Индекс цитирования Яндекс.Метрика

Люди практической науки

04.07.2015

Как в Петербурге создают лимузин для президента и экипировку для солдат будущего

Петербург лидирует по инновациям в импортозамещении. Лучшим в стране стал Инжиниринговый центр Петербургского политехнического университета: там уже делают отечественное, которое на порядок лучше импортного

Ученые принимают участие в проектах по созданию президентского лимузина, экипировки солдата будущего, в строительстве первого в РФ корабля из углепластика и т.д. С помощью методов, которые они освоили, скоро будут делать всё, включая человеческие органы и еду, – об этом «Городу 812» рассказал глава Инжинирингового центра, проректор по перспективным проектам СПбПУ, профессор Алексей Боровков.

– После введения санкций инжиниринговым центрам  было рекомендовано сконцентрироваться на решении задач по импортозамещению. Насколько успешно эти задачи выполняются в Петербурге?

– На мой взгляд, успешно. Когда два года назад создавались инжиниринговые центры, им ставилась задача: работать с отечественной промышленностью, выполнять НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. – Е.Р.) по заказам предприятий из реального сектора экономики, тем самым способствовать созданию конкурентоспособной продукции. Фактически с введением санкций эта цель не изменилась. В марте этого года Минобрнауки и Минпромторг подвели итоги работы 11 российских инжиниринговых центров. Наш Центр компьютерного инжиниринга занял первое место по всем показателям. Среди наших заказчиков –  корпорация «Ростех», Объединенная авиастроительная корпорация (корпорация ИРКУТ), Объединенная судостроительная корпорация (Средне-Невский судостроительный завод),  Объединенная двигателестроительная корпорация («КЛИМОВ»), Объединенная ракетно-космическая корпорация (РКК «Энергия» ),  ЦНИИ «Электроприбор» и другие. Кроме того, одним из основных является проект государственного значения «Кортеж».  Начинаем работать над проектом «Ратник».

– Конкретно – что хорошего вы сделали?

– Например, вместе со Средне-Невским  судостроительным  заводом приняли участие в проектировании и создании первого в России высокоскоростного катамарана из углепластика. Это пассажирское судно, предназначенное  для акватории Невы и Финского залива, должно заменить устаревшие  «Ракеты» и «Метеоры». Катамаран создан, но, к сожалению, у завода пока не решены финансовые проблемы с его отделкой.

Совместно с Объединенной авиастроительной корпорацией мы работаем над проектом пассажирского магистрального самолета XXI века – МС-21. Это ближне- и среднемагистральный самолет, который многие эксперты считают более перспективным, чем Суперджет-100. Актуальная проблема для современных самолетов – минимизация расхода топлива, экономическая эффективность полетов. Соответственно, чем  самолет легче, тем меньше тратит топлива. А чтобы он был легче, при обязательном сохранении прочности, его нужно делать не целиком из металла, а использовать полимерные композиционные материалы – например, углепластики и стеклопластики. Применение таких материалов  – сложная научно-техническая задача, так как композиты ведут себя при эксплуатации иначе, чем металлы. Мы были привлечены к созданию современных расчетных методов для авиационных конструкций из композитов. Кроме того, мы выполняем динамические расчеты композитных конструкций на птицестойкость. Представьте: что будет, если самолет  встретится в воздухе со стаей гусей? Самолет и все его компоненты должны быть спроектированы так, чтобы при встрече с любыми птицами он мог бы несмотря на повреждения продолжить полет и совершить посадку.

– Ни один гусь при расчетах не пострадал?

– При расчетах, конечно, ни один гусь не пострадал, и в этом безусловная ценность математического моделирования и виртуальных испытаний на компьютерах. Знаете, есть такая байка про американцев. Испытывали они конструктивные элементы самолета на птицестойкость. По расчетам все хорошо получается, но с полигона приходят сообщения, что при столкновении с гусем самолет получает повреждения, не совместимые с возможностью благополучной посадки.  Стали разбираться. Оказалось,  во время натурных испытаний (для ускорения процесса) в самолет кидали тушки недостаточно размороженных гусей – по сути, куски льда...

– Это шутка?  Или вы тоже бросаетесь гусями в самолет?

– Нет, не шутка, для подобных испытаний во всем мире используют специальные установки и тушки птиц. Натурные эксперименты позволяют строить адекватные математические модели, они  нужны для полноценной проверки результатов численного моделирования.

– А что такое проекты «Кортеж» и «Ратник»?

– Вообще говоря, «Кортеж» – народное название. Это проект по созданию на базе единой модульной платформы целой линейки автомобилей премиум-класса – лимузина, седана, внедорожника и микроавтобуса, – которые будут использоваться для первых лиц государства. Головной исполнитель проекта – Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт НАМИ. В передовых странах руководители государства перемещаются на отечественных автомобилях. Считается, что если страна не может сделать автомобиль, на котором ездит президент, то у нее недостаточно высокий технологический уровень и она не может называться мировым лидером. Ясно, что наш лимузин должен быть как комфортабельным, так и чрезвычайно защищенным, бронированным. Его масса будет около 6 тонн, мощность двигателя – 800 лошадиных сил. 

Инжиниринговый центр СПбПУ отвечает за проектирование кузова. В мировой автомобильной практике основные работы по проектированию ведутся с помощью компьютерного  инжиниринга.  Вообще, современная парадигма создания техники нового поколения – это проектирование на основе математического моделирования, компьютерного инжиниринга, в некоторых случаях – с помощью суперкомпьютерного инжиниринга. В рамках проекта некоторые элементы кузова мы делаем с применением  аддитивных технологий.  Они относятся к разряду передовых производственных технологий и используют иной, отличный от привычного, принцип производства. Материал наносится слоями или локально, дискретно – деталь, по сути, «выращивается».

С использованием таких технологий мы, например, сделали петли для дверей лимузина. Это один из самых сложных и нагруженных элементов. К ним предъявляются очень высокие требования по жесткости, прочности, включая усталостную прочность, так как они должны нести дверь весом, скажем, 200 кг.  Стоит задача:  можно ли сделать этот элемент, а затем и другие, лучше, чем у признанных мировых производителей – например, лучше, чем у «Мерседеса» «в специсполнении»? Аддитивные технологии позволили сделать это с помощью математических методов топологической оптимизации. Проще говоря, мы задали объем детали и сформулировали задачу: соблюдая требования по прочности и жесткости, оставить материал только в тех зонах заданного объема, где он будет нести нагрузку. В результате была получена деталь сложной формы и с отверстиями неправильной формы. Такое решение лежит уже за гранью интуиции инженера. 

Почему компьютерным технологиям сейчас уделяется особое внимание? Потому что раньше, с помощью традиционных производственных методов (например, фрезерования) оптимизированные детали изготовить было невозможно. А с помощью аддитивных технологий  – можно. В этом заключается один из признаков грядущей промышленной революции.

– Так удалось ли сделать петли лучше, чем у «Мерседеса»?

– Да, мы сделали лучше. Наша петля получилась на 25% легче  и сохранила все необходимые параметры по прочности и жесткости.  Она изготовлена с помощью аддитивных технологий, можно сказать – «напечатана» на 3D-принтере. 

Сейчас наступает эра аддитивных технологий. В ближайшем будущем с их помощью будет «печататься» практически всё – включая одежду, обувь, еду и человеческие органы. Уже идут эксперименты на животных, когда травмированным зверям, потерявшим лапку, выращивают новую с помощью  аддитивных технологий.

– А «Ратник» – это про что?

– Проект «Ратник», над которым мы сейчас начинаем работать, – это создание военной экипировки солдата будущего. Защиту для солдата нового поколения можно создать только при одновременном использовании виртуального манекена  и виртуальной экипировки, которые представляют собой чрезвычайно сложные математические модели.  С помощью вычислительных экспериментов нужно исследовать динамическое контактное взаимодействие человека и бронезащиты. Актуальной является проблема  «заброневой деформации». Это когда в солдата стреляют, попадают в бронежилет, он теряет сознание и временно выходит из боя. Нужно сделать так, чтобы он оставался в строю. А раньше экипировку испытывали так: надевали бронежилет на свинку и стреляли в нее: визжит – значит, больно.

Чтобы вывести работы на мировой уровень, мы создали виртуальный манекен, «начиненный» 60 виртуальными датчиками (акселерометрами и тензометрами). Такой манекен мы также используем при разработке автомобилей. Это пример реального импортозамещения. Потому что раньше наш автопром был вынужден использовать американские манекены. Мы продолжаем работу над проектом, совершенствуя семейство манекенов, делая их более адекватными человеку. Добавляем в них математические модели внутренних органов и одновременно увеличиваем количество датчиков. Нашими манекенами заинтересовались в космической  отрасли (они нужны, например, для изучения перегрузок космонавтов при комбинации различных воздействий), в военном авиастроении и вертолетостроении (системы катапультирования) и других отраслях, где происходит взаимодействие человека и техносферы.

– Сейчас модно говорить «импортоопережение» вместо импортозамещения. Насколько оно возможно?

– К сожалению, часто говорят про импортоопережение те, кто ничего конкурентоспособного, на экспорт,  никогда не производил.  Просят: «Дайте денег, и мы сделаем импортоопережение». Зачастую это демагогия. Скорее всего, они изготовят нечто «мэйд ин Раша», которое потом потребует очередной госпротекции для того, чтобы  это нечто покупали или куда-то внедряли.  Многие компании сегодня, к сожалению, хотят заниматься импортозамещением ради импортозамещения. Они рассматривают его как дополнительное финансирование их текущей деятельности – просто ради того, чтобы они продолжали выпускать продукцию. Да, она будет российская. Но если она неконкурентоспособна, если она существенно хуже, чем мировые аналоги, то это – импортозамещение на склад. Мы в СССР такое уже проходили.

За счет чего на самом деле должно происходить импортоопережение? Кто больше интеллекта, науки и передовых технологий вложил в изготовление продукции  – тот и опережает всех, побеждает в конкурентной борьбе. Пока же в нынешних реалиях очень сложно совместить, чтобы продукция одновременно была и конкурентоспособна на мировом рынке, и к тому же сделана из российских материалов на российском оборудовании.

– В каких отраслях зависимость от импорта нужно преодолеть в первую очередь? 

– Бюджет Российской Федерации формируется в основном от доходов нефтегазовой отрасли. Там очень велика импортозависимость – примерно 50–80%. Если представить, что в какой-то момент закончатся импортные детали на нефтедобывающих платформах и нам никто не будет их поставлять, то все установки просто встанут. Прекратятся добыча, продажа энергоресурсов за рубеж. Существенно уменьшится пополнение бюджета со всеми вытекающими отсюда последствиями. Поэтому, на мой взгляд, импортозамещение необходимо в первую очередь  в нефтегазовой отрасли.  И она уже начала  разворачиваться в сторону отечественной промышленности. Первой инициативу проявила «Газмпром нефть». Проблема в том, что теоретически наши заводы могут делать нужные комплектующие, а практически – нет.  Заводы говорят: «Дайте чертежи». А детали – импортные, их просто купили, никаких чертежей нет. Обращаются к конструкторам.

Нужно, например, спроектировать насос. Конструктор сделает. Да, это будет наш отечественный насос. Но насколько он окажется конкурентоспособен по сравнению с таким же изделием от  мирового лидера, который разрабатывал и улучшал свои насосы десятилетиями? Увы, вряд ли сможет наш конструктор сразу выпрыгнуть на такой уровень.  Но есть впечатляющий пример Китая. Мы, да и весь мир, над ними посмеивались: вот, мол, всё копируют. На самом деле они копируют очень высокотехнологичную продукцию, и даже просто воспроизвести ее – реально очень трудно. Известно, что повторение, копирование –  хороший способ обучения. Как только мы что-то скопировали, то мы, как правило,  поняли, как это работает. И уже можем подключить наше инженерное образование, интеллектуальный потенциал, передовые технологии, чтобы сделать это что-то – лучше. Так можно запустить процесс  импортозамещения и импортоопережения в России.

– А в России умеют копировать?

– Сказать, что совсем не умеют, нельзя.  К слову, во многих технических университетах мира  открываются курсы реверсивного инжиниринга.  Это когда инженеру предлагают  скопировать деталь: разобрать, понять, как она устроена,  и сделать такую же или лучше. Это один из эффективных способов практико-ориентированного обучения. В России сейчас только начинают этим серьезно заниматься. Хотя в СССР широко использовались методы копирования, но потом мы несколько растеряли навыки. 

В Политехническом университете в этом году создан  Институт передовых производственных  технологий. Там студентов-магистрантов будут учить, в том числе реверсивному инжинирингу.  Сегодня многие вузы выпускают в большом количестве специалистов, не востребованных высокотехнологичной промышленностью. Зачастую их учат по старым программам  и по воспоминаниям 30-летней давности. В нашем новом институте будут преподавать специалисты мирового уровня. Он должен стать лидером, который бежит вперед, собирает всё новое, самое передовое, применяет это на практике и тут же доводит до обучения. Во главу угла мы ставим проблемы создания глобально конкурентоспособной продукции нового поколения.

– В каких отраслях Петербург может стать лидером по импортозамещению?

– По моему глубокому убеждению, нужно развивать и поддерживать те отрасли и предприятия, которые уже сейчас являются глобально конкурентоспособными. Конечно, в Петербурге это судостроение. Затем – энергомашиностроение. Двигателестроение. Радиоэлектроника, станкостроение, приборостроение, арктический кластер – тоже архиважно. Но при этом не нужно забывать, что главный принцип – конкурентоспособность. Опасно поддерживать предприятия, выпускающие продукцию, которая никому не нужна.

– Некоторые говорят, что России нужно из четвертого технологического уклада прыгнуть сразу в шестой. Это возможно? Что для этого нужно сделать?

– На мой взгляд, все рассуждения об укладах – некое лукавство. Классическая схема технологических укладов, когда один последовательно сменяет другой, как мне кажется, устарела. Ключевыми сегодня являются технологии повышения качества жизни, ресурсообеспечения, повышения энерговооруженности, а также передовые производственные технологии. Когда  отрасли начинают их применять, тогда они и переходят в следующий технологический уклад. Например, когда реальный бронежилет на живой свинке мы заменяем на виртуальный бронежилет и виртуальную свинку.             

Журнал «Город 812», Елена Роткевич