Лабораторный практикум

Раздел 1. Дидактика инновационного практикума

критические технологии, базовые, проектные, перспективные и директивные технологические процессы) реализуют в виде комплектов рабочей технологической документации.

На этапах эксплуатации новой авиационной техники высокие тактико-технические характеристики, качество, технический уровень, эффективность и конкурентоспособность поддерживают путем использования современных ремонтных технологических процессов, технологий регламентных работ и технического обслуживания авиационной техники, а также использования технологий утилизации авиационной техники, которая отработала свой ресурс.

Современные авиационные двигатели являются сложными техническими системами, которые способны производить только наиболее развитые в научно-техническом плане государства. К авиационному двигателю предъявляют весьма жесткие технические требования не только по тяге или мощности, надежности и долговечности, но и по возможностям использования в альтернативных технологиях (технологиях двойного назначения, инновационных технологиях), например, для использования в проектах газоперекачивающих станций, электростанций, судовых двигателей и энергоустановок экранопланов. В настоящее время создать современный авиационный двигатель без применения методов науки, новейших конструкционных материалов и высоких (критических) технологий не представляется возможным. Проектирование авиационного двигателя, как правило, ведется на пределе научно-технических возможностей государства, оно требует больших затрат инвестиционных, инновационных, трудовых и материальных ресурсов.

В плане сказанного в ходе выполнения курсовой работы студент должен на основе исследования закономерностей развития авиационных двигателей сформулировать основные технологические проблемы разработки двигателей, сформировать базу данных по высоким технологиям авиадвигателестроения и презентовать по согласованию с консультантом одну из высоких или критических технологий, обеспечивающую создание нового авиационного двигателя.

При выполнении курсовой работы студент должен иметь ввиду, что приоритетными направлениями НИР в области создания критических технологий для авиадвигателестроения в настоящее время рассматривают:

−разработку высокотемпературных материалов с теплозащитными покрытиями и технологий получения из них заготовок и деталей;

−технологии испытаний изделий перспективных концепций;

−технологии управления интеллектуальным двигателем;

−разработку высокоточных и вероятностных методов моделирования, проектирования и прогнозирования ресурса и

−НИР по обеспечению технологическими средствами термодинамического совершенства двигателя, объемной теплонапряженности

51

Раздел 1. Дидактика инновационного практикума

камер сгорания, повышения рабочей температуры газа в турбинах, повышения эффективности охлаждения и теплозащиты горячих элементов конструкций, обеспечения газодинамического совершенства и нагруженности компрессоров и турбин, снижения массы и объема, использования принципиально новых металлических и композиционных материалов, обеспечения эксплуатационной надежности и безопасности.

***

1.3.5. Формирование профессиональных компетенций при выполнении студентом контролируемой самостоятельной работы

Учебные планы и программы по всем направлениям и специальностям высшего профессионального образования предусматривают организацию самостоятельной работы студентов (далее СРС). Самостоятельная работа студентов, таким образом, является важной составляющей профессиональной подготовки выпускников.

Целями самостоятельной работы студента является формирование профессиональных инновационных компетенций специалиста (бакалавра, магистра техники и технологии) при самостоятельном изучении учебников и учебных пособий по инноватике, научных статей, патентов по инновационным технологиям (способам, устройствам, материалам), промышленных образцов при посещени выставок.

Задачами самостоятельной работы студентов являются формирование знаний и умений:

−на основе заданных алгоритмов инновационной деятельности;

−воспроизведения по памяти усвоенной информации;

−эвристического решения нетиповых задач;

−исследовательской деятельности путем выполнения

творческих заданий.

Источниками информации при выполнении студентами указанных видов самостоятельной работы могут выступать:

−печатные материалы;

−материалы на электронных носителях;

−визуально-графические материалы;

52

Раздел 1. Дидактика инновационного практикума

−результаты экспериментальной работы;

−результаты НИР технологического профиля в машино-

строении (за исключением материалов, которые имеют специальные грифы конфиденциальности или секретности).

***

Справочные данные. При изучении студентами высоких и критических технологий машиностроительного профиля студентам рекомендуется подробно изучить следующие высокие и критические технологии производственного назначения.

Критические технологии:

1)Производственные технологии (Прецизионные и нанометрические технологии обработки, сборки, контроля. Технологии на основе сверхпроводимости. Мехатронные технологии. Лазерные и электронно-ионно-плазменные технологии).

2)Новые материалы (Технологические совмещаемые модули для металлургических мини-производств. Керамические и стекломатериалы. Полимеры и композиты. Металлы и сплавы со специальными свойствами. Синтетические сверхтвердые материалы. Материалы для микро- и наноэлектроники).

3)Технологии транспорта (Экологически чистый и высокоскоростной наземный транспорт. Транспортные и судостроительные технологии освоения пространств и ресурсов мирового океана. Безопасность движения, управление транспортом, интермодальные перевозки и логистические системы).

4)Космические технологии (Авиационная и ракетно-космическая техника с использованием новых технических решений. Технологии высокоточной навигации и управления движением. Космические технологии).

5)Информационно-телекоммуникационные технологии и электроника

(Высокопроизводительные вычислительные системы. Компьютерное моделирование. Искусственный интеллект. Информационная интеграция и системная поддержка жизненного цикла продукции (САD-, САМ-, САЕ-, CALS-технологии). Информационнотелекоммуникационные системы. Распознавание образов и анализ изображений. Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров. Опто-, радио- и акустоэлектроника, оптическая и СВЧ-связь ).

Этот перечень не является каноническим, он постоянно пополняется как на федеральном уровне, так и критическими технологиями субъектов Российской Федерации, например, технологии:

−газотурбинных процессов трансформации природного газа в электрическую и тепловую энергию;

53

Раздел 1. Дидактика инновационного практикума

−мониторинга природно-техногенной сферы;

−биосовместимых материалов;

−обеспечения безопасности пищевых продуктов функционального назначения;

−освоения углеводородов континентального шельфа;

−трубопроводного транспорта угольной суспензии и т.д.

Высокие технологии, используемые в проектах технического перевооружения производства:

а) технологии композиционных материалов – технологии биметаллов,

термодиффузионного сращивания деталей, изготовления углеродуглеродных композиционных материалов, композитов, например, на основе стекловолокна и полипропилена и т.д.;

б) технологии литейного производства (литья под низким давлением,

получения высокоточных отливок в формы на основе электрокорунда, литья под регулируемым давлением, технологии жидкой штамповки, технологии литья в графитовые и керамические формы, литья под электромагнитным давлением, литья методом направленной кристаллизации, литья выжиманием, литья в вакуумированные прессформы, плазменно-индукционной плавки, электронно-лучевой плавки, литья в вакуумно-пленочные формы, литья в замороженные формы и т.д.);

в) технологии обработки давлением (взрывная штамповка,

электровысадка, изотермическая штамповка в режиме сверхпластичности, сферодвижная штамповка обкатыванием, штамповка на термопрессах, электрогидравлическая штамповка, высокоточные порошковые технологии на пресс-автоматах);

г) базовые технологии изготовления изделий: технологии бесплазовой увязки деталей и технологической оснастки летательных аппаратов; технологии производства длинномерных трубных деталей на основе радиальной ковки, вакуумного ионно-плазменного азотирования, нанесения эрозионностойких покрытий магнетронным способом;

д) технологии высокоскоростной обработки, обеспечивающие многократное увеличение производственных мощностей предприятий (например, высокоскоростной: лазерной и гидроабразивной резки заготовок, обработки металлов резанием, термообработки, химикотермической обработки и гомогенизирующего отжига в условиях низкочастотных акустических воздействий, химико-термической обработки отливок в жидкофазовом состоянии, химико-термической обработки в условиях энергетической поляризации, ультразвукового и электрических полей, с использованием реагентосодержащих шаржированных материалов, лазерной химико-термической обработки; скоростного: нанесения износостойких металлофторуглеродных покрытий в условиях ультразвуковых воздействий, термодеформационного борирования, глубинного шлифования, плавки металлов);

54

Раздел 1. Дидактика инновационного практикума

е) технологии механообработки деталей – лазерные технологии

(резки, перфорации, электронно-лучевые технологии, лазерное маркирование, лазерное скрайбирование), ультразвуковые технологии (размерной обработки, алмазного сверления, магнито-абразивной обработки), высокоскоростной обработки резанием, электрообработки (электроэрозионная, электроконтактное резание, электромеханическая обработка, электрохимическая обработка) труднообрабатываемых металлов и сплавов, технологии термоэнергетического и ультразвукового удаления заусенцев; технологии деформационно-режущей механической обработки;

ж) технологии высокоавтоматизированной обработки

(роботизированные технологии, технологии гибких производственных систем, интегрированного, интеллектуального («умного») производства, технологии обработки на роторных автоматических линиях и роторноконвейерных комплексах, автоматических линиях, станках-автоматах, многооперационных станках и т.д.);

з) технологии термической и химико-термической обработки и

упрочнения деталей (газовые ионные процессы азотирования, нанесения многослойных газотермических покрытий, вакуумного напыления, осаждения покрытий в электростатическом поле из газовой фазы, технологии акустического старения металлов, технологии ионноплазменной обработки, в т.ч. ионно-вакуумное азотирование, ионновакуумная цементация, ионная имплантация, ионное легирование, технологии малодеформационной закалки, в т.ч. в водорастворимых неионогенных полимерах высокомолекулярных изокислот, импульсная управляемая закалка с охлаждением в магнитных жидкостях и т.д.);

и) технологии контроля и испытаний (технологии неразру-

шающего контроля на основе акустической эмиссии и эффекта магнитоупругости, технологии контроля на координатно-измерительных машинах, лазерного контроля технологического процесса сборки, например, лопаточных решеток газотурбинных двигателей; технологии автоматизированного контроля).

В условиях комплексного использования и разработки названных технологий для развития инновационной деятельности и обеспечения конкурентоспособности машиностроения, например, новой авиационной техники решающее значение имеет этап обоснования технологической готовности к созданию двигателей нового поколения, который предопределяет разработку проектных, перспективных, директивных, высоких, критических и базовых технологий. Базовые технологии (процессы, материалы, конструкционные компоненты, устройства, методы или способы их создания) – это научно-технологическая основа для разработки узловых технологий нового двигателя или демонстрационного газогенератора, в том числе вентилятора, компрессора, камеры сгорания, турбины, форсажной камеры, управляемого или регулируемого

55

Раздел 1. Дидактика инновационного практикума

реактивного сопла, агрегатов и/или коробки привода агрегатов, систем автоматического управления. Недостаточное внимание к выполнению этапа обоснования технологической готовности к созданию авиационных двигателей имеет следствием существенное увеличение научнотехнических рисков инновационных проектов разработки новой техники.

***

1.3.6. Комплексное освоение профессиональных компетенций дисциплин инновационного профиля

Осуществление предложенных методик освоения инновационных образовательных технологий позволяет перейти к инновационным образовательным программам высшего профессионального образования, обеспечить подготовку специалистов, способных создавать конкурентоспособную на внешних и внутренних рынках продукцию и ставить на производство технику новых поколений.

Разработка названных инновационных проектов и формирования «человеческого капитала» будет способствовать становлению конкурентоспособной инновационной экономики России на основе подготовки конкурентоспособного персонала.

Опыт выполнения в Уфимском государственном авиационном техническом университете проекта данного направления совершенствования учебного процесса подтверждает сказанное и позволяет быть уверенными в успехе.

56

Раздел II. Теория инновационной деятельности

Раздел II. ТЕОРИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Инновация – происходит от латинского термина «innovatio», который переводится как «возобновление» или «перемена». Принято считать, что термин «innovatio» является синонимом русского слова «нововведение». В настоящее время под этим технико-экономическим понятием подразумевают новую технику, технологии и услуги, которые являются результатом научно-технического прогресса, развития изобретательства и других видов научно-технического творчества, а также вложение средств, которое обеспечивает смену поколений техники и технологии. Другими словами инновация (нововведение) – это конечный результат инновационной деятельности, воплощенный в виде новой или усовершенствованной продукции, либо нового или усовершенствованного технологического процесса, предназначенный для использования в гражданском обороте с целью получения прибыли и/или достижения иного полезного эффекта.

Инноватика – это наука (отрасль, направление науки) о формировании и распространении новшеств на основе целенаправленной организации инновационной деятельности. Инноватика – это не только особая отрасль науки, но и ее инструмент, который обеспечивает превращение всех фундаментальных и прикладных наук в действенную производительную силу общества. С помощью инноватики наука оказывает прямое воздействие на все сферы человеческой деятельности в единой цепочке преобразования научных знаний в определенные ценности: фундаментальные исследования→ поисковые НИР→прикладные НИР→ прикладные НИОКР→ технологии→ производство→рыночная реализация. Период времени между появлением новшества на любом из этих этапов и воплощением его в нововведение (инновацию) называется инновационным лагом, завершающую фазу которого, т.е. процесс введения новшества на рынок, принято называть процессом коммерциализации.

Инновационная деятельность включает:

1)выполнение научно-исследовательских, опытно-конструк- торских или опытно-технологических работ по созданию инновационной продукции, в том числе новых или

57

Раздел II. Теория инновационной деятельности

усовершенствованных технологических процессов, предназначенных для практического применения;

2)деятельность по продвижению инновационной продукции на внутренний и мировой рынки;

3)технологическое переоснащение (техническое перевооружение) и подготовку производства для выпуска инновационной продукции, внедрения нового или усовершенствованного технологического процесса;

4)осуществление испытаний инновационной продукции, нового или усовершенствованного технологического процесса;

5)выпуск инновационной продукции, применение нового или усовершенствованного технологического процесса;

6)подготовку, переподготовку и повышение квалификации кадров для осуществления инновационной деятельности;

7)деятельность по проведению экспертиз, оказанию консультационных, информационных, юридических и иных услуг по созданию и (или) практическому применению инновационной продукции, нового или усовершенствованного технологического процесса и иные виды деятельности, направленные на создание инноваций и введение их в гражданский оборот.

Инновационная деятельность в настоящее время осуществляется в рамках различных, созданных человеком инновационных систем: инновационной системы государства, его региона, отрасли промышленности и предприятий (организаций).

Теория инновационной деятельности, как и любая научная теория, представляет собой систему руководящих идей, которые в рассматриваемой области научного знания основываются на фундаментальных законах и закономерностях развития техники и технологий. В этой связи, в комплексе лабораторных занятий данного раздела практикума в первую очередь рассматриваются научные законы инноватики:

1)закон смены поколений техники и технологии;

2)закон эволюционного развития нововведений;

3)закон распространения инноваций;

4)закон смены технологических укладов.

Рассмотрим названные научные законы инноватики более подробно.

58

Раздел II. Теория инновационной деятельности

Лабораторное занятие № 2.1

Тема: Исследование сигмоидальных закономерностей смены поколений техники и технологий

Содержание

Введение 1.Теоретическая часть.

2.Описание используемых программных комплексов

3.Задание

4.Методика выполнения задания

5.Контрольные вопросы

6.Требования к отчету

7.Критерий оценки результатов

Список литературы

Введение

Объектом исследования является закон смены поколений техники и технологий.

Предметом исследования являются закономерности и математические модели развития и смены поколений самолетов и авиационных двигателей.

Методы исследования – методы математического моделирования.

Цель исследования – определение математических моделей для анализа закономерностей смены поколений техники и технологий на примерах авиационной техники.

Задачи исследования:

1)изучение закономерностей смены поколений самолетовистребителей;

2)построение линий регрессий развития самолетовистребителей и авиационных двигателей в системе MS Excel

2007.

59

Раздел II. Теория инновационной деятельности

1.Теоретическая часть

Доминирующим фактором современного этапа развития промышленного производства являются технологические сдвиги, т.е. переходы к технике или технологии нового поколения путем разработки «критических технологий», которые позволяют перейти на новые S-образные (сигмоидальные1) кривые развития.

Кроме того, из теории инновационной деятельности известно [1, 2], что начало жизненного цикла любой инновации – это разработка новой технологии. Только после этого рассматриваются остальные фазы жизненного цикла инноваций:

−проектирование нового изделия, обеспечивающего эту технологию;

−освоение (инновация) разработанного изделия в производстве;

−диффузия (проникновение) новых изделий на рынок;

−преодоление кризисной ситуации, которая связана с освоением нового изделия (товара) и новых технологий.

Рассмотрим сказанное на примере моделирования развития авиационной техники и технологий2.

Одним из основных научных законов инноватики является закон смены поколений техники и технологий3, т. е. изменения принципа действия (выполнения) технологической, энергетической и информационно-управляющей функции данного поколения техники или технологии для обеспечения роста их конкурентоспособности. Он гласит: «Для обеспечения долговечности и/или конкурентоспособности технических

1Шипачев В.С. Высшая математика. Учебник для вузов. – 5- е изд., стер. – М.: Высшая школа. 2011. – 479 с.

2Селиванов С. Г., Поезжалова С. Н. Инновационные закономерности развития авиационной техники и технологий / Инновации. 2009..№02 (124), февраль. С.63–70.

3Селиванов С. Г., Гузаиров М. Б., Кутин А. А. Инноватика. Учеб.для вузов. М.: Машиностроение, 2008. 721 с.

60