CC BY
157
наукоемкие технологии физико-химической обработки материалов
УДК 621.413.3: 621.9.047:048
Состояние и перспективы развития наукоемких технологий машиностроительного производства
Ю. С. Елисеев, Б. П. Саушкин
Ключевые слова: инновационная активность, машиностроение, наукоемкие технологии, физико-химические методы обработки.
По прогнозу ЮНЕСКО к концу XXI века все страны мира разделятся в зависимости от их научно-технического потенциала на четыре группы:
• владеющие передовыми научными знаниями, генерирующие новые основополагающие идеи и обладающие ключевыми технологиями;
• поддерживающие высокий уровень науки и владеющие высокими технологиями;
• владеющие технологиями среднего уровня, способные осуществлять первичную обработку сырья и выпускать уже освоенную продукцию общего назначения;
• поставляющие на мировой рынок сырье и рабочую силу.
Тенденция к такому разделению наблюдается уже в наши дни. Лишь несколько передовых в научно-техническом отношении стран мира способны выпускать наиболее сложные, высокотехнологичные промышленные изделия. Вместе с тем можно назвать многие государства, уже сегодня существующие за счет поставок сырья и рабочей силы. Очевидна взаимосвязь уровня технологического развития государства с его социально-экономическим положением в мировом сообществе и в конечном счете с уровнем и качеством жизни его граждан.
Из сказанного следует, что приобретение принципиально значимых преимуществ отражает государственные интересы и является стратегической задачей любой страны. Мировой опыт показывает, что решение этой задачи возможно только за счет развития наукоемкого сектора экономики, основополагающими звеньями которого являются машиностроение и приборостроение.
Кризис машиностроительного комплекса России
Уровень развития машиностроения оценивают по состоянию дел в отрасли, создающей средства производства: металлорежущие
станки и кузнечно-прессовое оборудование (МСКПО) [1, 2]. Рейтинг отдельных стран мира, отражающий их долю в мировом производстве МСКПО за последние пять десятилетий, представлен в табл. 1.
Россия занимает 22-е место в мировом рейтинге производителей МСКПО, данный факт свидетельствует о глубоком кризисе отечественного машиностроения. Это подтверждается и другими показателями. Так, по удельному потреблению металлообрабатывающего оборудования на душу населения Россия в 2006 году находилась на 28-м месте, в то время как в начале 1980-х годов СССР занимал 3-е место. В России из расчета на душу населения потребление МСКПО составило 8,28 долл., в то время как в Швейцарии (1-е место в рейтинге) — 172,18 долл., в Китае — 11,85 долл. Принимая во внимание тот факт, что машиностроительное производство вносит весомый вклад во внутренний валовый продукт (ВВП) индустриально развитых стран, следует признать, что к началу XXI века наша страна потеряла статус ведущей индустриальной державы.
Таблица 1
Рейтинг ведущих стран мира в области производства МСКПО
Страна 1954 1967 1986 1997 2007
Япония — 4 1 1 1
Германия - - - 2 2
ФРГ/ГДР 3/5 3/7 2 - -
КНР 10 - - 6 3
Италия 9 9 5 4 4
Южная Корея - - - - 5
Тайвань - - - 7 6
США 1 1 4 3 7
Швейцария 8 10 6 5 8
Испания - - 9 9 9
Бразилия - - - - 10
Франция 6 6 8 10 11
Австрия - - - - 12
Великобритания 4 5 7 8 13
СССР 2 2 3 - -
Россия - - - 22 22
Динамика экспорта и импорта МСКПО в 2000—2007 годах, млн долл. [1]
Таблица 2
Показатель 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Экспорт 138,0 84,0 49,4 54,7 95,9 95,7 109,0 129,7
Импорт 90,0 177,1 204,1 245,6 384,8 355,7 627,4 1099,7
Товарооборот 228,0 261,1 253,5 300,3 480,7 451,4 736,7 1222,3
Торговый баланс +48,0 -93,1 -154,7 -190,9 -288,9 -260,0 -518,7 -936,8
Уровень индустриального развития отдельной страны также оценивают, сопоставляя экспорт и импорт наукоемкой продукции. В 2006 году доля экспортируемых из России машин, оборудования, транспортных средств в совокупности составила около 5 %, а импортируемых в страну — 46 %. В 2003 году доля России на мировом рынке наукоемкой продукции составила всего лишь 0,3 °%.
Анализ динамики российского экспорта и импорта такой наукоемкой продукции, как металлообрабатывающее оборудование, показывает, что после спада 2001-2002 годов экспорт достиг уровня 130,0 млн долл. к 2007 году, что соответствует показателям 2000 года. За то же самое время импорт станкопродукции увеличился в 12 раз и достиг 1,1 млрд долл. (табл. 2).
В 2007 году отрицательный торговый баланс составил почти 1,0 млрд долл., сформировалась сильная зависимость машиностроения России от импорта средств производства. Основные показатели, характеризующие состояние станкостроительной отрасли России в этом году с учетом реэкспорта и реимпорта станков, можно оценить по следующим данным:
• производство — 202,2 млн долл.;
• экспорт — 105,3 млн долл.;
• импорт — 1097,1 млн долл.;
• совокупное потребление — 1194,0 млн долл.;
• потребление на человека — 8,28 долл.;
• экспортная квота (отношение экспорта к производству) — 53 °%;
• импортная зависимость (отношение импорта к потреблению) — 92 °% [2].
Каждый второй произведенный станок вывозится за рубеж, то есть существует зависимость отрасли от экспорта. Поскольку объемы экспорта и импорта отличаются более чем на порядок, можно считать, что прирост отечественного станочного парка происходит практически только за счет ввозимого оборудования. Одна из причин сложившейся ситуации — относительно низкий уровень качества производимого в России металлообрабатывающего оборудования. Так, в 2007 году отношение удельных цен (долл./кг) импортируемого и экспортируемого оборудования (величина, усредненная по видам продукции)
составило 4,9. Цена на мировом рынке определяет качество.
Длительный период стагнации отечественного машиностроения привел к заметному отставанию нашей страны в ряде областей наукоемкой техники и технологии. Например, в области авиационного двигателестрое-ния потенциал модернизации газотурбинных двигателей четвертого поколения практически исчерпан, а двигатель пятого поколения военного или гражданского назначения пока не создан. В то же время с 2002 года эксплуатируется американский самолет F-22 пятого поколения с двигателем F119-PW100, в строю европейский Eurofighter с двигателем EJ-200, французский Mirage с двигателем М-88-3 [3]. Американская компания Pratt & Whitney осваивает производство авиационных газотурбинных двигателей шестого поколения.
Каждое новое поколение сложной техники, например современных авиационных двигателей, представляет собой квинтэссенцию новейших наукоемких технологий, материалов и конструктивных решений. Следовательно, наша страна заметно отстает в такой значимой области оборонной промышленности, как производство авиационных двигателей.
Суммируя сказанное, можно заключить, что отечественное машиностроение, включая наукоемкий сектор, переживает глубокий кризис. Однако существует мнение, согласно которому ориентация на уникальные технологии позволила бы нашей стране в перспективе занять 10-15 % мирового рынка наукоемкой продукции.
Инновационный путь выхода из кризиса
В ближайшем будущем социально-экономическое развитие России напрямую зависит от решения трех взаимосвязанных задач:
• существенное (не менее чем в два раза) увеличение валового внутреннего продукта к 2020 году;
• обеспечение надежной обороноспособности страны;
• обеспечение социальной стабильности.
Очевидно, необходимым условием для решения указанных задач является создание
эффективной экономики. В программе долгосрочного социально-экономического развития страны на период до 2020 года рассмотрены три возможных сценария развития экономики:
• инерционный (консервация существующей модели экономики);
• экспортно-сырьевой (ускорение и увеличение объемов добычи углеводородного сырья);
• инновационный (использование инновационных источников роста как в традиционных, так и в новых наукоемких секторах общественного производства и экономике знаний).
Считается, что только реализация инновационной модели развития позволит стране снова войти в число лидеров глобальной экономики и выйти на уровень развитых постиндустриальных стран [4]. Необходимыми условиями такого экономического скачка являются увеличение доли высокотехнологических секторов во внутреннем валовом продукте с 10 до 17-20 % и снижение доли нефтегазового сектора с 22 до 11-12 %о.
Эффективность инновационной стратегии развития подтверждается мировым опытом. Как показано в табл. 1, страны, потерпевшие поражение во Второй мировой войне, — Япония, Германия, Италия — оказались лидерами индустриального развития к началу нового века. В то же время США, Великобритания, Франция, Россия уступили лидирующие позиции. Одной из основных причин отмеченной парадоксальной ситуации является то, что страны с разрушенной экономикой вынуждены были идти по единственно возможному, инновационному пути развития, максимально используя все присущие ему возможности. Этот же вывод можно отнести к наиболее успешным развивающимся странам.
Повышение доли выпуска наукоемкой продукции, все более глубокая переработка сырья и полуфабрикатов, разработка новых научных идей и направлений развития машиностроительного производства, включая его электронный компонент — производство средств управления и контроля, — это основные задачи инновационной деятельности, их решение позволит нашей стране сохранить и упрочить технологический суверенитет [5].
Инновационная деятельность связана с трансформацией идей (результатов научно-исследовательских и опытных конструкторских работ (НИОКР) или иных научно-технических достижений) в технологически новые или усовершенствованные продукты или услуги, внедренные на рынке, новые или усовершенствованные технологические процессы или способы производства услуг, использованные в практической деятельности. Это
комплекс научных, технологических, организационных, финансовых, коммерческих мероприятий, совокупность которых составляет предмет инновации [6, 7]. Таким образом, создание новой или совершенствование существующей технологии является целью и в то же время результатом инновационной деятельности в технологической сфере. Объектами инноваций являются:
• инновационные программы и проекты;
• новые знания и интеллектуальные продукты;
• разработка и внедрение новых методов и способов воздействия на объект производства, создание новых или модернизация существующих средств технологического обеспечения;
• организационно-технические решения;
• инфраструктура производства и предпринимательской деятельности;
• товарная продукция, механизмы формирования потребительского рынка и сбыта товарной продукции.
Обычно технологические инновации подразделяют на два вида: создание совершенно новой технологической системы и совершенствование (повышение уровня качества) существующей. Технологические инновации классифицируют по признаку радикальности воздействия на технологическую и социальную среду:
• инкрементная инновация — постепенное, повседневное изменение технологии;
• радикальная инновация — результат длительных целенаправленных разработок. Как правило, реализация таких инноваций приводит к заметным изменениям в макро-или микроэкономике;
• создание новых технологических систем — осуществление принципиальных изменений в технологии, имеющих межотраслевое значение. В качестве примера можно привести создание лазерных технологических систем, систем, основанных на электроразрядных явлениях;
• смена технико-экономической парадигмы — совокупность изменений технологии, которые оказывают влияние на экономику в целом, то есть носят революционный характер (например, микроэлектронные технологии, технологии ядерной энергетики, новые информационные технологии). К ним относят и государственную программу развития нано-технологий, осуществляемую в нашей стране.
Состояние инновационной деятельности в России описано с помощью статистических данных, приведенных в литературе [8, 9]. Инновационная активность в промышленности
Таблица 3
Инновационная активность промышленных предприятий ведущих стран мира
индустриально развитых стран (отношение числа организаций, занимающихся инновационной деятельностью, к общему числу промышленных организаций) показана в табл. 3. Там же представлена удельная доля новых изделий в общем объеме выпускаемой в стране продукции.
В 2009 году Россия занимала 51 место среди 130 стран по уровню инновационной активности. По приведенным показателям видно, что Россия сильно отстает от ведущих стран мировой экономики.
В отечественной научно-производственной сфере число организаций, занимающихся исследованиями и новыми разработками, сократилось на 12 % за десять лет (1995-2005 годы). Доли государственных и частных предприятий составляют 74 и 12 % соответственно (остальные 14 °% — совместная форма собственности).
В 1998 году ассигнования на науку достигли 1,32 °%, в 2006-м — 2,24 °%, в 2007-м — 2,25 °% расходной части федерального бюджета. Если оценить фактические затраты на НИОКР, включая финансирование из-за рубежа, на исследования и новые разработки, как процент от ВВП, то, например, в 2005 году они составили:
• Израиль — 4,71 °% (1-е место в рейтинге);
• Швеция — 3,86 % (2-е место);
• Финляндия — 3,18 % (3-е место);
• Япония — 2,99 % (4-е место);
• Корея — 2,93 % (5-е место);
• США — 2,68 % (8-е место);
• Германия — 2,51 % (9-е место);
• Россия — 1,07 % (29-е место).
Тогда же в абсолютном выражении расходы на исследования и разработки из средств, возложенные на федеральный бюджет и оцененные в абсолютном выражении, были оценены следующим образом: Россия — 12, Германия — 19, Япония — 28, США — 132 млрд долл. Благодаря приведенным данным очевидно недостаточное финансирование отечественной науки. В итоге мы имеем снижение объемов и качественных показателей большинства прикладных исследований и разработок, отток талантливой молодежи из исследовательских учреждений, низкую результативность исследований.
Результативность исследований и разработок, выполняемых в конкретной стране, оценивают по количеству статей, опубликованных ее специалистами в ведущих мировых научных журналах, и числу цитирований их работ (табл. 4). По данным за 2003 год, Россия находилась на 11-м месте по числу опубликованных работ и на 19-м — по рейтингу ци-тируемости. По числу опубликованных работ за 10 лет (1993-2003) удельный вес России снизился с 3,64 до 2,26 %. Это единственный пример снижения рассматриваемого показателя для первых двух десятков стран в рейтинге.
Увеличение числа цитирований (168 %) за рассматриваемый период можно объяснить, в частности, публикацией в печати результатов ранее закрытых исследований. Вместе с тем удельная доля цитирований отечественных работ явно незначительна и существенно меньше соответствующего показателя относительно количества публикаций, что говорит о недостаточно высоком качестве последних.
Таблица 4
Страна Год Инновационная активность, % Удельный вес новой продукции, %
Россия 2005 9,3 0,5
Великобритания 2001 39,0 9,5
Германия 2001 65,8 7,1
Италия 2001 40,0 18,7
Франция 2001 45,5 9,5
Корея 2003 43,0 -
Япония 2003 33,0 -
Финляндия 2001 48,0 27
Результативность новых разработок в 2003 году по отношению к 1996 году
Страна Число опубликованных статей Изменение показателя за указанный период, % Рейтинг Удельный вес страны по числу публикаций, % Число цитирований Изменение показателя за указанный период, % Рейтинг Удельный вес страны по числу публикаций, %
1996 2003 1996 2003
Россия 18 464 15 782 85,0 11 2,26 19 047 32 176 168,9 19 0,74
США 201798 211233 104,7 1 30,23 1 624 607 1 839 481 113,2 1 42,39
Германия 39 123 44 305 113,2 4 6,34 207 673 305 555 147,1 4 7,04
Япония 50 392 60067 119,2 2 8,60 219 688 318 665 145,0 3 7,34
Китай 10070 29 186 289,8 6 4,18 16 539 65 326 395,0 13 1,51
Франция 29 755 31 971 107,4 5 4,58 153 159 201 941 131,8 5 4,65
Таблица 5
Численность персонала, занимающегося исследованиями и разработками в расчете на 10000 работников, занятых в экономике страны
Результативность инновационных процессов оценивают также по численности работников, занятых новыми исследованиями и разработками. Такого рода данные за 2005 год представлены в табл. 5. Как видно, Россия занимает достаточно высокое место по данному показателю. Если сопоставить две последние таблицы, то становится ясно, что отечественные ученые и разработчики трудятся недостаточно результативно. Одна из причин такого отставания — недостаточная оснащенность научных организаций современным оборудованием для исследований.
Вместе с тем квалификация научных кадров России в среднем стала выше. Так, за 19952005 годы доля докторов наук среди всех исследователей увеличилась с 3,7 до 6,0 %% соответственно. Сопоставляя представленные результаты, можно предположить, что квалификационные требования к ученой степени доктора наук понизились.
Финансирование науки по остаточному принципу привело к качественному изменению ее социального статуса: научная работа стала малопрестижным занятием в нашей стране. Об этом свидетельствуют результаты опроса общественного мнения, проведенного в 2003 году в США и России (табл. 6).
Цикл инновационной деятельности представляется цепочкой звеньев — от генерации идеи до занятия соответствующей позиции на рынке. Одним из важнейших элементов этой цепи является проведение НИОКР. В наиболее динамично развивающихся странах доля собственных исследований и разработок в структуре инновационных затрат превышает 50 %. В России доля НИОКР составляет всего 11,5 %о, то есть основные инновационные затраты приходятся на закупки оборудования.
Таблица 6
Хотели бы Вы видеть своего ребенка ученым?
Страна Скорее да Скорее нет Затрудняюсь
ответить
Россия 32 47 21
США 80 18 2
Следовательно, необходимо изменить характер инновационной деятельности в нашей стране в пользу инвестиций в исследования и разработки, для того чтобы устранить столь заметный перекос в структуре инноваций. Определяющая роль в этом процессе отводится государственному финансированию и поддержке.
В сложившейся ситуации рациональное выделение средств на инновационную деятельность возможно при условии выработки целевого подхода путем концентрации ресурсов на приоритетных проектах и разработках. Следует говорить об определении и целевой поддержке ключевых, наиболее перспективных направлений научных исследований и разработок с учетом наличия соответствующих научно-производственных структур, кадрового обеспечения, накопленного опыта и научного задела.
Государственная поддержка приоритетных отраслей не ограничивается бюджетным финансированием и предполагает структурную оптимизацию указанных отраслей с созданием корпоративных интегрированных структур. Такие структуры рассматриваются как основа эффективной организации наукоемких машиностроительных производств. Мировой опыт показывает, что мощные интегрированные многопрофильные промышленные структуры добиваются заметных успехов в сложившихся социально-экономических условиях. Так, ведущее место в мировом авиадвигате-лестроении занимает холдинг General Electric, на предприятиях которого трудятся 310 тысяч сотрудников, а годовой объем товаров и услуг оценивается в 134 млрд долл.
В 2007 году указом президента РФ создан авиадвигателестроительный холдинг на базе ФГУП «Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют"». Находятся в стадии становления или уже сформированы крупные научно-промышленные структуры в других отраслях машиностроительного производства. Таким образом, определены стратегические приоритеты и пути развития наукоемкого машиностроительного сектора отечественной экономики, что позволяет строить оптимистические прогнозы будущего машиностроения России.
Для приоритетного развития высокотехнологического сектора общественного производства нужно решить ряд конкретных технико-экономических задач. Например, необходимо резко активизировать инновационную деятельность, особенно в сфере наукоемких производств. Расчеты показывают, что за десять лет число компаний, осуществляющих
Страна Количество исследователей Общая численность персонала Место в рейтинге
Финляндия 165 240 1
Швеция 125 180 2
Франция 80 141 5
Япония 106 141 6
Россия 69 137 8
Германия 69 121 15
инновационную деятельность, должно увеличиться не менее чем в четыре раза.
Следует перейти к стандартам развитых стран в области бюджетной политики. Так, финансирование образования и науки должно составлять 7 и 3 % от ВВП соответственно.
Поставлена задача значительного увеличения выпуска продукции в таких наукоемких отраслях, как судостроение, авиастроение (предполагается, что доля нашей страны достигнет не менее 10 % мирового рынка продаж авиатехники), производство ракетно-космической техники (цель — удвоение доли продукции на мировом рынке), производство и экспорт вооружения и военной техники (российский сегмент должен составлять не менее 20 % мирового экспорта). В 2020 году суммарный экспорт машиностроительной продукции должен быть увеличен в пять раз по отношению к 2006 году. На основе сказанного можно утверждать, что машиностроение рассматривается как ключевая составляющая устойчивого экономического развития страны.
Наукоемкие технологии — основа современного машиностроения
Россия должна в сжатые сроки преодолеть отставание и обеспечить собственное производство современной техники. Как показывает опыт ведущих мировых производителей, необходимым условием ее создания является обладание новейшими наукоемкими технологиями, в том числе основанными на новых физико- и химико-технических эффектах [10-12]. Именно поэтому становится чрезвычайно актуальным умение создавать их. Заимствование новых научных идей путем сотрудничества с иностранными разработчиками и покупки новейших образцов техники не может рассматриваться в качестве альтернативы. Ведущие транснациональные компании, активно занимающиеся разработкой и совершенствованием наукоемких технологий, стремятся сохранить контроль над ними.
Если по некоторым оценкам [14] к концу 1980-х — началу 1990-х годов наша страна входила в десятку стран мира — разработчиков наукоемких машиностроительных технологий, то по прошествии 20 лет возможности отечественных специалистов в области создания таких технологий значительно сузились. Способность разрабатывать передовые наукоемкие технологии становится проблематичной в ряде отраслей промышленности. Образовался порочный круг: промышленность не в состоянии в достаточной степени финансировать научные и опытно-конструкторские
разработки, без которых невозможно создание новых технологий, возрождение и развитие промышленности.
По данным Всемирной организации интеллектуальной собственности, с 2000 по 2006 год доля нашей страны в мировом фонде изобретений упала с 1,8 до 1,6 %. За год две трети всех патентов получают Япония, США, Южная Корея и Германия. В 2006 году на пятое место вышел Китай. За указанный выше период количество ежегодно выдаваемых в Китае патентов выросло с 25 до 122 тыс. (в России — с 23,3 до 27,8 тыс.).
Суммируя изложенное, можно заключить, что в настоящее время перед российским обществом стоит важнейшая социально-техническая проблема преодоления отмеченных выше деструктивных процессов, сохранения и упрочнения технологического суверенитета России. Необходимо предпринимать действенные меры для возрождения и развития отечественных технологических школ в области электроэрозионной, электрохимической, лазерной и других перспективных видов обработки материалов. Это придется делать в условиях острого кадрового дефицита, практически исчерпанного научно-технического задела, отсутствия экспериментальной базы, разрыва непрерывной цепи передачи технологического опыта.
Создание и развитие наукоемких технологий в большинстве случаев основано на использовании новых физико-технических и химико-технических эффектов и их комбинаций. Это дорогостоящая работа, которую в условиях дефицита ресурсов можно проводить только при наличии выстроенной системы приоритетов. Действительно, как отмечалось выше, сложилась ситуация, когда стал неизбежным селективный подход в осуществлении инвестиционной политики для развития технологий. Выбор и оценку перспективности новых технологических направлений часто проводят на основе концепции ключевых многопрофильных технологий (КМТ).
Такая технология должна отвечать двум требованиям: во-первых, быть действительно необходимой и способной оказать решающее влияние на прогресс экономики страны, отрасли или региона, во-вторых, быть пригодной к использованию в различных производственных сферах. Основной принцип формирования КМТ — это синтез технологий, предложенных в нововведениях высокой степени значимости, которые выявлены путем осуществления различных программ. Предполагается, что разработка стратегии технической политики должна базироваться на КМТ.
При формировании селективной инвестиционной политики выбор и оценку КМТ производят методом экспертных оценок, на основе свободного конкурса проектов. Основным критерием выбора является степень возможного влияния инвестируемого проекта на технологический потенциал страны (региона).
Как будет показано далее, комплекс технологий, основанных на физико-химических методах обработки, полностью соответствует требованиям, предъявляемым к КМТ. Действительно, эти технологии вполне отвечают первому из сформулированных выше положений, то есть действительно необходимы для решения общегосударственных или региональных технических задач. Эти технологии, например технологии лазерной, электроэрозионной или электрохимической обработки материалов, находят применение в разных отраслях и отвечают второму условию.
Таким образом, указанные технологии можно рассматривать как ключевые и многопрофильные. Их дальнейшее распространение и развитие тесно связаны с появлением специализированных технологических центров на базе передовых перспективных заводов или их объединений. Всемерная поддержка таких центров должна стать основополагающим элементом технологической политики как отдельных отраслей промышленности, так и государства.
Круг стран, развивающих наукоемкие технологии, довольно узок и включает в себя около двух десятков государств. Ограниченность числа стран с высоким уровнем технологий, безусловно, связана с необходимостью привлечения значительных средств и использования мощного научного потенциала для разработки подобных технологий. Кроме того, государство должно применять наукоемкие технологии в собственном промышленном производстве, то есть иметь соответствующие заводы, оборудование, квалифицированные кадры и производить собственную наукоемкую продукцию. Все сказанное подтверждается качественной корреляцией степени индустриального развития страны и ее вклада в мировой информационный поток с уровнем развития наукоемких технологий.
Развитие машиностроительного производства связано как с совершенствованием существующих технологий, основанных на процессах резания и пластического деформирования материалов, так и с разработкой новых технологий, в основу которых положены различные физико-химические процессы, обеспечивающие целенаправленное воздействие на материал. Поиски и использование учеными
и технологами новых методов обработки, отличных от традиционной обработки резанием или пластическим деформированием, обусловлены следующими причинами:
■ Успехи материаловедения приводят к постоянному улучшению функциональных свойств конструкционных и инструментальных материалов. Как правило, новые материалы обладают худшей обрабатываемостью резанием и меньшей пластичностью. Так, формообразование изделий из современных керамических материалов лезвийным инструментом практически невозможно.
■ Совершенствование конструкций изделий сопряжено с использованием ажурных, нежестких элементов пространственно-сложной конфигурации. Предъявляются повышенные требования к точности обработки деталей машин. В современном точном машино-и приборостроении точность обработки достигает 10-7 м при высоте микронеровностей порядка 10-8 м.
Сказанное не означает, что метод обработки резанием теряет свою значимость. Способы обработки лезвийным и абразивным инструментом постоянно совершенствуются. Создание эффективных технологий есть результат острейшей конкуренции традиционных и новых методов обработки [13-15].
В качестве примера можно привести технологии производства авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) — наиболее сложных в изготовлении, наукоемких видов машиностроительной продукции. Каждый новый шаг на пути совершенствования двигателей, повышения их технических возможностей связан с применением новых конструкций, материалов, технологий. За полвека эволюции конструкций ГТД температура газов на входе в турбину увеличилась примерно в два раза, а удельный вес двигателя снизился в 4-6 раз. Это стало возможным благодаря использованию новых материалов с высокими характеристиками по жаропрочности, жаростойкости и удельной прочности. Как правило, улучшение данных свойств приводит к снижению обрабатываемости материалов резанием.
Прогноз на 2020 год (см. рисунок) указывает на существенное расширение номенклатуры материалов: применение жаропрочных сталей и сплавов снижается за счет использования композиционных материалов и ин-терметаллидов.
Повышается степень сложности и увеличивается трудоемкость изготовления основных деталей двигателя: расширяется применение трехмерных сложноконтурных поверхностей для изготовления элементов газодинамического
5 %
20 %
5 %
20 %
10
10 %
5 %
25 %
Номенклатура материалов и потребность в них в авиадвигателестроении. Прогноз на 2020 год:
□ — интерметаллические композиты; ■ — алюминиды титана и прочие интерметаллиды; ■ — полимерные композиты; ■ — жаропрочные сплавы; □ — металлические композиты на основе А1/Мп; □ — стали;
□ — композиты с титановой матрицей; □ — керамо-композиты
тракта, используются ажурные, тонкостенные и пустотелые элементы конструкции. При этом необходимо выполнение функциональных условий по прочности и жесткости, предъявляются специальные требования к параметрам качества поверхностного слоя.
Указанные причины усложняют разработку эффективных технологий изготовления ГТД, особенно при механической обработке, трудоемкость которой составляет до 60 %% суммарных трудозатрат на изготовление двигателя. Преодоление этих трудностей рассматривается как важнейшая производственная задача, которую решают путем широкого привлечения технологий физико-химической обработки. Так, на современных предприятиях — производителях авиационных двигателей количество электроэрозионного оборудования исчисляется сотнями единиц, лазерного, электронно-лучевого и электрохимического — десятками единиц.
Мировой опыт показывает, что серийность выпускаемой наукоемкой продукции имеет тенденцию к снижению. Это вызвало к жизни концепцию гибких производств, получившую значительное распространение и развитие к концу ХХ века. Однако при изготовлении пространственно-сложных деталей заготовительные операции и многие операции механообработки задействуют специальную дорогостоящую оснастку и инструмент, что затрудняет организацию гибких производственных структур и повышает себестоимость
продукции. В связи с этим принято считать, что технологии физико-химической обработки, обеспечивающие во многих случаях получение трехмерных поверхностей методом прямого копирования из простых по форме заготовок и без привлечения дорогостоящей оснастки, весьма перспективны. Так, электрохимическая размерная обработка эффективна и конкурентоспособна при производстве ряда типоразмеров лопаток компрессора, особенно из новых материалов [11]. Электроэрозионная обработка обеспечивает получение карманов, глубоких отверстий малого диаметра, пазов [16]. Лазерная обработка успешно конкурирует с листовой штамповкой на производстве небольших партий сложноконтурных листовых заготовок [12]. При этом отсутствуют принципиальные трудности для использования соответствующего оборудования и технологий с высоким уровнем информационного обеспечения в современных интегрированных автоматизированных производствах [17].
Все вышесказанное объясняет широкое применение наукоемких технологий, основанных на физико-химических методах обработки в авиационном двигателестроении [11, 13, 15], в производстве ракетно-космической техники [10]. Технологии, основанные на физико-химических методах обработки материалов, обладают всеми признаками ключевых технологий. Многие из них были созданы в нашей стране, однако по ряду причин к началу нового века Россия заметно отстала от индустриально развитых стран в производстве технологического оборудования и разработке новых высокоэффективных технологий. Вместе с тем в связи с разработкой новых образцов техники круг технологических задач, решаемых с применением физико-химических методов обработки, постоянно расширяется [15, 18].
Таким образом, ускоренное развитие наукоемкого машиностроительного производства в целях восстановления роли России как индустриально развитой державы — первостепенная и неотложная задача. Приоритетными направлениями такого развития являются разработка и внедрение высокоэффективных технологий, базирующихся на новейших достижениях фундаментальных наук.
Литература
1. Воеводов А. Мировое станкостроение 2007 // ИТО: Инструмент. Технология. Оборудование. 2008. № 3. С. 10-36.
2. Гонялин С. И. Экспорт и импорт МОО России в 2007 году // ИТО: Инструмент. Технология. Оборудование. 2008. № 3. С. 2-6.
3. Ивах А. А. Двигатель нового века // Бюллетень клуба авиастроителей. 2007. № 5. С. 88-89.
4. Общероссийская дискуссия «Промышленность, наука и образование — пути развития и ожидаемые результаты». М.: Союзмаш России, 2007. 70 с.
5. Саушкин Б. П. Наукоемкие технологии — основа технологического суверенитета страны // Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении: Сб. тр. / Под ред. Б. П. Саушкина. Липецк: ЛГТУ, 1997. С. 7-23.
6. Чурсин А. А. Инновации и рынок. М.: Машиностроение, 2004. 187 с.
7. ^ловьев В. П. Инновационная деятельность как системный процесс в конкурентной экономике. Киев: Наук. думка, 2007. 168 с.
8. Индикаторы инновационной деятельности: 2007. Статистический сб. М.: ГУ-ВШЭ, 2007. 400 с.
9. Индикаторы науки: 2007. Статистический сб. М.: ГУ-ВШЭ, 2007. 344 с.
10. Наукоемкие технологии производства РКТ: Сб. науч. тр. / Под ред. В. В. Булавкина, В. Х. Пос-таногова, Ю. Ф. Назарова. Подольск: Сатурн-С, 2001. 365 с.
11. Физико-химические методы в производстве газотурбинных двигателей / Под ред. Б. П. Сауш-кина. М.: Дрофа, 2002. 656 с.
12. Коваленко В. С. Машиностроение в новом тысячелетии // Электронная обработка материалов. 2001. № 3. С. 60-68.
13. Бойцов А. Г., Ковалев А. П., Новиков А. С. и др. Процессы механической и физико-химической обработки в производстве авиационных двигателей. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007. 584 с.
14. Саушкин Б. П. Инновационные процессы в области физико-химических методов и технологий // Материалы международного форума «Высокие технологии — стратегия XXI века». М.: Экспоцентр, 2009. С. 616-619.
15. Гайлит Ю. Т., Саушкин Б. П. Технологическое обеспечение производства новых изделий // Крылья Родины. 2007. № 10. С. 35-40.
16. Елисеев Ю. С., Саушкин Б. П. Электроэрозионная обработка изделий авиационно-космической техники. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Баумана, 2010. 450 с.
17. Ковшов А. Н., Назаров Ю. Ф., Ибрагимов И. М. и др. Информационная поддержка ЖЦИ машиностроения. М.: Академия, 2007. 304 с.
18. Павлинич С. П. Перспективы применения импульсной электрохимической обработки в производстве деталей газотурбинных двигателей // Вестник Уфимск. гос. авиацион. техн. ун-та. 2008. Т. 11, № 2. С. 105-115.
