Инноватика

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

В настоящее время для морфологического или комбинаторного анализа совместимых физических операций (закон Ома, оптикоакустический эффект, электрогидравлический удар, акустомагнитоэлектрический эффект, автоэлектронная эмиссия, адиабатическое размагничивание, инверсия магнитного поля и т.д.) эффекты систематизированы в виде модулей, аналогичных по виду рис. 12.1. Это позволяет разрабатывать различные совмещенные схемы для моделирования новых принципиальных схем образцов техники и технологий, выполнять их анализ с целью поиска существенно отличающихся концепций и возможностей создания пилотных2 проектов – опытных экземпляров изделий для их испытаний перед запуском в производство.

***

Пример

В качестве примера физического моделирования, известного из научной литературы3, рассмотрим физическое моделирование критических технологий для изготовления высоконагруженных деталей, работающих в энергетических установках в условиях фреттинга.

Вначале проиллюстрируем примеры повреждаемости лопаток турбомашин в связи с фреттингом и методы физического моделирования технологий в ходе опытно-технологических работ (ОТР), рис. 12.3.

Для выбора технологии нанесения многослойного упрочняющего покрытия, которое позволяет устранить рассматриваемые дефекты фреттингусталости высоконагруженных малоподвижных соединений газотурбинных двигателей (ГТД) и энергоустановок, на образцах были выполнены опытнотехнологические работы, которые показали следующие результаты, приведенные в табл. 12.2 и табл. 12.3.

2От фр. pilote – предварительный, пробный.

3Петухов А. Н., Селиванов К. С., Смыслов А. М. Фреттинг и фреттинг-усталость высоконагруженных малоподвижных соединений газотурбинных двигателей и энергетических установок. М.: Машиностроение, 2012. 297 с.

292

Глава 12. Критические технологии

в

Схема возникновения очага трещины от фреттинг-усталости

Рис. 12.3. Примеры разрушения деталей и схема возникновения очага трещины от фреттинг-усталости

293

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Рис. 12.3.Пример результатов исследования фреттинг-стойкости образцов из сплава ВТ6 с покрытием Ti-TiN

294

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Am

Р Р

Рис. 12.5.Устройство для испытаний на трение и изнашивание при фреттинге

(Патент РФ № 2173846 от 20.10.2001)

Сказанное позволило разработать комплекс вакуумно-плазменных упрочняющих технологий, изготовить новую вакуумную установку для реализации этих технологий (рис. 12.6).

Эксплуатация рабочих лопаток, как наиболее высоконагруженных деталей энергетических установок и газоперекачивающих агрегатов, упрочненных по разработанным технологиям (рис. 12.7), показала существенное (более чем в два раза) увеличение таких эксплуатационных свойств, как эрозионная стойкость, сопротивление абразивному изнашиванию, фреттинг-коррозии в новых газоперекачивающих аппаратах (рис. 12.8).

Из сказанного также видно, что физическое моделирование, как метод инновационной деятельности является достаточно дорогостоящим, так как он предполагает большие затраты на изготовление опытных образцов, специального оборудования, экспериментальных установок. По этой причине этот метод в последние годы стремятся дополнить методами математического

296

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Рис. 12.8. ГПА АЛ31СТ производства ОАО «УМПО»

***

12.3. Математическое моделирование критических технологий

Использование математического моделирования для выбора критических технологий. Рассмотренные ранее методы анализа критических технологий имеют достаточно сложный аппарат математического моделирования. В данном разделе рассмотрен более простой метод математического моделирования процессов развития технологий путем выделения моментов возникновения принципиально новой, «критической» технологии на эмпирическом поле данных «патентной статистики».

Рассмотрим процесс замещения технологии в интервале, когда стареющая высокая технология еще используется, но наряду с ней уже разработана и начинает развиваться новая технология, основанная на ином принципе (технологическом способе), которая более перспективна и отвечает современным требованиям развития производства (рис. 12.9). В этом случае нет необходимости рассматривать всю S-образную кривую развития технологии, достаточно рассмотреть только область пересечения двух S-образных кривых:

−верхней части развития S-образной кривой техники или технологии предшествующего поколения (высокая технология);

298

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

кривых развития разных способов обработки, разных поколений техники или технологии). По Х-образной зависимости таким образом можно, найдя точку пересечения, обосновывать перспективы развития одной технологии по отношению к другой технологии того же назначения.

***

Справочные данные.

Ионно-плазменные критические технологии. Рассмотрим укрупненные методы анализа закономерностей развития критических технологий на примере технологии нанесения упрочняющих покрытий, которые обеспечивают многократное повышение долговечности ответственных деталей машин и надежность такой техники. Процесс замещения технологии, т.е. момент, когда старая технология еще используется, но наряду с ней уже разработана и начинает развиваться новая технология, основанная на ином принципе, можно рассмотреть на рис. 12.9. При этом рассмотрена только область пересечения двух S-образных кривых:

−верхней части технологии предшествующего поколения (высокой технологии предшествующего поколения техники);

−зарождающейся новой технологии, основанной на принципиально ином способе производства (критической технологии).

Ниже для иллюстрации предложенного метода исследования выполнен

анализ патентной статистики за последние 40 лет по классификатору изобретений на примере развития критических технологий нанесения упрочняющих покрытий (С 23 С 16/00 – 22/00; С 23 С 14/00 – 15/00).

На основе статистических данных российских патентов, используя аппарат системного анализа, получено поле точек в координатных осях:

−h – оптимальной толщины покрытия, полученного при реализации рассматриваемого способа;

−t – времени (даты), определенного по сроку подачи заявки на патент.

Врассматриваемом случае в качестве основного критерия технического уровня технологии (способа) нанесения упрочняющего слоя выбрана толщина покрытия. Но вместе с тем такой анализ можно производить также путем свертки различных параметров технического уровня технологии в обобщенный критерий, например, значений микротвердости, остаточных напряжений, пористости покрытия и т.д. для различных группировок статистических данных:

а) по материалу покрытия; б) по толщине покрытий:

−миллиметрового диапазона («панцирные» покрытия);

−микрометрического диапазона;

−субмикрометрического диапазона;

−нанометрического диапазона.

300