ort03-2020

МАШИНОСТРОЕНИЕ Цифровая активность предприятий обрабатывающей промышленности глазами их руководителей .................................. 5 Как увеличить производство в разы в период пандемии?.......... 13 Автоматизация конструкторско-технологической подготовки

содержание

эксперты журнала ..................................................................... 4

производства при помощи систем КОМПАС 3D и ADEM CAM на примере АО «Тамбовский завод «Ревтруд» .............................. 17

СИстемы автоматизации RPA-роботы как инструмент оптимизации бизнес-процессов....................................................................................... 23

Инженерные системы Ограничение вибрации при использовании насосов с регулируемой скоростью в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха................................................................29

ЭНЕРГЕТИКА Ядерная энергетическая революция свершилась?....................31

СВАРОЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Автоматизация сварки спиральных труб......................................... 37

РАЗРАБОТКИ И ТЕХНОЛОГИИ Магнитное притяжение для перезаписи информации ............ 43

Выставки ................................................................................. 4, 45-53 Информация об издании ............................................... 54

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

3 www. obo-rt.ru

www.obo-rt.ru

читайте в этом номере журнала

МАШИНОСТРОЕНИЕ

ЭКСПЕРТЫ ЖУРНАЛА

эксперты журнала

Даниил Зинченко Эксперт CAD/CAM/CAPP/PDM ООО «АДЕМ-инжиниринг» (группа компаний ADEM)

Основным направлением деятельности группы компаний ADEM является автоматизация проектной конструкторско-технологической подготовки производства и управление инженерными данными на базе современных программно-технических комплексов. Главный продукт группы компаний ADEM — интегрированная CAD / CAM / CAPP / PDM система ADEM‑VX. Система предназначена для автоматизации решения проектных, конструкторских и технологических задач в области машиностроения. Используется в следующих областях: авиационной, атомной, аэрокосмической, машиностроительной, электро- и приборостроительной и других. +7 (495) 462-0156 moscow@adem.ru www.adem.ru

www. obo-rt.ru

4

ПРИГЛАШАЕМ ЭКСПЕРТОВ

в рубрики: инженерные системы, системы автоматизации, сварочные технологии, разработки и технологии

8-800-755-700-1 manager@obo-rt.ru

На правах рекламы

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Согласно результатам пилотного конъюнктурного опроса руководителей предприятий обрабатывающей промышленности, цифровая активность на производствах в 2019 г. возросла. В течение анализируемого периода продолжилась реализация цифровых задач, находившихся у предприятий в разработке, а также осуществлялся запуск новых проектов согласно утвержденным стратегиям развития. Большинство наблюдаемых параметров продемонстрировали положительные изменения, в том числе в части интеграции «cквозных» технологий, что позволяет говорить об интенсификации проникновения цифровых решений на производства. В целом,

более 25 % руководителей отмечали увеличение востребованности использования технологий на производствах, при этом более 60 % сочли сложившийся уровень цифровой активности «нормальным». И, несмотря на имеющиеся различия в оценках тех или иных цифровых процессов, текущие и ожидаемые тенденции большинства ключевых индикаторов свидетельствуют об ускорении всех производных цифровой трансформации и в текущем 2020 г. (см. рис. 1). Рост цифровой активности проецировался со стороны развития технологий, направленных на электронный обмен данных, управление цепями поставок с другими предприятиями, использование портативных

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Машиностроение

Нечасто в открытый доступ СМИ попадают действительно весомые обследования рынка и тенденций его развития. Однако в этом году нам, можно сказать, повезло — Центр конъюнктурных исследований Института статистических исследований и экономики знаний Высшей школы экономики выложил на своем сайте информационноаналитический материал по результатам пилотного опроса руководителей предприятий обрабатывающей промышленности на тему «Цифровая активность предприятий обрабатывающей промышленности в 2019 г.». К счастью, аналитики не ограничились только годом минувшим и представили нашему вниманию и краткосрочный прогноз на текущий год, и среднесрочный — до года 2025‑го. Труд получился концентрированный, во многом любопытный и в целом довольно оптимистичный.

5 www. obo-rt.ru

www.obo-rt.ru

Цифровая активность предприятий обрабатывающей промышленности глазами их руководителей

фото с issek.hse.ru

Машиностроение Рис. 1. Оценки основных показателей цифровой активности промышленных предприятий (в % от общего числа организаций; балансы, %)

устройств, расширение доступа к интернету в рабочих целях, электронное выставление счетов. В меньшем масштабе скорректировались тенденции, характеризующие цифровые преобразования, связанные с ис-

пользованием облачных сервисов, а также электронной торговлей продукцией. Одновременно в относительно пассивной фазе сохранилось распространение и использование на предприятиях технологии радио-

частотной идентификации (RFID). Остается уповать на его рост на 14 %, запланированный на 2020 г. В целом, по итогам 2019 г. и прогнозам на год текущий подтверждается вывод о последовательной

фото с issek.hse.ru

www. obo-rt.ru

6

Рис. 2. Распределение оценок относительно уровня планируемых выгод (дивидендов) организаций от инвестиций в цифровые технологии (в % от общего числа организаций)

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

интенсификации цифровых преобразований на производствах, что будет возможно при достаточной эффективности одного из важнейших инструментов для текущей стадии цифровизации — инвестиций.

Инвестиции в цифровые технологии. Ожидаемые результаты цифровой трансформации предприятий

ся с выбором из перечня возможных будущих эффектов. В данном случае вызывает некоторую настороженность, что в числе них, например, оказался «рост объемов производства», который осложнил выбор 26 % руководителей, а 18 % вообще отнесли его к «низкому» уровню отдачи дивидендов. По всей видимости, на первом этапе цифровизации предприниматели занимаются улучшением совокупных факторов производства, включая производительность труда, загрузку мощностей и др. Также достаточно слабый эффект ожидается от инвестирования в технологии с возможными последствиями в виде «оптимизации численности занятых за счет роботизации».

фото с issek.hse.ru

Согласно результатам обследования, зафиксированный подъем цифровой активности на большинстве промышленных предприятий сопровождался повышенными инвестиционными расходами. Руководители

в своем большинстве сообщали о «нормальном» уровне инвестиций в технологии. Наращивание финансовых вложений в технологическое развитие в том числе подкрепляется практически двукратным увеличением доли производств, на которых зафиксирована тенденция роста инвестиций в цифровизацию (с 8 до 14 %). Большинство опрошенных респондентов рассчитывают на получение «умеренных» дивидендов — доля таковых была превалирующей и колебалась в диапазоне 30‑50 % (см. рис. 2). Правда, обращает на себя внимание достаточно заметный срез результатов, аккумулировавших респондентов, затруднившихся с ответом: практически четверть руководителей не смогли определить-

Рис. 4. Распределение оценок по технологическому охвату предприятий (в % от общего числа организаций)

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Машиностроение

7 www. obo-rt.ru

фото с issek.hse.ru Рис. 3. Распределение внешних и внутренних специалистов, выполняющих функции в сфере ИКТ на предприятиях (в % от общего числа организаций)

www. obo-rt.ru

8

В течение 2019 г. ситуация с занятостью в области цифровых технологий на предприятиях с точки зрения тенденций изменения численности и распределения функционала сохранила специфику предыдущего года. На 80 % производств на фоне слабой тенденции наполнения кадрового состава специалистами ИКТ особенных корректив в штате сотрудников не последовало. По-прежнему реализация большинства сложных поставленных цифровых задач, в основе которых требовалось применение профессиональных навыков в области ИКТ, выполнялась с помощью привлеченных специалистов. Однако в анализируемом периоде практически на всех предприятиях зафиксирован рост цифровых компетенций у собственных сотрудников (см. рис. 3).

Уровень распространения цифровых технологий на предприятиях. Перспективы технологической трансформации

Одними из значимых тенденций цифрового развития российских обрабатывающих предприятий следует считать уверенную эскалацию процессов технологической интеграции на производства и сохранение высокой степени дифференцированности в оценках респондентов относительно сложившегося и ожидаемого уровня использования / внедрения отдельных технологий. Сочетание этих явлений позволяет выявить некоторые особенности в специфике процесса технологической трансформации. С одной стороны, данное обследование показало достаточно высокую концентрацию предприятий, руководители которых не указали текущий уровень внедрения технологий согласно предлагаемым в опросе критериям («высокий», «средний», «низкий»), что фактически позволяет констатировать сохранение слабого тренда, отражаю-

щего технологический охват. Однако, с другой стороны, суммарная доля оставшихся мнений свидетельствует о том, что в среднем в 2019 г. треть обрабатывающих предприятий, участвовавших в опросе, в той или иной степени, но были вовлечены в цифровую трансформацию, продолжали наращивать объем цифровых сервисов, стремились к «датацентричности», тогда как в прошлом году их доля едва дотягивала до 20 % (см. рис. 4). Более детальная проработка совокупности оценок руководителей предприятий, характеризующих сложившийся уровень внедрения технологий, позволила из всего перечня выявить как наиболее актуальные, так и получившие меньшее распространение. Так, в число наиболее популярных технологий, присутствующих на предприятиях на «высоком» и «среднем» уровне, вошли: роботизация производства, сквозная автоматизация и интеграция производственных и управленческих процессов в единую информационную систему и цифровое рабочее место. В несколько меньшей степени на производствах были внедрены технологии сбора, обработки и анализа больших объемов данных, технологии радиочастотной идентификации (RFID), «облачные» и «граничные» технологии, реализация промышленных товаров через интернет. Вместе с тем следует отметить, что именно

по большинству вышеуказанных технологий весомая часть респондентов фиксировала «низкий» уровень их использования. Минимальное проникновение прослеживалось со стороны «зеленых» промышленных технологий (полная утилизация и переработка и т. д.), технологий Интернета вещей, открытого производства, 3d-печати. Тем не менее, детализированная аналитическая проработка цифровых тенденций свидетельствует, что в формирующейся цифровой экосистеме по‑прежнему доминирует точечная эскалация технологий. И в числе средне- и высокотехнологичных видов промышленной деятельности лидирующим с точки зрения высокого уровня присутствия технологий вновь оказались предприятия по производству компьютеров, электронных и оптических изделий, химических веществ и продуктов, машинного оборудования, автотранспортных средств и прицепов. Тенденции налицо. Прежде всего, обращает на себя внимание, что среди выявленных прогнозных мнений респондентов достаточно скромно выглядят планы, отражающие внедрение технологий в 2020 г. Не более чем на 10 % предприятий руководителями запланированы технологические преобразования. Относительную перспективность показывают тут технологии, направленные на развитие сквоз-

фото с issek.hse.ru

Машиностроение

Занятость и цифровые компетенции на предприятиях

Рис. 5. Распределение оценок по уровню внедрения цифровых технологий на предприятиях (в % от общего числа организаций)

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ной цифровой конъюнктуры и придает уверенность руководителям в «завтрашнем дне». Например, рис. 7 отчетливо демонстрирует определенную сопряженность в ожидаемых изменениях по большинству показателей, косвенно показывая глубокую взаимозависимость всех процессов на производстве. Тем не менее, несмотря на активизацию процессов трансформации бизнес-моделей обрабатывающих предприятий, специфика производственно-технологической базы не позволяет большинству из них в полной мере включиться в цифровизацию и осуществить прорыв, который она предполагает.

По материалам ЦКИ ИСИиЭЗ НИУ ВШЭ

фото с issek.hse.ru

ной автоматизации и интеграции производственных и управленческих процессов в единую информационную систему, технологий RFID, а также роботизацию производства. В значительной степени респонденты оптимистичны на более отдаленную перспективу, ожидая более заметного цифрового прогресса в течение ближайших пяти лет. К 2025 г. каждая из технологий видится перспективной. Так, например, если технологии открытого производства, зеленые промышленные технологии, а также 3d-печать и Интернет вещей планировались в 2020 г. к внедрению только на 1‑3 % производств, то в течение последующих пяти лет охват их распространения может возрасти от 10 до 13 % предприятий (см. рис. 6). Следует отметить, что согласно итогам обследования, увеличения тенденции востребованности использования различных цифровых технологий на предприятиях в 2020 г. ожидают 30 % руководителей. Очевидно, что с момента запуска национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации» и по мере встраивания в общемировые тренды цифровизации, на производствах происходит последовательная эскалация цифровых компетенций, сопровождаемая задействованием инструментов поддержки, выстраиванием специализированных цифровых платформ, оптимизации собственной инфраструктуры, что в совокупности способствует созданию благоприят-

Рис. 7. Текущие и ожидаемые в 2020 г. тенденции ключевых показателей деловой и цифровой активности на промышленных предприятиях (балансы, %)

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Машиностроение

Рис. 6. Траектории цифровых технологий, планируемых к внедрению в 2020 г. и в ближайшие пять лет на промышленных предприятиях (в % от общего числа организаций)

В фокусе важных результатов конъюнктурного наблюдения находились оценки руководителей промышленных предприятий, отражающие наи­ более значимые проблемы, препятствующие росту цифровой активности. В частности, основным фактором, ограничивающим разворачивание процесса цифровизации на обрабатывающих производствах, более 60 % руководителей называли «отсутствие достаточного бюджета». На фоне напряженности с финансированием следует обратить внимание на увеличение доли респондентов с 31 до 37 %, констатировавших низкую готовность (адаптивность) к интеграции трансформаций, что косвенно сопрягается с проблемой отсутствия цифровой стратегии в повестке развития почти на 40 % предприятий. Несколько меньшее, но все‑таки акцентированное негативное давление на цифровой рост российской промышленности руководители испытывали в связи с неопределенностью в существующих правилах регулирования цифровых стратегий, а также низким уровнем цифровой грамотности специалистов.

9 www. obo-rt.ru

фото с issek.hse.ru

Факторы, лимитирующие цифровую активность промышленных предприятий

МНЕНИЕ СПЕЦИАЛИСТА

www. obo-rt.ru

10

Фото с glavteh.ru

Машиностроение

Немного о рисках

Жанара Аманжолова, вице-президент по IT и корпоративному развитию АО «АК Алтыналмас» (Казахстан)

— Основные риски процесса цифровой трансформации производства лежат в первую очередь в области доступности технологий и программных продуктов. Их нам сейчас предлагают западные вендоры, поэтому их необходимо тщательно изучать, ездить и перенимать их опыт. Также есть риски в области компетенций собственного персонала. Нивелировать их можно, создавая собственные Центры компетенций с пакетными программами обучения для разных групп сотрудников. Также есть бюджетные риски. Оценить эффект от проектов по цифровизации в денежном выражении достаточно сложно. А спрогнозировать его — еще сложнее. Конечно, для этого есть специальные методики, но они часто не оправдывают себя, либо не дают возможности оценить все

возможные эффекты объективно. Некоторые из них вообще не являются измеримыми, например, уровень мотивации сотрудников. Да, он в результате вырастет, но насколько? Как это оценить финансово? Или качество командного взаимодействия. Да, цифровые технологии облегчают взаимодействие между подразделениями, сокращают время на рутинные операции и коммуникацию в целом, поскольку создаются централизованные порталы и механизмы обмена информацией. Еще один риск — это риск не получить инвестирование в очередной проект по цифровой трансформации. И тут уже необходимо его грамотно защитить перед людьми, принимающими решения. Наиболее важные результаты обследования: — цифровая активность на большинстве предприятий обрабатывающей промышленности возросла: более 25 % руководителей отмечали увеличение востребованности использования технологий на производствах, при этом более 60 % сочли сложившийся уровень цифровой активности «нормальным»; — увеличение тенденции востребованности использования различных цифровых технологий на предприятиях в 2020 г. по сравнению с 2019 г. ожидают 30 % руководителей; — в числе наиболее популярных технологий, присутствующих на предприятиях, оказались: роботизация производства, сквозная автоматизация и интеграция производственных и управленческих процессов

в единую информационную систему, цифровое рабочее место; — в меньшей степени на производствах были внедрены технологии сбора, обработки и анализа больших объемов данных, технологии радиочастотной идентификации (RFID), «облачные» и «граничные» технологии, реализация промышленных товаров через интернет; — минимальное проникновение прослеживалось со стороны «зеленых» промышленных технологий, технологий Интернета вещей, открытого производства и 3d-печати; — подъем цифровой активности на большинстве промышленных предприятий сопровождался повышенными инвестиционными расходами в технологическое развитие; — в 2020 г. не более чем на 10 % предприятий технологии, направленные на развитие сквозной автоматизации и интеграции производственных и управленческих процессов в единую информационную систему, RFID и роботизацию производства, считаются перспективными; — к 2025 г. заметный цифровой прогресс ожидает уже большинство респондентов, особенно в части технологий, направленных на сквозную автоматизацию и интеграцию производственных и управленческих процессов в единую информационную систему, создание цифровых рабочих мест, реализацию промышленных товаров через интернет, развитие технологий сбора, обработки, анализа больших данных, роботизацию производства.

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Машиностроение

КАК УВЕЛИЧИТЬ ПРОИЗВОДСТВО В РАЗЫ В ПЕРИОД ПАНДЕМИИ?

ООО «Пумориинжиниринг инвест» 620085, Россия, Екатеринбург, ул. Монтерская, строение 3, офис 105 (343) 287‑47‑87; www.pumori-invest.ru

Еще несколько месяцев назад тема коронавируса в интернете была самой популярной. Даже падение цен на нефть не дотянуло до таких результатов по количеству упоминаний в СМИ. Сегодня мы не удержались и коснулись этой темы в материале компании «Пумориинжиниринг инвест», но думаем, что вы нас поймете. Ведь эта статья связана с уникальными российскими предприятиями, которые в последние месяцы трудились в круглосуточном режиме и старались на благо спасения сотен тысяч человеческих жизней. А «Пумори-инжиниринг инвест» посчастливилось испытать непосредственную сопричастность к этому значимому для страны делу!

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

www. obo-rt.ru

13

фото с http://www.triton.ru

Машиностроение www. obo-rt.ru

14

Здание НПП «ТритонЭлектроникс»

Только в мае состоялось знакомство специалистов «Пумориинжиниринг инвест» с представителями уральской фирмы «ТРИТОН-ЭЛЕКТРОНИКС». Это уникальное научно-производственное предприятие, разработчик и производитель реанимационной медтехники, в т. ч. и аппаратов искусственной вентиляции легких. С весны 2020 года планы по их производству для предприятия были увеличены в разы. И предприятие столкнулось с задачей формирования собственного парка металлообрабатывающего и дополнительного технологического оборудования. Трудность состояла в том, что детали для изготовления имеют сложную геометрическую форму, высокие параметры точности по форме, шероховатости и при этом почти ювелирные размеры. С учетом всех вводных, включая объемы выпуска продукции, партионность, цикличность производства, специалисты «Пумориинжиниринг инвест» разработали технологию производства, подобрали необходимое оборудование и инструмент. Ставка была сделана на ав-

томаты продольного точения французского производителя Manurhin, а также токарные и фрезерные обрабатывающие центры OKUMA (Япония). Партнеры компании по производству станков охотно откликнулись на срочность заказа и пообещали выполнить его в кратчайшие сроки. Уже до конца второго квартала были выполнены необходимые поставки, работы по пусконаладке и сдача станков «под ключ». А до этого момента специалисты компании совместно с представителями заказчика курировали и направляли работы по подготовке нового цеха для монтажа оборудования. Все требования для этого заказчику были выданы в полном объеме. А также оказана консультативная поддержка непосредственно на объекте строительства. Кроме обработки металлов резанием, компанию заинтересовали и другие современные способы получения деталей, особенно аддитивные технологии, литье под давлением для неметаллических изделий. Эти темы находятся в стадии обсуждения, и есть все основания надеяться, что они станут следующим раундом

Несмотря на эпидемиологические ограничения по въездам в регионы, в период пандемии сервисные специалисты обеспечили проведение пусконаладочных работ и запуск оборудования в эксплуатацию в кратчайшие сроки.

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Машиностроение

фото с http://www.triton.ru

Токарный автомат продольного точения

Токарный обрабатывающий центр российского производства

Используются для обработки мелкоразмерных деталей небольшого диаметра со значительным превышением длины над диаметром в мелкосерийном и массовом производстве. Данный тип оборудования работает с калиброванной прутковой заготовкой диаметром обычно до 32 мм (зависит от модели). Современные автоматы продольного точения имеют несколько управляемых осей, обычно от 4 до 10. Некоторые оснащаются станциями приводного инструмента, противошпинделем для комплексной обработки из прутка сложных деталей.

Технические характеристики Максимальный диаметр прутка, мм

Токарный обрабатывающий центр с числовым программным управлением является, пожалуй, самым востребованным и, соответственно, распространенным типом оборудования на большинстве механообрабатывающих производств. Токарные обрабатывающие центры с ЧПУ легко автоматизируются путем подключения загрузчиков прутковых заготовок или путем подключения роботовманипуляторов для загрузки-выгрузки заготовок в зависимости от производственной задачи.

K'MX 413

Технические характеристики

13 (16) 17

Мощность электрошпинделя (100 / 40 %), кВт

3,7 / 5,5

Максимальный диаметр обработки над станиной, мм

520

Максимальный диаметр обработки, мм

300

Максимальная длина обработки, мм

450

фото с pumori-invest.ru

фото с pumori-invest.ru

Расточной диаметр главного шпинделя, мм

Genos L300-M

Токарный прутковый автомат MANURHIN СЕРИЯ K'MX 413

Токарный обрабатывающий центр OKUMAPUMORI Genos L300‑M

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

www. obo-rt.ru

15

Технологическое оборудование на НПП «Тритон-Электроникс»

фото с https: //www.kmz42.ru

Машиностроение www. obo-rt.ru

16

Работая с «Пумориинжиниринг инвест», клиенты уверены, что получат услугу высокого качества и современную технологию, отвечающую всем необходимым требованиям.

Новая клапанная система КМЗ для подачи кислорода

для дальнейшего сотрудничества «Пумори-инжиниринг инвест» и НПП «Тритон-Электроникс». Еще один опыт буквально молниеносного и удачного партнерства состоялся с Кемеровским механическим заводом. Для них был важен каждый день. Ведь завод выпускает новые кислородные клапаны для подключения аппаратов ИВЛ к системам подачи кислорода. Главное назначение новой клапанной системы — безопасная и бесперебойная подача газовых сред (кислорода, углекислоты, закиси азота, воздуха) от источника к аппарату ИВЛ. Клапан обеспечивает удобное и надежное подключение к системе снабжения медицинского газа. Устройство совместимо с разными моделями аппаратов ИВЛ. Именно поэтому представители предприятия выбирали станки для производства из наличия. Ждать производства, а тем более импорта, было невозможно! Идеально для изготовления клапанных систем подошел токарный обрабатывающий центр российского производства OKUMA-PUMORI Genos L300‑M. Этот станок с 2013 года «Пумори-инжиниринг инвест» выпускает в России совместно с японскими станкостроителями. Он обладает

всеми необходимыми параметрами для многофункциональной точной обработки. Кроме того, станки российского производства всегда в достаточном количестве имеются на складе компании. Несмотря на эпидемиологические ограничения по въездам в регионы, в период пандемии сервисные специалисты обеспечили проведение пусконаладочных работ и запуск оборудования в эксплуатацию в кратчайшие сроки. В результате менее чем за две недели завод наладил серийное производство нового изделия. И это отдельный повод для гордости: ведь за время сотрудничества в столь непростой и напряженный период отношения с клиентом перешли на совершенно новый уровень и превратились почти в дружеские. Буквально на днях «Пумори-инжиниринг инвест» получили письмо от КМЗ с благодарностью за первое сотрудничество, которое, вероятно, продолжится и далее. Этими проектами «Пумориинжиниринг инвест» доказывает вновь, что не бывает нерешаемых задач, если есть запрос у клиента и необходимость у страны. И общими усилиями всегда можно достигнуть самого значимого результата. На правах рекламы

Оборудование Разработки Технологии N 3 (145) июль 2020 0

Даниил Зинченко, эксперт CAD/CAM/ CAPP/PDM ООО «АДЕМинжиниринг» (группа компаний ADEM)

Не секрет, что конструкторские модели (КМ) и конструкторская документация (КД) являются отправной точкой для технологических моделей (ТМ) и документов, без которых производство не работает. Причем объем производной технологической документации и технологических моделей может в десятки раз превосходить объем исходных КД и КМ. Единственный способ внесения изменений в исходные КМ, в отсутствие прямого редактирования, — иметь

на производстве все разнообразие CAD-систем, которыми пользуются заказчики. Что само по себе очень затратно, особенно если учесть расходы на поддержку и обновление ПО и на обучение персонала. Но даже наличие одинаковых CAD-систем на конструкторских и технологических рабочих местах не гарантирует превращение КМ в ТМ, так как возможности редактирования, заложенные конструктором в модель, могут не соответствовать задачам технолога.

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Машиностроение

Тамбовский завод «Ревтруд» — старейшее предприятие оборонно-промышленного комплекса СССР, а впоследствии и России. Завод был образован еще в 1919 году, а в 1922 году Тамбовскому ремонтноартиллерийскому заводу было присвоено название «Революционный труд». Сегодня АО «ТЗ «Ревтруд» производит специальные средства связи и радиоэлектронной борьбы, переносные дизельные электрогенераторы для организации энергоснабжения в полевых условиях, автоматизированные станции создания помех и пр. На предприятии имеется широкий парк металлообрабатывающего оборудования с ЧПУ, обработка на которое программируется с помощью системы ADEM CAM, а конструкторский отдел разрабатывает 3D-модели деталей, сборок и всего комплекта конструкторской документации с помощью программного обеспечения Компас 3D.

17 www. obo-rt.ru

Автоматизация конструкторскотехнологической подготовки производства при помощи систем КОМПАС 3D и ADEM CAM на примере АО «Тамбовский завод «Ревтруд»

фото предоставлено ООО «АДЕМ-инжиниринг»

Рис. 1. Проволочно-вырезной электроэрозионный станок с ЧПУ ACCUTEX AU-300ia

лекте с поставкой проволочно-вырезного электроэрозионного станка с ЧПУ ACCUTEX AU-300ia и использовалась для подготовки управляющих программ для этого станка. В дальнейшем после покупки нескольких автоматов продольного точения появилась необходимость разработки постпроцессоров для этих станков под систему ADEM. Именно с этого момента началось активное освоение и применение ADEM для всего парка оборудования с ЧПУ на предприятии. До применения ADEM подготовка управляющих программ велась «вручную» для фрезерных станков ГФ 2171, либо с помощью САПР начальфото предоставлено ООО «АДЕМ-инжиниринг»

Машиностроение www. obo-rt.ru

18

Поэтому на практике эта ситуация решается в технологических подразделениях, как правило, построением моделей заново. При этом нарушается принцип сквозного проектирования и, соответственно, резко снижается эффективность подготовки производства. Мы уже рассказывали о методах прямого редактирования в ADEM. Продолжим эту тему, тем более что аппарат прямого редактирования в системе постоянно совершенствуется. Этому способствует большой практический опыт работы Группы компаний ADEM со многими отраслями промышленности в России и за рубежом. Несколько слов о самой задаче. В принципе, любая CAD-система позволяет вносить изменения в импортированный объект. Например, можно сделать скругление на ребре, можно просверлить отверстие, можно добавить материал и т. п. Сложность возникает, когда нужно изменить радиус уже существующего скругления, убрать, передвинуть или изменить диаметр отверстия и т. д. Вот с такого рода задачами дело обстоит куда сложнее. С точки зрения истории построения модели данное редактирование относится не к добавлению новых этапов в дереве построений, а к изменению тех, что уже в нем есть. И это нужно решать при отсутствии самого дерева! Система ADEM впервые появилась на предприятии в 2009 году в комп-

Рис. 2. Матрица и пуансон пресс-формы, изготавливаемые на станке ACCUTEX AU-300ia

ного уровня SHOPMILL Sinumerik для станков SPINNER VC-650, SCHAUBLIN100CNC, что значительно увеличивало совокупное время на технологическую подготовку производства и, следовательно, увеличивало срок сдачи изделия заказчику. Система КОМПАС 3D в отделе главного конструктора и в отделе главного технолога стала использоваться немного позже, но показала свое высокое качество и применимость в условиях создания моделей и сборок широкой производственной номенклатуры предприятия. На данный момент времени ADEM используется в написании управляющих программ для более чем 20 единиц различного металлообрабатывающего оборудования. Это электроэрозионные станки, прутковые автоматы, токарно-фрезерные обрабатывающие центры с перехватом в контршпиндель, вертикально-фрезерные 3‑х и 5‑координатные станки. Кроме того, вся программная конструкторско-технологическая подготовка изделий не только основного, но и вспомогательного производства необходимой технологической оснастки, специализированного фасонного режущего инструмента, шаблонов и калибров для размерного контроля деталей осуществляется в системах КОМПАС 3D и ADEM. Если глубже погрузиться в специфику производственной номенкла-

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Рис. 3. Автомат продольного точения Nexturn, используемый на предприятии

Хочется упомянуть об уникальной особенности системы ADEM, которая была апробирована и успешно функционирует на предприятии сейчас. Речь идет о получении шнековых (винтовых) поверхностей на обычных токарных станках с ЧПУ с использованием стандартных резьбонарезных циклов. Традиционная технология получения шнеков подразумевает обработку межлопастного пространства, поверхностей вершин и впадин с помощью приводного инструмента по оси Y на токарно-фрезерных обрабатывающих центрах. Однако данная технология

фото предоставлено ООО «АДЕМ-инжиниринг»

туры предприятия, то можно понять, что завод производит как широкую гамму корпусных деталей, так и тел вращения. Кроме того, предприятие производит импланты тазобедренных костей человека для медицинской отрасли и протезирования. Обработка этих сложных деталей выполняется на 5‑координатном вертикальнофрезерном станке с ЧПУ DMX-320 с использованием высокоточной технологической оснастки и инструмента известных мировых производителей. Время изготовления одной детали составляет 3 часа.

Рис. 4. Корпус радиоэлектронного прибора

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Машиностроение

Для того чтобы выполнить профиль данной винтовой поверхности, потребовалось бы как минимум 2‑3 приводных инструмента, а число инструментальных позиций в револьверной головке ограничено. Кроме того, пришлось бы пользоваться нестандартными профильными конусными фрезами, а из‑за физических свойств обрабатываемого материала фреза быстро теряла бы свою первоначальную геометрическую форму в процессе естественного износа. Из-за изгиба инструмента возникают чрезмерные вибрации, что непосредственно влияет на качество обрабатываемой поверхности. Для обеспечения обработки приводным инструментом необходимо задействовать кинематически сложные дорогостоящие токарнофрезерные обрабатывающие центры с ЧПУ.

19 www. obo-rt.ru

фото предоставлено ООО «АДЕМ-инжиниринг»

имеет ряд существенных недостатков, ведь крепление приводного инструмента имеет априори менее жесткую конструкцию по сравнению с креплением токарного резца в резцедержателе. Из этого проистекают следующие проблемы:

фото предоставлено ООО «АДЕМ-инжиниринг»

Машиностроение Рис. 5. Конструкторско-технологическое проектирование корпуса редуктора

Благодаря проектированию траекторий обработки с помощью алгоритмов системы ADEM удалось наладить изготовление шнеков с помощью операций точения резцом, профиль которого не совпадает с профилем шнека. Жесткость установки резца в резцедержателе обеспечила снижение уровня вибраций в процессе резания, что благотворно отразилось на качестве обрабатываемой поверх­ности. И хотя получение профиля шнека фрезой происходит значительно быстрее, нежели резцом, обработка резцом получается дешевле, чем фрезой. Ведь стоимость режущей пластины во много раз меньше, чем стоимость новой фрезы

взамен «севшей». Кроме того, обработку удалось осуществить на простых токарных станках без задействования сложных и дорогостоящих токарно-фрезерных обрабатывающих центров с ЧПУ. В результате полное время на получение готовой детали сократилось с нескольких смен до 3‑х часов, из них 1 час 15 минут — на получение профиля! Здесь хочется также отметить, что полный комплект конструкторской документации на проектирование специального фасонного режущего инструмента для точения шнека был разработан в системе КОМПАС 3D. А проектирование управляющей программы для изготовления инс-

фото предоставлено ООО «АДЕМ-инжиниринг»

www. obo-rt.ru

20

Рис. 6. Корпус редуктора, произведенный на 3‑координатном вертикально-фрезерном станке

трумента было осуществлено в системе ADEM. Таким образом, работа по автоматизации подготовки многономенклатурного производства тамбовского завода «Ревтруд» происходит достаточно успешно, за время использования обеих систем не было случая, чтобы предприятие не смогло выполнить поставленные перед ним задачи. В планах руководства — создать единый конструкторско-технологический центр, в котором будет происходить основная работа по подготовке производства. В этой связи предполагается перевести всех конструкторов на единую конструкторскую программную среду, что повлечет расширение присутствия системы КОМПАС 3D на предприятиях кластера, особенно в части расширения системных библиотек пресс-форм, штампов, расчетов и пр. Касательно программного обеспечения ADEM, то 2 из 4‑х тамбовских предприятий, входящих в госкорпорацию РОСТЕХ, уже давно работают в данной системе. И с увеличением парка оборудования и числа программистов также будет планироваться приобретение дополнительных рабочих мест. Благодарим начальника бюро программного управления АО «ТЗ «Ревтруд» Дмитрия Трошкина за непосредственное участие в составлении изложенного материала!

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

RPA (англ. — Robotic Process Automation) — это программные роботы, которые эмулируют действия человека, производимые на ПК. Нужны они для автоматизации рутинных часто повторяемых операций. Это одна из относительно новых технологий и в то же время одна из наиболее энергично разрабатываемых и внедряемых на предприятиях.

В чем же привлекательность? Почти все бизнес-задачи, которые мы решаем, сидя перед экраном компьютера, можно разложить на простые шаги. Например:

проверить почту и сохранить файл вложения на диск; залогиниться в информационную систему и открыть нужный документ; скопировать данные из файла и внести в информационную систему; выгрузить отчет из информационной системы в Excel; сгруппировать данные в нужный формат в Excel; открыть веб-сайт, скопировать данные из него или внести данные на сайт; перенести данные из одной системы в другую и т. д.

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Системы автоматизации

Роботизация процессов — один из наиболее эффективных современных способов повышения производительности труда на предприятиях. И речь не только о роботах-сварщиках или интеллектуальных обрабатывающих центрах. Мастерство производителей IT- продуктов тоже дошло до того уровня, когда с помощью их программ можно существенно облегчить труд бухгалтеров, делопроизводителей, операторов 1C и других сотрудников, вынужденных по долгу службы перекладывать с места на место кипы бумаг и портить зрение перед монитором, разбирая электронную почту или вычитывая документацию. Так может, пора сжалиться над ними и подарить им RPA-робота, который сделает всю рутинную работу за них?

23 www. obo-rt.ru

www.obo-rt.ru

RPA-роботы как инструмент оптимизации бизнес-процессов

Системы автоматизации www. obo-rt.ru

24

Все эти действия можно передать RPA-роботу. Также можно доверить ему не только функцию переноса информации, заполнения экранных форм и работу с офисными программами, но и распознавание скан-образов документов, консолидацию данных и формирование отчетов. Это может пригодиться в областях финансового и управленческого учета, бухгалтерии, а также в сферах продаж и закупок. RPA-робот будет повторять последовательность таких простых действий в виде алгоритма. При этом прописать его совсем несложно — для этого даже не нужен программист, с этим в состоянии справиться любой сотрудник компании, являющийся уверенным пользователем Excel. Конечно, все это можно сделать и с помощью, так скажем, классической автоматизации, но тут вступает в силу главный козырь RPA — его высокая экономическая эффективность. Робот изначально будет работать по индивидуальному алгоритму, заточенному под потребности и задачи именно вашей компании, быстро создается с помощью простых интерфейсов, стоит недорого и не предполагает специального обучения сотрудника, работающего с ним. На разработку вашего робота уйдет максимум месяц, а окупится он примерно за два. А если ваш выбор падет на российскую разработку, то вам всегда будут доступны руси-

фицированная поддержка и сопутствующие консалтинговые услуги при разработке роботов.

Робот-бухгалтер

Первый RPA-робот, с которым мы хотели бы вас познакомить, — это робот-бухгалтер. Его основная цель — обработка первичных документов на бумажных носителях: Торг-12, счет-фактур, УПД, актов выполненных работ, договоров, накладных и т. д. А задач сразу несколько. Сначала ему нужно отсканировать первичные бухгалтерские документы в потоковом режиме, затем классифицировать тип документа и запускать в зависимости от разных сценариев процесс по его обработке. При этом он еще должен распознавать реквизиты документов и находить соответствие в корпоративных справочниках! И конечно же, создавать и заполнять данными соответствующий документ в учетной системе и привязывать к нему сканобраз. Документы для сканирования такой помощник главного бухгалтера сможет получать не только со сканера, но и с электронной почты, локальных или сетевых папок, а также из систем ЭДО, в том случае, если они поступили не в бумажном виде, а сразу в электронном виде или в виде PDF-файлов (см. рис. 1). К слову, на данный момент максимум, которого удалось добиться разработчикам при распознавании, — это 99,9 % полей в 97 % документов.

RPA-робот изначально будет работать по индивидуальному алгоритму, заточенному под потребности и задачи вашей компании.

Рис. 1. Источники получения роботом-бухгалтером документов для сканирования

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

и Левенштейна для поиска соответствия распознанной информации и элементов справочника. Все это позволяет решать даже проблемы, связанные с неполным указанием наименования поставщика относительно справочника номенклатуры.

Чтобы помочь обрабатывающей и добывающей промышленности

Специальный робот, высвобождающий килочасы человеческих ресурсов, был написан специально для одной крупной российской добывающей нефтегазовой компании. В нашей статье мы можем использовать его структуру в качестве примера эффективного RPA-робота для организации ввода документов. Что происходило в компании до его внедрения? Кураторы по элек-

тронной почте присылали отчеты в форме КС-3 и справки-расшифровки к ней в формате Excel, а бухгалтер открывал каждый из них и вычитывал, проверяя, корректны ли они, пытаясь не пропустить ошибки. Если находил таковые — отправлял обратно адресату на исправление. Если же все в порядке, создавал в 1С накладную и счет-фактуру и отправлял их на печать. Сейчас все эти действия выполняет робот. Разумеется, время обработки документов сократилось. В том числе и за счет того, что сократилось время взаимодействия между куратором и «бухгалтером». А для крупной отечественной двигателестроительной компании PRAробот стал, по сути, единым окном по обработке поступающих документов для учета затрат по сырью, материалам и приобретаемым входящим услугам. Сейчас он обрабатывает данные в соответствии с задачами кор-

Рис. 3. RPA-робот может выгодно дополнить ERP-систему

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Системы автоматизации

Однако, как мы уже упоминали ранее, задача робота — не просто сканировать все подряд и складировать в какую‑то цифровую кучу, но и особым образом выделять реквизиты первичного документа. Это необходимо для поиска по распознанному наименованию соответствующего элемента из корпоративного справочника учетной системы. Но ведь и справочников может быть несколько! Обычно их можно разделить на четыре: контрагентов, договоров, услуг и номенклатуры. Применение методов машинного обучения позволило автоматически на основании неструктурированной распознанной информации определять соответствующий тип справочника. Робот использует комбинацию модифицированного метода поиска N-грамм и адаптированный под цели проекта метод измерения расстояния между двумя последовательностями символов Джаро-Винклера

25 www. obo-rt.ru

Рис. 2. Серия RPA-роботов автоматически распознает и разделяет информацию по двум производственным системам разного назначения

Системы автоматизации www. obo-rt.ru

26

поративных систем и разносит уже обработанную информацию по нужным системам. Тут стоит отметить, что организация получает в месяц порядка 15000 документов! Так что пришлось не просто создать RPA-робота, а их серию. Первым в цепочке стоит уже знакомый нам робот-бухгалтер, который сканирует и распознает информацию. Следующие же роботы разделяли информацию и вносили ее соответственно в собственную производственную систему компании, в которой ведется учет затрат по сырью и материалам, и в АС ФЗД — корпоративную систему госкорпорации «Ростех», где ведется учет по приобретаемым услугам (см. рис. 2). Еще один любопытный кейс — за годы плодотворной работы в корпорации накопился огромный объем неструктурированных документов формата PDF. Для реализации корпоративного проекта остро встала глобальная задача — среди двух миллионов документов найти те, которые соответствовали бы определенным критериям. Их RPA-роботу сначала пришлось распознать и отфильтровать по определенным критериям, а затем провести двухслойное преобразование и настроить поиск по полученной информации с помощью фильтров. Все опять получилось!

Как снизить стоимость информационной системы? Вторая по значимости тема, связанная с применением RPA-систем (первая — замещение человеческого труда при выполнении рутинных операций), — это внедрение роботов с целью снижения стоимости владения информационной системы, например, ERP или CRM. Сценарий этот не столь очевидный, но весьма действенный. Дело в том, что те же ERP несколько неповоротливы по части решения некоторых задач, и время ожидания результата иногда существенное. Однако выход есть — их можно передать RPA-роботу, расширив с его внедрением функционал существующей системы, усилив в то же время

ее быстродействие. Это произойдет за счет того, что RPA использует иные приемы обработки информации (см. рис. 3). Именно они позволили решать задачи развития любых информационных систем, так как технология RPA обеспечивает доступ ко всем типам данных в компании и имеет конструктор приложений. Давайте рассмотрим несколько сценариев применения систем RPA в ранее установленных системах: Сценарий № 1. В крупном холдинге имеется ERP-система с единой конфигурацией, однако в ней отсутствует специфичный функционал для каждого подразделения. Сценарий № 2. Компания использует облачную ERP-систему, которая в целом устраивает ее, но в ее бизнес-арсенале есть неавтоматизированные в облачной системе процессы. Сценарий № 3. Компания использует множество информационных систем, слабо интегрированных между собой (так называемая лоскутная автоматизация). Сценарий № 4. Компания использует тяжелую ERP-систему, кастомизация которой происходит медленно и дорого. К преимуществам развития систем с помощью RPA можно отнести высокую скорость решения задач, невысокую ее стоимость внедрения в ERP / CRM / EAM систему. При этом сохраняется функциональность тиражируемого ядра систем, что защищает их от ошибок в результате локальных доработок, а компания сохраняет возможность получать качественно проработанные новые версии системы. В качестве примера удачного включения RPA-роботов можно рассказать о компании, занимающейся бурением газовых скважин. Требовалось расширить имеющуюся систему с целью получения оперативного ежедневного анализа затрат по бурению скважин. Так что задачей RPA-робота стали сбор и консолидация суточных рапортов со скважин о глубине и параметрах проходки, а также формирование отчетности по учету расходов в соответствии с методологией Daily Cost.

Популярные вопросы пользователей — С какими еще программами может интегрироваться RPA? — С любыми, никаких ограничений тут нет. В том числе и с теми, которые неизвестны разработчику и которые появятся в будущем. В этом ее преимущество. Сразу в системе прописаны порядка 20‑ти шлюзов для работы с распространенными программами и приложениями, но их количество всегда можно увеличить.

— RPA-робот — это макросы и запись действий пользователя?

— Прообразом RPA-систем действительно стали макросы. Роботами же их стали называть, так как они полностью стали заменять человека в некоторых участках рутинных работ,для связки каких‑то действий человек уже не нужен. Для этого есть программа-оркестратор, которая координирует действия нескольких приложений и, помимо этого, фиксирует уровень нагрузки на систему, все логики, ошибки и пр. А это уже ведет не только к автоматизации, а уже к культуре применения роботизации.

— Нужно ли иметь на компьютере набор каких‑то программ для работы робота?

— Нет, не нужно. Все необходимое уже содержится в системе.

— Сколько задач одновременно может выполнять один робот?

— Один робот — это единомоментное решение лишь одной задачи, и только по ее окончании — следующей. Именно поэтому часто нерационально иметь на ПК только одного прописанного RPA-робота. Чаще их нужно 20‑30. Жить они могут на одном компьютере, а координировать их действия будет оркестратор.

— Может ли робот работать по определенному графику или расписанию?

— Да, это можно прописать в интерфейсе. Однако рассказы об IT-продукте всегда подобны любованию тортом в витрине. Каким бы красивым он ни был, а не попробуешь кусочек — вкуса не узнаешь!

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Инженерные системы

Ограничение вибрации при использовании насосов с регулируемой скоростью в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Рис. 1. Принудительная вибрация при 1‑кратной рабочей скорости из‑за дисбаланса и 3‑кратной рабочей скорости из‑за лопаток рабочего колеса

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

www. obo-rt.ru

В любой системе, в которой используется привод с регулируемой скоростью, вероятность усиления вынужденной вибрации вследствие взаимодействия с собственными частотами увеличивается. Такая вибрация вызвана механическим или гидравлическим компонентом насоса.

фото с www.pumpsandsystems.com

www.obo-rt.ru

29

Предварительный динамический анализ иногда оправдан и при использовании насосов с переменной скоростью, чтобы также ограничить риск возникновения резонансной вибрации. Как правило, насосы для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха не требуют предварительного динамического анализа, и его, соответственно, редко проводят. Это происходит, потому что: Большинство таких систем в основном состоят из промежуточных или нависающих горизонтальных насосов хорошо зарекомендовавшей себя конструкции, обычно работающих на четырехполюсных или более медленных скоростях. Монтажники обычно используют вертикально подвешенные

насосы, а небольшие агрегаты часто работают на двухполюсной скорости. Эти насосы обычно представляют собой каталожные единицы хорошо зарекомендовавшей себя конструкции. Рынок систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, как правило, чувствителен к ценам, а конкурентные цены обычно не несут затрат на динамический анализ. Тем не менее, вертикально подвешенные насосы на частотно-регулируемых приводах все же иногда требуют структурного анализа первого уровня для определения частоты колебаний.

По материалам портала Рumps&Systems

фото с www.pumpsandsystems.com

Инженерные системы www. obo-rt.ru

30

Так следует ли при использовании насосов с регулируемой скоростью в системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха принимать дополнительные меры предосторожности, чтобы ограничить вероятность вибрации? На рисунке 1 показан дисбаланс сил при вращении лопастей, который приводит к вибрации в насосном оборудовании. Обратите внимание на то, как эти силы проявляются на разных частотах. На рисунке 2 показан график Боде, который представляет собой самый удобный инструмент для оценки того, будет ли вынужденная вибрация взаимодействовать с собственной частотой. Он отображает как форсирующие частоты, так и собственные частоты в зависимости от рабочей скорости. Там, где на графике линии пересекаются, резонансная вибрация будет являться потенциальной проблемой.

Рис. 2. На графике Боде изображена экспонента вынужденной вибрации и собственных частот ротора в зависимости от рабочей скорости. Пересекающиеся линии указывают на моменты возможного резонанса

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Воскресным ноябрьским утром прошлого года на форуме сайта «Журнала ядерной физики» (Journal of Nuclear Physics, JoNP) Андреа Росси, руководитель проекта разработки новейшего компактного генератора, в котором для получения энергии реализуются низкоэнергетические ядерные реакции (LENR), сообщил: «Уважаемые читатели JoNP! Мы сделали это. Самоподдерживающийся постоянный самодостаточный режим с сильным избытком тока, который генерирует больше избытка тока, чем тепла. Это революция. Мы ничего не нарушили, мы только обнаружили энергию, которой никогда раньше не пользовались. Я очень устал. Независимые стороны проверят реактор, и, возможно, мы проведем презентацию. Я думаю, мы сделали что‑то, что вызовет революцию. … Сердечный привет, A. R.». Так прозвучали последние новости «самого крупного энергетического детектива десятилетия». Но обо всем по порядку, хорошо?..

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Энергетика

31 www. obo-rt.ru

www.obo-rt.ru

Ядерная энергетическая революция свершилась?

Резонанс и сомнения

Дело в том, что сначала Андреа Росси назвал свою технологию «холодным ядерным синтезом», в котором в качестве топлива выступает никель. Из-за этих «звучных» слов многие ученые сочли Росси шарлатаном, поскольку к холодному ядерному синтезу сегодня относятся скептически. Да и технология Росси скорее является низкоэнергетической ядерной реакцией (LENR), ведь мелкодисперсный никель (нанопорошок) в ней сливается с водородом в присутствии некого «секретного» катализатора и трансмутирует в медь и железо. Этот экзотермичес-

кий ядерный процесс высвобождает энергию около 10 мегаэлектронвольт, что намного больше энергии, например, выделяемой в процессе сжигания водорода — 1,5 электронвольт. При этом обилие никеля в земной коре делает его одним из самых дешевых ресурсов, который, к тому же, не загрязняет окружающую среду. Ну, совершенно же неправдоподобно звучит! Осложнялась ситуация еще и тем, что согласно теории ядра атомов не могут сблизиться при таких условиях. Им мешает так называемый кулоновский барьер — взаимное отталкивание одинаково заряженных тел. Только при температурах в миллионы градусов по Кельвину вероятность преодолеть кулоновский барьер за счет туннелирования становится заметной, и начинается самоподдерживающаяся термоядерная реакция. Именно из‑за проблем достижения таких температур и удержания плазмы застопорилась идея получения термоядерной энергии. А тут — горсть порошка, пара трубок — и ядерная реакция на столе? Есть, есть причины принимать в штыки изобретателя с его на коленке склепанным генератором!

Новая стратегия

К счастью, Андреа Росси в качестве стратегии выбрал не полемику с учеными мужами, а реализацию

Фото с pandoraopen.ru

Энергетика www. obo-rt.ru

32

Все началось с подачи заявки в 2009 году на патент итальянским изобретателем-одиночкой по имени Андреа Росси «Метод и аппаратура для проведения экзотермической реакции между никелем и водородом, с выделением меди». Первая демонстрация изобретения состоялась в Болонье 14 января 2011 года и контролировалась независимыми научными представителями Болонского университета. В том числе физиком-исследователем Джузеппе Леви, который был впечатлен мощностью и произведенной энергией, и заключил, что установка может работать как новый тип источника энергии. И многие в этом усомнились.

своего изобретения в виде работающего устройства. Уже ясно, что основные идеи и внешний вид аппарата Росси скопировал у другого энтузиаста низкотемпературного ядерного синтеза — Пиантелли, который подал заявку на патент еще в 1995 году. Однако, в отличие от него, Росси добавил в смесь катализатор, найденный, видимо, опытным путем, и состав которого держится в секрете. Предполагают, что он использует обыкновенный графит или какую‑то из его модификаций, например, углеродные нанотрубки. По крайней мере, как проговорился в одном интервью сам изобретатель, стоимость катализатора не превышает 10 % от цены смеси. Для завода по производству генераторов Росси была выбрана Греция, видимо, из‑за относительной дешевизны строительства и наличия здесь месторождений никеля. Для реализации проекта была создана компания Defkalion green technologies. Завод, рассчитанный на производство 300000 генераторов в год, должен был начать работать еще в октябре 2011 г. и должен выпускать устройства Hyperion в виде черного ящика размером 55x45x35 cм. Была разработана линейка моделей мощностью от 5‑30 кВт до 1,15‑3,45 МВт. Самые маломощные, однотрубные, модели приспособлены для отопления небольших зданий и теплиц, а также для встраивания в мини-ТЭЦ. Более крупные, состоящие из набора однотрубных, — для отопления предприятий и мощных ТЭЦ. Сами «ящики» должны были производить только тепло и пар. При необходимости преобразованием в электричество должны озаботиться пользователи — есть турбины, которые можно применить для этой цели. Ориентировочная стоимость генератора Hyperion должна была составить от 3 до 4 тыс. евро. По утверждению Росси, такое устройство может окупиться не более чем за год. Однако что‑то вновь пошло не так…

Ядерная Е-кошка

Внешне прототип устройства напоминал нечто, собранное из железяк со свалки, что, конечно, не придавало авторитета его автору

Весной 2014 года появляется обновленная и существенно уменьшенная в размерах модель генератора

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

порошка. Процесс в Е-САТ действительно изменяет топливо на ядерном уровне, т. е. имеют место ядерные реакции. Однако никаких следов радиации обнаружено не было. С чем же связан такой прорыв?

Внешний вид устройства Hyperion, которое так и не было выпущено

не было. Тест проводился в независимой лаборатории в Швейцарии, где было снято помещение, чтобы исключить подвод энергии и подтасовку результатов. Генератор Росси выработал энергии в 3,74 раза больше, чем получил при разогреве. Хотя могло быть и намного больше — регулировка заведомо снижала выработку теплоты, чтобы показать управляемость процесса. Замеры также показали существенное изменение изотопного состава

Фото с pandoraopen.ru

Росси под рабочим названием Е-САТ (от англ. Energy Catalyzer). В течение 32 дней шесть профессоров физики из Болоньи (Италия), Стокгольма и Упсалы (Швеция) ее тщательно исследуют. Потом полгода обрабатывают результаты и занимаются их осмыслением. Их вердикт однозначен: эта фитюлька размером с большой карандаш работает и производит немыслимое количество теплоты. За месяц она выработала теплоты 1,5 мегаватт / час! Плотность энергии в миллионы раз больше, чем при сгорании бензина такой же массы. Обновленная модель имеет керамический корпус — трубку диаметром в 2 см и длиной в 20 см, и с обоих концов завершается «набалдашниками» диаметром 4 см, для подключения к электросети. Электричество нужно только для разогрева трубки. Замеры температуры проводились непрерывно двумя особо точными тепловыми камерами и записывались на компьютер. Другие приборы фиксировали потребление электроэнергии. Ученые вели круглосуточное наблюдение за генератором, при этом самого Росси возле стенда

Обновленная модель генератора Росси

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Энергетика

За эти годы Росси из Италии перебрался в США, создал там свою фирму Leonardo Corporation и получил в 2013 году свидетельство о сертификации своего генератора. Примерно в это же время он продал несколько мегаваттных модификаций своего аппарата неизвестным покупателям. А в январе 2014 года прошли сведения, что американская компания Industrial Heat приобрела у Росси права на аппарат холодного термоядерного синтеза E-CAT. Для запуска в производство не хватало только окончательного вывода авторитетной научной комиссии. И вот он получен. В это же время у Росси обнаружился крепкий, хоть и весьма своеобразный, тыл в виде американской Национальной Аэро- и Космической Администрации (НАСА). Оказывается, что предыдущее 20‑летие, когда эксперименты по низкоэнергетическому ядерному синтезу во всем мире предавались анафеме официальной наукой, в НАСА над проблемами LENR тихо работала группа Джозефа Заводны. Она параллельно с Росси подтвердила, что при некоторых условиях образуется огромное количество «внепланового» тепла. К тому вре-

33 www. obo-rt.ru

Фото с pandoraopen.ru

Уже не одинок и беззащитен

Фото с pandoraopen.ru

мени, когда Росси устроил в Италии скандальную премьеру своего Е-САТ, у НАСА уже были наброски проекта космического челнока на движителе, работающем на подобном принципе. Так что НАСА, можно сказать, взяла Росси под свое космическое крыло. И Росси не смог отказаться.

Что дальше?

По заявлению Андреа Росси, один генератор «старой модели» мощностью 1 МВт уже работает на американском военном объекте, однако не уточнил, на каком именно. На фотографии генератор выглядит, как набор из 52 небольших параллельных модулей, помещенных в стандартный транспортный контейнер. Они очень похожи внешне на «домашние» генераторы Hyperion, которые, судя по всему, так и не увидят свет, ведь компания Defkalion, хоть и пыталась выпускать генераторы уже без Росси, обанкротилась по неизвестным причинам. Стоимость этой установки составляет 1,5 млн долл., а срок службы — до 30 лет. Для сравнения: дизель-генератор аналогичной мощности стоит около 1 млн долл., срок его службы в несколько раз меньше, причем он выделяет гораздо больше шума, по сравнению с 50 децибелами E-CAT. Генератор производит около 1 МВт тепловой мощности в виде горячей воды / пара, которые можно использовать для отопления или выработки электроэнергии. Однако вплоть до последнего заявления о долгожданном успехе учено-

го в прошлом году, о генераторе E-CAT было мало что слышно. О причинах этого мы можем только догадываться. Может, дело в нестабильности процесса или в чем‑то еще — фактов все равно недостаточно. Исследования в этой области ведутся крайне секретно, ведь работы по созданию аналогичных устройств идут в сотнях лабораторий по всему миру, а несколько групп даже заявили о создании своих действующих прототипов.

Фото с pandoraopen.ru

Энергетика www. obo-rt.ru

34

Помещение, где проходила первая демонстрация E-CAT

Окончание прошлогоднего обращения Андреа Росси звучит так: «Мои товарищи по команде говорят мне: «Андреа, успокойся, будь скромным». Вы правы. Теперь я устал, нужно реорганизовать идеи. Работа за последние 2 недели была очень тяжелой, но мы справились. Сегодня утром и поздно вечером мы получили больше электрической энергии, чем ее требуется для работы E-CAT. Дополнительный выход энергии большой. Слишком большой, чтобы быть правдой, но это правда. Если вы читаете это сообщение, это означает, что я не мечтаю: наши независимые читатели могут убедить меня, что я не сплю и что я действительно пишу об этом. Заслуга моей фантастической команды в том, что без нее это было бы невозможно». Так что, вероятно, в ближайшее время события получат свое развитие. Ведь значение успеха команды Росси в целом трудно переоценить, причем не только для мировой энергетики, но и для цивилизации в целом. Тогда не только климатическая стратегия ООН, но и вся идеология технологической революции 4.0 будут радикально пересмотрены.

Андреа Росси в помещении генератора на американском военном объекте

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

*инновации в автоматизации

Основы спиральных труб Трубные заводы могут производить продольно сварные трубы с наружным диаметром до 1 метра. Большие диаметры требуют более широких пластин, что делает традиционные трубные заводы менее рентабельными. Поэтому такую трубу обычно изготавливают на спиральных трубных мельницах, где диаметр трубы уже не зависит от ширины плиты. Это не означает, что спиральные трубопрокатные заводы не могут

производить трубы с наружным диаметром менее 1 метра. Наоборот, современные более быстрые и гибкие спиральные трубопрокатные заводы могут производить трубы меньшего диаметра и с более толстым сечением, например, те, которые имеют наружный диаметр 38 см и толщину стенки — 1 см. Существует два типа спиральных трубных мельниц: одно- и двухступенчатый (см. рис. 1). У них есть свои плюсы и минусы, связанные с первоначальными капитало­ вложениями, производственными

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Сварочные технологии

В последние годы спрос на спиральные трубы для нефтяной промышленности увеличился, и закономерно возникла потребность в производственных системах, которые могут обеспечить более короткое время цикла сварки, более высокую производительность и снижение расхода материала. Стандартно изготовители спиральных труб используют многоканальную сварку под флюсом (SAW), которая обеспечивает высокие скорости осаждения, приспосабливает толстые стенки труб и производит высококачественные сварные швы. Однако для успешной конкурентной борьбы производителям необходимо высокое качество и скорость сварочного процесса. Автоматизация помогла обеспечить оба.

37 www. obo-rt.ru

www.obo-rt.ru

Автоматизация сварки спиральных труб

Фото с www.thefabricator.com

Сварочные технологии Рис. 1. В этом двухступенчатом спиральном трубопрокатном станке используется несколько автоматизированных систем дуговой сварки под флюсом. В ней процесс формирования трубы отделен от окончательной сварки, что позволяет формировать трубу и сваривать ее на очень высоких скоростях

требованиями, размером промышленного объекта, эксплуатационными расходами и другими факторами. Независимо от этого, оба в большей степени использовали автоматизацию для улучшения качества и производительности.

Как следует из названия, одностадийный процесс спиральной мельницы одновременно формирует и сваривает трубу. Поступающая стальная катушка, называемая штрипсом, разматывается, раскатывается и обрезается,

после чего соединяется в соответствии со своим профилем. Затем стальной прокат с предварительно подготовленной кромкой подают в мельницу под регулируемым углом, который определяет конечный диаметр трубы.

Фото с www.thefabricator.com

www. obo-rt.ru

38

Рис. 2. Головка SAW сваривает наружную поверхность вверху трубы (видно на фото), в то время как вторая сваривает внутреннюю поверхность (внизу, внутри трубы)

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Сварочные технологии

Фото с www.thefabricator.com

Рис. 3. Эти четыре блока питания интегрированы с ведущей головкой с тремя горелками. Два источника питания подключены параллельно, чтобы обеспечить подачу тока до 2000 ампер

Фреза изгибает поступающую полосу, кромки под флюсом соединяются сварочной головкой внутреннего диаметра, расположенной «на 6 часов». Труба продолжает вращаться и проходить через мельницу, а в положении «на 12 часов» головка наружного диаметра выполняет внешнюю сварку (см. рис. 2). Один конец штрипса при непрерывной подаче сваривается плавлением с другим. Хотя мельница может формировать трубу на высоких скоростях, производительность мельницы зависит от скорости процесса SAW. Двухступенчатая спиральная трубная мельница отделяет формирование трубы от окончательной сварки, что позволяет формировать трубу и прихватывать ее при очень высоких скоростях. Начальный процесс, по сути, такой же, как и одностадийный метод, за исключением того, что пластина формируется в непрерывную спиральную трубу. Отдельная операция сварки — обычно автоматическая газо-дуговая сварка (GMAW) — выполняет прихватку, которая поддер­живает целостность размеров трубы при

передаче на конечную станцию спиральной сварки. Как и в одношаговой операции, двухступенчатый процесс использует SAW для ведущей головки в позиции «на 6 часов». Этот проход переплавляет сварные соединения после GMAW, а затем последующий проход SAW на внешнем диаметре в позиции «на 12 часов» переплавляет корень прохода по внутреннему диаметру и завершает соединение. Чтобы увеличить наплавку и скорость производства, можно использовать несколько горелок SAW, которые подают в одну и ту же ванну. В стандарте такие системы имеют две горелки для наружного диаметра и три горелки — для внутреннего. Однако на ведущую дугу может потребоваться столько энергии, что для ее питания могут понадобиться дополнительные источники питания (см. рис. 3). Процесс сварки существенно зависит от различных функций мельницы. Одноступенчатый процесс имеет функции для контроля скорости подачи (скорости хода сварки), а также получаемого в результате зазора и определения дефектов соединения.

Автономная сварочная станция в двухступенчатом процессе также обеспечивает необходимую подачу и вращение для скорости создания сварного шва. Однако автоматизация его нетривиальна. Ее качество зависит от интеграции различных компонентов с лазерными датчиками, передающими информацию. Они обеспечивают контроль сварочных головок, лазерных датчиков, источников сварочного тока, а также осуществляют мониторинг и интеграцию процессов.

Сварочные головки

Современные сварочные головки, с подбора которых, по сути, и начинается качественный сварочный процесс, представляют собой компактные, жесткие конструкции, которые включают в себя направляющие скольжения, в том числе для тяжелых условий работы, устройства подачи проволоки с выпрямителями, видео­ камеры, лазерные датчики и системы подачи и восстановления потока (см. рис. 4). Ведущая головка должна быть не только компактной, чтобы соот-

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

www. obo-rt.ru

39

Фото с www.thefabricator.com

Сварочные технологии Рис. 4. Этот узел сварки спиральных труб позволяет использовать сверхпрочные направляющие, устройства подачи проволоки с выпрямителями, видеокамеры, лазерные датчики, а также системы подачи и восстановления потока

ветствовать минимальному внутреннему диаметру трубы, но также жесткой, чтобы поддерживать стабильность размеров при высоких температурах в течение длительных периодов времени. Ее рама предназначена для обеспечения жест­ кости крепления, передачи тока и рассеивания тепла. Материалы и компоненты ведущих головок также обеспечивают структурную целостность, термическую стабильность и электропроводность, а также защиту от изоляции и загрязнения от процесса SAW и внешней среды трубного завода. Головки включают несколько устройств подачи проволоки в компактных конфигурациях для размещения небольших идентификаторов. Важная особенность ведущей головки — агрегат для подачи проволоки должен надежно поставлять несколько проводов во время поворота на 90 градусов в ограниченном пространстве. Качество сварки и стабильность процесса в значительной степени зависят от того, насколько эффективно и плавно проволока подается в сварную ванну.

Лазерное зондирование

Прецизионные сварочные головки способны наносить сварочный металл точно в нужное место и в нужное время, но они не будут «знать», куда и как двигаться, «не понимая» точное направление. Эту задачу способен решить лазерный датчик, интегрированный с системами управления сварочной головкой и мельницей. Именно он позволяет автоматически адаптивно контролировать положение головки и соединение во время сварки и схватывания металла.

Фото с www.thefabricator.com

www. obo-rt.ru

40

В старых системах сварочные головки перемещались с использованием пневматики или основных механических или моторизованных устройств. Однако сегодня системы на основе серводвигателей и энкодеров перемещают головки много точнее и в оптимальное положение. Все это в сочетании с герметичными и точными направляющими и регулировкой скорости движения головки обеспечивает качественный сварочный процесс.

Рис. 5. В этой одноступенчатой линии, расположенной прямо перед сварочной горелкой внутреннего диаметра, лазерный датчик проецирует три горизонтальные полосы, пересекающие соединение

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Рис. 6. Лазерный датчик перед сварочной головкой наружного диаметра обнаруживает край трубы и автоматически отправляет в систему команду прекратить сварку

Эти бесконтактные лазерные датчики постоянно передают информацию об изменениях характеристик соединения. Находясь перед сварочными горелками, лазер проецирует горизонтальные полосы поперек стыка, а камера «считывает» характеристики этих полос, чтобы получить информацию о положении и высоте поперечного шва, а также другие данные о профиле соединения (см. рис. 5). Затем датчик использует эту информацию для изменения аспектов управления процессами сварки или формовки. Поскольку для одношаговых и двухступенчатых установок требуется различная информация, то и к лазерному зондированию нужен свой подход. В одностадийном процессе оно происходит, когда поступающий материал соединяется для формирования сварного соединения. В двухэтапной операции лазерное зондирование начинается, когда материал на первом этапе собирается вместе для прикрепления. В этот момент важно знать не только, где соединение находится относительно сварочной головки, но также адек-

ватно ли контролируется зазор и соответствие требуемым параметрам. На втором этапе двухступенчатой операции лазерные датчики могут предоставлять информацию о положении, высоте и характеристиках соединения. Эту информацию можно использовать для перемещения трубы в исходное положение, определения местоположения соединения и сварочных головок, запуска подачи флюса и процесса сварки, а также для остановки процесса. Это эффективно автоматизирует всю операцию подачи и сварки, от доставки сварной трубы к сварочной станции до конца формирования сварного шва (см. рис. 6). Если же внутренняя среда не способствует лазерному зондированию или диаметр трубы слишком мал, датчик может работать отдельно от сварочной головки. В этих случаях датчик может быть установлен снаружи на отдельных направляющих с сервоприводом прямо напротив узла горелки внутреннего диаметра. Затем направляющие этой головки электронно подчиняются направляющим внешнего датчика, отражая движения,

Все эти усилия по управлению процессом были бы напрасны без постоянной и надежной подачи энергии на контактные наконечники проводов в течение длительного времени. В этих приложениях SAW может потребовать более 700 ампер на один источник питания в течение нескольких часов. Более того, процесс требует как точного выхода постоянного и переменного тока, так и способности переключаться между режимами для различных труб. Инверторные источники питания с цифровым управлением открыли для промышленников возможности автоматизации в сложных сварочных ситуациях. Эти блоки питания стали неотъемлемой частью систем, доступ к которым осуществляется с одного контроллера. С него оператор может включать или отключать источники питания, переключать режимы между постоянным и переменным током, а также изменять ток, напряжение и фазирование переменного тока в зависимости от типа детали или даже положения горелки. Это помогает значительно сократить время настройки и время производственного цикла, повысить надежность.

Интегрированный контроль и мониторинг процессов Такая сложная автоматизированная система — в комплекте с сервоуправляемыми сварочными головками, несколькими механизмами подачи проволоки, передовыми лазерными датчиками и многим другим — может удивить самых опытных инженеров и операторов. В традиционных подходах запуск или изменение любого компонента связаны вместе с другими компонентами. Например, процесс может начинаться с того, что оператор нажимает кнопку запуска на подаче трубного стана, что активирует управление подачей флюса, а затем через несколько секунд активирует управление для источников питания, начиная сварку.

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Сварочные технологии

Фото с www.thefabricator.com

Источники питания

41 www. obo-rt.ru

так что и датчик, и сварочная головка следуют за соединением и поддерживают запрограммированную высоту.

Фото с www.thefabricator.com

Сварочные технологии www. obo-rt.ru

42 Рис. 7. Дисплей и контроллер транслируют изображения с камеры лазерного датчика и информацию с узла сварочной головки наружного диаметра

Изменение толщины детали, скорее всего, потребует набора новых настроек на нескольких или на всех контроллерах. Однако если кто‑то устанавливает некорректную настройку для одного компонента, нет никакой возможности автоматически передать эту информацию другим элементам в системе. Автоматический процесс будет продолжаться вслепую, что, конечно, приведет к проблемам. Современные интегрированные средства управления и мониторинга процессов преодолели эти сложности. И сегодня выделенные процессоры отслеживают и контролируют каждую задачу и обмениваются информацией по сети, чтобы другие системные компоненты могли реагировать на нее. Распределенное управление процессором имеет много преимуществ для сложных систем, которые требуют программирования, контроля и мониторинга многих задач. Все параметры для каждого типа сварки или детали могут быть запрограммированы, сохранены, перенесены и отображены с помощью одного контроллера в сети.

Это значительно сокращает время настройки и снижает вероятность ошибок в работе. Такие контроллеры или модули используют цифровые сигнальные процессоры (DSP) — ту же платформу, которая используется мобильными телефонами и другой электроникой, которую мы используем каждый день.

DSP позволяют одному системному компоненту отправлять информацию, а другим компонентам системы реагировать на нее. Именно это позволяет автоматизированному процессу расширяться в новых областях. Именно использование DSP позволило элементам автоматической сварки спиральных труб реагировать на обратную связь не только от лазерного датчика, но и от положения сервопривода головки, подачи мельницы, вращения сварочной станции и т. д. Сбор и обмен данными со всех этих точек позволяют автоматизации поддерживать требуемое положение центральной линии соединения и высоту головки. Также в систему могут быть интегрированы другие датчики, например, сенсоры для измерения температуры.

Автоматизация может изменять параметры процесса в соответствии с положением горелки или детали, непрерывно контролировать каждый компонент системы, предоставлять данные процесса и предупреждать оператора об условиях, выходящих за пределы допуска. Кроме того, контроллер может автоматически программировать начало подачи флюса, а также положение сварочной головки, подачу и движение детали и другие требуемые функции или действия до или после сварочного процесса. Подключенный к сети, контроллер отправляет данные о производительности на центральную станцию завода, где технические специалисты могут контролировать несколько сварочных систем, передавать программы и данные между этими системами, а также собирать информацию для общей производительности завода и показателей качества. Современные системы позволяют операторам и инженерам выбирать и вводить нужные значения даже без знания языков программирования, ведь контроллеры включают в себя не только дисплеи, но и джойстики, ручки и кнопки с обратной связью после нажатия. Это позволяет операторам сосредоточиться не на программировании, а на производственном процессе (см. рис 7).

Спрос на автоматизацию

Так что как бы сварочное сообщество ни боролось против внедрения новых технологий, особенно в сложных условиях со множеством переменных, отраслевой спрос, включая последний нефтяной бум, подталкнул‑таки производство спиральных труб к сложной автоматизации. И, в конечном счете, достижения в области электроники, обработки, лазерных датчиков, управления током и сетевых коммуникаций привели к значительным изменениям даже в самых сложных процессах.

По материалам портала The Fabricator

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Существует множество соединений железа с кислородом (оксидов), имеющих разное содержание данных элементов. У некоторых же формула одинаковая, а вот структура отличается — атомы расположены иначе: например, у Fe2O3. Подобные фазы вещества для дифференциации обозначаются древнегреческими буквами. Сибирские ученые исследуют одну из фаз — эпсилон (ᶓ)‑Fe2O3, которая была впервые синтезирована в Институте катализа им. Г. К. Борескова СО РАН в 1998 году. В конце прошлого столетия на полученный оксид не обратили особого внимания, и только спустя 10 лет химики и физики начали сотрудничество: первые изучают синтез и структуру, вторые — магнитные свойства.

— Эпсилон-Fe2O3 оказался уникальным по коэрцитивной силе: под ней понимается магнитное поле, которое необходимо приложить, чтобы перемагнитить вещество — поменять северный и южный полюса, — рассказывает директор Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН доктор физико-математических наук Дмитрий Александрович Балаев. — На этом принципе основана вся магнитная память: если полюса меняются местами, мы фактически перезаписываем информацию — например, стерев и что‑то снова внеся на жесткий диск. На данный момент практически нет материалов, которые показывают столь высокую коэрцитивную

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

РАЗРАБОТКИ И ТЕХНОЛОГИИ

За одной написанной химической формулой может скрываться сразу несколько различных веществ и структур. Так, оксид железа имеет ряд фаз, и только одна из них позволяет получать магнитные наночастицы для производства, например, более продуктивных жестких дисков. Этими технологиями сибирские ученые занимаются сообща: красноярские физики и новосибирские химики не первый год сотрудничают в данном направлении.

43 www. obo-rt.ru

www.obo-rt.ru

Магнитное притяжение для перезаписи информации

Фото с www.sbras.info

Фото с ksc.krasn.ru

Якушкин С.С.

силу при комнатной температуре, причем ᶓ-Fe2O3 весьма недорогой. Сибирские образцы ᶓ-Fe2O3 ученые синтезируют без примесей других фаз оксида железа: на схожих материалах — том же гематите — такой большой коэрцитивной силы не достичь. Наночастицы ᶓ-Fe2O3 получают на поверхности носителя — они точечно распределены по силикагелю (SiO2): высушенному гелю, состоящему из круглых гранул с большой удельной поверхностью.

— Задача химиков — преобразовывать свойства материалов, меняя их структуру, — поясняет научный сотрудник ИК СО РАН кандидат физико-математических наук Станислав Сергеевич Якушкин. — Для этого есть стандартные способы: нужно активное вещество — добавляем больше, например, кислоты. Второй вариант — благодаря различным условиям делать из тех же атомов что‑то другое: в этом и заключается разница между фазами, в частности,

Фото с www.sbras.info

РАЗРАБОТКИ И ТЕХНОЛОГИИ www. obo-rt.ru

44

Балаев Д.А.

Частицы ᶓ-Fe2O3 на поверхности носителя

Fe2O3. Чтобы лучше понимать структуру ᶓ-Fe2O3, мы продолжаем изучать процесс синтеза наночастиц, условия их образования. Сейчас красноярские физики параллельно ищут способы получать частицы магнитожестких (с большой коэрцитивной силой) и магнитомягких материалов на основе наночастиц магнетита Fe3O4. Подобрав соответствующие условия, ученые могут наблюдать так называемый эффект магнитного смещения: когда перемагничивание вещества с определенной стороны дает бо́льшую коэрцитивную силу, нежели с другой. Если сместить петлю магнитного гистерезиса (мгновенный отклик на приложенное воздействие), определяющую коэрцитивную силу, это может улучшить работу тех же жестких дисков. Так что по‑прежнему актуален поиск материалов, проявляющих такое смещение. Другой особенностью частиц оказалась их магнитная структура: пока ученые не могут однозначно сказать, какой механизм отвечает за высокую коэрцитивную силу. Совместный проект двух сибирских институтов направлен в том числе на решение этой фундаментальной проблемы: красноярские физики проверят существующие идеи относительно магнитной структуры ᶓ-Fe2O3 на экстремально малых частицах — от трех нанометров в диаметре.

— Мы проведем комплекс исследований, сотрудничая с коллегами за рубежом, — добавляет Дмитрий Балаев. — Прежде всего, проверим эффект Мессбауэра — то есть спектры, по которым видно локальное окружение железа, — на синхротроне в Гренобле. Нейтронные исследования тоже помогут расшифровать магнитную структуру — на таких маленьких частицах этого еще не делалось. В прошлом году ученые поняли: главное, чтобы при синтезе наночастицы были пространственно разделены между собой — тогда фаза получится «чистой». Сейчас специалисты ищут оптимальную концентрацию, чтобы сделать материалы на основе ᶓ-Fe2O3 еще «магнитнее» — это даст больше возможностей для их применения в будущем.

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

45

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

46

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

47

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

48

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

49

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

50

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

51

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

52

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

ВЫСТАВКИ www. obo-rt.ru

53

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020

Информация об издании www. obo-rt.ru

54

Оборудование Разработки Технологии N0 3 (145) июль 2020