойного синтеза без применения технологической оснастки и практически не нуждающихся в последующей доработке.
Самые передовые идеи оставались и остаются на бумаге из-за отсутствия технологий, позволяющих их реализовать. На современном этапе развития машиностроения передовыми являются технологии быстрого прототипирования (аддитивные технологии), с помощью которых можно в кратчайшие сроки получить прототип или экспериментальный, опытный образец самого сложного изделия.
В мире аддитивное производство уже перестало быть «зарождающейся технологией», а стало ведущей промышленной инновацией. Применение аддитивных технологий позволяет осуществить переход на стадию нового индустриального развития, к цифровому производству — «обогнать» традиционное производство по основным параметрам: в разы сократить длительность цикла от идеи, чертежа до изделия, сократить трудоемкость, материалоемкость и энергоемкость, обеспечить экологически чистое производство. При использовании аддитивных технологий все стадии реализации проекта от идеи до материализации (в любом виде — в промежуточном или в виде готовой продукции) находятся в единой технологической цепи, где каждая технологическая операция также выполняется в цифровой CAD\CAM\CAE-системе.
Происходит реальный переход к «безбумажным» технологиям, когда для изготовления детали традиционной бумажной чертежной документации в принципе не требуется.
Аддитивные технологии произвели настоящую революцию именно в высокотехнологичных отраслях — авиационной и аэрокосмической области, атомной индустрии, медицине и приборостроении, в отраслях, где характерным является малосерийное, иногда штучное (в месяц, год) производство. Именно здесь уход от традиционных технологий, применение новых методов послойного синтеза изделий радикально сократило время на создание новой продукции. Последние достижения в области порошковой металлургии позволили существенно расширить возможности аддитивных технологий по непосредственному «выращиванию» сложных деталей из металлов и получению новых конструкционных материалов с уникальными свойствами.
Россия продолжает отставать в технологическом плане, и отставание носит длительный системный характер. Наиболее динамично парк машин увеличивается в Японии, Китае, Германии, Франции, Великобритании и Италии. Оборудование аддитивного производства эксплуатируется в 67 странах мира. Причем 74% парка оборудования сосредоточено в шести странах: США (40%), Германии, Великобритании, Франции, Японии, Италии.
«Изучив опыт конкурентов, в том числе негативный, не повторяя их ошибок, вполне возможно выйти в лидеры там, где Россия до последнего времени не обладала заметными достижениями. Одной из таких сфер деятельности является цифровое производство, и, в частности, аддитивные технологии», — считает заместитель Председателя Правительства РФ Дмитрий Рогозин, озвучив свое мнение в статье, которую еще в марте 2014 г. опубликовала «Российская газета».
Еще раз перечислим основные тенденции развития традиционного производства, которые направлены на:
расширение номенклатуры изготавливаемых изделий;
существенное сокращение сроков поставки;
возможность к экономически обоснованному переходу от массового к мелкосерийному и индивидуальному производству;
снятие технологических ограничений на сложность деталей и узлов (изготовление деталей, недоступных для существующих технологий);
возможность удовлетворения индивидуальных потребностей единичного заказчика (кастомизация);
экономия площадей;
экономия труда;
сокращение производственного цикла;
снижение требований к квалификации рабочих;
снижение себестоимости при малых партиях;
экономия электроэнергии.
Все эти задачи поможет решить развитие технологий аддитивного производства, преимущество которого выражается в следующем:
переход от массового производства к массовой кастомизации (возможность удовлетворения как можно большего числа индивидуальных заказчиков);
сокращение производственных издержек, отсутствие длинных технологических переделов, не требуется содержание большого парка технологического оборудования;
возможность создания изделий со сложной или даже невозможной в обычном производстве конфигурацией;
отсутствует необходимость использования технологической оснастки;
резкое повышение гибкости производства, нет необходимости переналадки оборудования под новое изделие, достаточно просто загрузить новую 3D-модель;
полная автоматизация процесса, весь производственный процесс проходит в автоматическом режиме без дополнительных технологических операций со стороны оператора;
возможность децентрализации производства и организации дистанционного управления — для запуска производства нет необходимости личного присутствия оператора, можно удаленно отправить 3D-модель по сети Интернет, а затем лишь забирать готовые партии изделий;
значительное уменьшение объема отходов.
Рассмотрим, как развиваются «Аддитивные технологии» в России и в мире в целом. Сегодня технологические процессы, основанные на получении изделий методом послойного наращивания материала и получившие название «Аддитивные технологии», в силу своих явных преимуществ перед традиционными методами производства сложных изделий получают в мире все более широкое распространение.
В последние 15–20 лет за рубежом данной отрасли уделяется большое внимание: создаются центры развития аддитивных технологий, проводится постоянная работа по совершенствованию физико-химических параметров и повышению эксплуатационных характеристик производимой продукции. Уже сегодня изделия, изготовленные методами послойного синтеза, активно используются в оборонной, авиационной, ракетно-космической, автомобильной, электротехнической промышленности, медицине и других отраслях. По данным NASA на сегодняшний день уже порядка 14% сложных изделий ракетной техники изготавливаются с применением аддитивных технологий. Таким образом, очевидно появление нового вида производства, обладающего неоспоримыми преимуществами по сравнению с традиционным, и от степени его освоения зависит не только технологическая независимость государства, но и его безопасность.
В России развитие аддитивных технологий осуществляется по следующим основным направлениям:
организация собственных инженерно-производственных центров и отделов в структуре крупных промышленных предприятий;
создание инженерных центров, кафедр и лабораторий на базе научно-исследовательских институтов и технических университетов;
организация частных коммерческих фирм, оказывающих услуги по изготовлению изделий на заказ.
Однако организации, работающие в данной отрасли, действуют сами по себе, не придерживаясь единой стратегии и решающие при этом узкоспециализированные задачи, не охватывая всего спектра проблем, среди которых можно выделить:
отсутствие позитивного опыта внедрения в промышленности;
отечественные разработки технологий и оборудования находятся на начальном уровне, требуется проведение ряда дополнительных НИОКР;
отсутствие опыта проектирования изделий, изготавливаемых аддитивными методами, с обеспечением их функциональных свойств;
нехватка квалифицированного персонала;
отсутствие разработанных и готовых к промышленному применению мелкодисперсных порошков (20–50 мкм) c однородным распределением по размерам и необходимой сферичностью, являющихся исходным материалом для установок послойного синтеза;
отсутствие стандартов на используемые материалы, технологии изготовления и методов контроля производимой продукции;
отсутствие системы сертификации аддитивных технологических процессов и получаемой в результате продукции.
Успешное освоение, а также дальнейшее развитие аддитивных технологий, использование в полной мере их потенциала и преимуществ может быть осуществлено только за счет объединения компетенций промышленных, научно-исследовательских и коммерческих организаций. При этом необходимы проведение единой научно-технической и производственной политики, переход на принципы системного подхода, организация стратегического управления процессами создания, развития, внедрения и применения данных технологий.
В связи с данными обстоятельствами для объединения усилий по реализации мероприятий, направленных на продвижение аддитивных технологий в отечественных отраслях промышленности, и по поручению Министерства промышленности и торговли Российской Федерации координатором по данному направлению выступает АО «Станкопром» с привлечением всех отечественных организаций, обладающих компетенциями в области аддитивных технологий.
Еще в начале 2015 г. АО «Станкопром» подготовило и направило на утверждение в Минпромторг России дорожную карту (план мероприятий), нацеленную на развитие отрасли аддитивных технологий в качестве приоритетного направления развития науки, технологий и техники Российской Федерации.
По поручению Минпромторга России АО «Станкопром» ведет работу с Центром технологической компетенции аддитивных технологий (ОАО «ЦТКАТ», г. Воронеж) в рамках своей компетенции с ведущими специалистами предприятий и научно-исследовательских институтов авиационной, космической и других отраслей, работающих в области аддитивных технологий по их развитию, а также в части привлечения заказов на конечные изделия от предприятий ГК «Ростех».
15 октября 2015 г. при участии АО «Станкопром» на базе ООО «Воронежсельмаш» (г. Воронеж) в АО «Центр аддитивных технологий» прошел целевой производственно-технологический семинар для главных конструкторов и представителей ГК «Ростех».
Отзывы читателей
