Данная статья была опубликована “Инженерным Клубом” в журнале “Станочный парк” № 6(62) 2009 года. Авторы статьи – эксперты “Инженерного клуба” А.С. Вохидов, к.э.н. и Л.О. Добровольский. Ссылка на оригинал статьи.

“Инженерный Клуб” совместно с группой экспертов проводит аналитические исследования рынков в различных отраслях промышленности.

С появлением новых открытий в области науки и техники человечество обретает новые возможности для дальнейшего, более глубокого исследования тайн природы и направления результатов исследований на практическую службу. Укрупнено направления исследований можно представить в виде основных блоков:

• получение новых видов энергии и новых источников уже известных видов энергии для решения транспортных проблем и бытового энергообеспечения социума в недалёком будущем;
• энергетика военно-прикладного назначения в широком диапазоне задач;
• получение новых материалов и изменение свойств уже известных материалов и их композиций, исследование механизма химического, физического и иных возможных видов их взаимодействия, применительно к объектам как живой, так и неживой природы;
• исследования в области медицины, биологии, фармацевтики;
• блок исследований в области информационных технологий;
• блок совершенствования существующей техники и создания широкого спектра техники нового поколения и др.

Иерархия приоритетов исследований в каждом из этих (и других) блоков находится в постоянном движении, со временем выявляются тупиковые направления и на замену им приходят новые. Так, совсем недавно представлявшиеся весьма перспективными исследования водородных топливных элементов (устройства для превращения водорода в электроэнергию, которые могли бы питать энергией водородные электромобили будущего) намечаются американским правительством к сворачиванию. По мнению исследователей, ничего пригодного к практическому применению из топливных элементов не выйдет ещё 10 20 лет. На наших глазах мечта человечества о создании экологически чистых автомобилей, выхлопы которых содержали бы только воду, если не рушится окончательно, то отодвигается в своём воплощении на неопределённое время. Альтернативные виды «корма» для автомобиля – биоэлектричество и биотопливо – до практического использования ещё не дозрели, но с повестки дня научных поисков не сняты.

Примером иного рода может служить выдвижение на передний край науки и техники разносторонней тематики нанотехнологии и наноматериалов, требующих существенного обновления всего арсенала материально-технического, метрологического, правового и прочих функций обеспечения, включая создание нового поколения государственных, ведомственных стандартов и стандартов организаций, а

также сертификацию всего, что может подпадать под понятия наноматериалов и нанотехнологии. При этом особую актуальность приобретают вопросы ужесточения порядка в деле защиты прав не только обладателей интеллектуальной собственности, но и прав и обязанностей физических и юридических лиц, которым переданы на тех или иных основаниях права пользования интеллектуальной собственностью не только в прикладных сферах, но и в сферах фундаментальных научных разработок, там, где прокладываются новые пути постижения мира.

В практике станкостроения просматривается тенденция к уменьшению габаритов оборудования, к сокращению материало и энергоёмкости при сохранении, а подчас и увеличении функциональных возможностей той или иной модели станка при ужесточении параметров, характеризующих точность выполняемых операций. Характерной особенностью оборудования нового поколения является увеличение точек (зон) контроля состояния самого оборудования, состояния технологического приспособления, состояния материала и адекватности его взаимодействия со всей системой, состояния обрабатывающего инструмента и адекватности его взаимодействия с деталью (материалом). Большой поток информации, поступающей со всех зон контроля в единый центр анализа и управления, предъявляет повышенные требования и к состоянию самой системы анализа и принятия управляющих воздействий в зависимости от различного рода отклонений от заданных режимов работы системы. Оборудование, «напичканное» сенсорами различного назначения и узлами управления, постепенно меняет столь привычный для нынешнего поколения инженеров вид.

Не за горами пришествие в реальную жизнь фантастических предвидений инженеров-чудаков. Обрабатываемая деталь будет покоиться в поле антигравитации и обрабатываться различного вида лучами, упраздняющими применение дорогостоящих и трудоёмких в изготовлении инструментов. Детали будут перемещаться в цеховом пространстве манипуляторами-роботами по командам, исходящим из черепной коробки оператора.

Восстановление в правах и действенная реабилитация жизненно важного для страны крупномасштабного производства средств-производства сегодня немыслимы без возрождения многонаправленной сети инженерных и научно-технических обществ и практики наставничества в промышленных предприятиях, особенно в машинном станкостроении. Возвращение в научно-технический оборот и в правополагающую практику сравнительно недавно изгнанного из употребления термина «внедрение», существенное расширение толкований и понятий в сфере прав на результаты интеллектуальной деятельности и средства индивидуализации открывают новые возможности отечественным изобретателям и рационализаторам. Особенно, работающим в прикладных направлениях техники, в частности – в машиностроении, станкостроении, в разработке новых видов и технологий изготовления инструмента обрабатывающего, вспомогательного, технологической оснастки и т.д. В связи с этим новые положения Гражданского кодекса РФ (часть 4), несомненно, заинтересуют не только руководителей высшего и среднего звена в сфере промышленного производства, но и представителей инженерного корпуса, а также тех, кто непосредственно воплощает новые идеи и разработки в металле.

Не секрет, что большинство практически значимых в технике и технологии идей возникает непосредственно на промышленных предприятиях и в лабораториях, там, где появляются «узкие места», преодолеть которые с помощью внешних сил не представляется возможным, когда в ситуации кажущейся безысходности раскрывается творческий потенциал местных Кулибиных. Современное состояние отечественного станочного парка многих не только ввергает в состояние безнадёжности и безвыходности, особенно в условиях финансового и экономического кризиса, но, напротив, концентрирует творческие и организаторские способности коллективов, понимающих, что не только отечество в опасности, но в опасности каждая семья, каждый человек. В связи с этим новое понимание обретает ставшее привычным для нашего уха словосочетание «инновационный подход». Новомодная терминология, в том числе в технике и экономике, нередко перепевает и повторяет то, что до недавней поры у нас было в ходу ещё с конца XIX века и успешно выполняло свои функции терминологического обеспечения технического прогресса. Сегодня под термином «Инновации» в общем понимаются всего лишь нововведения (в любой области), основанные на использовании достижений науки и передового опыта, а также использование этих новшеств в самых разных областях и сферах деятельности. Критерии степени важности и полезности открытий и основанных на них новшеств на практике у нас всегда ассоциировались с патентами на изобретение, с авторскими свидетельствами, с рационализаторскими предложениями, то есть со всем тем арсеналом, которым славились наука, техника и промышленность нашей страны. Таким образом, с «инновациями» в современном понимании слова Россия знакома и практически работает уже давно.

Продление жизненного цикла работающего станочного оборудования и технологической оснастки к нему всегда связывается с поиском путей оптимизации проведения ремонтных работ. Там, где сохранилась система ППР (планово-предупредительного ремонта) и планового обеспечения ремонтных служб необходимыми запчастями, там, как правило, резерв готовится заранее. В противном случае ремонтные службы работают в режимах пожарной команды, со всеми вытекающими последствиями.

Инновационные технологии в ремонтных службах, естественно, начинаются далеко от порога ОГМ или РМЦ, поэтому смело можно говорить о расширении радиуса действия инноваций применительно к изготовлению оснастки и запчастей к станкам и включить в эту сферу такие направления, как:

• прогнозирование потребностей станочного парка в технологической оснастке и запчастях к станкам;
• организация складского хозяйства и внутризаводской логистики;
• изучение рынка необходимых деталей, выбор оптимальных (по ценам, срокам поставки, качеству, условиям оплаты и т.д.) поставщиков (изготовителей);
• организация участков для обработки (изготовления, восстановления, контроля) деталей и узлов с использованием достижений науки и передового опыта;
• организация службы контроля состояния оборудования с применением новейших средств и методов определения характеристик точности работы станков и др.

При современном состоянии информационных технологий получить информацию о новейших достижениях в этих и других направлениях труда не составит. По каждому из этих направлений можно привести объёмный пакет данных именно инновационных решений, позволяющих отбросить рутинные методы достижения требуемых результатов.

Из всего приведённого блока направлений применения инновационных технологий остановимся (как на одном из вариантов) на обработке (изготовлении, восстановлении, контроле) деталей и узлов с использованием достижений науки и передового опыта. А именно – на практическом применении ЭПИЛАМИРОВАНИЯ как одного из наиболее эффективных способов комплексной защиты поверхностного слоя деталей машин и улучшения таких характеристик поверхностей, как сопротивление усталости, антифрикционность, адгезионостойкость, износостойкость, коррозионностойкость, стойкость к радиационному излучению и воздействию микроорганизмов. Технология эпиламирования относится к наиболее продвинутому научному направлению, к так называемым «нанотехнологиям». Замедление разрушения поверхности вследствие износа и контактной усталости достигается нанесением на поверхность фторсодержащих поверхностно-активных веществ (фторПАВ), образующих покрытие в виде многофункциональной плёнки толщиной 40…100 Ǻ. Закрепление плёнки фторПАВ на поверхности осуществляется в результате химического взаимодействия состава эпилама и материала основы – детали (процесс хемосорбции). Эпиламирование позволяет существенно улучшить динамические показатели различных трибологических систем машин, станков, лопаток турбин, подшипников и их опор, промышленных роботов, характеристики различного технологического оборудования, а также режущего, штампового, вырубного, вытяжного и другого инструмента.

Контактная выносливость рабочих поверхностей (высокое сопротивление образованию микротрещин, оспин, шелушению, сколов) повышается различными методами обработки рабочих поверхностей, создающими однородную структуру в поверхностном слое. А также применением сложных химических композиций (упрощённо относимых к разновидностям смазок), образующих специальные (часто – многофункциональные) покрытия в виде наноплёнок, как работает вышеупомянутый «эпилам», который является своего рода инновационной «зубной пастой» для промышленности.

Умение прогнозировать срок службы деталей, особенно находящихся в труднодосягаемых зонах узлов и агрегатов, позволяет во многом сократить расходы на ремонт и, что особенно болезненно отражается на производстве, незапланированном простое. Владение в условиях конкретного производства методами регулирования интенсивностью износа (в частности, износом схватыванием при малых скоростях скольжения трущихся поверхностей, при давлениях, превышающих предел текучести на участках фактического контакта в условиях граничного трения и высоких температур) такими, как:

• оптимальный подбор металлов (материалов) для пар трения, несклонных к взаимному схватыванию и способных к образованию устойчивых прочных защитных плёнок вторичных структур;
• создание защитных плёнок травлением в растворах кислот и щелочей, фосфатизацией, сульфидированием, а также образованием вторичных структур вследствие диффузии кислорода и углерода в поверхностный слой в процессе их пластического деформирования;
• повышение твёрдости трущихся поверхностей закалкой, химико-термической обработкой, нанесением износостойких покрытий, деформационным упрочнением и др. позволяет не только предусмотрительно «усилить» деталь, но и подготовить резервный запас таких деталей.

Если в парах трения процесс схватывания возникает и развивается при больших скоростях скольжения трущихся поверхностей и повышенных давлениях, что обуславливает значительное увеличение температуры в поверхностных слоях пары трения, для повышения износостойкости рекомендуется увеличить теплостойкость металлов пар трения легированием их редкими металлами в сочетании со специальной термообработкой. Снижать трение применением специальных смазочных материалов и различных присадок к ним (химически и физически активных веществ и т.п.). Уменьшать температуру трущихся поверхностных слоёв.

Выбор метода защиты поверхностного слоя деталей от окисления и коррозионного разрушения зависит от материала детали и условий эксплуатации (температура нагрева, механического нагружения и продолжительности их воздействия, а также от окружающей среды). Эпиламирующие составы гидрофобизируют поверхность изделий. Для деталей из коррозионно-стойких конструкционных материалов, работающих без защитных покрытий в воздушной или агрессивной среде, независимо от температуры нагрева, необходимо обеспечивать исходную шероховатость поверхности Ra=0,63…0,16 мкм и степень деформации поверхностного слоя тем меньшую, чем агрессивнее среда и выше температура нагрева.

Нанесение на поверхности деталей многофункциональных (не только защитных) покрытий – наиболее эффективное направление повышения работоспособности и долговечности деталей. Покрытия (эпиламы – в том числе) изолируют поверхность материала детали, препятствуют внедрению в поверхностные слои рабочих поверхностей агентов агрессивной среды и тем самым предохраняют материал от коррозии и разрушения. Инновационность подхода только в этом направлении – совершенствование техники и технологии изготовления оснастки и запчастей к станкам – заключается в выборе предприятием наиболее оптимальной технологии из числа успешно заявляющих о себе на европейском и мировом рынках технологий с учётом возможностей (финансовых, технических, кадровых, инфраструктурных и т.д.) конкретного предприятия, не забывающего и о возможностях работы по субконтрактингу и внешнезаводской кооперации с более продвинутыми в конкретных областях техники и технологии предприятиями.

В настоящее время, только объединяя усилия всех звеньев промышленного сектора и сектора поддержки малого и среднего бизнеса (инженерные сообщества, центры сертификации, центры правовой поддержки правообладателей интеллектуальной собственности и результатов интеллектуальной деятельности, фонды и комитеты структур власти и бизнеса), можно реально противостоять трудностям и вывести отечественное станки машиностроение на достойный уровень.