Инновации в металлообработке: проблемы и перспективы

Инновационный уклад: как работает современная инноватика

Сегодня мир живет по законам инновационного развития. Сформировалась даже отдельная научная дисциплина — инноватика, которая дает базовые понятия и инструменты. Без них современному инженерному сообществу уже не обойтись.

Чем же отличаются настоящие инновации? Здесь важна взаимосвязь трех компонентов: научно-технической новизны, производственной применимости и коммерческой реализуемости. Инновационные продукты в металлообработке требуют серьезных ресурсов и знаний. Для их внедрения критически важны технологические и организационные изменения.

Высокие инвестиционные риски диктуют свои правила. Нужны дорожные карты — сетевое расписание в связке с бизнес-планированием. Проявляется мультиплицирующий эффект: практически все виды производственных инноваций работают вместе для достижения конечного результата. Это факт.

Профессор О. Донских точно подметил разницу: «Улучшение существующего — это модернизация, тогда как инновация — прорыв, создание принципиально нового». Новое должно пройти полный цикл: инвестиции → разработка НИОКР-продукта → внедрение → получение технико-экономического эффекта.

Результат проявляется через конкретные показатели: прибыль, опережение конкурентов, лидерство, качественное превосходство, прогресс. Инновации в машиностроении — продукт сложной системы взаимодействия «ученый-инженер-менеджер-бизнесмен». Без этой связки ничего не получится.

В общем потоке инноваций для машиностроения наиболее значимы продуктовые (технические средства реализации технологий) и технологические инновации. Они участвуют в модернизации основных переделов: заготовительных, обрабатывающих, сборочных, тестирующих, логистических. Эти направления критичны из-за высокой ресурсоемкости и наукоемкости.

Организационные и маркетинговые инновации менее затратны. Они связаны с правильной организацией труда (ЛИН-технологии «lean production») и менеджментом на основе CALS и ERP-технологий. Это уже становится повсеместной практикой в России.

Пионерских изобретений без аналогов — единицы из сотен тысяч решений. Отбор лучших — непростой выбор и риск. Интегрирующие инновации объединяют известные решения для получения нового эффекта. Модифицирующие лишь незначительно улучшают существующее и малозначимы для России — они усугубляют отставание.

В металлообработке актуальны квазиинновации типа «новое в стране» как аналоги лучших зарубежных решений. Важны реновация, реинжиниринг, трансферт технологий. Для нынешнего 5-го технологического уклада артефактами стали мехатронные и IT-технологии.

Инновации носят многоуровневый характер. Первичный уровень связан с конечными продуктами и технологиями в отрасли (машиностроительные изделия, авиа- и военная техника). Они вносят наибольший вклад в экономику.

К российским критическим технологиям относятся: космос, авиация, судостроение, спецхимия, ядерная энергетика, биотехнологии, микроэлектроника, специальное машиностроение. По этим направлениям Россия обладает научными школами, а уровень базы знаний оценивается в 70-80% от мирового. Неплохо, правда?

Рис. 1. Уровни инноваций в промышленном производстве

Инновации II и III уровней (обеспечивающие средства производства) носят опосредованный характер. Они проявляют и подчеркивают основной эффект конечных изделий: комплектующие, элементная база, ПО, расходные материалы, заготовки, услуги, средства автоматизации. Такие вторичные инновации наукоемки и ресурсоемки, являются базисом первичных.

Продуктовые инновации: что действительно важно для машиностроения

С инновациями нужно сразу ответить на вопрос: «Это что-то новое или мы давно этим занимаемся?». На одной из выставок представители большого предприятия честно признались: «Те же инновации, что и 60 лет назад». Вот так.

На первый взгляд, машиностроительные инновации — «давно забытое старое» в новой упаковке. Но проблема сложнее: разработки советского периода безнадежно устарели и отражают уровень отжившего 4-го технологического уклада. Существует опасность продвижения «псевдоинноваций» и расходования госбюджетных ресурсов.

Каждая НИОКР-разработка на начальной стадии имеет лишь инновационный потенциал. Утверждать о степени инновационности можно лишь после проявления эффекта на практике. Поэтому инициативы правительства по выпуску современной станочной техники через госбюджет несут огромный риск нецелевых трат.

Металлообрабатывающие инновации проявляются через прогрессивность технологий формообразования и совершенство технических средств. Они должны приближать нас к новому технологическому укладу, быть как минимум «high technology».

Станочным инновациям характерна высокая эффективность обработки с большой результативностью, малой оперативностью при приемлемой ресурсоемкости. Нужно снизить единовременные затраты на изготовлениестанка при минимизации энергозатрат и расходных материалов при эксплуатации.

Достичь столь высокого уровня технического потенциала весьма трудно. Поэтому инновации в металлообработке «рассыпаются» по компонентам. Сложность предполагает применение высокоуровневого информационного обеспечения для автоматизации управления на основе мехатронных технологий синтеза.

Ключевые признаки инновационного потенциала

Выделим важнейшие признаки, характеризующие инновационный потенциал научно-технических разработок:

• Наукоемкость и ориентация на высокие производственные технологии или создание техники новых поколений
• Промышленное внедрение НИОКР-разработок и их коммерциализация
• Прецизионность и мехатронность станочных систем, управляемых с помощью высокоуровневых IT-средств

Генерировать, развивать и объективно оценивать наукоемкую продукцию могут только специалисты, владеющие специальной методологией и профессиональными знаниями.

Рис. 2. Факторы конкурентоспособности машиностроительной продукции

Формальные критерии оценки инновационности в станкостроении предложили недавно. Трудность в том, что инновации проявляются в составе сложных технологических комплексов. Характерна тенденция интеграции нескольких подсистем в единой обрабатывающей системе.

Комплекс факторов инновационной «корзины» определяет потенциал системы. Замена компонентов новой системы устаревшими аналогами нивелирует технический эффект до уровня традиционных технологий. Заложенные в инновационный комплекс возможности позволяют раскрыть их за счет использования более дорогих инновационных средств обеспечения.

Прорывные технологии: лазер, аддитивный синтез и не только

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

В металлообработке существуют инновационные решения прорывного характера: лазерные, плазменные технологии, электрофизический съем материала, многокоординатная и многоповерхностная обработка, системы послойного синтеза деталей, гидроабразивная обработка.

Одной из немногих конкурентоспособных областей в России сейчас является лазерная индустрия. Россия владеет ключевой технологией создания лазеров последнего поколения — волоконных лазеров мультикиловаттного диапазона (до 50 кВт) для резки, сварки и термообработки (НТО «ИРЭ-Полюс» г. Фрязино).

Традиционное CUT-изготовление деталей резанием основано на удалении слоев металла с предварительно сформированной заготовки большего размера. Это ресурсоемкий неэффективный процесс.

Инновационное производство основано на создании изделия в натуре по электронной 3D-модели послойным формообразующим синтезом. Это дорогие ADD-технологии будущего. Но они компактны, лишены силовых возмущений и способны формировать свойства поверхностных и внутренних слоев.

Недостатки ADD-систем: ограничения по габаритно-массовым параметрам, нестабильность внутриструктурных напряжений, непрогнозируемая прецизионность и качество поверхностных слоев. Если провести анализ затрат на традиционный и инновационный технологический комплект в масштабах страны, цифры могут оказаться в пользу инновационного варианта даже в сегодняшних ценах. Интересно, правда?

Станкоиндустрия многономенклатурна и разнопланова. На каждом уровне существуют инновационные решения: инструментообеспечение, комплектующие и оснастка, промышленная автоматизация и робототехника, складские и транспортные технологии, метрология, заготовительное оборудование, soft-обеспечение.

Конкурентоспособную продукцию наши станкостроители выпускают пока только в небольших объемах — это узкая линейка дорогого наукоемкого оборудования. К мировым стандартам приближаются разработки «Стерлитамакского станкозавода», «Савеловского машзавода», ОАО «Саста», «РСЗ», МАО «Седин», «ИЗТС».

Предприятие «Самоточка» разрабатывает комплексные инновационные решения в зубообрабатывающих производственных процессах, в том числе прецизионных. Инновационными фирмами в сфере лазерных технологий являются также НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ», ЗАО НИИ ЭСТО (Зеленоград), ВНИТЭП (Дубна), ООО «Лазерный центр», «Центр лазерных технологий» (Санкт-Петербург), НПФ «ТЕТА», ООО «АТЕКО» (Москва) и другие.

Важная ниша российских станкостроителей — создание уникального крупногабаритного спецоборудования для тяжелого и энергомашиностроения, оборонной отрасли.

Организационные инновации: перестройка управления промышленностью

Российское машиностроение нуждается в организационно-инфраструктурной инновации на макроуровне. Это обусловлено ситуацией, когда «верхи говорят, а низы не могут». Наши предприятия живут «вопреки», а не «благодаря» сложившейся системе управления.

В отечественной промышленности отсутствует инфраструктурная среда с едиными правилами «игры». Известный рыночный тезис «спрос рождает предложение» определяет уровень востребованности инноваций. Спроса на отечественные металлообрабатывающие инновации нет — они сейчас больше являются рисковой и затратной инициативой станкозаводов.

Импортоориентированная тенденция обновления станочного парка приводит к стагнации российских станкозаводов. Частные инновации не могут принципиально изменить промышленную среду. Обновление отечественной станкоинструментальной продукции не находит адекватной реакции машиностроителей.

Они закупают импортное оборудование и технологии, уходя от проблем российского сервиса и некачественной техники. Но это порождает импортозависимость, нерациональное расходование валютных средств и подрыв технологической безопасности.

Задача государственной политики — реорганизовать правовое и инфраструктурное поле взаимодействия участников, предоставить возможность выбора путей развития, нормировать требования к качеству продукции, мотивировать к выпуску наиболее важной техники внутри страны.

Перекошенная структура отечественного машиностроения в пользу закрытого ОПК и монополизированных госкорпораций не позволяет говорить о конкуренции. Все решает управляемый чиновниками гостендер. Сейчас в стране нет ни рыночного, ни директивно-планового управления промышленностью — выделяемые на инновации средства до станкозаводов не доходят.

Наши станкозаводы пока остаются единственной надеждой на перспективное обновление. Дожившие до наших дней станкоинструментальные предприятия — это инженерная элита российского машиностроения. Надо правильно наладить государственный менеджмент межотраслевого взаимодействия «машиностроение-станкозаводы» по заказам-сбыту оборудования.

Вхождение России в ВТО обострит проблему выживаемости отечественного машиностроения — без госрегулирования и новых форм управления не обойтись.

Технологические платформы как инструмент развития

Сейчас активно прорабатываются пути модернизации экономики с учетом европейского опыта через технологические платформы. Последние характеризуются структурой межотраслевого взаимодействия и частно-государственным партнерством.

Проблема перевооружения российского машиностроения в сфере фондообразующего производства тянет на статус национальной технологической платформы «Фондообразующее производство». Она охватывает не только машиностроительный и оборонный комплекс, но и другие важнейшие отрасли. Машиностроение страны полностью зависимо от успеха в этой сфере.

Рис. 3. Взаимодействие участников технологической платформы фондообразующего производства

Существует заблуждение, что инновации должны продвигаться ВУЗами при поддержке предприятий. Если инвестором является госбюджет — есть опасность рождения неконкурентоспособных «инноваций». Госбюджетное финансирование снижает требовательность к наукоемкости продукции.

Технические вузы имеют лишь новшества какого-то уровня (патенты, поисковые НИОКР, лабораторные образцы) и не имеют навыков их промышленного внедрения. Поэтому приоритеты во взаимодействии «ВУЗ-предприятие» должны быть отданы производственным предприятиям.

Только инженеры-практики, владеющие современным синтезом мехатронных систем и высокими сборочными технологиями, при поддержке квалифицированных менеджеров и ученых, способны созидать know-how и промышленно реализовывать новшества.

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 ответственности за инновационное обновление фондов.

Прагматичный подход: догонять или создавать свое

Для производственной среды России важны и актуальны интегрирующие или улучшающие инновации — типа «новое в стране». Догнать или как минимум не отстать в гонке наукоемких обрабатывающих технологий России нужно и можно быстро — за 3-5 лет.

Дело не в насыщении машиностроения новыми станками. Здесь важно сохранить или разработать отечественные технологии (в том числе как аналоги зарубежных решений), кадры, выработать новые знания в каждом технологическом переделе и умении самим создавать мехатронные технические средства.

Нужна прагматичная цель: российское станкостроение должно поставлять в машиностроение квазиинновации типа «новое в стране». Мировой банк знаний, разработок и know-how доступен. Важно, чтобы инженеры и ученые соответствовали этому интеллектуальному уровню.

Ученые должны подтвердить свою состоятельность, активно участвуя в обосновании новых hard-решений и soft-обеспечения. Этого достаточно для вывода фондообразующего производства 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 оборудования по применяемым расходным материалам. Это финансово весьма затратно, а часто недоступно предприятиям среднего уровня.

Российские заводы, поставляя аналогичную технику отечественного производства, гибко формируют опционный комплекс возможностей «под задачу», резко снижаясь в цене. Они дают рекомендации правильной эксплуатации с учетом возможностей российских машиностроителей по более дешевым расходным материалам.

Серьезно отстают российские станкозаводы в сервисном сопровождении своей техники. Но это устранимо. Не все так плохо.

Перспективы российского станкостроения и кадры

При обновлении промышленности следует выделять производственную основу развития экономики и интеллектуальный базис. «Перескочить» на новый этап 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.

Потеря кадров и знаний фатальна — мы станем лишь эксплуатирующей страной, неспособной создавать новое. Сейчас при наличии квалифицированных инженеров можно ускорить процесс перехода к новым технологиям собственными силами, используя накопленный потенциал мирового интеллекта.

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: менеджмент не играет в машиностроении главную роль. Это стало очевидно по результатам последнего десятилетия. Нужен производственно-технологический подход к обновлению этой наукоемкой сферы экономики.

В заключение отмечу: инновации должны стать нормой профессиональной жизни. Окружающий мир давно 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». Именно интеллектуальный потенциал страны является тем базисом, который даст толчок обновлению всех сфер жизни общества. Немаловажную роль в этом 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., Олимп-Бизнес, 2003. – 342 с.
3. Корниенко А.А. Инновационное развитие производства. РИТМ, № 40, 2009. с. 13-17.
4. Разумов-Раздолов К.Л. Инновационная политика: существующие задачи. РИТМ, № 44, 2009. с. 9-11.
5. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник. 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 «МТИ-2010». – М., МГТУ «Станкин», 2010, с. 137-142.
7. Еленева Ю.Я., Лукашевич Е.В. Методический подход к управлению источниками финансирования инновационных проектов машиностроительных предприятий. Сборник докладов III конференции «МТИ-2010». – М., МГТУ «Станкин», 2010, с. 131-137.
8. Сапрыкин Д. Возможность будущего роста (анализ перспектив российского рынка лазерных технологий в условиях кризиса). РИТМ, № 45, 2009 г. с. 19-24.
9. http://vn.ru/index.php?id=102559
10. Вестник РАН, 2005, том 75, №4, с. 298-321
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/
15. http://www.economy.gov.ru/
16. http://stankin.ru/vestnik-magazin/magazin-april-2008.pdf
17. http://ria-stk.ru/stq/adetail.php?ID=5417
18. http://www.boss-kadrovik.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.