Движущая сила конкурентной борьбы
Коллективом авторов, работающих в высших учебных заведениях и на предприятиях авиационного двигателестроения, была проведена сложная работа по разработке и внедрению интегрированных комплексных технологий для производства наукоемких изделий машиностроения (авиационных двигателей и агрегатов нового поколения), что еще раз укрепило положение Украины в качестве авиационного государства.
Эта работа расширяет понятие технологии до взаимосвязанной совокупности научно-исследовательских, опытно-конструкторских, инжиниринговых и управленческих процессов, являющихся основой продуктивной и творческой деятельности человечества. При этом в твердой конкурентной борьбе побеждают те производства, которые поставляют на рынок изделия, обладающие принципиально новым уровнем функциональных, ресурсосберегающих, экологических, эстетических свойств. Следовательно, наличие таких технологий является объективно определяющей предпосылкой экономического развития страны, способного удовлетворить потребности ее граждан в новых продуктах, новых материалах, новых процессах во всяческих комбинациях их слияния, то есть интеграции.
В процессы создания наукоемких, высокотехнологических изделий включаются множество новейших технологических решений, и технологии, раньше четко разграниченные и, будто бы, отдаленные одна от другой, сближаются и соединяются в один интегрированный технологический процесс. Именно интегрированные технологии стали главной движущей силой конкурентной борьбы в глобальных масштабах, потому что только они обеспечивают уровень изделия, недосягаемый для других существующих технологий. Секрет успеха перемещается от стратегии стоимости, основанной на времени, к стратегиям, базирующимся на новых интегрированных технологиях, так как они позволяют не жертвовать ни качеством, ни стоимостью при завоевании рынка. Именно интегрированные технологии дают возможность своевременно реагировать на быстро меняющие рыночные требования и воплощать эти требования в конкурентоспособные на мировом рынке компоненты, изделия, процессы и системы.
Интегрированные технологии
Разработанные и введенные авторским коллективом интегрированные технологии базируются на органичном соединении результатов научных исследований, последних достижениях в разных областях науки, техники, материаловедения, технологии, информатики и т. д., что позволило создать современное комплексное технологическое обеспечение, которое и определило конкурентоспособность газотурбинных авиационных двигателей и агрегатов как на рынке СНГ, так и за его пределами.
Следует отметить высокую эффективность отдельных составных частей генеративных технологий. В структуре трудоемкости формообразования деталей и сборки газотурбинных двигателей самый большой удельный вес занимает механообработка, а среди групп деталей наибольшая трудоемкость приходится на производство лопаток компрессора и турбины — от 22 до 30 процентов от общей трудоемкости изготовления двигателя. Выполнение такой обработки на обрабатывающих многокоординатных центрах (ГП «Ивченко-Прогресс», ОАО «Мотор Сич», ГП ХМЗ «ФЭД»), обеспечивающих высокоскоростное фрезерование, позволило не только повысить эффективность обработки труднообрабатываемых материалов и решить проблему изготовления корпусных деталей, лопаток компрессора, моно- и центробежных колес путем создания нескольких гибких производственных модулей, но и ускорить технологическую подготовку производства. Внедрение этих гибких производственных модулей дало возможность исключить слесарные операции, а время обработки, например, колес сокращено с 800 до 150 часов, расширилась номенклатура обрабатываемых лопаток, исключена холодная вальцовка и т. д.
К высоким можно отнести технологию лазерной обработки — более гибкую, исключающую подготовительные работы, и, следовательно, более выгодную. Внедрению рецензированной работы предшествовал большой объем научно-исследовательских работ по выявлению зон термического влияния, дефектного слоя, появления микротрещин.
Использование СAD/САМ/САЕ систем позволило создать «сквозные» интегрированные технологии, применение которых существенно сократило сроки и повысило качество технологической документации, программ и наладок для станков с числовым программным управлением при изготовлении деталей двигателей.
В рамках разработки технологического обеспечения осуществлен настоящий прорыв в области высоких интегрированных генеративных технологий, к которым относятся технологии, базирующие изготовление изделий на послойном наращивании объектов до достижения необходимых характеристик на макро-, микро- и наноуровнях. Генеративные технологии представляют собой образец эффективного интегрирования достижений материаловедения, информационных, лазерных, ионно-плазмовых и т. д. наукоемких технологий, а также трехмерного моделирования, теории управления, оптимизации конструкций и технологических процессов, последних современных технологий литья, прецизионной и ультрапрецизионной обработки. Эти технологии на макроуровне реализуют переход от трехмерной компьютерной модели к твердому телу независимо от степени сложности конструкции, форм и размеров, без применения дополнительного оборудования, инструмента, станка.
Впервые в Украине на ОАО «Мотор Сич» создан производственный участок, а при НТУ «ХПИ» — учебно-научно-производственный центр высоких генеративных технологий, оборудованные самыми современными установками лазерной стереолитографии и выборочного лазерного спекания для изготовления моделей деталей или их прототипов для авиационных газотурбинных двигателей и агрегатов. Разработанное программное обеспечение позволило при проектировании деталей сложной формы отработать их изготовление по твердотельным моделями, полученным по технологиям LOM и SLA (стереолитография). Реализация послойного наращивания по принципу «от малого к большому» снизила трудоемкость изготовления заготовок лопаток, корпусных деталей агрегатов, технологического оснащения и т. д. деталей двигателя в 5—24 раза.
Важные результаты многих исследований позволили создать комплекс финишных процессов, в том числе полировально-укрепляющих, и соответствующее технологическое оборудование для обработки особо ответственных деталей роторов, которые в основном и определяют ресурс и надежность двигателя. Для их оценки созданы автоматизированные стенды, оснащенные диагностической аппаратурой, позволяющей считывать до 700 контролируемых параметров на постоянных и переходных режимах работы двигателя.
Перечень подобных примеров из представленной работы можно было бы продолжить, но необходимо подчеркнуть и другие ее преимущества. К ним относятся разработка и внедрение интегрированной комплексной системы технологической подготовки производства авиационных двигателей и агрегатов нового поколения с подсистемами автоматизированного проектирования технологического оборудования, технологической документации, подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, централизованной системой управления технологической документацией подготовки производства составных частей нового изделия.
Неотъемлемой составляющей современных авиационных двигателей являются агрегаты, которые также отличаются высокой трудоемкостью и наукоемкостью, высокой точностью узлов, малыми габаритами и весом. При их производстве широко используются новейшие интегрированные технологии. Агрегаты, которыми оснащается двигатель, уникальны и не имеют аналогов в мире. Интегральные гидроприводы для полного энергообеспечения самолета, кроме ГПМЗ «ФЭД», в мире производит только американская фирма Hamіlton Sundstrand. Без высокого качества и надежности агрегатов «ФЭДа» невозможен выпуск современных конкурентоспособных двигателей Д-27, Д-436, ВК-2500, ВК-1500ВМ, АИ-225-25, АИ-450, АИ-25ТL и др. Самые современные авиационные двигатели и агрегаты, произведенные ОАО «Мотор Сич», «Ивченко-Прогресс», ГП ХМЗ «ФЭД» применяются на всех типах самолетов и вертолетов, выпускающихся в странах СНГ.
Разработка в рамках одного предприятия невозможна
Необходимо отметить еще одно важное преимущество работы. Украина имеет значительный кадровый и технологический потенциал в области создания и производства авиационных двигателей и агрегатов. Но современные авиационные газотурбинные двигатели представляют собой настолько сложное наукоемкое быстро совершенствуемое изделие, для которого необходимы более динамичные разработка и освоение новых конструкций и технологий, что в рамках одного предприятия сделать невозможно. Поэтому для создания технологического обеспечения производства авиационных двигателей и агрегатов необходимы кооперация и технологическая интеграция многих предприятий Украины, России и других стран, что нашло отражение в рассмотренной работе. Заводы-производители Украины имеют деловые связи с партнерами более чем в 60 странах мира.
Среди авторов работы — известные ученые и специалисты ГП «Ивченко-Прогресс», ОАО «Мотор Сич» (Запорожье), ГП ХМЗ «ФЭД» (Харьков), Харьковского и Запорожского национальных технических университетов, Национального авиационного университета (Киев), которые внесли важный вклад в развитие технологии точного машиностроения, прежде всего авиационного двигателестроения, в создание высокоэффективных способов обработки материалов и ускоренного формообразования, составивших базу наукоемких интегрированных технологий и современного технологического обеспечения.
Высокий уровень научно технологических разработок, представленных в работе, направлен на решение важной народнохозяйственной задачи, предусмотренной государственной комплексной программой развития авиационной промышленности Украины до 2010 года в направлении создания технологического обеспечения производства авиационных двигателей и агрегатов на основе разработанного и реализованного комплекса интегрированных технологий и технологического оснащения для самолетов и вертолетов, не имеющих аналогов в мире (АН-70, АН-140, АН-148, БЕ-200, БЕ-132МК, КА-60, МИ-8Т).
Выдвижение работы, посвященной решению технологических проблем точного машиностроения — производства отечественных авиационных двигателей и агрегатов, своевременно и обоснованно.
Работа, выдвинутая Запорожским национальным техническим университетом, и авторский коллектив, безусловно, заслуживают присуждения им Государственной премии Украины в области науки и техники.
Генеральный директор ХГАПП, доктор технических наук, Герой Украины А. К. Мялица, ректор КГИПУ, заведующий кафедрой «Технология машиностроения», доктор технических наук, Герой Украины Ф. Я. Якубов.
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
В начале тридцатых годов прошлого века нескольким конструкторским группам в Москве, Ленинграде и Харькове было поручено спроектировать паровые авиационные турбины для больших самолетов, разрабатываемых А. П. Туполевым. Попытка применить в авиации паровые турбины вызывалась тем, что возможность использования пара в качестве рабочего тела и его дешевизна, на первый взгляд, сулили экономичность, простоту и легкость. В Харьковском авиационном институте (ХАИ) проектировались авиационная паровая турбина, а также конденсатор для охлаждения и преобразования в воду пара, отработанного самолетной установкой. Однако если проектирование турбины осуществлялось более или менее успешно, то с преобразователем пара в воду дела обстояли иначе. Большое лобовое сопротивление радиатора этой установки сводило на нет экономические преимущества всей установки перед авиационными дизельными установками. Кроме того, объем конденсатора получался чрезмерно большим. В поисках средств повышения экономичности паровой установки принимается решение ввести в эту установку вспомогательную газовую турбину. Появилось новое название — парогазотурбинная установка. Однако в дальнейшем пришлось отказаться в схеме силовой установки от пара и перейти к чисто газотурбинному двигателю.
