Результаты их научной деятельности публикуются в известных, высокорейтинговых журналах. Одним из критериев качества публикаций является показатель SNIP – суммарный нормализованный импакт-фактор журналов, в которых размещены статьи. В числе лидеров в этой области – кандидат технических наук, доцент кафедры технологии автоматизированного машиностроения механико-технологического факультета Дмитрий Валерьевич Ардашев. Он рассказал, как рождаются и внедряются в производство инновации.
Промышленность ставит задачи
– Одна из важнейших тем в современном машиностроении – чистовая обработка высокоточных деталей, – говорит учёный. – Она сейчас требуется везде и всюду в связи с ужесточением конкуренции, повышением требований рынка. В своей докторской диссертации я разрабатываю принципиально новый подход к проектированию этих операций. Суть в том, чтобы как можно эффективнее использовать работоспособность абразивного инструмента, закладываемую на этапе его изготовления. Все информационные ресурсы для проектирования операций чистовой обработки, которые у нас есть, непригодны для нынешних условий. Нормативные справочники, пакеты компьютерных программ устарели. Создавались они для крупносерийного и массового производства, когда изделия выпускались большими партиями, а сбыт их был гарантирован. Сейчас такого нет, продукция постоянно обновляется, иначе не выдержать конкуренции. Потребители хотят покупать товары, изготовленные по последнему слову техники. Поэтому и нужен новый подход. Но для него нет математического аппарата, методического обеспечения. То есть многие примерно представляют, что и как необходимо сделать, но реализовать задуманное на практике пока не получается. Мы с коллегами проходили стажировки за рубежом, в частности, в Австрии, в городе Штайнц, где посещали компанию, которая занимается не только производством режущих инструментов, но и технологическим консалтингом в машиностроении. Поясню: они не просто поставляют инструменты, а вдобавок обеспечивают технологическое сопровождение, поддержку всего цикла операций по обработке, вплоть до наладки станка и выпуска пробной партии. Просто так купить у них инструмент нельзя: при оформлении заказа клиента спрашивают, для чего он намерен использовать приобретение. Обеспечивают и весь дальнейший «жизненный цикл» своей продукции: переточку, нанесение покрытий, обновления, утилизацию.
В ходе стажировки получил бесценный опыт. В то время я начал заниматься данной тематикой – и увидел, как фирма собственными силами всё это реализует. У них есть свои ноу-хау, математические модели процессов, то есть они могут получить результаты и решить, что и как нужно скорректировать, на компьютере, с помощью математического моделирования, имитации того или иного технологического процесса – минуя этап наладки, выпуска пробной партии, когда очень много деталей уходит в брак. Это совпадает с главной целью моей нынешней научной работы.
Напомню, в советское время при проектировании операций вначале выбирали режущие инструменты, назначали определённые режимы, затем выпускали пробную партию, делали измерения, чтобы понять, нет ли ошибки. Всё получилось с первого раза – хорошо. Неправильно спроектировали, ввели неточные данные – исправляем, и снова делаем пробную партию. А вероятность брака при этом высока. Такой образ действий был приемлем раньше, когда после нескольких пробных партий, отладив техпроцесс, изделия «гнали» десятками тысяч. Но в современных условиях, когда «тиражи» деталей стали намного меньше, это абсолютно недопустимо. Заводам крайне невыгодно переводить ресурсы на пробные партии, они хотят, взяв заказ, в разумные сроки осуществить технологическую подготовку производства. Всё больше российских компаний, занимающихся поставками режущих инструментов, а также потребители их продукции понимают, что необходима сопроводительная документация, своеобразный tech-support, чтобы знать, как пользоваться инструментом, например, при изменении операции или материала. Но современных информационных ресурсов, столь необходимых производству, к сожалению, в России пока нет.
Научный ответ на производственный вопрос
– Что планируется сделать для решения этой проблемы?
– В перспективе нам хотелось бы создать консалтинговое бюро, способное осуществлять технологическую поддержку производства в очень широком диапазоне методов механической обработки, условий реализации операций, то есть заниматься виртуальным проектированием технологических процессов. Уровень развития современной компьютерной техники высок, математическое обеспечение и методические подходы за несколько десятилетий научной деятельности нашей кафедры развиты достаточно хорошо – ими охвачены и зубообработка, и фрезерование, и сверление, и резьбообработка, и абразивная обработка. Поэтому сейчас кафедрой разрабатывается комплексное имитационное моделирование (виртуальное проектирование) этих процессов. Это одна из целей моей докторской диссертации. По той же тематике я делал доклад на стратегических сессиях, которые проходили в рамках Проекта 5-100. Напомню, что одно из главных направлений развития науки в ЮУрГУ – в его рамках я и работаю – связано с обработкой больших массивов данных на суперкомпьютерах. Тем более что университетом заявлена масштабная тема «Виртуальный завод», когда работоспособность целого предприятия оценивается по ряду виртуальных массивов данных; это одна из задач технологической направленности – отработка техпроцессов. Причём в других сферах машиностроения – термообработке, заготовительном производстве – такие возможности уже есть. То есть когда мы говорим о системах проектирования CAD – CAM – CAE – это разработка конструкторской, технологической документации. CAE-модуль – это модуль инженерного анализа. У термистов такой модуль есть, они могут на компьютере задать режимы термообработки той или иной детали из какого-либо материала, и на основе математической модели получить карту внутренних напряжений либо температуры по телу заготовки, после чего можно внести исправления в техпроцесс, то есть отработать его в виртуальном пространстве.
В заготовительном производстве, при обработке металлов давлением тоже можно на компьютере спрогнозировать, как металл распределится в форме, где на поковке или отливке могут возникнуть дефекты – раковины, заковы, заусенцы.
Развитие кафедры идёт в этом направлении: суперкомпьютинг, виртуальное моделирование. Это очень важно: объёмы экспериментов, которые раньше проводили учёные, требуют слишком больших затрат времени, сил, средств. А современные компьютеры позволяют смоделировать те же процессы быстрее и дешевле. Вопрос лишь в точности математических моделей. Наш коллективный труд должен объединить разработки в области фрезерования, сверления, шлифования и так далее. Моя тема – абразивная обработка. В докторской диссертации разрабатываю математическое обеспечение CAE-модуля, который бы позволил проектировать на компьютере операции чистовой отделочной обработки сверхточных деталей машиностроения: получить результаты, увидеть, где ошибки, где необходимо увеличить производительность, снизить себестоимость детали, внести изменения на этапе отработки процесса, прежде чем его запустят в цехе. Молодые сотрудники кафедры активно трудятся над данной темой.
– То есть для отечественной экономики ваши изыскания окажутся весьма полезны?
– Да, безусловно. Докторская диссертация позволит решить крупную хозяйственную проблему, имеющую большое значение для экономики страны. За рубежом, как я говорил, вышеназванный подход к техподдержке предприятий весьма распространён. И заводы, видя эффект от него, готовы вкладывать финансы: нет необходимости добывать сведения, например, о режимах обработки – для этого есть специальные компании, осуществляющие технологический консалтинг. В России же максимум что можно найти, например, на доступных электронных ресурсах производителей режущего инструмента, – это укрупнённые, очень сжатые рекомендации по его использованию. Чёткого вектора технологической поддержки предприятий-клиентов у наших фирм-поставщиков просто нет. А если подобные работы и выполняются, то только для определённого диапазона поставляемых инструментов. Мы же хотим создать бюро технологического консалтинга, которое бы осуществляло широкую поддержку машиностроительных заводов, в том числе и в области переподготовки кадров.
– Кто инициатор этих работ?
– Направление появилось как продолжение НИОКР, которые кафедра вела ещё в советские годы, в то время, когда её возглавлял Станислав Николаевич Корчак, и как логичное углубление темы моей кандидатской диссертации. Мой научный руководитель, профессор Анатолий Александрович Кошин, тоже посвятил свою исследовательскую деятельность проектированию эффективных операций, в том числе – абразивной обработки. Готовый программный продукт должен обязательно заинтересовать заводы, поскольку будет содержать необходимую им информацию. Тем более что опыт взаимодействия с промышленностью у нас есть. Так, в 2007 году мы составляли для российских машиностроительных предприятий справочник по режимам абразивной обработки. В СССР такие справочники внедрялись повсеместно и были обязательными к использованию. Но последнее подобное издание вышло в 1978 году!
Мы тогда получили заявки от 99 предприятий, 16 вузов и 8 техникумов. Тираж разлетелся: заводы уже в то время испытывали информационный голод – не было источников, с помощью которых можно проектировать операции шлифования. Мы поняли, что тема по-прежнему актуальна. Следующий этап – виртуализация проектирования: справочники устаревают, перестают соответствовать современным реалиям машиностроения, поэтому следует переходить на компьютерную симуляцию, компьютерное проектирование и отработку техпроцессов на ЭВМ. Судя по результатам опросов, для заводов это насущная необходимость, и они охотно будут использовать такой информационный продукт.
Что нужно для хорошей статьи?
– Результаты вашей научной работы публикуются?
– Все мои статьи, начиная с 2010 года, посвящены данной тематике. Работы мои и коллег постоянно публикуются в журналах, входящих в базу данных РИНЦ и список ВАК, с которыми давно налажены хорошие, можно сказать, партнёрские взаимоотношения – это «Технология машиностроения», «Вестник машиностроения», «Наукоёмкие технологии», «Станки и инструменты», «Трение и износ» (журнал Национальной академии наук Белоруссии). Хочу отметить, что у последних двух есть англоязычные версии. У них высокий показатель SNIP (Source Normalized Impact per Paper – стандартное влияние источника на статью, отражает влияние контекстной цитируемости журнала, что позволяет непосредственно сравнивать журналы различной тематики, принимая во внимание частоту, с которой авторы цитируют другие источники, скорость развития влияния цитаты и степень охвата литературы данного направления базой данных).
Что касается зарубежных публикаций – конечно, устанавливаем контакты с высокорейтинговыми изданиями, такими, например, как «Износ» (Wear), входящими в первый квартель лучших научных журналов по показателю SNIP. Кстати, тема виртуализации проектирования техпроцессов весьма актуальна на Западе. Там занимаются так называемым облачным проектированием: любой сотрудник с любого устройства (например, планшетного компьютера) может обратиться к облаку, где находится очень большой объём данных, массив математических моделей, и из кабинета или цеха проектировать или отрабатывать техпроцесс без производства опытной партии на станке. В течение 10–15 минут он получает отклик (результат), и может при необходимости внести исправления. Любопытно, что CAE можно расшифровать не только как computer aided engineering, но и как cloud aided engineering, то есть не просто компьютерное, а облачное проектирование.
У меня немало зарубежных публикаций. Сейчас налаживаем научные контакты с профессорами других высокорейтинговых вузов, которые работают в данной области. Стараемся публиковаться в научных журналах на английском языке, соответственно и статьи пишем на английском. Язык этот люблю со школьных лет, в ЮУрГУ занимался по программе «Лингва». Неоднократные зарубежные стажировки – большой плюс: находясь в англоязычной среде, поневоле приходится говорить по-английски, а потом уже гораздо увереннее ведёшь официальную переписку, вступаешь в диалог с потенциальными зарубежными партнёрами.
– Много ли времени нужно, чтобы написать хорошую научную статью?
– Непосредственно на написание уходит несколько дней – однако перед этим необходимо накопить теоретический и эмпирический материал, результаты исследований, изучить отечественный и мировой опыт, чтобы знать, что и кем уже сделано, какие получены результаты, насколько актуальна тема, – и самому привнести в мировую науку что-то новое. А ещё, разумеется, нужно вдохновение – и тогда статья получается довольно быстро. Гораздо дольше приходится ждать отклика на неё от редакции научного журнала: пока зарегистрируют, пока отдадут рецензенту, а тот, в свою очередь, даст отзыв – пройдёт не один месяц.
– Насколько полезны такие публикации в плане налаживания научных контактов?
– Несомненно, определённая польза тут есть. Например, коллеги из Алтайского государственного университета прочитали мою статью о принципиально новом подходе к прочности абразивного зерна в процессе обработки и предложили сотрудничество. Это может вылиться в совместную работу: заявку на грант, проект или новую статью. Публикации, бесспорно, полезны, так как позволяют заявить о своей деятельности, научной школе кафедры, которой мы гордимся. В советское время регулярно проводились всесоюзные и международные конференции, где учёные выступали с докладами. Сейчас они тоже проводятся, но при этом популяризация научных исследований – цель не первостепенная. Кроме того, конференция – это ограниченный круг слушателей. Статья же, как правило, даёт возможность ознакомиться с ней множеству заинтересованных людей – на сайте журнала её прочтёт любой.
Опыт – молодым!
– Как сочетается ваша научная и преподавательская работа?
– Во всех курсах, которые веду («Основы технологии машиностроения», «Технология машиностроения»), а также при разработке курсовых и дипломных проектов говорю о том, что научная работа нашей кафедры идёт в ногу со временем, по тем же важным направлениям, что и в странах с развитой машиностроительной промышленностью. Безусловно, результаты научных стажировок ложатся в основу учебного процесса. Так, студентам, думается, интересно узнать о современном опыте производства, научных изысканиях фирм, выпускающих автомобили таких известных марок, как «Ягуар», «Лендровер». Мне повезло побывать на этих заводах, немало увидеть своими глазами, о многом расспросить. Это положительно сказывается на научном и учебном процессе. Наших магистрантов, конечно, привлекаем к исследовательской работе кафедры, отдельные темы ложатся в основу их магистерских диссертаций. Планируем расширять эту деятельность. Что любопытно: студент, глубоко занимаясь достаточно узкой темой, может привести своего руководителя к весьма интересным результатам, идеям.
– Что бы вы хотели порекомендовать своим младшим коллегам, делающим первые шаги в науке? На что необходимо обратить внимание?
– Разумеется, нужны целеустремлённость, усидчивость. Нельзя отчаиваться. Наука – дама капризная, путь к славе бывает тернист. Нужно уметь распознавать верное направление, в котором следует двигаться – и тогда рано или поздно успех и признание придут.