Станкостроение – одна из важнейших отраслей экономики, так как без выпуска производящего и обрабатывающего оборудования невозможно развитие других секторов народного хозяйства. Именно поэтому внедрение новых технологий и совершенствование станков имеет приоритетную актуальность в станкостроении. В этой статье мы рассмотрим последние тенденции внедрения технических новинок в производство и обратимся к мнению экспертов по поводу перспектив развития отрасли.
Важнейшие инновации в производстве станков
Эксперты института статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ с помощью системы интеллектуального анализа больших данных iFORA выделили наиболее значимые тенденции в развитии технологий, повышающие производительность и эффективность работы продукции станкостроительной отрасли – системообразующего сегмента промышленности.
В современных условиях кризиса мировой экономики важнейшим приоритетом развития российской промышленности является ускоренная модернизация станкостроения для достижения технологического суверенитета страны.
Применение искусственного интеллекта и машинного обучения
По мнению аналитиков портала «Станкофф», одним из основных направлений в развитии станкостроения является широкомасштабное внедрение искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения в технологические процессы. Все больше в производство внедряются станки, в конструкции которых предусмотрены сенсоры и камеры, собирающие данные о процессе изготовления узлов и деталей. Эти показатели анализируются ИИ, и на основании анализа разрабатываются алгоритмы МО. Полученные алгоритмы позволяют более продуктивно настроить станок для максимальной производительности и повышения точности обработки.
Так, с помощью ИИ можно в автоматическом режиме скорректировать скорость вращения режущих деталей, давление, направление воздействия и другие параметры, в зависимости от используемого материала и технических требований к изделию. Такие настройки практически исключают брак и снижают нагрузку на сам станок, что увеличивает его износоустойчивость.
Технологические научные разработки ведутся одновременно по нескольким направлениям. В некоторых случаях исследуется внедрение передовых цифровых технологий, в других – исследуется практика влияния инновационных разработок на производительность оборудования. А такие решения, как внедрение робототехнических устройств, реализуются при сотрудничестве многих научных и инженерных объединений.
Уже имеющиеся базовые алгоритмы глубокого обучения широко внедряются в российском станкостроении. При этом научные круги считают, что в данном направлении имеются огромные возможности по изучению скрытых зависимостей данных при помощи ИИ, системы big data и других. Эти цифровые инструменты позволяют отслеживать состояние узлов станка и своевременно оповещать о критическом состоянии износа.
Чистая энергия и экологическая устойчивость
Международное направление на снижение использования углеводородных энергоносителей и различные программы по защите окружающей среды нашли свое применение и в инновациях отечественного станкостроения. Хотя Россия находится и не в столь благоприятном положении, как другие страны для внедрения «зеленых» источников энергии, ведутся разработки по применению в станкостроении чистых источников (солнечные батареи и ветровые установки).
Экологические требования обязывают производителей снабжать оборудование системами рециркуляции жидкостей для охлаждения. Это позволяет экономить воду и снижает вредные выбросы.
Встраиваемы технологии «интернета вещей» (IoT)
Инновационная технология интернет вещей (IoT) постепенно внедряется и в отрасль тяжелой промышленности. Большую роль в развитии управлением оборудованием посредством интернета сыграла пандемия, вынудившая многих специалистов перейти на «удаленку».
Посредством IoT можно вести мониторинг производственных процессов и управлять ими. Датчики позволяют отслеживать состояние станка и его узлов, прогнозировать поломки и планировать техническое обслуживание оборудования. Своевременный ремонт снижает простои и сокращает расходы на детали и ремонтные работы.
3D-печать и аддитивные технологии
Технология 3D-печати уже давно используется в изготовлении деталей, легкой и пищевой промышленности и даже в медицине. Инженеры внедряют 3D-печать и в станкостроение.
Уже сейчас станки, производящие сложные детали, требующие высокой точности, оснащены головками для 3D-печати. Это существенно повышает скорость изготовления и соблюдение заданных параметров.
В производстве микроэлектроники, которое особенно важно для выполнения программы импортозамещения, широко применяется лазерное оборудование. В совокупности с внедрением цифровых технологий «машинного зрения» лазерная обработка может применяться на уровне 10 микрометров (10 мм. в минус пятой степени).
По мнению инженеров и конструкторов завода «ПромСтройМаш», важным аспектом успешной производственной деятельности является внедрение разработок, сводящих человеческий фактор к минимуму. Преимущества применения лазерной резки, считают специалисты очевидны:
- направленная точность позволяет выполнять тончайшую резку с любым графическим узором;
- можно резать сплав любой плотности и с различными физическими свойствами;
- высокая скорость выполнения работ.
Внедрение систем комплексной автоматизации позволяет программировать установки лазерной обработки и увеличивать масштаб производства. Как уже упоминалось ранее, автоматизация позволяет исключить брак и несовершенство операций.
Лазер используется не только для резки, но и для сварочных работ. Это особенно важно для создания крупногабаритных деталей большого веса и требующих большого масштаба сварочных работ. Все чаще лазерная технология сварки используется в станкостроении из-за ее надежности, скорости и экономии ресурсов.
Самой инновационной на данный момент в машиностроении считается лазерный послойный синтез. Именно этот метод позволяет «вырастить» детали сложной конструктивной модификации. При этом можно использовать сплавы и металлы высокой прочности, плохо поддающиеся обработке – такие как жаропрочная сталь, алюминий и титан.
В отличие от резки, технология оплавления лазером металлического порошка позволяет исключить деформацию и возможные поломки. Полученные изделия отличаются идеальной плотностью. Автоматизация процессов регулирования скорости и толщины луча лазера существенно снижает энергопотребление и процент брака.
Использование роботов и автоматизации
Все более значимый объем рутинных или опасных операций передаются роботам и автоматизированным системам. Особенно актуален процесс замены работников – людей машинами в станкостроении. Эта отрасль, пожалуй, одна из самых лидирующих по уровню воздействия вредных веществ и профессиональным заболеваниям.
Эксперты ИСИЭЗ считают, что конечным этапом внедрения интеллектуальных систем и автоматических процессов является полная передача контроля над операциями от человека к системам автоматизации. Такая трансформация производства сведет функции оператора к наблюдению и корректировке технологического процесса.
Уже сегодня в станкостроении используются технологии цифровых двойников, системы слежения за состоянием оборудования и прочее. Разработка и внедрение промышленных роботов выполняют замещающие функции (подача деталей, использование инструментария в выполнении примитивных функций, замещение рабочих процессов и т. п.). Часто применяется совмещение цифровых технологий, ИИ и робототехники.
Оптимизация систем управления и программирования
Современные программные продукты все больше ориентированы на пользователей, не знакомых с принципами программирования. Например, все шире внедряются программы, позволяющие управлять производственным процессом при помощи графического интерфейса и создания визуальных образов.
Многие решения имеют встроенную функцию симуляции, позволяющие провести предварительный анализ процесса обработки с выявлением потенциальных проблем.
Гибридные и мультифункциональные станки
И мировые, и отечественные разработки все больше ориентируются на создание гибридных станков. То есть на одном оборудовании можно выполнять весь спектр операций: фрезерные работы, токарные и шлифовальные процессы. Это, прежде всего, сокращает затраты на различное оборудование и использование производственных площадей.
По мнению специалистов ИСИЭЗ, главные направления внедрения инновационных технологий выглядят следующим образом:
Некоторые считают полную замену человеческого труда невозможной, другие видят в этом перспективы, третьи придерживаются мнения, что прогресс неизбежен.
Прогнозы внедрения инновационных технологий
В газете «Известия» ученые РАНХиГС опубликовали результаты своих исследований «Риски цифровизации и автоматизации».
По данным специалистов, в 2030 г. 45,5% работающих граждан (около 20,2 млн человек) будут вынуждены сменить место работы.
Решением такой ситуации ученые видят ввод налога на использование робототехники (средства от дополнительных поступлений в бюджет следует направить на переобучение и социальную адаптацию сотрудников) либо переход на сокращенную рабочую неделю (4 рабочих дня). Но, поскольку происходит постепенная смена рабочего персонала, данный процесс можно будет стабилизировать и без вмешательства государственных регуляторов.
По рейтингу отраслей, наиболее подверженных риску замены персонала роботами, ученые РАНХиГС на первое место поставили гостиничный и ресторанный бизнес (до 73% сотрудников можно заменить автоматизированными системами), второй отраслью с риском сокращения до 60% персонала стала обрабатывающая промышленность, на третьем месте – лесное и сельское хозяйство с риском в 58%.
Более наглядно данные представлены на диаграмме:
Автор работы, врио заведующего лабораторией исследований проблем предпринимательства РАНХиГС Степан Земцов, считает, что в сфере станкостроения риски минимальны, так как технологические процессы в тяжелой промышленности, по сравнению с производством, в развитых странах еще недостаточно автоматизированы.
Такого же мнения придерживается директор Института занятости и профессий НИУ ВШЭ Федор Прокопов. Он считает, что внедрение новых технологий изменит характер работы, но потребность в операторах все равно останется, так как любого робота или автоматизированную систему все равно контролирует человек. К тому же растущий спрос на станки и оборудование стимулирует расширение производственных мощностей, а следовательно, и спрос на трудовые резервы.
Секретарь Федерации независимых профсоюзов России Александр Шершуков считает, что угроза безработицы из-за автоматизации сильно преувеличена. Уже сейчас в РФ кадровый дефицит составляет 7% от существующих рабочих мест (приблизительно 4,8 млн специалистов), учитывая демографическую ситуацию, этот показатель в ближайшие 10 лет будет увеличиваться.
Несмотря на позитивные перспективы развития станкостроения, следует отметить, что экономический кризис конца прошлого века и ориентация на импорт оборудования в начале 2000-х годов в значительной степени затормозило отрасль. Если в среднем по развитым странам на 10 тыс. работников приходится 75-80 роботов, то в России не более 10. Дороговизна автоматизированного оборудования и программного обеспечения препятствует внедрению современных систем на предприятия малого и среднего бизнеса, предпринимателям выгоднее нанять рабочих. Только когда к промышленникам придет понимание, что без вложений в технологии невозможно сохранять конкурентоспособность, возможен прорыв в станкостроении.