Инноватика

Глава 6. Закон смены поколений техники и технологии

c)поиска других (неавиационных) областей применения авиационных реактивных двигателей на кораблях, экранопланах, в составе газоперекачивающих станций, электростанций и т.д.

S-образная кривая развития авиационной техники, характеризующейся

реализацией новой функции (технологии) вертикального взлета и посадки, приведена на рис. 6.6. На полученной кривой имеются четыре участка, соответствующие стадиям зарождения, интенсивного и дефлирующего развития.

Первый участок такой локальной S-образной кривой содержит переходные модели самолетов-истребителей, положивших начало функции вертикального взлета и посадки, это отечественный истребитель Як-36 и зарубежный Harrier, работающий на турбовентиляторном двигателе. Далее следует период интенсивного развития данного типа самолетов до достижения точки перегиба (рис. 6.6), затем берет начало дефлирующее развитие, заканчивающееся в 1987 г. созданием сверхзвукового самолета Як-141, после чего наблюдается период перехода в нашей стране к «застою» развития данной техники, соответствующий участку S-образной закономерности.

Наилучшим по техническому уровню среди самолетов данного типа (технологии применения) в настоящее время считается самолет-истребитель вертикального взлета, который положил начало пятому поколению данного типа машин – это F-35 (США), имеющий максимальную скорость полета 1930 км/ч. Он осуществил свой первый полет в 2006 г. (рис. 6.11).

Анализ развития многофункциональных самолетов-истребителей (истребителей-бомбардировщиков) можно отсчитывать либо от немецкого самолета Ме-262, либо от отечественного самолета Як-27 , на котором впервые осуществлено управление направлением вектора тяги (рис. 6.7). Таким образом, на S-образной кривой многофункциональных и высокоманевренных самолетовистребителей (истребителей-бомбардировщиков) также можно показать 5 участков (периодов) их развития с учетом переходных моделей многофункциональных реактивных самолетов-истребителей.

Первый участок S-образной кривой в связи со сказанным содержит точку, характеризующую появление первого многофункционального самолетаистребителя (истребителя-бомбардировщика) Ме-262. К переходным самолетам данного типа можно отнести также отечественные Як-25 и Як-27. Период интенсивного развития данного поколения имел место до середины 50-х гг. (рис.6.7), затем наблюдается начало дефлирующего развития, заканчивающееся созданием истребителя-бомбардировщика Су-17 (1966 г.) и МиГ-23 (1967 г.) и их модификаций с изменяемой геометрией крыла13 для улучшения взлетнопосадочных характеристик.

13 Так называемые самолеты-истребители и истребители-бомбардировщики третьего поколения.

141

Раздел 2. ЗАКОНЫ ИННОВАТИКИ

4

		5
3

2

1

Рис.6.6. Кривая развития самолетов-истребителей вертикального взлета и посадки

После этого периода на вооружение были поставлены многие современные многофункциональные и высокоманевренные самолеты четвертого поколения Су-27, МиГ-29ОВТ, Су-35 и появился первый образец самолета пятого поколения – это F-22 (Raptor, США). В настоящее время отмечается переход к периоду застоя в развитии данного типа авиационной техники, что характерно для перехода к 5 поколению развития техники на

данной S-образной закономерности.
Истребители-перехватчики		«параллельно» с новыми		S-образными
кривыми для	самолетов вертикального взлета/посадки		и	для высоко-
маневренных	многофункциональных самолетов-истребителей			(истребителей-

142

Глава 6. Закон смены поколений техники и технологии

бомбардировщиков) продолжали развиваться по своей S-образной закономерности от точки перегиба (самолет МиГ-21, рис.6.10) путем повышения скорости, дальности и предельного потолка полета. В этом ряду появились такие машины как Су-15, Миг-25, МиГ-31, которые достигли потолка свыше 20 км (рекорд 37 650 м. для МиГ-25 в 1977 г. ) и максимальной скорости на высоте до 3000 км/час.

5

4

3

2

1

Рис.6.7. Кривая развития многофункциональных высокоманевренных самолетов-истребителей (истребителей-бомбардировщиков)

В настоящее время, также как и для других S-образных кривых в данном случае, также наблюдается период застоя в развитии данной техники. По результатам аналитического обзора авиационной техники на сегодняшний день

143

Раздел 2. ЗАКОНЫ ИННОВАТИКИ

одним из лучших в данном типе истребителей-перехватчиков по параметру технического уровня является высотный истребитель МиГ-35, имеющий максимальную скорость полета 2970 км/ч (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Высотный истребитель 5-ого поколения МиГ-35

***

Приведенный выше краткий обзор закономерностей развития авиационной техники (самолетов-истребителей) можно проиллюстрировать в обобщенном виде на рис. 6.9. Приведенные на этом рисунке S-образные кривые развития обобщают (объединяют) множество точек, каждая из которых соответствует той или иной модели самолета-истребителя конкретного поколения и конкретной технологии применения. За рубежом это могут быть, например, технологии:

−STEALTH TECHNOLOGY 14 – технология производства военных самолетов, обеспечивающая пониженную радиолокационную, инфракрасную, оптическую и акустическую заметность летательных аппаратов;

−STOVL15 – в этом случае самолет сможет взлетать вертикально или с укороченной взлетно-посадочной полосы и садиться вертикально.

14Stealth – скрытность.

15Short Take-Off Vertical Landing.

144

Глава 6. Закон смены поколений техники и технологии

Рис. 6.9. Обобщенные S-образные закономерности смены поколений реактивных самолетов-истребителей

Уравнения регрессии для данных сверхзвуковых самолетовистребителей имеют следующий вид:

145

Раздел 2. ЗАКОНЫ ИННОВАТИКИ

− сверхзвуковые истребители-перехватчики:
V(t)=700*arctg(t-1955)+2080,	(6.9)
R2=0,9971;
− самолеты-истребители вертикального взлета и посадки:
V(t)=325*arctg(t-1984)+1410,	(6.10)
R2=0,9996;

−многофункциональные высокоманевренные истребители (истребители-бомбардировщики):

V(t)=480*arctg(t-1962)+1790,		(6.11)
R2=0,9990.
На рис.	6.10–6.11 приведены	примеры отечественных
сверхзвуковых	истребителей различных поколений, а также

самолеты-истребители 5-го поколения ВВС и ВМС США.

а)

б)

в)

Рис.6.10. Примеры отечественных сверхзвуковых самолетов-истребителей различных поколений: а) МиГ-21; б) МиГ-31; в) Су-27.

а)

б)

Рис. 6.11. Самолеты-истребители пятого поколения ВВС и ВМС США:

а) F-22; б) F-35

Из анализа приведенных S-образных кривых смены поколений авиационной техники можно сделать выводы о необходимости

146

Глава 6. Закон смены поколений техники и технологии

выполнения НИОКР для разработки принципиально новых конструкций авиационной техники рассматриваемого назначения, основанных на принципиально новых технологиях ее применения, так как научно-технический потенциал принципиального совершенствования рассмотренных образцов техники и технологий в настоящее время исчерпан.

В авиации в настоящее время наиболее перспективным направлением НИОКР, обеспечивающим дальнейший прогресс, является создание не только новых самолетов и двигателей, но и новых систем управления самолетами и двигателями с помощью средств искусственного интеллекта в целях создания беспилотных гиперзвуковых самолетов. Это связано с тем, что развитие пилотируемых самолетов-истребителей только за счет совершенствования аэродинамики и энергетики двигателей достигло своего предела как в нашей стране, так и за рубежом.

6.3. Закономерности смены поколений технологического оборудования

Постановка на производство любой новой модификации изделия или смена поколений техники, например самолетов, имеет следствием необходимость технологического перевооружения производства данной продукции. Это обстоятельство связано, как правило, с необходимостью технологического обеспечения новых качественных свойств изделий и преодолением возникающей разбалансировки производственных мощностей предприятий, производящих данную технику (изделие, продукцию, товар, материалы, вещества). Технологическое перевооружение производства, также как смена поколений техники, подчиняется научным закономерностям развития технологий, путем их использования при создании не только директивных и перспективных технологических процессов, как это практиковалось ранее в нашей стране, но и разработки других – высоких и критических технологий мирового уровня, обеспечивающих конкурентоспособность предприятий.

В машино- и приборостроении из всего многообразия производственных «критических технологий» главными, как выше уже было отмечено, в настоящее время становятся: мехатронные технологии; прецизионные и нанометрические технологии обработки,

147

Раздел 2. ЗАКОНЫ ИННОВАТИКИ

сборки, контроля; лазерные и электронно-ионно-плазменные технологии; технологии полимеров и композитов, технологии металлов и сплавов со специальными свойствами и некоторые другие. Внедрение именно этих технологий чаще всего обеспечивает смену поколений техники и технологий.

Рассмотрим в связи со сказанным более подробно закономерности развития мехатронных технологий и осуществления с их помощью технологического перевооружения машиностроительного производства в целях формирования новых технологических укладов промышленного производства. При этом следует иметь в виду, что в производстве технологического оборудования в нашей стране до недавнего времени не было принято выделять новые поколения техники и технологии. В станкостроении чаще вели речь о смене гаммы станков; замене их на оборудование повышенной, высокой, особо высокой точности или на особо точные станки; о внедрении автоматов и полуавтоматов; о модернизации станков и других нововведениях. Вместе с тем технологическое оборудование, равно как и другие изделия новой техники, развивалось в полном соответствии с объективными научными законами инноватики.

Проиллюстрируем сказанное путем построения S-образных закономерностей развития токарных станков (рис. 6.12)16. Для изучения таких закономерностей рассмотрим вначале особенности динамики развития токарных станков в плане замены их на токарные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) и мехатронные станки того же назначения.

Анализируя динамику развития токарных станков на начальных стадиях жизненного цикла развития мехатроники, важно отметить следующее:

−вначале произошла замена универсальных станков на станки с ЧПУ, которые работали в сочетании с внешней электронной вычислительной машиной (ЭВМ) и интерполятором, используемым в целях разработки программ для управления станком с ЧПУ с индивидуального пульта управления таким оборудованием с помощью магнитной ленты или перфоленты;

16 Селиванов С. Г., Асеев В. С., Гмызова О. Л., Магасумов В. М. Инновационные закономерности подготовки производства оборудования с ЧПУ и мехатронных станков. // Вклад науки Республики Башкортостан в реальный сектор экономики. Уфа: Минпром РБ

2003. С.151–155.

148

Глава 6. Закон смены поколений техники и технологии

− впоследствии произошла замена токарных станков с ЧПУ на мехатронные токарные станки со встроенной ЭВМ, в том числе с адаптивными системами управления.

Главным критерием технического уровня в рассматриваемом случае был фактор производительности, который определяется максимально возможным диапазоном регулирования скоростей привода главного движения по частоте вращения шпинделя (nmax об/мин или мин-1).

3

2

1

Рис.6.12. S-образные закономерности смены поколений токарных станков:

1 – универсальные токарные станки, работающие преимущественно по силовой схеме резания;

2 – быстроходные токарные универсальные станки; 3 – станки с ЧПУ и мехатронные токарные станки. t, годы (0 – 1950 г; 10 – 1960 г.; 20 – 1970 г.;

30 –1980 г.; 40 – 1990 г.; 50 – 2000 г.).

Примечание: в 7 ряду в 2003 году был только один станок следующего поколения

149

Раздел 2. ЗАКОНЫ ИННОВАТИКИ

Технологические сдвиги (технологические прорывы в S-образных кривых смены техники и технологий) с изменением принципа действия станков стали возможны при переходе к токарным станкам с ЧПУ и мехатронным станкам (S-образная кривая 3 на рис. 6.12). Такой переход, как видно из рисунка, обеспечивает возможности многократного роста производительности механообработки. Он ориентирован на необходимость обеспечения конкурентоспособности анализируемого технологического оборудования не столько за счет снижения цены в сравнении с зарубежными станками-аналогами, сколько за счет опережающего повышения качества и технического уровня современных станков: сочетания высокой точности, мощности, скорости и совершенства системы управления.

Немаловажными при решении задач опережающего роста качества и технического уровня металлорежущих станков являются не только названные выше главные показатели назначения технологического оборудования, но и другие факторы:

−параметры надежности и долговечности, например, величина вероятности безотказной работы, коэффициент технического использования оборудования и другие критерии, используемые в процессе контроля надежности с целью сертификации качества конструкции изделия;

−эргономические критерии качества, учет экологических требований, анализ результатов художественного конструирования17.

Из полученных S-образных зависимостей для токарных металлорежущих станков можно сделать ряд выводов:

−токарные станки в своем развитии, так же как и другие машины (энергетические машины, авиационные двигатели, самолеты, сельскохозяйственные машины), прошли определенные этапы смены поколений техники и технологии;

17 Так, анализ эргономических свойств предполагает оценку антропометрических данных, обеспечивающих безопасность, ремонтопригодность и удобство обслуживания; общие задачи эргономики предполагают рациональное разделение функций между машиной и оператором, выработку принципов создания системы «человек– машина– среда»; более подробному исследованию и анализу эргономических свойств служит соматография, т.е. анализ рабочих поз, рабочих движений и пропорций человеческого тела; высокому качеству изделия способствует его проектирование с учетом оценок биомеханических и физиологогигиенических требований к технологическому оборудованию, анализ композиции изделия, его эстетического уровня, оценки цветового и художественного оформления.

150