ПРИНЦИПЫОРГАНИЗАЦИИ , РАЗРАБОТКИТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВАИПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХМАТЕРИАЛОВИ КОНСТРУКЦИЙВРАЗЛИЧНЫХ

СЕКТОРАХЭКОНОМИКИРОССИИ« » КОМПОЗИТНАЯОТРАСЛЬ

( - НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКОЕОБЕСПЕЧЕНИЕ( ) ИНЖИНИРИНГГенеральный директор ФГУП «ЦАГИ»,

доктор технических наук, член-корреспондент РАН Б.С. Алёшин

Начальник НИК «Национальный композитный центр»,

доктор технических наук, профессор А.Е. Ушаков

•Введение• Примерыинжиниринговыхцентров

• Потребители инжиниринговыхуслуг

• Рынки• Регуляторы

2

Об

ъек

тив

ны

е ко

нку

рен

тны

е п

реи

мущ

еств

а

« » Принцип подсветки доступных сегментов рынка

( « » принципыорганизации композитной отрасли с цельюреализации объективных конкурентныхпреимуществ композиционныхматериалови

)технологий

Об

ъек

тив

ны

е ко

нку

рен

тны

е п

реи

мущ

еств

а

Об

ъём

ы ф

ин

ансо

вы

х п

ото

ков

Про

изво

дст

во

НТЦ

Орг

ани

зац

ио

нно

-те

хни

ческ

ая

пол

ити

ка

Управляющая компания

РЫ

НО

К

Нау

чн

о-

тех

ни

чес

кое

у

пр

ав

ле

ни

е

3

Центр коллективного пользования

Научно-техническое управление

Региональные серийные производства

Организационно-

техническая политика:

• Законодательная база

• Нормативно-техническое регулирование

• Инновационные инструменты

• Научно-технический задел

Концепция создания промышленного производства конструкцийна основе

композиционныхматериалов

При

нци

п «

подс

вет

ки»

дост

упны

х се

гме

нто

в р

ынк

а

При

нци

п «

подс

вет

ки»

дост

упны

х се

гме

нто

в р

ынк

а

СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ:МАССОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ РЫНКОВ:

2011 2017

млн.$ 1000

100

• Инфраструктура автомобильныхи железных дорог

• Мостостроение • Спортивные объекты• Энергетика • Универсальные комплексы для

всесезонного использования

Основа модернизации

промышленности - инновационная

экономика :Объём продукции из

наностр. композиционных

материалов: 2..3% ВВП

ЦЕЛЬ:Годовой оборот

промышленного производства конструкций из

наноструктурированных композиционных материалов

1 млрд.$ через 6 лет

4

5

№ ИНСТРУМЕНТЫ-НАУЧНО

ТЕХНИЧЕСКОГООБЕСПЕЧЕНИЯ

ПОТРЕБИТЕЛИ РЫНКИ РЕГУЛЯТОРЫ

1 « » ( НКЦФГУП ЦАГИ наука отраслевая и

),госкорпораций Институты и лаборатории

, РАН, Межотраслевые малые

НТИЦ ( малый и средний, ) ,бизнес крупные предприятия

(…)Госкорпорации

Крупный бизнес(…)

Малый и среднийбизнес

(…)Отрасли

Вертикально интегрированные

компании попроизводственном

у принципу(Kemrock, …)

Федеральны й рынок

Региональны й рынок

Рынокобщественн

ых услуг

Государственны:е

• законодательные• -научно

техническоеуправление межотраслевые отраслевые

Общественное управление

(C . . оюзы в т чпроизводителей

, композитов ACMA, EuCIA, SAMPE, CMH-17, …)

2 , Отраслевые, « », например ОАО НИАТ ФГУП

" . . . . ", ЦНИИим акад АНКрылова « », …ФГУПЦНИИКМ Прометей

3 Центрыколлективного, пользования

, Например типа National Composite Center, . , , …г Дэйтон США

4 Исследовательские центры при

, университетах, например UDRI при University of

Dayton, « центр Перспективные, конструкции технологии и

материалы при Сколковском , …институте науки и технологий

5 , Центрыкомпетенции, например AMTAS при University of

Washington, CCM при University of Delaware, NIAR при Wichita State University, …

Инструментыипотребители инжиниринговых услуг

•Введение• Примерыинжиниринговыхцентров « »НКЦФГУП ЦАГИNational Composite Center of Dayton « Исследовательский центр Передовые

, » конструкции технологии и материалы при« »Сколтехе

Исследовательские центры при университетах Центры компетенции

• Потребители инжиниринговых услуг• Рынки• Регуляторы

6

• -Реализация межотраслевых научно исследовательских программ в

области композиционных материалов( , , , )Минпромторг РЖД ФСК Автодор

• - Разработка нормативно технической базы в обеспечение сертификации

разрабатываемых ВС с композитными элементами планера

( -21МС , SSJ-100 NG)

• -Разработка перспективных расчётно экспериментальных методов и

математических моделей для повышения безопасности и весовой

эффективности ВС с композитными элементами планера

Направления деятельности Национального композитного центра

« »ФГУП ЦАГИ

7

Год основания: 2010Парадигма: Безопасность черезэффективность

*Использованы материалы из доклада Boeing «NDE Challenges for composite aircraft» A4A NDT Forum 25.09.2012

СЕГОДНЯПоиск дефектов в композитных элементах конструкции ВС

ЗАВТРАПоиск дефектов с использованием более продвинутых про-композитных методов неразрушающего контроля

БУДУЩЕЕ

Про-композитный подход, основанный не на поиске дефектов, а на мультидисциплинарном анализе процессов повреждаемости и прогнозе «состояния материала» в конструкции

« »: НКЦ ЦАГИ Стратегия повышения весовой эффективности конструкций

Автоматизированные безавтоклавные , технологии производства включая

автоматизированную выкладку сухого волокна и вакуумную инфузию

Снижение уровня напряжений за счёт ориентирования волокон и

переменными углами по криволинейным траекториям

Автоматизированная выкладка сухого

волокна

, Кессон крыла изготовленный

методом вакуумнойинфузии

Математическое моделирование повреждаемости конструкций на этапе

производства с учётом вероятностного характера процессов образования

технологических дефектов

« »: НКЦ ЦАГИ Внедрение инновационных- конструктивно технологических решений

10

« »: НКЦ ЦАГИ Мультидисциплинарный анализ конструкций в обеспечение эффективности при

заданном уровне безопасности

Мультидисциплинарный подход к проектированию авиационных конструкций

изПКМ

Традиционный подход к проектированию авиаконструкций из ПКМ

( )чёрный алюмимний

Производственны е дефекты

Building Block винновационн

ойпостановке

Экспертная система прогноза безопасности

ProDeCompoS

Эксплуатационн ыефакторы

Техническое обслуживание

и ремонт

« »: « НКЦ ЦАГИ Прогнозирование наиболее » вероятного состоянияКМ на всех этапах

жизненного циклаВСизПКМ

«Real-time» БД по расчётным

характеристикам

11

Экспертная система обеспечения безопасности и эффективности

Методология обеспечения безопасности и надёжности с использованием вероятностного

подхода

Конс

трук

тивн

о-те

хнол

огич

ески

е

спос

обы

пов

ыш

ения

эф

фек

тивн

ости

Норм

ы и процедуры

обоснования

соответствия

« »: НКЦ ЦАГИ Реализация инновационного подхода к сертификации самолёта с

композитнымкрылом

12

, Центр коллективного пользования в который , привлекаются одновременно и технологии и

, действующие компании что ускоряет передачу технологий на рынок

: 1996Год основания

National Composite CenterDayton, США

13

National Composite Center лабораториииперсонал

Общаяплощадь 20 000 . .квм

Инжиниринг ипроизводство

12 000 . .квм

Лаборатории имастерские

5000 . .квм

Офисы и аудитории 3000 . .квм

Персонал 38 человек

Производственн ыеплощади

Лаборатории Дистанционно е обучение

14

УниверситетыПравительство

Крупныепредприяти

я Wright-Patterson AFB Дэйтонский университет Wright State University Sinclair Community College Университет Толедо Университет Алабамы

Министерство обороны США

Министерство энергетики

США Штат Огайо

Ashland PPG Owens Corning Celenease

РЕЗУЛЬТАТ• Коммерциализация технологий• Инновационная продукция• Малый бизнес

Принципинновационной деятельности NCC

15

, Малыекомпании созданные в результате коммерциализации

технологий в NCC• Composite Advantage. Производство крупногабаритных

изделий сложной формыметодом инфузии или RTM.• Liteflex LLC. , Производство композитных лент которые

. применяются в автомобилестроении• Webcore. Изготовление панелей для инфузии и RTM из

, пенопласта оплетенных стекло ровингом и тканью для военного и гражданского применения

• Phoenix Nanosystems. Изготовление углеродных нанотрубок и создание пленок из смолы с добавками

нанотрубок• NСС . Производство непрерывных наномембран

Изучение вопросов техники безопасности работы с.наноматериалами

Изучение влияния нанодобавок на различные свойства: , , композитов электропроводность магнитопроводность

. .теплопроводность и т д , Создание многофункциональных материалов которые

меняют свои свойства в зависимости от внешнихвоздействий

16

17

:Основные заказчики Boeing Cessna Spirit Hawker Beechcraft Bombardier

Исследование перспективных . . материалов в т ч композиционных

Исследование передовых технологий соединения компонентов

Математическое моделирование Натурные испытания конструкций

( , , статические динамические, ) усталостные природные

Создание перспективных высокоэффективных покрытий

NASA FAAЦентр компетенции и в области сертификации композитных

авиационных конструкций

: Центрыкомпетенций National Institute for Aviation Research (NIAR) приWichita State University

18

:Основные заказчики Boeing Bell Cytec Hexcel

Стандартизация материалов Исследование клеевых соединений Обоснование соответствия нормам

безопасности Эксплуатационнаяживучесть и ресурс Обслуживание перспективных

конструкций

Центр компетенции FAA в области обеспечения безопасности и сертификации

авиаконструкций из композиционных материалов применительно к коммерческим

самолетам транспортной категории

: Центрыкомпетенций Advanced Materials in Transport Aircraft Structures (AMTAS) при University of Washington

- Разработка микро датчиков для контроля состоянияПКМ в процессе

изготовления Разработка систем управления и

контроля технологическихпроцессов

Создание многофункциональных высокоэффективных материалов

« -Разработка подхода Материал- » Технология Свойства для создания

композитных конструкций с заданным уровнем характеристик

:Основные заказчики Dassault Aviation Embraer Honeywell Northrop Grumman Lockheed Martin EADS North America

: Центрыкомпетенций Center for Composite Materials (CCM) при University of Delaware

Центр компетенции в области исследования и управления

безавтоклавными технологическими процессами производства конструкций для

- авиа и судостроения

19

•Введение• Примерыинжиниринговыхцентров

• Потребители инжиниринговыхуслуг

• Рынки• Регуляторы

20

Условия:• Экономический рост• Удалённость друг от друга

индустриальных центров • Удалённость природных

ресурсов и месторождений от индустриальных центров

• Экстремальные климатические условия

• Низкая плотность населения

Требованиякконструкциям:• « » Безлюдная эксплуатация

объектов инфраструктуры • Энергоэффективность• Мобильность имногофункциональность

• Низкие затраты на транспортировку

• Экологическая чистота

Инновации передового уровня и, технологии не применявшиесяранее

Инновациипередового уровня как способ реализациинаиболее

амбициозныхпроектов российских отраслей промышленности

21

, Потребители услуг инжиниринговыхцентров заинтересованные в быстром внедрении своих инноваций в промышленность

Быстрый и эффективный

путь внедрения инноваций на

российском и мировом

рынке Растущие мировые

рынки

Зарубежныекомпании Российские компании

иннова

ции

Российские отраслевые

программыразвития

Инжиниринговый Центр

Мировые вызовы( , экология

, …)энергоэффективность

иннова

ции

22

Малый и средний бизнес, Конверсия коммерциализация и

диверсификация инновационной деятельности

Крупный бизнес

Пример взаимодействия крупного ималого бизнеса в условиях несбалансированной

( ) милитаризованной экономикиСША

Заказы

Разработки

, Освоение крупных втом числе государственных инвестиций для создания

стратегической продукции

Сильныеи слабые сторонымалогобизнеса

СИЛЬНЫЕ СЛАБЫЕ Гибкость в

управлении и принятии решений

Неразвитая материальная база

и инфраструктура

Инновационныйпотенциал

Отсутствие капитала для

инвестирования

Высокий уровеньмотивации

Высокие риски реализации

проектов

•Введение• Примерыинжиниринговыхцентров

• Потребители инжиниринговыхуслуг

• Рынки• Регуляторы

25

Традиционныематериалы: воздействие на , окружающуюсреду вызванное загрязнением во

время строительства и обслуживания

Бетонная пыль

Коррозионное разрушение

Защитные химические

составы

Антиобледенители26

Традиционныематериалы: бурныйрост жилищного и дорожного строительства в

развивающихся странах

По прогнозам в следующие несколько лет бурный рост жилищного и дорожного строительства в развивающихся

странах приведет к неконтролируемому массовомузагрязнению окружающей среды

27

Традиционныематериалы: воздействие наэкономику

В 2002 году Федеральное управление автодорог США

опубликовало работу “ Затраты на борьбу с коррозией и стратегия

соответствующих превентивных мероприятий в США”.

, Данная работа показала что общие ежегодные оценочные

затраты на борьбу с коррозией в промышленности США составляли

приблизительно 276 миллиардовдолларов (3.2% от валового

внутреннего продукта США)

Коррозионное разрушение мостаSilver Bridge, США, 1967. Мост

, обрушился меньше чем за минуту 46 убив водителей и пассажиров

28

Традиционныематериалы: влияние на окружающуюсреду

, В отличие от продукции« » традиционно

изготавливаемой из композиционных материалов

( , , ),самолёты суда спорттовары влияние на экологию объектов

инфраструктуры ( , дома , искусственные сооружения

)мосты является критической проблемой для мировой

экономики

29

Инновации передового уровня и, технологии не применявшиесяранее

Критериимассовоговнедрения композитов винфраструктуру

, Композитные конструкции для инфраструктуры изготавливаемые и обслуживаемые в больших

, объемах должны отвечать следующим критериям дляобеспечения истинной экологической безопасности:

пассивное химическое поведение возможность повторногоиспользования и пригодность к

переработке высокие специальныехарактеристики

мобильность и транспортабельность

гибкость в свойствах высокая энергоемкость

30

Первичные и вторичные конструкции самолетов и космических кораблей

Лопасти ветряных турбин и гондолы

50 За последние лет в нескольких сферах композиты перешли из категории“перспективных” и “премиум” в категорию общепринятых

, материалов сопоставимых с металлом и бетоном

Рынок композитов: от “перспективных” до “традиционных” конструкционныхматериалов

Корпуса и настилы для лодок и парусных яхт

Спортивные товары: детали для гоночных автомобилей и мотоциклов, шлемы, хоккейные клюшки, удочки

31

• Железнодорожный транспорт – ” Высокоскоростные поезда”

• Автомобильные дороги – Строительство новых , автомагистралей с гарантированным сроком службы

соединяющих удалённые регионы

• Авиация – Создание российского перспективного   -21гражданского самолетаМС

• Космос – Технологическая платформа “ Лёгкиеконструкции”

• Нефтегазовыйкомплекс – Разработка арктическихместорождений

• Энергетика ( -гидро , - , ветро атомная) – « »Энергоэффективность

• Спорт – Подготовка к ЧМ 2018 , по футболу включая строительство стадионов в северных районах РФ

Отраслевые программы технического и технологического развития

« » Стратегические драйверы развития российский отраслей

промышленности

32

•Введение• Примерыинжиниринговыхцентров

• Потребители инжиниринговыхуслуг

• Рынки• Регуляторы государственные регуляторы общественные регуляторы

33

• Особые экономические зоны- технико внедренческого типа

• -Бизнес инкубаторы• Центры трансферта

технологий• Венчурныефонды• Инвестиционныефонды• Центрыколлективногопользования

• Малыйи средний бизнес

Государственные регуляторыи экономические инструменты

инновационного развития

34

Примерыгосударственного регулирования в инновационном секторе экономики

5% ПравительствомМосквы установлена квота закупок инновационной продукции и

. сформирован ее перечень В денежном выражении доля инновационной продукции

в государственном заказе городаМосквы за- 2012 . 55 декабрь август г составила почти

. . млрд руб

, В Татарстане для проектов финансируемых , из республиканского бюджета

законодательно введено требование 10% применять не менее

нанотехнологической продукции

35

Валидацияметодов вFAA и EASA и в виде

отраслевых технических

: документов, рекомендаций

инструкцийи руководств

: Общественное управление ключевая роль сообществ SAE и CMH-17 в сертификации

гражданских самолётов вСША

Обучение персонала

методам ремонта и контроля

конструкцийКМ(SRM)

Апробация методов и

технических решенийна

форумах CMH-17

Методы обоснования и установления соответствия

требованиям сертификационного базиса

Созданиеметодов обоснования в

сотрудничество с-научно

исследовательскими центрами

компетенций

36

Примерыобщественных организацийи, сообществ регулирующих деятельность

« » композитной отрасли

Европейская Ассоциация ( , КомпозитнойИндустрии Бельгия

)Евросоюз

Американская Ассоциация Производителей Композитов

( )США

СоюзПроизводителей Композитов( ),Россия

« бывший СоюзПроизводителей»Стекловолокна

Общество поПродвижению Разработок в ОбластиМатериалов и ( )Технологий США

37