Правительство РФ выделило 3,6 миллиардов рублей на программу развития реверсивного инжиниринга до 2024 года. Основой реализации проекта станут инжиниринговые центры, созданные при государственной поддержке в крупнейших российских вузах.
Реверсивный инжиниринг — это проектирование от обратного. Он позволяет изучить скрытую структуру изделия, понять, как оно сконструировано, и, что самое важное, воссоздать исходный образец, при необходимости наделив его новыми потребительскими качествами.
О возможностях обратного инжиниринга, о его актуальности и перспективах развития в России на фоне жесткого санкционного давления в области высоких технологий мы беседуем с Сергеем Осиповым, директором инжинирингового центра "Энергетика больших мощностей нового поколения" Национального исследовательского университета МЭИ.
- В чем преимущества обратного инжиниринга, по сравнению с традиционными методами разработки продуктов?
Сложившиеся политические и экономические условия вызывают острую необходимость в локализации производства комплектующих для закупленного ранее оборудования. Для производства ремонтных комплектов необходима конструкторская и технологическая документация и производственные технологии, при этом изготовление деталей должно осуществляться из отечественных конструкционных материалов.
Технологии обратного инжиниринга, при отсутствии прямых методик проектирования элементов оборудования, являются единственным вариантом получения необходимой конструкторской и технологической документации. Основное преимущество обратного инжиниринга, по сравнению с традиционными методами разработки, заключается в том, что данные о принципах функционирования изделия и протекающего в нем физических процессах, получаются на базе существующего образца. Исходя из полученных данных, разрабатывается конструкторская и, впоследствии, технологическая документация.
- Как на практике выглядит процесс создания продукта по этой технологии?
Обратный инжиниринг применительно к деталям наукоемкого оборудования традиционно включает три основные этапа.
Первый этап - получение данных о детали, определение ее геометрии и свойств. В ходе 3D-сканирования внешних и внутренних поверхностей получают 3D-модель изделия. Одновременно с этим проводится химический и структурный анализ материала для определения марки, а также фазовой структуры материала.
Второй этап разработки прототипа - оценка работоспособности полученной модели. Для этого проводятся необходимые расчеты физических процессов, протекающих в детали, в натурных условиях и в условиях проведения испытаний на экспериментальных стендах. После чего при помощи технологий быстрого прототипирования изготавливается материальный макет. Затем следует оценка результатов экспериментов с расчетами, и выпускается рабочая конструкторская документация на деталь.
Заключительный этап подразумевает технологическую подготовку производства. Данный процесс включают в себя закупку оборудования, проектирование и изготовление технологической оснастки на выпуск партии, проектирование и изготовление новых технологических участков и цехов, а также выпуск опытного образца или серии деталей.
- Если сравнивать вывод изделия на рынок по традиционной технологии разработки и с применением обратного инжиниринга, какой экономии по времени и ресурсам можно добиться?
Сократить временные и финансовые затраты на изготовление отечественного аналога зарубежного изделия возможно только при наличии отработанной технологии обратного проектирования. Это большая работа.
Необходимо разработать и внедрить методики получения данных о геометрии изделия, определения свойств материала, экспериментальных исследований. В этом процессе не обойтись без соответствующего оборудования для проведения сканирования внешней геометрии детали, промышленных томографов для получения данных о внутренней геометрии изделия, аддитивных установок для изготовления экспериментальных прототипов изделия, а также экспериментальных стендов, позволяющих подтвердить работоспособность изготовленного аналога. Данное оборудование позволяет в кратчайшие сроки получать исчерпывающую информацию о геометрических характеристиках детали-образца, свойствах ее материала, условиях работы. На основе этой информации разрабатывается конструкторская документация с учетом замены материла на отечественный аналог.
Какое время удастся сэкономить? Это будет зависеть от сложности изделия. Рассмотрим этот процесс на примере таких высокотехнологичных изделий как лопатки газовых турбин. Традиционно их запуск в производство разбит на следующие этапы: проектирование, разработка рабочей конструкторской документации, разработка технологического процесса изготовления опытного образца, проведение испытаний, по результатам которых проводится корректировка лопатки, и повторное изготовление опытного образца. Процесс требует множества итераций оценки работоспособности изделия. При использовании методов обратного инжиниринга верификация осуществляется раньше, чем разработка технологии изготовления, так как экспериментальный образец изготавливается при помощи технологий быстрого прототипирования. Это позволяет обойтись без огромного по трудоемкости блока, связанного с технологической подготовкой производства. Такой подход, конечно, позволяет разработать оптимальную конструкцию значительно быстрее.
- Почему прежде в России этот способ вывода продукта на рынок не пользовался популярностью?
Внедрение технологий реверсивного инжиниринга требует времени и определенных затрат. Нужно разработать новые способы получения данных высокой точности относительно геометрических характеристик деталей, данных о химическом составе и микроструктуре материалов.
Особую роль играют НИОКР по разработке групп технологических операций, подтверждающих правильность выбора нового материала, основанных на расчетных и экспериментальных методиках. После проведения серии НИОКР необходимо провести технологическую подготовку производства, обеспечивающего изготовление детали-аналога, обладающей требуемыми функциональными характеристиками. Поскольку на проведение перечисленных работ требуются значительные временные и финансовые затраты, то практически всегда выбирался способ закупки уже готового зарубежного изделия.
- В каких сферах этот вид разработки продукта, по Вашему мнению, имеет наибольшие перспективы? Есть ли у Вас проекты в таких сферах?
В настоящее время обратное проектирование особенно востребовано со стороны энергомашиностроительных и ремонтных предприятий, а также генерирующих компаний, занимающихся производством, обслуживанием, ремонтом и эксплуатацией газотурбинной техники.
Одним из примеров успешно реализованных проектов в области обратного проектирования является проект, посвященный реверс-инжинирингу высокотемпературной лопатки газовой турбины фирмы Siemens SGT 600 (Соглашение о предоставлении субсидии №14.577.21.0210 от 28.09.2016 Минобрнауки России). В рамках выполненного проекта с помощью методов сканирования и компьютерной томографии была получена внешняя и внутренняя геометрия базовой охлаждаемой лопатки. На основе разработанной модели лопатки было проведено численное моделирование протекающей в ней физических процессов и интегрирование новых запатентованных в России решений по увеличению эффективности системы охлаждения лопатки. Для проверки работоспособности усовершенствованной конструкции был создан экспериментальный комплекс, обеспечивающий проведение испытаний отдельных элементов системы охлаждения лопатки, а также всей ее конструкции путем испытаний экспериментальных образцов, изготовленных по аддитивной технологии. Таким образом, результаты численных и экспериментальных исследований усовершенствованной лопатки, полученной на основе зарубежного аналога, позволили в последующем разработать на ее основе рабочую конструкторскую документацию.
В ближайшие три года на цели повышения уровня технологической независимости России и поддержку научно-исследовательских конструкторских работ в рамках программы планируется направить 3,6 млрд рублей. Согласно Постановлению Правительства РФ от 18 февраля 2022 года №208, гранты будут выданы инжиниринговым центрам, ведущим с нуля разработки конструкторской документации комплектующих, необходимых для организации собственного серийного производства изделий, потребность которых на данный момент покрывается за счет импорта. Максимальный размер гранта, на который может претендовать центр, составит 100 млн рублей и будет предоставлен на двухлетний период. Приоритет финансирования будет отдан проектам по созданию отечественных аналогов оборудования, материалов и запасных частей для нефтегазового, энергетического и тяжёлого машиностроения, а также станкоинструментальной, химической, медицинской и фармацевтической промышленности. Конкурсный отбор проектов и распределение грантов проводится на площадке Агентства по технологическому развитию.
Пресс-центр проекта "Инжиниринг и инновации"
