Ньюинжиниринг — путь обретения истинной силы для машиностроения России

Борис Морозов,
заслуженный машиностроитель РТ, руководитель аналитической службы ПАО «КАМАЗ»

После двух лет ограничений, вызванных всемирной пандемией и связанных с ней сбоев поставок оборудования и комплектующих, в 2022 году промышленность России сталкивается с новыми проблемами. В условиях нарастающего санкционного давления многие вынуждены искать новые пути к спасению. Если в прежние времена разумным казалось вложение средств в расширение парка оборудования и наращивание мощностей, то нынешняя ситуация заставляет искать иные варианты решения старых и новых задач.

Рынок современного металлообрабатывающего оборудования перестраивается в условиях дефицита отдельных комплектующих крайне медленно, а стремительный рост цен и вовсе останавливает все вливания «свежей крови» в существующие производственные мощности.

Сегодня сложился неприемлемый для экономики российского машиностроения разрыв между высокой стоимостью импортного металлорежущего оборудования (в 2­3 раза выше, чем для европейских резидентов) и его крайне низкой производительностью из­за отставания технологических компетенций, выбора архаичных стратегий обработки и режимов обработки, далеких от расчетных.

Потери от крайне низких уровней загрузки главных приводов станков (меньше 10%) умножаются на высокую долю простоев высокопроизводительных рабочих мест при устаревших графиках работы, игнорирование доступного российского ПО оптимизационного планирования и контроля выработки, пренебрежение методами «встроенной» подготовки производства и быстрой переналадки.

Средством для восстановления сил отечественной производственной отрасли после продолжительной болезни может стать «реинжиниринг» по Хаммеру и Чампи — фундаментальное переосмысление и радикальное перепроектирование бизнес­процессов для достижения существенных улучшений в ключевых для современного бизнеса показателях результативности. В рамках такой всеобъемлющей трансформации первым шагом может и должен стать «ньюинжиниринг» — пересмотр текущих технологических процессов с точки зрения наилучших доступных технологий (НДТ). Грамотный ньюинжиниринг позволит снизить в 10 и более раз время обработки большинства деталей, соответственно увеличить объемы производства, уменьшить стоимость изделий на 30­50%, нарастить фондоотдачу, получить высокую прибыльность инвестиций.

Примерный порядок действий, которые необходимо будет выполнить для достижения показателей НДТ:

1. Создание Цифрового двойника технологического процесса средствами отечественного ПО ADEM­VX. А именно — формирование комплексной информационной модели ТП, которая соответствовала бы требованиям полноты, актуальности, непротиворечивости данных, соответствующих НДТ.
2. Подтверждение эффективности нового ТП в условиях реального производства. Добившись значительного повышения производительности оборудования, получить детали в металле.
3. Формирование критериев оценки эффективности предлагаемых технологических решений. И в дальнейшем, уже на их основе — формирование методики цифровой трансформации производственных компетенций всего предприятия.

Анализ типовой ситуации

Привычная скорость съема металла для алюминиевых деталей в известных примерах предприятий авиапрома и автопрома составляет 1…3 г/мин на 1 кВт мощности шпинделя, стальных деталей —
1…5 г/мин на 1 кВт (так тоже бывает!).

Параметры НДТ, рекомендуемые станкостроителями и инструментальщиками для станков с мощностью шпинделя 30 кВт, — съем 3…6 кг/мин, или 0,1…0,2 кг на 1 кВт в минуту! Это в 100 раз превышает сложившуюся практику, игнорирующую снижение сил резания при росте производительности (см. «кривая Соломона»). Ресурс оборудования при этом не страдает, поскольку нагрузка на приводы станка и шпиндель не превышает 50% максимально допустимой. В объемных показателях (на станках средней мощности) съем может достигать 180…200 кг/ч, а в некоторых случаях и до 400 кг/ч (по алюминию).

Для достижения таких показателей не обойтись не только без современного оборудования и специализированного режущего инструмента, но и без соответствующего инструмента инженера­технолога — САМ­системы с поддержкой функций высокоскоростной и высокоэффективной обработки.

Программный комплекс ADEM­VX­2020 — российское инженерное ПО, разрабатываемое специалистами, обладающими уникальными компетенциями. Он позволяет быстро, с рекордной гибкостью и низкой стоимостью проводить «в цифре» конструкторско­технологическую подготовку производства, чтобы во много раз повысить производительность механической обработки и многократно ускорить как появление первой детали, так и серийное производство.

По опыту специалистов группы компаний ADEM, им удавалось достигать следующих показателей: в обработке деталей из типовых конструкционных сталей — съем до 250…300 кг/ч; при обработке деталей из спецсплавов — съем 20­30 кг/ч, по сравнению с рекомендованными НИАТ 6 кг/ч.

Для большинства деталей (до 80%) техпроцесс токарной и фрезерной обработки может быть сгенерирован комплексом ADEM­VX в автоматическом режиме, с формированием всех параметров ТП — создание технологических переходов, их последующее оснащение режущим и мерительным инструментом, назначение режимов и т.д. с незамедлительной выдачей «цифрового» техпроцесса.

Учитывая инновационный, целевой характер предлагаемого подхода и введение научно­обоснованной измеримости в процессы обработки для достижения уровня НДТ, будет более корректно этот новый процесс идентифицировать новым термином «ньюинжиниринг».

Специалисты ГК ADEM уверены в высоком качестве технических решений, реализованных в программном комплексе ADEM­VX, — он позволяет «автоматически» сформировать наиболее стабильный и эффективный процесс обработки резанием на станках с ЧПУ. В противовес «шаблонному» подходу, характерному для зарубежных систем, в российской системе на порядок больше функциональных параметров, которыми может управлять квалифицированный технолог при разработке стратегии обработки, чтобы наиболее выгодно использовать особенности конкретного станка и инструмента, особенности их геометрических и кинематических характеристик.

Широкое применение программного комплекса ADEM­VX при изготовлении деталей на станках с ЧПУ может быть рассмотрено как основа для «поточного» создания Цифровых двойников деталей, с компетенциями и параметрами на уровне НДТ.

Ньюинжиниринг механообработки позволяет в любой отрасли, на любом конкретном станке и для любой детали за один заход многократно превысить целевые показатели производительности труда. Это дает возможность за счет применения отечественного ПО без существенных инвестиций многократно снизить «инвестиционный голод» нашей обрабатывающей промышленности; довести темп окупаемого обновления оборудования до уровня мировых стандартов; минимум на 20­30% снизить себестоимость конечных изделий; создать тысячи высокотехнологичных рабочих мест с достойной зарплатой для всех участников — конструкторов, технологов, рабочих.

Мы предлагаем вкладываться не в новые заводские корпуса и станки, а в компетенции, что позволит не просто многократно увеличить выпуск промышленной продукции, но и сделать это наиболее эффективно и быстро. И по большому счету — на существующих производственных мощностях осуществить полноценную реиндустриализацию для масштабного импортозамещения и диверсификации. Это, в принципе, за срок в несколько лет позволит вернуть машиностроению РФ второе­третье место в мире и заместить его продукцией экспорт энергоресурсов и другого сырья.

Например, темп производства необходимых сейчас пассажирских самолетов можно увеличить в 10 раз без существенных инвестиций. Резонно ожидать, что и себестоимость каждого экземпляра уменьшится на несколько сот миллионов рублей.

Примеры выполненных работ

Показательны примеры реинжиниринга, реализованные на отечественных предприятиях.

ОАО «НАПО им. В.П. Чкалова»

На площадке ОАО «НАПО им. В.П. Чкалова» было показано, что применение САМ­модуля системы ADEM позволяет:

• сократить время обработки детали приблизительно в 2,2 раза;
• практически полностью избежать трудоемкой и слесарной доработки изделия за счет повышения точности обработки;
• сократить расходы на инструмент — как за счет повышения периода стойкости инструмента, так и благодаря оптимизации стратегии обработки.

Предприятие «Малая механика» (ПАО «Ижорские заводы»)

Время изготовления патрубков энергетического реактора было сокращено:

• для детали XXX.08.203 c 14 ч до 1 ч 40 мин — в 8,4 раза;
• для детали XXX.02.206 c 9,5 ч до 1 ч 10 мин — в 8,1 раза;

НИАТ

Технологи ГК ADEM разработали уникальную технологию обработки поверхностей лопаток ГТД, которая позволяла:

• сократить время чистового фрезерования на 15…20%;
• исключить последующие операции шлифовки поверхностей пера лопатки и слесарной обработки.

Центр цифровой трансформации ПАО «КАМАЗ»

В процессе оптимизации контрактной технологии изготовления серийной детали время фрезерования удалось уменьшить в 2,5 раза, при модернизации оснастки — до 5 раз. Это позволяет радикально улучшить экономику обработки, окупить станок за 1 млн евро менее чем за 3 года — даже при условии, что цена серийных деталей автопрома не может быть высокой, для обработки поковки — 235 руб./кг.

Выводы

Полученные результаты закономерны, поскольку основаны на более чем тридцатилетнем опыте российских инженеров и программистов, выходцев из предприятий ОПК, на компетенциях в области разработки и применения программного комплекса ADEM, и пригодны для тиражирования.

Лучшие практики для стали

Для реализации поставленных задач необходима разносторонняя поддержка на каждом этапе:

1. Постановка жестких целей по достижению уровня НДТ для предприятий с госучастием и тех, которым оказывается господдержка.
2. Содействие в организации интенсивной подготовки и переподготовки кадров на базе технических университетов, их инженерных школ. Совместно с учебными центрами предприятий — овладение технологией создания Цифровых двойников техпроцессов (сегодня опыт уже имеется у КАМАЗа и КАИ). Реинжиниринг нужен предприятиям машиностроения с объемом производства 5 трлн руб. Опыт показывает, что на 100 млрд руб. выручки требуется один «цифровой технолог», итого — в масштабах страны необходимо подготовить 500 высококлассных специалистов (для этого достаточно двух­трех кварталов).
3. Лучший критерий истины — практика. Необходимо провести массовый аудит производительности резания на имеющемся оборудовании, опираясь на данные из приведенной таблицы. Рассчитать истинный уровень загрузки оборудования, исходя из возможности работы 20 смен в неделю с перекрытием перерывов — 8 760 часов в год.
4. Профинансировать проведение пилотных проектов с участием специалистов группы компаний ADEM и участников интенсивного обучения реинжинирингу.
5. Жестко отследить достижение параметров НДТ, производственные и экономические результаты проведения реинжиниринга, тиражировать опыт.
6. Во многих случаях, пока не будут завершены разработка и сертификация новых изделий, могут возникнуть проблемы сокращенного рабочего дня, неполная занятость. Потребуется развитие широкой кооперации предприятий и корректировка законодательной базы, чтобы ничто не могло помешать воплощению в практику «закона экономии рабочего времени» и бизнес­модели быстро реагирующего производства.