Танки будем печатать

(Опубликовано в РГ (Федеральный выпуск) N6326 от 7 марта 2014 г.)

Текст: Дмитрий Рогозин (заместитель председателя правительства РФ, председатель попечительского совета ФПИ)

Об отставании России в сфере современных промышленных технологий не говорил только ленивый. Однако когда речь идет о технологиях шестого уклада, которые пока еще широко не распространены, отставание, как это ни странно звучит, может превратиться в наше преимущество.

Цифра становится сталью

Россия имеет все шансы «идти вперед, никого не догоняя». Причем не просто идти, а совершить мощнейший опережающий рывок. Изучив опыт конкурентов, в том числе негативный, не повторяя их ошибок, вполне возможно выйти в лидеры там, где мы до последнего времени не обладали заметными достижениями. Одной из таких сфер деятельности является цифровое производство, и в частности, аддитивные технологии.

Не так давно эти технологии еще называли «технологиями быстрого прототипирования». Но за последние 20 лет изготовление моделей и макетов на 3D-принтерах превратилось в создание конечных и даже серийных продуктов, которые термином «прототип» назвать нельзя. Как, например, выращенный из порошка титанового сплава протез коленной чашечки или вживленную ребенку трехмерную трубку из биологически совместимых материалов, которая спасла его от разрыва бронхов.

Помимо медицины, в частности хирургии и протезирования, особенно быстро эти технологии развиваются в инструментальной промышленности, аэрокосмической отрасли, военно-промышленном комплексе США и Западной Европы. Известно, что таким способом был произведен и успешно испытан беспилотный самолет.

Кстати, в США сейчас сосредоточены около 40 процентов произведенных в мире аддитивных машин, разработки в этой сфере активно финансирует агентство DARPA. При поддержке руководства Соединенных Штатов создается ряд центров по созданию новых технологий. Около пятнадцати процентов мирового парка 3D-машин используются в Германии.

Европейское космическое агентство в октябре этого года заявило о начале работы над проектом Amaze. По мнению двадцати восьми участников проекта, печать деталей, а не плавка, сделают их более прочными и легкими, соответственно, более дешевыми.

«Стройки века» больше не нужны

Аддитивные технологии как часть процесса цифрового производства позволяют существенно сэкономить время и денежные затраты на изготовление конечного продукта.

Во-первых, скорость некоторых современных 3D-машин такова, что позволяет обогнать традиционное производство при создании мелких серий изделий. Помимо снижения себестоимости производства разрывается давно известный круг проблем между заказчиком и производителем: теперь последний по желанию первого может быстро выполнить заказ по «выращиванию» 100 штук деталей или небольшой партии микроэлементов без их запуска в массовую серию и не обращаясь к смежникам.

Во-вторых, гигантскими темпами сокращается дистанция между появлением у конструктора замысла и материализацией его идей в готовое изделие. Возникает новая концепция проектирования: можно сколько угодно фантазировать, придумывать, пробовать — с воплощением самых дерзких идей в металл буквально на глазах у конструкторов проблем не будет.

В-третьих, меняется само мировоззрение промышленного производства. Больше нет необходимости создавать заводы, которые производили бы огромное количество запчастей, например, для танков, продумывать логистику их доставки и т.д. Достаточно регионального инжинирингового центра с компактной аддитивной машиной (мини-завода), которая оперативно производила бы необходимое количество различных деталей по мере их надобности.

Как считают эксперты, цифровое производство сменит в ближайшие 20 лет некоторые виды массового производства, особенно с высокой конечной стоимостью продукции. Это, по сути, новая промышленная революция того самого шестого уклада.

Сейчас многие о ней говорят, но подразумевают при этом повторение индустриализации прошлого века, когда создавались большие производственные центры, у всех на слуху были гигантские стройки и сотни тысяч мобилизованных на них людей. Сегодня индустриализация выглядит по-другому.

Производство на дому

Во многих странах мира локально уже производят персональную продукцию, например, в лабораториях fab labs.

Fab labs осуществляют совместные проекты, передавая друг другу данные в электронном виде в то место на планете, где они расположены. В этих лабораториях молодые ученые и студенты работают, превращая свои идеи в функциональные прототипы. Уже сейчас пересылаемые по электронной почте коды дизайнов из лаборатории в Бостоне в лабораторию, например, в Гане позволяют в последней создать необходимый продукт, который было нельзя купить в местном магазине. Таким образом, цифровое производство дает возможность создавать любые материальные объекты тогда и там, когда и где в них возникнет необходимость.

В России цифровые и в том числе аддитивные технологии медленно, но также развиваются. Это происходит при помощи усилий крупных компаний и научных центров, обладающих оборудованием высокого уровня, способных от начала до конца провести НИОКР, проконтролировать качество работ на каждом этапе, которые решают сложные производственные задачи.

К таким можно отнести МЦЛТ, ЗАО НИИ ЭСТО, ЗАО НТ-МДТ, ГК «Промтехнология», МГТУ им. Баумана, МГТУ «СТАНКИН», МИСИС, МАИ. Кроме того, при поддержке федерального бюджета открываются региональные инжиниринговые центры. Есть и более мелкие компании, которые в основном представляют интересы зарубежных производителей оборудования. Слабостью и тех и других является отсутствие комплексного подхода и несогласованность действий по освоению и внедрению цифровых технологий.

Решению этой проблемы может помочь новый взгляд на будущее промышленных технологий военного и двойного назначения с помощью концепции так называемой «цифровой фабрики», в которой аддитивные технологии являются лишь одним из элементов системы.

Концепция «цифровой фабрики» охватывает все области производства, начиная от проектирования изделия в соответствии с новыми технологическими нормами и маршрутами и заканчивая получением функционально завершенного изделия. Адаптивность к внешним воздействиям и функционал фабрики будет определяться программно.

Ключевыми технологиями станут: аддитивное производство, высокопроизводительные автоматизированные линии быстрого производства электронной компонентной базы, технологии и программное обеспечение роботизированного управления производством, национальные CAD/CAE/CAM системы, новые технологии сборочного производства, системы управления жизненным циклом изделия.

Иными словами, концепция «цифровой фабрики» предлагает избавиться от различных сложных промежуточных звеньев традиционного производства и, имея на входе системы цифровой код, получать на выходе результат, готовое изделие. Сейчас особенно важно начать формирование единых стандартов как к оборудованию, так и к технологиям, что невозможно без государственной поддержки.

Не секрет, что развитие, в частности, аддитивных технологий сдерживается помимо инерции мышления проблемой несоответствия формальным требованиям ГОСТов или ОСТов, в которых порой нет даже упоминания о цифровых методах производства.

«Цифровая фабрика», размещенная в местах, близких к потребителю, кардинально меняет подход к логистике и экономике, позволяет полностью реализовать принцип «производство по запросу» и сокращает ресурсные и временные затраты на производство изделий военной техники. Не зря ведущая компания по исследованию рынка промышленной логистики Transport Intelligence в своем октябрьском докладе 2012 года называет 3D-печать, один из элементов «цифровой фабрики», потенциальным убийцей глобальной цепочки поставок.

Считаю, что для внедрения концепции «цифровой фабрики», дальнейшей разработки технологического оборудования, в частности развития аддитивных технологий и цифрового производства в целом необходимы совместные усилия как Военно-промышленной комиссии, Министерства промышленности и торговли РФ, так и Фонда перспективных исследований. Воспользовавшись научной площадкой ФПИ, ведущие ученые, конструкторы и специалисты могли бы объединить свои усилия по созданию национальной концепции цифрового производства.

В том числе программных кодов, технологического оборудования, а также единых подходов и стандартов, позволяющих обеспечить сквозной цикл проектирования и производства перспективных типов вооружения и военной техники, кардинального сокращения сроков проектирования новых образцов вооружений, исключения зависимости отечественных разработчиков от иностранных поставщиков. Такая работа на базе ФПИ по моему поручению уже ведется.

Без реализации на практике концепции «цифровой фабрики» невозможно дальнейшее проектирование и производство современного отечественного вооружения на мировом уровне, обеспечивающее не только требуемый уровень качества продукции, но и обладающее высокой степенью адаптации к выпуску новой продукции, а также дающее снижение энерго- и материалоемкости. В поддержку проекта, кстати, могут выступить и защитники окружающей среды. Уверен, что борцы за экологию по достоинству оценят огромный потенциал снижения энергетических затрат при использовании цифровых технологий.

Что будет вместо пушек, или Новая конверсия

По мнению многих экспертов, в наши дни меняется магистральная последовательность технологического трансфера: из военно-гражданского он становится гражданско-военным. Сегодня военные тянут оптоволокно, подключаются к облачным сервисам и говорят по мобильным и коммуникаторам — все это создано гражданским бизнесом и отраслевыми НИИ. Точно так же военные наработки используются в гражданской сфере.

Происходит естественная обоюдная конверсия гражданских разработок в военные и наоборот. Однако теперь нам нужна не та конверсия, которая осуществлялась в 1990-е годы, когда на передовых предприятиях советского ВПК, на станках с числовым программным управлением выпускались кастрюли и лопаты.

Будущие «цифровые фабрики» и созданные на их основе новые технологии сборочного производства, линии производства электронной компонентной базы, технологии и программное обеспечение роботизированного управления и т.д. должны через 5-10 лет работать (в зависимости от потребности) как в военных, так и в гражданских целях.

Именно «цифровые фабрики» в большей степени, чем какие-либо другие производства, ориентированные на ВПК, будут готовы к новой конверсии для работы, например, в сфере авиа- или автомобилестроения. Более того, они же смогут разрабатывать средства производства для новых цифровых заводов и фабрик и фактически создавать новую цифровую промышленность. В этом случае главное — технологии. И не так важно, для чего первоначально они были сделаны: для военных или гражданских нужд.

Важно, чтобы после 2020 года, когда мы выйдем из нынешней госпрограммы вооружения, раскрученный маховик промышленного производства не стал крутиться вхолостую, чтобы мы легко смогли часть оборонных предприятий быстро превратить в новые современные цифровые предприятия, которые будут наполнять прилавки наших магазинов качественными продуктами, созданными с помощью высоких технологий.

Как в подавляющем случае это делается за рубежом, для постановки и решения задач такого уровня необходима целенаправленная помощь государства. Нужна она и в подготовке кадров, квалифицированного персонала для работы с высокими технологиями. В условиях продолжающегося мирового кризиса именно они должны на порядок повысить экономическую эффективность нашей промышленности, помочь ей преодолеть технологическое отставание и сделать качественный рывок вперед, в шестой технологический уклад.

Справка РГ

Fabrication labs — «производственные лаборатории», или «fabulous labs» — «невероятные лаборатории», в которых все составляющие (лазер и станки с компьютерным управлением, 3D-принтеры, комплектующие и т.д.) связаны между собой специальным программным обеспечением. Используются как для разработки новых сфер применения, так и для обучения пользователей.

Досье РГ

Аддитивные технологии (AF — Additive Fabrication) — это «выращивание» готового изделия из цифровой модели, наращивании, а не удалении материала из заготовки, как в традиционных технологиях механообработки. Пионером в этой области является компания 3D Systems, которая в конце 80-х годов прошлого века разработала первую коммерческую стереолитографическую машину — SLA-Stereolithography Apparatus.

Широкое распространение цифровых технологий в области проектирования (CAD), моделирования и расчетов (CAE) и механообработки (CAM) стимулировало взрывной характер развития 3D-печати в 2000-е годы. В настоящее время около двух десятков различных технологий могут быть объединены в следующие крупные группы: стереолитография, лазерное спекание порошков, 3D-печать, ламинирование листовых материалов, электронно-лучевая плавка.

Приоритеты

Выделено несколько ключевых направлений, на которых будут сконцентрированы основные исследования Фонда перспективных исследований:

— Новые технологии (включая аддитивные) производства
— Информационно-коммуникационное обеспечение
— Цифровые материалы
— Интеллектуальные промышленные роботы.