Ещё никогда технологии не развивались так быстро. Бионический дизайн, аддитивное производство, индустриальный интернет делают реальностью то, о чём совсем недавно приходилось только мечтать. Мир не стоит на месте, и привычные вещи изменятся до неузнаваемости уже через несколько десятилетий. Можем ли мы представить, как спустя 20-30 лет будут выглядеть мобильный телефон, автомобиль или, например, самолёт? Пока заглянуть в мир будущего помогают только концепты от дизайнеров и футурологов. Тем временем, часть его создаётся совсем рядом с нами — за забором НПО «Сатурн».
Концепт салона самолёта-2050 от Airbus
Самолёт-2050
Общество изменилось, и с этим трудно поспорить. Опутанные социальными сетями, не представляющие жизнь без интернета, мы живём в мире, где почти не осталось границ. И не только в виртуальном пространстве. Добраться до любого конца света можно за считанные часы, а долгий перелёт давно перестал быть скучным занятием.
В будущем будет ещё интереснее, обещают ведущие производители пассажирских самолётов. Несколько лет назад Airbus опубликовал в сети концепт лайнера будущего. По мнению инженеров компании, спустя 40 лет привычное воздушное судно будет выглядеть именно так:
В самолёте можно будет сыграть в гольф, провести переговоры или посидеть за стойкой бара с видом на облака. Интеллектуальные органические сидения будут адаптироваться под изгибы тела и, если нужно, сделают массаж. Голографические экраны с развлечениями помогут скоротать время, а любой аромат на выбор пассажира создаст индивидуальный микроклимат, комфортный именно для вас.
Звучит, как фантастика. Но в рыбинском НПО «Сатурн» абсолютно серьёзно говорят: она имеет все шансы стать реальностью.
Дмитрий Карелин, заместитель генерального конструктора НПО «Сатурн» по научно-исследовательской работе: «Для авиационных корпораций 30-50 лет — не за горизонтом. Это время запуска следующей линейки самолётов, которые должны обладать более продвинутыми характеристиками по сравнению с существующими и быть более дружелюбными к пассажиру».
Уровень комфорта — то, что может оценить любой человек. Но самолёты будущего должны быть не только удобными, но и эффективными, мощными и экологичными.
Дмитрий Карелин: «Уже сейчас можно назвать основные целевые показатели для самолёта-2050. Это электрический привод, снижение вредных выбросов — на 90% для оксида азота и на 75% для углекислого газа, — уменьшение шума на 65%, снижение потребления топлива на четверть за счёт форсирования термодинамического цикла двигателя, то есть увеличения давления за компрессором и роста температуры газа перед турбиной. Безусловно, эти показатели будут корректироваться по результатам запущенных научно-исследовательских программ. Но можно сказать точно, что для достижения этих характеристик необходимо применение в двигателях новых материалов и технологий изготовления».
Существующий сегодня газотурбинный двигатель, если говорить простым языком, — это привод для большого вентилятора, который обеспечивает основную тягу. А теперь представьте, что вентилятор вращается не газотурбинным двигателем, а электрическим. В СМИ довольно часто пишут об экспериментальных полётах небольших самолётов на солнечных батареях, в которых приводом для винтов служат электродвигатели, питаемые за счёт энергии Солнца.
Дмитрий Карелин: «Вокруг этого сегодня и идут исследования. Так, например, компании Airbus и Rolls-Roys в рамках проекта E-Thrust представили концепт самолёта с распределённой тягой от шести вентиляторов, где привод электродвигателей осуществляется от генератора, расположенного на валу всего одного газотурбинного двигателя. Представим, что источник электроэнергии может быть изменён. Например, на углеводородное синтетическое топливо или новые виды накопителей энергии, которые являются более экологичными. Как только такой двигатель войдёт в серию, газотурбинные двигатели уйдут в прошлое. Поэтому тренды, конкурирующие с газотурбинными технологиями, мы всерьёз рассматриваем и отслеживаем».
На прошедшем весной 2016-го III Международном технологическом форуме в Рыбинске начальник конструкторского отдела САУ НПО «Сатурн» Максим Гайдай предположил, что подобный двигатель для большого пассажирского самолёта при благоприятных обстоятельствах может появиться уже в ближайшие несколько лет.
Концепт электрического двигателя от компании Siemens
Пока же на данном уровне технологического развития для того, чтобы поднять в воздух большой лайнер, потребуется генератор, по размерам сопоставимый с самим самолётом. Впрочем, разработки в области преобразования энергии не останавливаются, и вполне возможно, что электрические двигатели станут реальностью не только в маленьких самолётах для региональной авиации.
Наша задача — отслеживать такое развитие, строить прогнозы и быть готовыми к их применению, — подводит черту Дмитрий Карелин.
Фабрики будущего
Россия не намерена отставать от Запада в разработке новых самолёта и двигателя. Национальная технологическая инициатива — долгосрочная комплексная программа по созданию условий для обеспечения лидерства российских компаний на новых высокотехнологичных рынках — предполагает, в том числе, создание «фабрик будущего», призванных построить принципиально новое производство. Одна из первых, «пилотная», будет организована на базе рыбинского «Сатурна».
Что такое «фабрика будущего»? Это новая концепция организации производства, учитывающая передовые производственные технологии и новые бизнес-модели, главная цель которых — создание конкурентоспособного «умного» продукта. В основе этого подхода значительный рост роли интеллектуального труда и сведение практически к нулю ручного. «Фабрика будущего» стоит на трёх китах: цифровом проектировании и моделировании, новых материалах и аддитивных технологиях. Все три этих направления успешно развиваются на «Сатурне».
Дмитрий Иванов, директор по инновационному развитию НПО «Сатурн»: «Чтобы разобраться подробнее, необходимо разложить „фабрику будущего“ на три слоя.
Первый — это Цифровая фабрика. Она отвечает за проектирование продукта, средств его производства, жизненного цикла и взаимодействие с окружающей средой. Важное уточнение — всё это в „цифре“. Самое интересное, чтоматериал детали разрабатывается одновременно с технологией её производства под функции, которые она реализует в течение всего жизненного цикла изделия. Для этого необходимо создать преддиктивную, то есть предсказательную, модель, которая сможет достоверно описать весь будущий жизненный цикл детали.
Второй слой — Умная фабрика. Она также работает в „цифре“. То есть все процессы идут в безбумажном виде, к тому же без участия человека. Умная фабрика — гибкая. Она может произвести любое изделие в рамках своих габаритов и материалов. В конце концов, она самообучаемая, и способна сама изменять те или иные процессы в случае необходимости, исключать ошибки».
Иванов уточняет, что совокупность этих требований и необходимость произвести продукт, который разработает Цифровая фабрика, приводит к ситуации, когда каждый отдельный элемент —от инструмента до оборудования — должен без участия человека работать в технологической цепочке и обладать интеллектом, способностью реагировать на происходящее, а также менять своё состояние для оптимизации производства.
Дмитрий Иванов: «Наконец, третий слой — Виртуальная фабрика. Это предприятия, интегрированные на уровне информационной сети, объединённые с помощью различных инструментов, методологий, программного обеспечения, позволяющих им работать как единому целому без дополнительных затрат и вне зависимости от их места нахождения».
Объединение технологий, ускорение процессов и самообучаемость Умной фабрики позволяют сократить постановку изделия на производство и снизить непроизводственные затраты. Самый главный эффект: с точки зрения выпуска продукта становится неважно, сколько штук нужно произвести — 100 или 1000. Персонализированные изделия станут доступны по цене серийных. Это приведёт к изменению цепочки добавленной стоимости, где максимум добавленной стоимости будет формироваться в Цифровой фабрике.
— Продукт, созданный на ЦФ и выпущенный на существующем сегодня производстве, всегда будет проигрывать такому же, но произведённому на Умной фабрике. И с течением времени этот разрыв будет нарастать. Чем интеллектуальней, сложнее и уникальнее изделие, тем дешевле его будет производить на Умной фабрике, — поясняет директор по инновационному развитию «Сатурна».
Переход на «цифру» в 2000-м году, последовательная политика развития возможностей программного обеспечения, суперкомпьютеров и компетенций людей позволяет сегодня «Сатурну» приступить к созданию условий, необходимых для запуска Умной фабрики, при этом и уже существующей Цифровой фабрике есть, куда расти.
Суперкомпьютер НПО «Сатурн»
Дмитрий Иванов: «Чтобы управлять гибкой производственной ячейкой, необходимо иметь несколько компетенций, например, уметь программировать роботов для реализации адаптивных физико-математических моделей технологических процессов. Для этого надо, чтобы специалисты обладали компетенциями по созданию таких моделей. Сейчас чтобы создать её, скажем, для полировки лопаток двигателя, необходимо объединить в команду несколько разноплановых специалистов. В будущем, я думаю, это будет делать один человек. Если, конечно, сохранится необходимость полировать лопатку. Поэтому сейчас мы шаг за шагом формируем комплексы из технологий и компетенций из различных областей знаний, чтобы создать новые компетенции, компетенции „Фабрики будущего“».
Проект реализуется рыбинскими моторостроителями не в одиночку. Партнёрами выступают Институт передовых производственных технологий Петербургского государственного политехнического университета, ГК CompMechLab и Сколтех. В конце июля Экспертный совет под председательством президента Путина принял решение оказать «Фабрике будущего» государственную поддержку. Положительный отзыв на проект дал министр промышленности и торговли Денис Мантуров.
Главная сложность «Фабрики будущего» в том, что старые продукты не могут попасть в новую линейку производства. И это вызов для многих промышленников. Впрочем, Дмитрий Иванов уверен: постепенно «цифровые» технологии полностью вытеснят «аналоговые». В этом и есть суть четвёртой индустриальной революции.
«Думаю, уже через пять лет разделение между „цифровым“ и „аналоговым“ производствами будет значительным. И уже по этому признаку можно будет судить об эффективности нашего проекта», — считает Дмитрий Иванов.
