ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЙ, ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ В РАЗЛИЧНЫХ СЕКТОРАХ ЭКОНОМИКИ РОССИИ «КОМПОЗИТНАЯ ОТРАСЛЬ» (НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ИНЖИНИРИНГ) Генеральный 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 Примеры инжиниринговых центров Потребители инжиниринговых услуг Рынки Регуляторы 2

Объективные конкурентные преимущества Принцип «подсветки» доступных сегментов рынка ( принципы организации «композитной отрасли» с целью реализации объективных конкурентных преимуществ композиционных материалов и технологий) Объективные конкурентные преимущества Объёмы финансовых потоков Производство НТЦ Организационно- техническая политика Управляющая компания РЫНОК Научно- техническое управление 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 конструкций на основе композиционных материалов Принцип «подсветки» доступных сегментов рынка СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ: МАССОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ РЫНКОВ: млн.$ Инфраструктура автомобильных и 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- ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛИРЫНКИРЕГУЛЯТОРЫ 1 НКЦ ФГУП «ЦАГИ» (наука отраслевая и госкорпораций), Институты и лаборатории РАН, Межотраслевые, малые НТИЦ (малый и средний бизнес, крупные предприятия), Госкорпорации (…) Крупный бизнес (…) Малый и средний бизнес Отрасли (…) Вертикально интегрированные компании по производственному принципу (Kemrock, …) Федеральный рынок Региональный рынок Рынок общественных услуг Государственные: законодательные научно-техническое управление межотраслевые отраслевые Общественное управление (Cоюзы в т.ч. производителей композитов, ACMA, EuCIA, SAMPE, CMH- 17, …) 2 Отраслевые, например, ОАО «НИАТ», ФГУП "ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова", ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей», … 3 Центры коллективного 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 Центры компетенции, например, AMTAS при University of Washington, CCM при University of Delaware, NIAR при Wichita State University, … Инструменты и потребители инжиниринговых услуг

Введение Примеры инжиниринговых центров НКЦ ФГУП «ЦАГИ» National 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 (МС-21, 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: 2010 Парадигма: Безопасность через эффективность

*Использованы материалы из доклада Boeing «NDE Challenges for composite aircraft» A4A NDT Forum СЕГОДНЯ Поиск дефектов в композитных элементах конструкции ВС ЗАВТРА Поиск 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 вакуумной инфузии 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 из ПКМ Традиционный подход к проектированию авиаконструкций из ПКМ (чёрный алюмимний)

Производственные дефекты Building Block в инновационной постановке Экспертная система прогноза безопасности ProDeCompoS Эксплуатационные факторы Техническое обслуживание и ремонт НКЦ «ЦАГИ»: Прогнозирование «наиболее вероятного состояния КМ» на всех этапах жизненного цикла ВС из ПКМ «Real-time» БД по расчётным характеристикам 11

Экспертная система обеспечения безопасности и эффективности Методология обеспечения безопасности и надёжности с использованием вероятностного подхода Конструктивно-технологические способы повышения эффективности Нормы и процедуры обоснования соответствия НКЦ «ЦАГИ»: Реализация инновационного подхода к сертификации самолёта с композитным крылом 12

Центр коллективного пользования, в который привлекаются одновременно и технологии, и действующие компании, что ускоряет передачу технологий на рынок Год основания: 1996 National Composite Center Dayton, США 13

National Composite Center лаборатории и персонал Общая площадь кв.м. Инжиниринг и производство кв.м. Лаборатории и мастерские5000 кв.м. Офисы и аудитории3000 кв.м. Персонал38 человек Производственные площади Лаборатории Дистанционное обучение 14

УниверситетыПравительство Крупные предприятия 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 Принцип инновационной деятельности NCC 15

Малые компании, созданные в результате коммерциализации технологий в NCC Composite Advantage. Производство крупногабаритных изделий сложной формы методом инфузии или RTM.Composite Advantage Liteflex LLC. Производство композитных лент, которые применяются в автомобилестроении.Liteflex LLC Webcore. Изготовление панелей для инфузии и RTM из пенопласта, оплетенных стекло ровингом и тканью для военного и гражданского примененияWebcore Phoenix Nanosystems. Изготовление углеродных нанотрубок и создание пленок из смолы с добавками нанотрубокPhoenix Nanosystems NСС Производство непрерывных наномембран.NСС 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 внешних воздействий 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 Центр компетенции NASA и FAA в области сертификации композитных авиационных конструкций Центры компетенций: National Institute for Aviation Research (NIAR) при Wichita State University

18 Основные заказчики: Boeing Bell Cytec Hexcel Стандартизация материалов Исследование клеевых соединений Обоснование соответствия нормам безопасности Эксплуатационная живучесть и ресурс Обслуживание перспективных конструкций Центр компетенции FAA в области обеспечения безопасности и сертификации авиаконструкций из композиционных материалов применительно к коммерческим самолетам транспортной категории Центры компетенций: Advanced Materials in Transport Aircraft Structures (AMTAS) при University of Washington

Разработка микро-датчиков для контроля состояния ПКМ в процессе изготовления Разработка систем управления и контроля технологических процессов 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 Центры компетенций: 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 Примеры инжиниринговых центров Потребители инжиниринговых услуг 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 Требования к конструкциям: «Безлюдная» эксплуатация объектов инфраструктуры Энергоэффективность Мобильность и многофункциональность Низкие затраты на транспортировку Экологическая чистота Инновации передового уровня и технологии, не применявшиеся ранее Инновации передового уровня как способ реализации наиболее амбициозных проектов российских отраслей промышленности 21

Потребители услуг инжиниринговых центров, заинтересованные в быстром внедрении своих инноваций в промышленность Быстрый и эффективный путь внедрения инноваций на российском и мировом рынке Растущие мировые рынки Зарубежные компании Российские компании инновации Российские отраслевые программы развития Инжиниринговый Центр Мировые вызовы (экология, энергоэффективность, …) инновации 22

Малый и средний бизнес Конверсия, коммерциализация и диверсификация инновационной деятельности Крупный бизнес Пример взаимодействия крупного и малого бизнеса в условиях несбалансированной (милитаризованной) экономики США Заказы Разработки Освоение крупных, в том числе государственных инвестиций для создания стратегической продукции

Сильные и слабые стороны малого бизнеса СИЛЬНЫЕСЛАБЫЕ Гибкость в управлении и принятии решений Неразвитая материальная база и инфраструктура Инновационный потенциал Отсутствие капитала для инвестирования Высокий уровень мотивации Высокие риски реализации проектов

Введение Примеры инжиниринговых центров Потребители инжиниринговых услуг Рынки Регуляторы 25

Традиционные материалы: воздействие на окружающую среду, вызванное загрязнением во время строительства и обслуживания Бетонная пыль Коррозионное разрушение Защитные химические составы Антиобледенители 26

Традиционные материалы: бурный рост 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 массовому загрязнению окружающей среды 27

Традиционные материалы: воздействие на экономику В 2002 году Федеральное управление автодорог США опубликовало работуЗатраты 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 миллиардов долларов (3.2% от валового внутреннего продукта США ) Коррозионное разрушение моста Silver Bridge, США, Мост обрушился меньше чем за минуту, убив 46 водителей и пассажиров 28

Традиционные материалы: влияние на окружающую среду 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 применявшиеся ранее Критерии массового внедрения композитов в инфраструктуру Композитные конструкции для инфраструктуры, изготавливаемые и обслуживаемые в больших объемах, должны отвечать следующим критериям для обеспечения истинной экологической безопасности: пассивное химическое поведение возможность повторного использования и пригодность к переработке высокие специальные характеристики мобильность и транспортабельность гибкость в свойствах высокая энергоемкость 30

Первичные и вторичные конструкции самолетов и космических кораблей Лопасти ветряных турбин и гондолы За последние 50 лет в нескольких сферах композиты перешли из категорииперспективных и премиум в категорию общепринятых материалов, сопоставимых с металлом и бетоном Рынок композитов: от перспективных до традиционных конструкционных материалов 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 гражданского самолета МС-21 Космос – Технологическая платформа Лёгкие конструкции Нефтегазовый комплекс – Разработка арктических месторождений 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 Примеры инжиниринговых центров Потребители инжиниринговых услуг Рынки Регуляторы государственные регуляторы общественные регуляторы 33

Особые экономические зоны технико-внедренческого типа Бизнес-инкубаторы Центры трансферта технологий Венчурные фонды Инвестиционные фонды Центры коллективного пользования Малый и средний бизнес Государственные регуляторы и экономические инструменты инновационного развития 34

Примеры государственного регулирования в инновационном секторе экономики Правительством Москвы установлена 5% квота закупок инновационной продукции и сформирован ее перечень. В денежном выражении доля инновационной продукции в государственном заказе города Москвы за декабрь-август 2012г. составила почти 55 млрд. руб. В Татарстане для проектов, финансируемых из республиканского бюджета, законодательно введено требование применять не менее 10% нанотехнологической продукции 35

Валидация методов в FAA и EASA и в виде отраслевых технических документов: рекомендаций, инструкций и руководств Общественное управление: ключевая роль сообществ SAE и CMH-17 в сертификации гражданских самолётов в США Обучение персонала методам ремонта и контроля конструкций КМ (SRM) Апробация методов и технических решений на форумах CMH-17 Методы обоснования и установления соответствия требованиям сертификационного базиса Создание методов обоснования в сотрудничество с научно- исследовательскими центрами компетенций 36

Примеры общественных организаций и сообществ, регулирующих деятельность «композитной отрасли» Европейская Ассоциация Композитной Индустрии (Бельгия, Евросоюз) Американская Ассоциация Производителей Композитов (США) Союз Производителей Композитов (Россия), бывший «Союз Производителей Стекловолокна» Общество по Продвижению Разработок в Области Материалов и Технологий (США) 37