Инновации в металлообработке: проблемы и перспективы

Инновационный уклад мирового развития

Сейчас мир живет в инновационном укладе. Уже сформировалась новая научная дисциплина – инноватика, дающая базовые понятия и инструментарий, которые обязано использовать все инженерное сообщество [1].

Отличительными признаками инноваций являются взаимосвязь научно­технической новизны, производственной применимости и коммерческой реализуемости. Инновационные продукты в металлообработке наукоемки, ресурсоемки  и для их внедрения важно применение технологических и организационных инноваций. Высокие риски при инвестициях диктуют необходимость разработки дорожных карт (сетевого расписания в сочетании с бизнес­планированием). При этом проявляется мультиплицирующий эффект инновационности, порождающий системное участие практически всех видов производственных инноваций в достижении конечного эффекта [5].

Приведем справедливые слова профессора О.Донских по поводу отличий инновации от модернизации. «Улучшение уже существующего — это модернизация, тогда как инновация — это прорыв, создание принципиально нового» [9]. «Новое», являясь результатом НИОКР­разработок, должно быть обязательно внедрено в промышленную практику, чтобы проявить свой инновационный потенциал на рынке и дать неоспоримые конкурентные преимущества их обладателям. Для этого необходимо реализовать  взаимосвязанный комплекс действий: «инвестиции ? разработка  НИОКР­продукта ? процесс его внедрения ? получение технико­экономического эффекта». Последнее проявляется через качественные и количественные показатели: прибыль, опережение, лидерство, приоритет, коренное улучшение, качественное превосходство, прогресс. Таким образом, инновации в машиностроении являются продуктом сложной системы взаимодействия «ученый­инженер­менеджер­бизнесмен».

В общем потоке инноваций (технологических, процессных, продуктовых, организационных и  маркетинговых) для машиностроения наиболее значимы продуктовые  (проявленные через технические средства реализации технологий) и технологические инновации, участвующие в модернизации основных технологических переделов (заготовительных, обрабатывающих, сборочных, тестирующих, логистических, подготовки производства, know­how). Эти виды инноваций наиболее критичны для промышленности страны из­за высокой ресурсоемкости и наукоемкости. Организационные и маркетинговые  инновации являются менее затратными и связаны с правильной организацией  труда (управление бизнес­процессами, ЛИН­технологии «lean production») и менеджмента производственной сферы предприятий на основе CALS и ERP­технологий, что уже становится повсеместной практикой в России [17,18].

Пионерских изобретений, не имеющих аналогов, единицы из сотен тысяч решений. Отбор лучших – непростой выбор инженеров и риск, поэтому в цепи «ученый­инженер­менеджер­бизнесмен» приоритеты должны быть отданы последним. Интегрирующие инновации, объединяющие ранее известные решения, позволяют получить новый эффект. Модифицирующие инновации незначительно улучшают существующие объекты или процессы и потому малозначимы для России, так как усугубляют отставание от мировых держав, отвлекая ресурсы.  В металлообработке актуальны квазиинновации типа «новое в стране» как аналоги лучших зарубежных решений. В сфере инновационной деятельности актуальны реновация, реинжиниринг, трансферт технологий. Важными в инноватике являются артефакты  – базисные инновации, положившие начало поколениям  систем. К ним относят первые выдающиеся образцы  технологий данного уклада. Можно утверждать, что для нынешнего 5­го технологического уклада артефактами являются мехатронные и IT­технологии.

В промышленности инновации носят многоуровневый характер (рис. 1). Инновации первичного уровня связаны с конечными продуктами и технологиями в отрасли (например, машиностроительных изделий, авиа­ и военной техники). Эти инновации прямого действия вносят наибольший вклад в экономическое развитие страны. К основным российским критическим технологиям, которые могут составить конкуренцию иностранным, относятся космос, авиация, судостроение, спецхимия, ядерная энергетика, биотехнология, микроэлектроника, специальное машиностроение. По этим направлениям Россия обладает собственными научными школами, а уровень имеющейся базы знаний для выхода на конкурентный уровень оценивается в 70­80% от мирового [10,14].

Рис. 1

Инновации в обеспечивающих средствах производства (II и III уровни) носят опосредованный характер непрямого действия, как правило, лишь проявляя и подчеркивая основной эффект конечных изделий и технологий (например, при поставках комплектующих и элементной базы, программного обеспечения, расходных материалов, заготовок, услуг, средств автоматизации технологической и проектной подготовки производства и др.). При этом такие вторичные инновации весьма науко­ и ресурсоемки и являются базисом первичных, что вынуждает государство направлять на их достижение интеллектуальные и материальные ресурсы.

Значимость продуктовых инноваций для машиностроения

В отношении инноваций следует ответить на вопрос «это что­то новое – или мы давно этим занимаемся?». Так, «на одной из выставок хозяева маленького стенда большого предприятия на вопрос о том, какие инновации они привезли на екатеринбургский «Иннопром», честно признались: «Те же, что и 60 лет назад» [12]. На первый взгляд, машиностроительные инновации – это «давно забытое старое» в сфере НИОКР, но в новой «упаковке», учитывающей современные реалии рыночной экономики и логистику доведения до промышленной реализации и получения конечного эффекта. Однако инновационная проблема сложнее –разработки советского периода безнадежно устарели и в новую «упаковку» не укладываются, так как отражают уровень отжившего 4­го технологического уклада. Существует опасность продвижения таких «псевдоинноваций» и расходования на них значительных госбюджетных ресурсов. Каждая НИОКР­разработка на начальной стадии имеет лишь инновационный потенциал и утверждать о степени ее инновационности можно лишь после проявления эффекта на практике[13]. Поэтому инициативы правительства по выпуску  современной станочной  техники через госбюджетное финансирование имеют огромный риск нецелевых растрат – нужны иные формы поддержки станкостроения.

Металлообрабатывающие инновации проявляются через прогрессивность технологий формообразования и совершенство технических средств их реализации. Они должны приближать нас к новому технологическому укладу, т.е. быть, как минимум, «high technology». Станочным инновациям характерна высокая эффективность обработки с большой результативностью, малой оперативностью при приемлемой ресурсоемкости (снижении единовременных затрат на изготовление станка при минимизации энергетических и расходных материалов при эксплуатации). Реально достичь столь высокого уровня технического  потенциала в станочном оборудовании весьма трудно, и поэтому инновации в металлообработке «рассыпаются» по компонентам и составляющим. Сложность и наукоемкость инновационной станочной техники предполагает применение средств высокоуровневого информационного  обеспечения для  автоматизации управления  на основе мехатронных технологий синтеза.

Выделим важнейшие признаки, характеризующие инновационный потенциал научно­технических разработок в сфере металлообработки:

• наукоемкость и ориентированность на высокие производственные технологии или создание техники новых поколений, способствующих смене технологического уклада;
• промышленное внедрение НИОКР­разработок и их коммерциализация, что определяет действительную степень их востребованности в машиностроении;
• прецизионность и мехатронность станочных систем, управляемых с помощью высокоуровневых IT­сред, интегрирующих в себе комплекс обрабатывающих технологий.

Генерировать, развивать и объективно оценивать нау­коемкую продукцию могут только специалисты, владеющие специальной методологией и профессиональными  знаниями (по отраслям) (рис. 2).

Рис. 2

Формальные критерии оценки инновационности разработок в станкостроении были предложены недавно [6,7]. Трудность адекватной оценки в том, что инновации в машиностроении проявляются в составе сложных технологических комплексов, где отдельные инновации привносятся в технологическую систему или среду, придавая ей  определенный производственный эффект. Характерной тенденцией является интеграция в единой обрабатывающей системе нескольких подсистем, разнородных по физическому принципу воздействия на материал детали. Комплекс факторов и средств инновационной «корзины» технологической или производственной системы определяет ее потенциал. Замена компонентов новой системы устаревшими аналогами нивелирует в разы планируемый технический эффект до уровня традиционных технологий, обесценивая потенциал разработки. Заложенные в инновационный комплекс запасы и возможности позволяют раскрыть их за счет использования более дорогих инновационных средств обеспечения.

Прорывные инновации

Технический прогресс в техносфере ведет к созданию сложных высокотехнологичных машин малыми сериями и в уникальных исполнениях, способных заменить большое число традиционных машин и оборудования.

В металлообработке существуют инновационные решения прорывного характера: это лазерные, плазменные и новые технологии электрофизического съема материала,  многокоординатные и многоповерхностные технологии обработки; системы послойного синтеза деталей, гидроабразивная обработка. Одной из немногих конкурентоспособных областей в России сейчас является лазерная индустрия [8]. Россия владеет ключевой технологией по созданию лазеров последнего поколения – волоконных лазеров  мультикиловаттного диапазона (до 50 кВт) для резки, сварки и термообработки (НТО «ИРЭ­Полюс» г. Фрязино М.О.).

Традиционное CUT­изготовление деталей резанием, основанное на удалении слоев металла с предварительно сформированной заготовки большего размера, является ресурсоемким неэффективным процессом. Инновационное производство основано на создании изделия в натуре по электронной 3D­модели послойным формообразующим синтезом. Это пока дорогие ADD­технологии будущего. Но они компактны, лишены силовых возмущений и способны формировать свойства поверхностных и внутренних слоев синтезируемых деталей. Недостатки ADD­систем: ограничения по габаритно­массовым параметрам, нестабильность внутриструктурных напряжений материала послойно изготовленной детали, непрогнозируемая прецизионность и качество поверхностных слоев. Если провести анализ затрат на традиционный и инновационный технологический комплект средств обрабатывающего производства (парка станков и номенклатуры расходных средств) в масштабах страны, то цифры  могут оказаться в пользу инновационного варианта даже в сегодняшних ценах.

Подробный обзор и анализ тенденций в станочных модернизациях и поисковых разработках в этой сфере дан в [16]. Станкоиндустрия весьма многономенклатурна и разнопланова – на каждом ее уровне существуют  инновационные решения: в сфере инструментообеспечения, комплектующих и оснастки, в средствах промышленной автоматизации и робототехнике, складских и транспортных технологиях, метрологии и заготовительном оборудовании, soft­обеспечения, подготовки производства и др. Отметим, что конкурентоспособную продукцию наши станкостроители выпускают пока только в небольших объемах – это узкая линейка дорогого наукоемкого оборудования. По уровню качества и технологичности к мировым стандартам приближаются разработки «Стерлитамакского станкозавода», «Савеловского машзавода», ОАО «Саста», «РСЗ», МАО «Седин», «ИЗТС». Предприятие «Самоточка» (традиции, опыт и кадровые корни Московского завода шлифовальных станков МСЗ) разрабатывает комплексные инновационные решения в зубообрабатывающих производственных процессах, в т.ч. прецизионных [19]. Инновационными отечественными фирмами в сфере лазерных технологий являются также НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ», ЗАО НИИ ЭСТО (Зеленоград); ВНИТЭП (Дубна), ООО «Лазерный центр», «Центр лазерных технологий» (С­Петербург), НПФ «ТЕТА», ООО «АТЕКО» (Москва) и другие [7]. Важной нишей российских станкостроителей является создание уникального крупногабаритного спецоборудования для тяжелого и энергомашиностроения, оборонной отрасли.

Организационные инновации управления промышленностью

Сейчас российское машиностроение нуждается в организационно­инфраструктурной инновации на макроуровне управления промышленностью. Это обусловлено ситуацией, когда «верхи» говорят, а «низы не могут», потому как наши предприятия живут сейчас «вопреки», а не «благодаря»  сложившейся  системе управления промышленностью. В  отечественной промышленности, к сожалению, пока отсутствует инфраструктурная среда с едиными правилами «игры», в которой  «игроки» вынуждены действовать инновационно. Известный рыночный тезис «спрос рождает предложение» определяет уровень востребованности инноваций в российском машиностроении. Спроса на отечественные металлообрабатывающие инновации нет – они сейчас больше являются рисковой и затратной инициативой станкозаводов и фирм. Импортоориентированная тенденция обновления станочного парка приводит к стагнации российских станкозаводов. Частные продуктовые и технологические инновации станкозаводов не могут принципиально изменить промышленную среду, в которой эти инновации не дают нужного эффекта [3,4]. Обновление отечественной станкоинструментальной продукции и повышение ее конкурентоспособности не находит адекватной реакции машиностроителей. Они закупают импортное оборудование и технологии, уходя тем самым от проблем российского сервиса и некачественной техники. Но это порождает импортозависимость,  нерациональное расходование валютных средств и подрыв собственной технологической безопасности. Поэтому задача государственной политики – реорганизовать правовое и инфраструктурное поле взаимодействия участников, предоставить возможность выбора путей развития, нормировать требования к качеству продукции, мотивировать к требуемой деятельности и выпуску наиболее важной продукции и техники внутри страны.

Перекошенная структура отечественного  машиностроения в пользу закрытого ОПК и монополизированных госкорпораций не позволяет говорить о конкуренции и рыночных механизмах управления перевооружением и обновлением основных производственных фондов предприятий – все решает управляемый чиновниками гостендер. Сейчас в стране нет ни рыночного, ни директивно­планового управления промышленностью – выделяемые на инновации средства до станкозаводов не доходят. Ведь наши станкозаводы пока остаются единственной надеждой на перспективное обновление – они честно трудятся, невзирая на трудности. Дожившие до наших дней станкоинструментальные предприятия – это инженерная элита российского машиностроения, способная обновить его производственную инфраструктуру. Надо правильно наладить государственный менеджмент межотраслевого взаимодействия «машиностроение­станкозаводы» по заказам­сбыту оборудования, сформировать единые бизнес­нормативы, равноправные с зарубежными фирмами,  и поддержать отечественного  производителя финансово и правовыми формами. Вхождение России в ВТО обострит проблему выживаемости отечественного машиностроения – без госрегулирования и введения новых форм управления не обойтись [15].

Сейчас активно прорабатываются различные пути модернизации экономики страны с учетом европейского опыта в решении промышленных проблем с помощью технологических платформ. Последние характеризуются структурой межотраслевого взаимодействия и частно­государственным партнерством для достижения инновационного результата. Проблема перевооружения российского машиностроения в сфере фондообразующего производства тянет по важности на статус национальной технологической платформы «Фондообразующее производство», поскольку охватывает не только машиностроительный и оборонный комплекс, но и другие важнейшие отрасли (рис. 3). Машиностроение страны полностью зависимо от успеха в этой сфере, и важно скоординировать действия всех заинтересованных сторон [11].

Рис. 3

Существует заблуждение, что инновации должны продвигаться  в промышленность ВУЗами при поддержке предприятий – именно так выстроены сейчас госбюджетные инвестиции. Если инвестором является госбюджет – есть опасность рождения неконкурентоспособных «инноваций», т.к. госбюджетное финансирование снижает требовательность к наукоемкости продукции. Если заказчиком инновации становится государство, то кто является ее потребителем и оценивает ее конкурентоспособность? Технические вузы имеют лишь новшества какого­то уровня (патенты, поисковые НИОКР, лабораторные образцы и т.п.) и не имеют навыков и инструментария их промышленного внедрения. Поэтому в этом вопросе приоритеты во взаимодействии «ВУЗ­предприятие» должны быть, безусловно, отданы производственным предприятиям. Только инженеры­практики, владеющие современным синтезом мехатронных систем и высокими сборочными технологиями, при поддержке квалифицированных менеджеров и ученых, способны созидать know­how и промышленно реализовывать новшества [2].

Отраслевую инновационную политику нужно сосредоточить  на  проектной, сборочной и сервисной стадиях жизненного цикла отечественного оборудования, а также на комплексном подходе к перевооружению производств. Никто не снимет с инженерных служб машиностроительных предприятий ответственности за инновационное обновление фондов – инжиниринговые фирмы и разного рода «системные интеграторы» в России не помогут из­за слабости правового поля,  закрытости и специфики деятельности госпредприятий.

Прагматичность в инновациях  и перспективы

Для производственной среды России важны и актуальны инновации интегрирующие или улучшающие – типа «новое в стране». Догнать, или как минимум, не отстать в гонке наукоемких обрабатывающих технологий России нужно и можно быстро – за 3…5 лет. И дело не в насыщении машиностроения новыми станками – здесь важно сохранить или разработать отечественные технологии (в т.ч. и как аналоги зарубежных решений), кадры, выработать новые знания в каждом технологическом переделе и умении самим создавать и производить мехатронные технические средства их оснащения. Нужно поставить прагматичную цель – российское станкостроение должно поставлять в машиностроение квазиинновации типа «новое в стране» в сфере металлообработки. Мировой банк знаний, разработок и know­how доступен. Важно, чтобы инженеры и ученые были способны соответствовать этому интеллектуальному уровню и высоким технологиям; сами производили аналоги зарубежных инновационных решений. Ученые должны подтвердить свою состоятельность, активно участвуя в обосновании новых hard­решений и soft­обеспечения. Этого достаточно для вывода фондообразующего производства машиностроительного комплекса на современный уровень. Нужно сориентироваться на зарубежную элементную базу – высокотехнологичные комплектующие или их конкурентоспособные отечественные аналоги.

Российские инновации лучше адаптированы к нашей промышленной культуре и технологическому менталитету. Зарубежные компании никогда не снижают требований к соблюдению технических условий функционирования закупаемого у них высокотехнологичного оборудования по применяемым расходным материалам, что финансово весьма затратно, а часто, недоступно предприятиям среднего уровня. Российские заводы, поставляя аналогичную технику отечественного производства, гибко формируют опционный комплекс возможностей своего оборудования «под задачу», резко снижаясь  в цене. Они дают рекомендации правильной эксплуатации такой техники с учетом возможностей российских машиностроителей по более дешевым расходным материалам и средствам обеспечения. Серьезно отстают российские станкозаводы в сервисном сопровождении своей техники, что устранимо.

При обновлении промышленности следует выделять производственную основу развития экономики и интеллектуальный базис. «Перескочить» на новый этап развития можно средствами производства трансфером технологий, но не знаниями. Даже получив их «извне», они должны быть обязательно воспроизведены и освоены внутренними интеллектуальными ресурсами. Это связано с законами познания – нельзя допускать в стране разрыва  логики образовательного процесса и потери системы инженерной подготовки в накоплении общемировых знаний. Потеря кадров и знаний фатальна – мы станем лишь эксплуатирующей страной, неспособной создавать новое. Сейчас при наличии у нас квалифицированных инженеров можно ускорить процесс перехода к новым технологиям создания техники новых поколений собственными силами, используя накопленный потенциал мирового интеллекта и инноваций. Для этого важно актуализировать креативное образование, чтобы продолжить интеллектуальную эстафету поколений в профессиональных знаниях.

Вторая сторона проблемы – неверные принципы смены поколений. Сейчас идет  исключение из активной производственной жизни опытных специалистов, являющихся носителями знаний «последней надежды» – их «уход» станет невосполнимой потерей. Молодые реформаторы должны помнить, что менеджмент не играет  в машиностроении главную роль – это стало очевидно по результатам последнего 10­тилетия. Нужен производственно­технологической подход к обновлению этой наукоемкой сферы нашей экономики.

В заключение, отмечу, что инновации должны стать нормой профессиональной жизни, поскольку окружающий мир давно уже диктует  нам свои инновационные законы, а мы, по российской  традиции, ждем когда «гром грянет». Молодое поколение должно стоять в очереди за знаниями и образованием, а не просто за формальной «корочкой», т.к. именно интеллектуальный потенциал страны является тем базисом, который даст толчок обновлению всех сфер жизни нашего общества, немаловажную роль в котором играет прикладная наука и машиностроение.

В. М. Макаров

Директор по развитию и новым технологиям

ООО «Самоточка», д.т.н. 

Литература:

1. Инноватика: Учебник для вузов/ С.Г.Селиванов, М.Б. Гузаиров, А.А. Кутин. – М., Машиностроение, 2008. – 721 с.
2. Нонака И. Такеучи Х. Компания — создатель знания: зарождение и развитие инноваций в японских фирмах. ­ М., Олимп­Бизнес, 2003. ­ 342 с.
3. Корниенко А.А. Инновационное развитие производства. РИТМ, № 40, 2009. с. 13­17.
4. Разумов­Раздолов К.Л. Инновационная политика: существующие задачи. РИТМ, № 44, 2009. с. 9­11.
5. Системный анализ и принятие решений: Словарь­справочник. Под ред. В.Н. Волковой, В.Н. Козлова. ­ М., Высшая школа, 2004. ­ 616 с.
6. Лукина С.В. Сравнительная  оценка стоимости инновационных решений на проектных этапах жизненного цикла высокотехнологичных изделий машиностроения. Сборник докладов III конференции «МТИ­2010». – М., МГТУ «Станкин», 2010, с. 137­142.
7. Еленева Ю.Я., Лукашевич Е.В. Методический подход  к управлению источниками финансирования инновационных проектов машиностроительных предприятий. Сборник докладов III конференции «МТИ­2010». – М., МГТУ «Станкин», 2010, с. 131­137.
8. Сапрыкин Д. Возможность будущего роста (анализ перспектив российского рынка лазерных технологий в условиях кризиса). РИТМ, № 45, 2009 г. с. 19­24.
9. http://vn.ru/index.php?id=102559
10. Вестник РАН, 2005, том 75, М4, с. 298­321
11. http://cfin.ru/bandurin/article/sbrn08/13.shtml
12. http://nep08.ru/industry/2010/07/15/innoprom/
13. http://www.nakanune.ru/articles/inkubator__nedodelannyjj
14. http://www.aviapanorama.ru/%28S%28pcpwdw20m2aiou454rnoer55%29%29/ShowArticle.aspx?ID=39&AspxAutoDetectCookieSupport=1
15. http://www.economy.gov.ru/
16. http://stankin.ru/vestnik­magazin/magazin­april­2008.pdf
17. http://ria­stk.ru/stq/adetail.php?ID=5417
18. http://www.boss­kadrovik.ru/analytics/investigations/index.php?print=Y
19. Макаров В.М. Обеспечение точности профильного шлифования винтовых зубьев крупномодульных  цилиндрических колес на основе имитационного моделирования. Дисс… д.т.н., ­ Саратов, 2010 г. – 509 с.