Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНОКОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫМИ ПРОЕКТАМИ Рис. Р 50.1.028-2001 Функциональная модель управления проектами в IDEF0 Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНОКОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы С помощью инноватики наука оказывает прямое воздействие на все сферы человеческой деятельности в единой цепочке преобразования научных знаний в определенные ценности: фундаментальные исследования → поисковые НИР→прикладные НИР→ прикладные НИОКР→технологии→ производство→рыночная реализация. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы Фундаментальные научные исследования включают не только теоретическую, но и экспериментальную деятельность для получения новых знаний об основных закономерностях строения, функционирования и развития человека, общества и окружающей их природной среды. Прикладные научные исследования, в отличие от фундаментальной науки, имеют объекты и предметы исследований в области получения и применения новых знаний для решения как технологических или других инженерных проблем, так и экономических, социальных, гуманитарных и иных задач. Фундаментальная наука при этом является основой, основанием или опорой для всех остальных видов научной (научно-исследовательской и научно-технической) деятельности. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы Фундаментальные научные исследования нередко являются источником крупных изобретений. Вот только несколько ярких примеров практического использования результатов научных исследований и разработок лауреатов Нобелевских премий по физике. • Рентген Вильгельм Конрад стал первым (1901 г.) лауреатом Нобелевской премии по физике в знак признания необычайно важных заслуг перед наукой, выразившихся в открытии (1895г.) замечательных лучей, названных впоследствии в его честь. Исследования этого немецкого физика и практические их приложения вызвали революционные изменения в медицине. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы Итальянец Маркони Г. был удостоен нобелевской премии за развитие беспроволочной телеграфии (радиосвязи) – способа, который был изобретен русским профессором А. Поповым. Англичанин М. Райл активно исследовал возобновляемые источники энергии, в особенности энергии ветра и морской волны. Его работы показали, что в Великобритании энергия ветра (с учетом больших сезонных колебаний потребности в энергии) могла бы стать источником, реально альтернативным по отношению к ядерной энергии Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы Построенные нобелевским лауреатом П. Капицей (СССР) установки для сжижения газов нашли широкое применение в промышленности. Использование кислорода, извлеченного из жидкого воздуха, для кислородного дутья произвело подлинный переворот в сталелитейной промышленности. Русские физики Н. Басов, А. Прохоров и Чарльз Х.Таунс (США) известны как создатели первых лазеров (1954) и других генераторов и усилителей, основанных на лазерномазерном принципе. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы Жорес И. Алферов (Россия) и Герберт Кремер открыли и развили быстрые опто- и микроэлектронные компоненты, которые создаются на базе многослойных полупроводниковых гетероструктур. Гетеролазеры передают, а гетероприемники принимают информационные потоки по волоконнооптическим линиям связи. Гетеролазеры используют в проигрывателях CD-дисков, устройствах, декодирующих товарные ярлыки, в лазерных указках и во многих других приборах. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы Фундаментальные научно-исследовательские работы по физике не являются абстрактными, оторванными от жизни исследованиями: они все больше ориентируются на поддержку прикладных НИР путем разработки проблем: физики конденсированных сред; оптики и лазерной физики; радиофизики и электроники; акустики; физики плазмы; ядерной физики. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы Кроме физики и техники фундаментальные НИР в больших объемах выполняют по химии. Они ориентированы чаще всего на создание новых материалов, веществ и химических технологий. Для этого в химии разрабатывают: методы синтеза и изучения новых веществ; химико-технологические процессы. К особенностям фундаментальных химических наук относится то, что они прямо связаны с прикладными НИР химико-технологического профиля: совершенствования химико-технологической аппаратуры; разработки технологических процессов переработки природного сырья, создания катализаторов для синтеза и переработки химического сырья; разработки высокоэффективных химических процессов и новых материалов. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.1.Научно-исследовательские работы Успехи фундаментальной и прикладной биологии характеризуют инновационные достижения в таких областях, как : генотерапия и генная инженерия; синтез новых биологически активных препаратов; биокатализ, белковая инженерия; молекулярная медицина; клеточные технологии ( стволовых клеток, клеточной инженерии, клеточной терапии); использования микроорганизмов и грибов в биотехнологиях; клиническая физиология; использования и воспроизводства биологических ресурсов, средств защиты растений и животных; создания методов, приборов и оборудования в области физикохимической биологии и биотехнологий. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНОКОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Фундаментальные исследования предшествуют этапам выполнения проблемно-ориентированных научно-исследовательских и опытных работ: поисковых научно-исследовательских работ, прикладных НИР, прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) , последующими фазами которых являются новые технологии, организация производства новой продукции и ее рыночная реализация. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Проблемой, которую, к сожалению, можно констатировать, является то, что технологические сдвиги (переход к технике или технологии нового поколения ) далеко не всегда бывают следствием научных открытий. Более того, можно утверждать, что появление ряда крупных технических изобретений предшествовало выполнению фундаментальных НИР, например, паровой двигатель появился раньше термодинамики и гидродинамики; лампа накаливания – раньше исследований термоионной эмиссии в газах; создание первых самолетов опережало развитие аэродинамики и т.д. По этой причине перед промышленностью всегда стояла задача организации выполнения проблемно-ориентированных НИР, обеспечивающих создание новых веществ (материалов), технологий и устройств для их последующего применения в инновационной деятельности товарного производства. Сказанное позволяет утверждать, что фундаментальные научные исследования – это только один из факторов технического прогресса, но они никогда не смогут стать адекватной заменой прикладных НИОКР, обеспечивающих инновационную деятельность. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Порядок проведения НИОКР по созданию новой техники, в том числе: порядок разработки технического задания, разработки документации, изготовления и испытаний опытных образцов продукции, порядок взаимодействия предприятий, научных учреждений и других организаций при согласовании и утверждении нормативно-технической документации на проведение НИОКР, приемки их результатов и взаимодействие с организациями промышленности в процессе работы регламентируется стандартами и специальными методиками. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Чаще всего НИР (для получения методами научного исследования новых технологических знаний) проводят с целью : выявления наиболее эффективных решений для использования их в процессе проведения опытно – конструкторских работ или опытно–технологических работ; обоснованных исходных данных для разработки технического задания на новую или модернизированную продукцию и получения образцов новых веществ или материалов для их всесторонней проверки перед проведением опытнотехнологических работ. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Научно-исследовательские работы проводят обычно в соответствии с календарными план-графиками инновационного проекта, целевой программы или планами координации работ по решению научнотехнических проблем. Названные документы предполагают участие в таких научнотехнических проектах нескольких организаций и/или предприятий. В этом случае головной исполнитель НИР координирует работу организацийсоисполнителей. Он выступает также в роли заказчика по отношению к соисполнителям и отвечает перед заказчиком НИР за научно-технический уровень работы в целом. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Обязательным исходным документом НИР является техническое задание (ТЗ). Оно определяет цели и задачи НИР, содержание, порядок проведения работ, способ реализации результатов НИР. Техническое задание на выполнение НИР рекомендуется разрабатывать с использованием средств научного прогнозирования (в том числе технологического форсайта, технологического аудита и других методов инноватики) путем анализа передовых достижений отечественной и зарубежной науки и техники, результатов поисковых НИР, изучения патентной документации, а также требований заказчика. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Основные требования к выполнению НИР устанавливают: номенклатуру параметров, численные значения которых необходимо получить, точность их определения, точность воспроизведения внешних условий, способы моделирования объектов исследования (математическое моделирование, физические модели, макеты, экспериментальные образцы и их количество, состав разрабатываемой документации для изготовления) и другие требования, обеспечивающие успешное выполнение задач НИР. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Перечень этапов и стадий выполнения НИР может включать: «выбор направления исследования» (осуществляется с целью систематизированного анализа исследуемой проблемы и выявления на его основе наиболее предпочтительного направления научных исследований); «теоретические и экспериментальные исследования» (проводятся с целью теоретических обоснований предлагаемого решения по объекту исследования, подтвержденных, как правило, экспериментами); «обобщение и оценка результатов исследований» – на этом этапе обычно составляют отчет о НИР. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР В ходе выполнения экспериментальных исследований модели (макеты, экспериментальные образцы) изготавливают по документации исполнителя НИР под авторским надзором. Описание моделей (макетов, экспериментальных образцов) и экспериментальных установок для получения образцов в случае получения новых веществ, материалов, композитов обычно содержит чертежи, эскизы, другую документацию, по которым изготавливают экспериментальные образцы и экспериментальные установки, данные о программе и методике испытаний, выводы и предложения. Для представления (презентации) результатов НИР обычно представляют: утвержденное ТЗ НИР; промежуточные отчеты по всем этапам: отчет о НИР; модели (макеты, экспериментальные образцы); проект ТЗ на выполнение опытно-конструкторских работ, техникоэкономические обоснования или расчеты на работу в целом. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ НИР Рекомендации НИР по разработке новой техники и технологий должны содержать: предложения по разработке машин, приборов, аппаратов, технологических процессов, средств технологического оснащения, требования к выполнению проектов реконструкции и/или технического перевооружения производства...; технические требования для включения в техническое задание на выполнение опытно-конструкторских работ или в инновационный проект; предложения по унификации (типизации, стандартизации, симплификации, разработке параметрических рядов машин, приборов или аппаратов); копии свидетельств и патентов, копии заявок на изобретения, оформленные исполнителем НИР, проект ТЗ на выполнение опытно-конструкторских работ; технико-экономические обоснования, расчеты и/или бизнесплан инновационного проекта . Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНОКОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.3. Порядок проведения опытноконструкторских работ Порядок проведения опытно-конструкторских работ Исходными документами для выполнения опытно-конструкторских работ (ОКР) по созданию новой техники и технологии являются государственные программы, годовые планы научных учреждений и предприятий, техническое задание на выполнение ОКР по созданию образца (машины, прибора, аппарата, изделия, комплекта, комплекса, системы) и договор между заказчиком, головным исполнителем ОКР на выполнение работ по инновационному проектированию. Основным исходным документом для проектирования является техническое задание на выполнение опытно-конструкторских работ. Объем технического задания, глубина разрабатываемых в нем данных зависит от сложности создаваемого изделия и типа будущего производства (единичное, мелкосерийное, серийное, крупносерийное, массовое). Порядок проведения опытно-конструкторских работ Рис. Пример построения функциональной модели для разработки ТЗ на авиационный двигатель Порядок проведения опытно-конструкторских работ Техническое задание (ТЗ ) НИОКР средней сложности обычно включает типовые разделы выполнения ОКР: наименование и шифр разработки; основание для разработки; цель разработки и назначение изделия; технические требования, в том числе эксплуатационные; требования к стандартизации и унификации; технико-экономические показатели; эргономические требования; порядок разработки, испытаний, приемки изделий и окончания работ. В зависимости от особенностей изделий допускается вводить и другие разделы. Содержание разделов технического задания (ТЗ) определяет заказчик в зависимости от типа изделия, специфики и условий его эксплуатации. Порядок проведения опытно-конструкторских работ Рис. Классификация критериев эффективности летательных аппаратов (ЛА) Порядок проведения опытно-конструкторских работ Центральным разделом ТЗ являются «Технические требования» (требования, нормы, технические характеристики, условия эксплуатации, конструктивные требования к изделию и, при необходимости, к его основным составным частям). В этом же разделе перечисляют документы (правила, стандарты, методики, требования пожаро- и взрывобезопасности, санитарные нормы), требованиям которых должно соответствовать изделие. Кроме технических характеристик (параметров) данный раздел обычно содержит и другие сведения: по составу изделия; этапы и стадии проектирования (литеры: П, Э,Т, а для РКД (О,А,Б)); основные требования (к конструкции и технологичности изделия, к исходным материалам и покупным изделиям) и специальные требования, которые задают по усмотрению заказчика (по надежности; эксплуатационные и ремонтные требования; требования упаковке и маркировке; требования хранению и транспортированию и другие требования к изделию). Порядок проведения опытно-конструкторских работ Требования к конструкции изделия в зависимости от вида и назначения изделия и с учетом требований Единой системы конструкторской документации (ЕСКД) предусматривают также указание : размеров (габаритных, установочных и присоединительных); способа крепления изделия; запасов регулировки управления; усилий, требуемых для управления и обслуживания; массы изделия и ограничения по массе составных частей изделия; требований к конструктивному оформлению; количества транспортируемых единиц; ограничений габаритов и массы в состоянии готовности к транспортированию; вид исполнения (контейнерное, блочное, моноблочное и др.); показателей технической эстетики, органолептических, биологических, санитарно-гигиенических и других показателей; Порядок проведения опытно-конструкторских работ Кроме того в ТЗ необходимо указывать: возможность, быстроту и легкость сборки и разборки изделия при эксплуатации и ремонте; необходимость доступа к отдельным составным частям изделия для обслуживания и ремонта без демонтажа других составных частей; возможность применения инструментов и приспособлений для обслуживания, сборки и разборки, развертывания и свертывания; допустимость применения нестандартизованного оборудования, инструмента и приспособлений; требования, исключающие возможность неправильной сборки, неправильного подключения кабелей и другие ошибки во время эксплуатации, обслуживания и ремонта изделий; взаимозаменяемость изделия и его составных частей в условиях изготовления, эксплуатации и ремонта; требования к средствам защиты (от влаги, солнечной радиации, вредных испарений, коррозии, насекомых, микроорганизмов, грызунов…); требования к обеспечению безопасности обслуживающего персонала при эксплуатации, обслуживании и ремонте (от воздействия электрического напряжения, движущихся частей изделия, теплового воздействия, высокочастотных и радиационных полей, ядовитых паров и газов, вибраций, акустических шумов и т.п.); Порядок проведения опытно-конструкторских работ Важными разделами ТЗ также являются специальные требования: к виду и составу запасных частей, проверочных средств и специальной технологической оснастки, входящих в состав изделия, ремонтно-технологического оборудования, предназначенного для ремонтных мастерских, баз, ремонтных предприятий в целях поддержания изделия, в процессе эксплуатации, в работоспособном состоянии; по использованию прогрессивных технологических процессов при производстве изделий, широкому применению унифицированного оборудования, технологической оснастки; к патентной чистоте и патентоспособности изделия и его составных частей и другие специальные требования (экспортное исполнение, тропический вариант, помехозащищенность, в том числе устойчивые к влиянию гравитационного, магнитного, электромагнитного и электрических полей, износоустойчивость, т.е. защищенные от воздействия пыли, песка, снега, обледенения; требования к контролю изделия (ручной, автоматизированный), требования к контрольноповерочной аппаратуре и средствам обслуживания изделия…). На этом перечень специальных требований себя не исчерпывает. Порядок проведения опытно-конструкторских работ Рис. Пример построения функциональной модели для разработки авиационного двигателя на основании ТЗ и «Технического предложения» Порядок проведения опытно-конструкторских работ Рис. Пример соотношения степени детализации чертежа общего вида на различных стадиях разработки Порядок проведения опытно-конструкторских работ Таблица Этапы детализации геометрического облика авиационного ГТД в процессе его разработки Стадия разработки Основ ное содер жание Техническое предложение Эскизный проект Технический проект Рабочая документация 2 3 4 5 Анализ и сравнительная оценка предлагаемых вариантов разработки изделия, сравнительная оценка с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей Принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы, а также данные, определяющие основные параметры и габаритные размеры Окончательные технические решения, дающие полное преставление об устройстве разрабатываемого изделия и исходные данные для разработки рабочей документации Полное исчерпывающее описание деталей и узлов для изготовления опытного образца или серийного производства Порядок проведения опытно-конструкторских работ Окончание табл. 1 Техническое предложение Эскизный проект Технический проект Рабочая документаци я 2 3 4 5 Составные части конструкции, в том числе заимствованные и покупные, изображаются с упрощениями, достаточными для обеспечения понимания конструкции ГТД, взаимодействия составных частей и принципа работы. Соответствует требованиям к чертежу общего вида на стадии эскизного проекта и дополнительно включает в себя указания о посадках деталей (размеры и предельные отклонения), сведения о применяемых покрытиях, методах сварки, технические характеристики необходимые для разработки рабочей документации. Изображение изделия с максимальным упрощением. Степень детализации геометрического облика ГТД на чертеже общего вида Составные части изображаются контурными очертаниями. Изображаются только те составные части, которые рассматриваются при сопоставлении вариантов. Не показываются связи между составными частями, если они не рассматриваются при сопоставлении Отдельные изображения составных частей размещаются либо на одном общем листе с изображением изделия, либо на отдельных листах. Сборочный чертеж изделия Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНОКОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.3.1. ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ (литера «П») При разработке технического предложения (ТП) проводят следующие работы: а) выявление вариантов возможных решений, установление особенностей вариантов (принципов действия, размещения функциональных составных частей и т.п.), их конструкторскую проработку ( глубина такой проработки должна быть достаточной для сравнительной оценки рассматриваемых вариантов); б) проверку вариантов на патентную чистоту и конкурентоспособность, оформление заявок на изобретения; в) проверку соответствия вариантов требованиям техники безопасности и производственной санитарии; ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ (литера «П») г) сравнительную оценку рассматриваемых вариантов ( сравнение проводится по показателям качества изделия, например, надежности, экономическим, эстетическим, эргономическим; сопоставление вариантов может проводиться также по показателям технологичности (ориентировочной удельной трудоемкости изготовления, ориентировочной удельной материалоемкости и др.), стандартизации и унификации. При этом следует учитывать конструктивные и эксплуатационные особенности разрабатываемого и существующих изделий, тенденции и перспективы развития отечественной и зарубежной техники в данной области, вопросы метрологического обеспечения разрабатываемого изделия, т.е. возможности выбора методов и средств измерения.. Если для сравнительной оценки необходимо проверить принцип работы различных вариантов изделия, а также сравнить их по эргономическим и эстетическим показателям, то на этапе ТП могут быть изготовлены макеты; ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ (литера «П») Рис. ОСЕВОЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ (литера «П») Рис. Передняя опора вентилятора ГТД 1 – ротор; 2 – диск; 3 – цапфа; 4 – внутреннее кольцо подшипника; 5 – контактное кольцо; 6 – контактное графитовое уплотнение; 7 – передняя лабиринтная втулка; 8 – задняя лабиринтная втулка; 9, 10 – ответные уплотнительные кольца; 11 – статор; 12 – штифт; 13, 14 – воздушные полости; 15 – масляная полость. СОЗДАНИЕ НОВЫХ ИЗДЕЛИЙ (ПРОТОТИПИРОВАНИЕ) НА ПРИМЕРЕ СЕГМЕНТА СА ТВД ГТК10И, ГТК25И Прототипирование рабочей лопатки ТВД ГТК10И Прототипирование зубчатого венца промежуточного вала ГТ-6-750 ИЗГОТОВЛЕНИЕ НОВЫХ СЕГМЕНТОВ СА И РАБОЧИХ ЛОПАТОК ТВД, ТНД Прототипирование сегмента СА ТВД ГТК10И, ГТК25И (с) НПП УАСТ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ (литера «П») д) выбор оптимального варианта (вариантов) изделия, обоснование выбора; установление требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др.) и к последующей стадии разработки изделия (необходимые работы, варианты возможных решений, которые следует рассмотреть на последующей стадии и др.); е) подготовку предложений по разработке стандартов (пересмотр или внесение изменений в действующие стандарты, если изделие является стандартным), предусмотренных техническим заданием на данной стадии. Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНОКОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.3.2. ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») Техническое предложение на двигатель C1 Заказчик (ГА, ВВС, самолётные ОКБ) НТД на ЭП C2 I1 Новые схемы Выбрать прототип, параметры, согласовать с ЛА и САУ, провести основные расчёты, разработать требования к материалам A211 C3 ТЗ на ОД Параметры, ТУ Решение по доработке ЭП Провести экспериментальные работы, подтверждающие выбранные параметры A212 Разработать эскизную компоновку, габаритные чертежи и схемы систем ОД, создать модель макета ОД Эскизный проект A213 Персонал ОКБ Персонал ОКБ Результаты экспериментальных работ P. 9 Принять эскизный проект A214 Персонал ОКБ Представитель заказчика, ОКБ, ЦИАМ M1 Персонал ОКБ, ЦИАМ Рис. Функциональная модель разработки эскизного проекта Принятый ЭП O1 ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») При разработке эскизного проекта проводят следующие работы: а) выполнение вариантов возможных решений, установление особенностей вариантов (характеристики вариантов составных частей и т.п.), их конструкторскую проработку. Глубина такой проработки должна быть достаточной для сопоставления рассматриваемых вариантов; б) предварительное решение вопросов упаковки и транспортирования изделия; в) изготовление и испытания макетов с целью проверки принципов работы изделия и (или) его составных частей; ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») г) разработку и обоснование технических решений, направленных на обеспечение показателей надежности, установленных техническим заданием и техническим предложением; д) оценку изделия на технологичность и правильность выбора средств и методов контроля (испытаний, анализа, измерений); е) оценку изделия по показателям стандартизации и унификации; ж) оценку изделия в отношении его соответствия требованиям эргономики, технической эстетики. При необходимости, для установления эргономических, эстетических характеристик изделия и для удобства сопоставления различных вариантов по этим характеристикам изготавливают макеты; ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») з) проверку вариантов на патентную чистоту и конкурентоспособность, оформление заявок на изобретения; и) проверку соответствия вариантов требованиям техники безопасности и производственной санитарии; к) сравнительную оценку рассматриваемых вариантов, вопросы метрологического обеспечения разрабатываемого изделия (возможности выбора методов и средств измерения). Сравнение проводят по показателям качества изделия (назначения, надежности, технологичности, стандартизации и унификации, экономическим, эстетическим, эргономическим). При этом следует учитывать конструктивные и эксплуатационные особенности разрабатываемого и существующих изделий, тенденции и перспективы развития отечественной и зарубежной техники в данной области; ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») л) выбор оптимального варианта (вариантов) изделия, обоснование выбора; принятие принципиальных решений; подтверждение (или уточнение) предъявляемых к изделию требований (технических характеристик, показателей качества и др.), установленных техническим заданием и техническим предложением, и определение техникоэкономических характеристик и показателей, не установленных техническим заданием и техническим предложением; м) выявление на основе принятых принципиальных решений новых изделий и материалов, которые должны быть разработаны другими предприятиями (организациями) , составление технических требований к этим изделиям и материалам; ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») н) составление перечня работ, которые следует провести на последующей стадии разработки, в дополнение или уточнение работ, предусмотренных техническим заданием и техническим предложением; о) проработку основных вопросов технологии изготовления (при необходимости) п) подготовку предложений по разработке стандартов (пересмотр и внесение изменений в действующие стандарты), предусмотренных техническим заданием на данной стадии ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») Рис. Предварительная эскизная компоновка компрессора ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») ТЗ на ОД C1 Решение по доработке ЭП C3 НТД на ЭП C2 Эскизная компоновка ОД Параметры, ТУ I1 I2 Разработать эскизную компоновку Результаты экспериментальных работ A2131 Рекомендации на доработку деталей Предварительная эскизная компоновка P. 10 Сформировать 3D-модели отдельных деталей A2132 Персонал ОКБ Результаты прочностных расчетов Конструкторы бригад Создать 3D-модель макета ОД и его систем, провести габаритные исследования, выпустить схемы систем ОД A2133 3D-модели деталей Акт примерки макета, схемы систем ОД Эскизный проект Выпустить ЭП Конструкторы бригад, компоновщик A2134 M1 Персонал ОКБ Рис. Функциональная модель разработки эскизной компоновки, габаритных чертежей и схем систем ОД, создания модели макета ОД O1 ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») Рис. Разработанная на основе 3D-модели ПЧ КНД 3D-модель ротора КНД Рис. Этапы анализа межлопаточных каналов с использованием 3D-модели ротора КНД ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») Рис. Создание (на основе 3D-модели ротора КНД и ПЧ КНД) 3D-модели статора КНД ЭТАП РАЗРАБОТКИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТА (литера «Э») Рис. Конструкторско-технологическое проектирование внешней обвязки ГТД в разработанном CAD/CAM/CAE-приложении (на основе UG, Ansys и КОМПАС) Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.3.3. ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА (литера «Т») Порядок разработки технического проекта ОКР определяют с учетом рассмотренных выше требований ЕСКД и следующих правил (процедур): Технический проект ОКР разрабатывает головной исполнитель на основании утвержденного эскизного проекта ОКР или технического задания на ОКР, если разработка эскизного проекта не предусматривалась. Технический проект ОКР разрабатывает головной исполнитель для выявления окончательных технических решений, дающих полное представление о конструкции образца нового изделия. ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА (литера «Т») При разработке технического проекта ОКР допускается использовать отдельные документы, разработанные на этапе эскизного проектирования, если эти документы соответствуют требованиям, предъявленным к документам технического проекта, или если в них внесены изменения с целью обеспечения такого соответствия. В процессе выполнения технического проекта ОКР головным исполнителем ОКР должен быть разработан перечень (комплектность) документации на образец изделия в соответствии со стандартной номенклатурой конструкторской документации. ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА (литера «Т») В общем случае при разработке технического проекта проводят следующие работы: а) разработку конструктивных решений изделия и его основных составных частей; б) выполнение необходимых расчетов, в том числе подтверждающих технико-экономические показатели, установленные техническим заданием; в) выполнение необходимых принципиальных схем, схем соединений; г) разработку и обоснование технических решений, обеспечивающих показатели надежности, технологичности, эффективности, качества и технического уровня, установленные техническим заданием; д) проверку изделия на патентную чистоту и конкурентоспособность, оформление заявок на изобретения; е) разработку чертежей сборочных единиц и деталей; ж) разработку, изготовление и испытание макетов и т.д. ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА (литера «Т») Например, на этапе "Разработка технического проекта " авиационного двигателя проводятся подробные расчеты: характеристик двигателя, в том числе в условиях, отличающихся от соответствующей стандартной международной атмосферы (МСА); термодинамические расчеты двигателя на режимах расчета на прочность узлов и деталей; газодинамические и гидравлические расчеты узлов и систем и расчеты теплового состояния с определением параметров воздуха и газа по всем сечениям рабочего тракта двигателя и в его внутренних полостях и рабочих параметров систем; расчеты на прочность и надежность всех узлов и деталей двигателя. ЭТАП РАЗРАБОТКИ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА (литера «Т») Кроме сказанного на этом этапе: разрабатывают и утверждают рабочие компоновки всех узлов двигателя, детализируют и утверждают схемы систем двигателя; выпускают и согласовывают с НИИ по материалам (ВИАМ) спецификации материалов, применяемых в конструкции двигателя; составляют и согласовывают с поставщиками материалов и заготовок технические условия на поставку, графики поставок; разрабатывают и согласовывают с разработчиком самолета иерархическую структуру систем диагностирования двигателя, ее связи с системой управления; разрабатывают и согласовывают с разработчиком самолета схемы, системы и алгоритмы передачи информации и обеспечения взаимодействия управления двигателем, самолетом; составляют и согласовывают ТЗ на разработку систем, агрегатов комплектующих изделий, протоколы согласования, графики поставок; разрабатывают и согласовывают с заказчиком перечень РКД для изготовления первого опытного образца двигателя; Тема 2: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ И ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКИЕ РАБОТЫ 2.3.4. ЭТАП (СТАДИИ) РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ЭТАП (СТАДИИ) РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ (литеры «О», «А», «Б») Цель и содержание работ рассматриваемого этапа заключается в разработке рабочей конструкторской документации для изготовления и проведения испытаний опытного образца (образцов) изделия. Стадии разработки рабочей конструкторской документации Опытного образца (опытной партии) изделия (О) Основное содержание работ Разработка рабочей конструкторской документации для изготовления опытного образца (опытной партии) изделий Изготовление опытного образца (опытной партии) изделий и проведение предварительных испытаний Проведение приемочных испытаний опытного образца (опытной партии) изделий Корректировка рабочей конструкторской документации и доработка опытного образца (опытной партии) по результатам приемочных испытаний Проведение опытной оперативной эксплуатации, корректировка рабочей конструкторской документации и доработка опытного образца (опытной партии) по результатам опытной оперативной эксплуатации Установочной серии (А) Примечание: на данной стадии основное содержание работ условно не рассматривается Установившегося производства (Б) Примечание: на данной стадии основное содержание работ условно не рассматривается ЭТАП (СТАДИИ) РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ (литеры «О», «А», «Б») разрабатывают и выпускают рабочие чертежи и спецификации для изготовления двигателя; разрабатывают и выпускают инструкции, методики, технические условия (ТУ) и другие нормативные технические документы, действующие при изготовлении двигателя; разрабатывают и выпускают описания конструкции двигателя и его узлов; оформляют с НИИ договора на проведение работ по двигателю; разрабатывают и выпускают технические условия на проведение типовых стендовых испытаний двигателя, временные инструкции на эксплуатацию двигателя для проведения летно-конструкторских испытаний (ЛКИ); разрабатывают и выпускают чертеж общего вида двигателя; разрабатывают, согласовывают с разработчиком самолета и выпускают габаритно-весовой чертеж двигателя; выпускают программы обеспечения надежности (ПОН), безопасности полетов, эксплуатационной технологичности, ремонтопригодности; составляют, оформляют и согласовывают программы предварительных и Государственных испытаний (ГИ)…..и т.д. Комплект РКД предъявляется представительству заказчика, которое дает заключение о соответствии РКД требованиям ТЗ на двигатель и действующей нормативной документации, возможности передачи ее в производство для изготовления опытных образцов двигателя. ЭТАП (СТАДИИ) РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ (литеры «О», «А», «Б») Порядок изготовления опытного образца (образцов) и проведения предварительных (заводских) испытаний обычно предусматривает следующие положения. 1. Цель этапа заключается в изготовлении опытного образца (образцов) и проведении предварительных (заводских) испытаний для определения его (их) соответствия требованиям ТЗ на ОКР и возможности предъявления на приемочные испытания. 2. Этап должен содержать следующие работы не только по изготовлению опытного образца (образцов) и проведение предварительных (заводских) испытаний образца (образцов), но также корректировку рабочей конструкторской документации по результатам изготовления и предварительных испытаний и доработку опытного образца (образцов) по этой документации для предъявления его (их) на приемочные испытания. 3. Количество опытных образцов (опытных партий), необходимых для проведения всех видов испытаний, определяется в ТЗ и договоре на ОКР. 4. Опытный образец (образцы) должен быть подвергнут головным исполнителем ОКР предварительным (заводским) испытаниям по программе и методикам испытаний, разработанным в соответствии с требованиями стандартов и /или заказчика ЭТАП (СТАДИИ) РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ (литеры «О», «А», «Б») Рис. Процедура (функциональная модель) процесса проведения испытаний ЭТАП (СТАДИИ) РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ (литеры «О», «А», «Б») Рис. Примеры стендов и средств автоматизации испытаний при разработке двигателей ЭТАП (СТАДИИ) РАЗРАБОТКИ РАБОЧЕЙ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ (литеры «О», «А», «Б») Рис. Вид авиационного двигателя на испытательном стенде 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений В интегрированных CAD/САМ/САЕ – системах фактически объединены три системы разного назначения, разработанные на единой базе, аббревиатуры которых расшифровываются следующим образом: CAD – Computer Aided Design – компьютерная поддержка конструирования; CAM – Computer Aided Manufacturing – компьютерная поддержка изготовления; CAE – Computer Aided Engineering – компьютерная поддержка инженерного анализа. Для организации параллельного проектирования – коллективной работы специалистов различного профиля с моделью (полным электронным описанием) двигателя часто используется среда PDM (Product Data Management – управление данными проекта). Обязательно наличие системы поддержки принятия решений (СППР), без которой трудно избежать ошибок во время принятия особо ответственных решений. Из приведенного перечня автоматизированных систем видно, что в настоящее время происходит тесная интеграция в АСТПП всех типов работ инновационного проектирования (конструкторских, технологических и организационно-управленческих) для создания новых продуктов и технологий. 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений AutoCAD применяется для выпуска КД и ТД, не отягощенных требованиями отечественных стандартов и для плоских компоновок. CADDS чаще всего применяется для объемного моделирования и компоновки изделий, оснастки, пресс-форм, а также для подготовки УП для ЧПУ. В конструкторских подразделениях не встречается. Компас применяется в основном для выпуска чертежной КД и ТД, а также для создания объемных моделей несложных изделий, реже для создания компоновок. Pro/ Engineer чаще всего используется для объемных компоновок агрегатов типа двигатель или реактор, для разводки трубопроводов. SolidEdge, SolidWorks, MicroStation применяются для объемного моделирования машиностроительных изделий и узлов (электродвигатель, электрофен, насос), для иллюстраций инструкций по эксплуатации, отчетов и рекламных брошюр. T -Flex применяется для выпуска чертежей типовых деталей машиностроения, для технологического проектирования. Unigraphics чаще всего применяется для объемного моделирования изделий, оснастки и пресс-форм. Применяется и для объемной компоновки изделий типа корпус, двигатель. Относительно часто применяется для ЧПУ. Cimatron чаще всего применяется для ЧПУ, также используется для объемного моделирования изделий, редко встречается в конструкторских подразделениях. 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений AutoСAD CADDS 5 Компас + + + + + T-FLEX +* Unigrap + hics MicroStat ion + SolidEd + ge Solid Works Плоское моделирование + + Черчение + + + + + + + +* + ± + Объемное моделирование + + + + + + + +* + ± + Создание объемных сборок ± ± + + + +* +* ±* + + + Создание чертежа по 3D модели + + + + + + + ± + ± + Генерация технологической документации + – + + + – – + + – + Редактирование изображения + + – + – + – – + – + Средства созданий прикладных САПР ± + + + + + + ± + + + Механообработка по 2D-модели + – + + + – – + + – + Механообработка по 3D-модели + – + + + – – + + – + Фрезерование 2x; 2,5x + – + + + – – + + – + Фрезерование 3x + – + + ± – – + + – + Фрезерование 5x ± – + – ± – – – + – + Фрезерование многопозиционное + – + – + – – + + – + Электроэрозия 2x, 4x + – + – - – – + + – + Точение, сверление + – + – - – – + + – + Адаптация системы к станочному парку + – + – – – – + + – + Возможности ProE ADEM Cim atro E 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений CAD/CAM/CAE/PDM-системы 1. Управление проектом 1.1 Работа в сети 1.2 Управление коллективной работой 1.3 Организация «Информационной магистрали» 2. Трехмерное графическое моделирование 2.1 Графическое 2х и 3-х мерное ядро 2.2 Средства документирования 2.3 Средства оформления чертежей по стандартам 2.4 Параметризация 3. Функциональные модули 3.1 Метод конечных элементов 3.2 Проектирование оснастки (штампы, пресс-формы) 3.3 Инженерные расчеты 3.4 Моделирование кинематики и динамики механизмов 4. Технологическая подготовка производства 4.1 Подготовка управляющих программ ЧПУ 4.2 Генерация постпроцессоров 4.3 Моделирование обработки 5. СУБД 5.1 Каталоги нормализованны х элементов 6. CASEсредства 6.1 Создание прикладных приложений 6.2 Построение пользовательско го интерфейса 6.3 Объектноориентированная технология обработки 4.4 Моделирование высоких и критических технологий 2.5 Дизайн 2.6 Интерфейсы с другими системами Рис. Состав компонентов CAD/CAM/CAE/PDM-систем 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений Рис. Граф структуры АСНИ высоких и критических технологий в НИОКР (1,2,3…- функциональные блоки этапов и стадий НИОКР по ЕСКД; 2-1;2-2;2-3;1-4;1-5 – функциональные блоки АСНИ высоких и критических технологий) 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений Рис. Функциональная модель АСНИ высоких и критических технологий в авиадвигателестроении И сследование зак оном ерностей развития и см ены пок олений тех ник и и тех нологий в автом атизированной систем е научны х исследований Рис. 4. S-образная кривая развития реактивной авиационной техники Рис. 3. S-образные закономерности развития техники и технологии Зак оном ерности см ены пок олений сам олетов-истребителей (1-самолеты-бипланы с поршневыми двигателями; 2-самолетымонопланы с поршневыми двигателями; 3- реактивные дозвуковые самолеты-истребители) Рис. 5. Закономерности смены поколений дозвуковых самолетов-истребителей Уравнения регрессии: Бипланы с поршневым двигателем: V(t)=120*arctg(t-1927)+280; R2=0,9763; Монопланы с поршневым двигателем: V(t)=200*arctg(t-1932)+395; R2=0,9782; Дозвуковые реактивные самолеты-истребители: V(t)=180*arctg(t-1947)+980; R2=0,9897, где V - скорость самолета, км/ч. Рис. 6. Обобщенные S-образные закономерности смены поколений реактивных самолетов-истребителей Уравнения регрессии: Сверхзвуковые истребители-перехватчики: V(t)=700*arctg(t-1955)+2080, R2=0,9971; Самолеты-истребители вертикального взлета и посадки: V(t)=325*arctg(t-1984)+1410, R2=0,9996; Многофункциональные высокоманевренные истребители (истребители-бомбардировщики): V(t)=480*arctg(t-1962)+1790, R2=0,9990. Иллю страции к полученны м законом ерностям развития авиационной тех ники Рис. 7. Общие виды истребителей монопланов и бипланов Рис. 8. Высотный истребитель «МиГ-35» Рис. 10. Истребитель вертикального взлета и посадки «F-35» (США) Рис. 9. Высокоманевренный истребитель-бомбардировщик 5-ого поколения «F-22A Raptor» (США) Рис. 11. Многофункциональный высокоманевренный самолет-истребитель «Су-35» Иллюстрации техники ( технологии) новых поколений Беспилотные гиперзвуковые самолеты Х-43А X-47А Pegasus Х-45А X-47B Зак оном ерности см ены пок олений реак тивны х двигателей истребительной авиации Условные обозначения: 1 - входное устройство; 2 - компрессор; 3 - сумматор мощности; 4 - турбина газовая; 5 - общие результаты; 6 - отбор газа; 7 - камера сгорания; 8 - выходное устройство; 9 - начальные условия Рис. 12. Структурная модель трехвального ГТД Рис. 15. Закономерности смены поколений авиационных реактивных двигателей самолетовистребителей Рис. 13. Схема газотурбинного двигателя Pratt & Whitney F-119 PW-100 для самолета F-22 Raptor Рис. 14. S-образная закономерность развития двигателей дозвуковых самолетовистребителей в системе MATCAD 14 Двигатели дозвуковых самолетов-истребителей: P(t)=930*arctg(t-1948)+1900, R2=0,7957; Двигатели сверхзвуковых истребителей-перехватчиков: P(t)=5700*arctg(t-1957)+9800, R2=0,7076; Двигатели самолетов-истребителей вертикального взлета и посадки: P(t)=3900*arctg(t-1985)+11650, R2=0,9515; Двигатели многофункциональных высокоманевренных истребителей (истребителей-бомбардировщиков): P(t)=4000*arctg(t-1965)+8450, R2=0,8780, где P – тяга двигателя, кг. 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений Рис. Информационное окно АСНИ по дальним и высотным самолетам-истребителям Рис. Окно базы данных АСНИ по узловым технологиям для создания авиационных двигателей нового поколения Новейшие разработки в области создания авиационных двигателей Атомный газотурбинный двигатель Интеллектуальный двигатель (ИД) Патент №2336429 Рис. 17. Внешний вид универсального газогенератора, на основе которого создан ИД Рис. 16. Схема атомного газотурбинного двигателя Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель Патент №2200864 Рис. 18. Реактивное сопло интеллектуального двигателя: а трубопроводы подвода охлаждающего воздуха к дозвуковой части сопла; б - трубопроводы вдува воздуха в сопло Сверхзвуковой пульсирующий детонационный прямоточный воздушно-реактивный двигатель Патент №2157909 Рис. 19. Упрощенная схема пульсирующего воздушнореактивного двигателя Рис. 20. Схема сверхзвукового пульсирующего детонационного прямоточного воздушнореактивного двигателя М етод разработки едины х тех нологий авиадвигателестроения для двигателей нового поколения Согласно Гражданскому кодексу РФ от 18.12.2006 №230-Ф3, часть 4: Единой технологией признается выраженный в объективной форме результат научнотехнической деятельности, который включает в том или ином сочетании изобретения, полезные модели, промышленные образцы, программы для ЭВМ или другие результаты интеллектуальной деятельности, подлежащие правовой охране, и может служить технологической основой определенной практической деятельности в гражданской или военной сфере. Рис. 25. Многовариантный граф развития единых технологий авиационных двигателей Рис. 26. Теоретическая поверхность развития единых технологий авиационных двигателей Рис. 27. Поверхность развития единых технологий ГТД по данным патентной статистики 2.4. Автоматизация НИОКР при разработке техники и технологий новых поколений Благодарю за внимание !