Ученые ЮУрГУ совместно с одним из предприятий города создали оснащение стенда для испытания изделий космической, строительной и нефтегазовой промышленности на прочность, сейсмическую устойчивость и другие нагрузки. В основе стенда — полностью импортозамещенный гидропривод, который сейчас производится на Южном Урале.
На радио «Комсомольская правда» — Челябинск» (95,3 FM) доктор технических наук, профессор ЮУрГУ Дмитрий Ардашев рассказал, как его разработка помогла заменить импортные комплектующие и как сложилось сотрудничество с промышленным предприятием.
Программа «Такая наука» посвящена научным достижениям южно-уральских ученых. Ведущая — доктор филологических наук Анна Таскаева.
— Начнем с главного: зачем нужны гидроприводы и что такое следящий гидропривод? Люди, далекие от техники, представляют себе гидравлику разве что в экскаваторе. Почему без них не может обойтись, скажем, космическая отрасль или строительство?
— Особенность следящего гидропривода заключается в том, что он оснащен специальными датчиками, которые следят за его состоянием, поскольку это очень наукоемкое и дорогостоящее изделие.
Вы правильно сказали, что гидроприводы окружают нас практически в любом механизме, где нужно что-то поднимать или перемещать. Кроме экскаватора можно привести в пример двери в троллейбусе, в автобусе могут быть пневмоприводы. То есть гидро — это когда используется жидкость, пневмо — это воздух.
Гидроприводы, которые мы разработали совместно с челябинским предприятием, отличаются особенностью конструкции. За счет гидростатических подшипников — это такая деталь, которая позволяет исключить контакт трущихся деталей — металл с металлом не соприкасается. Между металлическими деталями всегда находится масляный клин, масляная жидкость. За счет этой особенности гидроприводы выдерживают 100 млн возвратно-поступательных движений штока поршня.
Если сравнивать с традиционным гидроприводом, это бесконечность для него. Бесконечность! Металл, масло, металл — износ равен нулю. В традиционном гидроприводе всегда есть контакт металла с резиновым уплотнением либо металла с металлом, что-то шоркается, что-то изнашивается. В условиях, когда нужно сделать 100 млн движений, обычный гидропривод быстро выйдет из строя.
Основное предназначение — производство испытательных стендов для космической техники, строительных сооружений, военной техники. Например, строительные конструкции могут испытываться на виброустойчивость. Если нужно очень-очень долго потрясти что-то очень-очень тяжелое (типа части ракеты или фермы моста), — это к нам.
— До 2021 года гидропривод был на 100% импортного производства. Это означало полную зависимость от зарубежных поставок. Насколько критичной была эта ситуация для отечественных испытательных стендов?
— Предприятие, с которым мы работаем, на много лет было связано контрактными договоренностями с зарубежными партнерами по поставке и обслуживанию подобных гидроприводов. Постепенно партнеры стали не просто прекращать поставки нового оборудования, но и отказываться от действующих контрактов, перестали обслуживать их. Прекратились поставки жидкости, комплектующих, обновления софта. Началось это примерно в 2020-2021 году, становилось все хуже и хуже.
Но предприятия не находились в спячке. Они понимали, что рано или поздно нужно выходить на полный цикл всех комплектующих для своих стендов. Наработки лежали у них в шкафу. Они перманентно возвращались к этой задаче, проектировали, находили новшества в мировой науке и технике. К нам они уже пришли с идеей. Если бы они не сделали этот шаг в нашу сторону, а мы в их сторону, сейчас бы производство остановилось, потому что никаких поставок нет.
Грубо говоря, нам положили папку на стол и сказали: «У нас есть наработки, но нет компетенций по некоторым задачам. Давайте найдем финансирование, давайте найдем людей, организуем проект и запустим производство».
— Как возникает такое сотрудничество с предприятием? В умах многих людей ученый — в лаборатории, за компьютером, на конференциях, а производство — само по себе. Это же сейчас главная государственная задача — соединить науку и производство.
— Здесь два аспекта. Первый: со стороны предприятия был четкий запрос, они лучше нас видели конъюнктуру всего горизонта, что происходит на рынке гидроаппаратуры, и вовремя подошли к нам. А с другой стороны, вузы уже давно ориентированы на то, что науку надо продавать. Эти два обстоятельства как никогда хорошо слились в одну точку в одно время.
— Вы работаете уже восемь лет. В науке часто бывает: грант закончился — все разбежались, а вы продолжаете. В чем секрет?
— Гидропривод — это многокомпонентный элемент испытательного стенда. В нем, мне кажется, можно найти еще проектов пять-шесть. В 2021 году мы освоили один компонент — гидроцилиндр, потом подумали: «А чего бы не попробовать что-то еще?» Подали заявку в Уральский межрегиональный научно-образовательный центр, получили поддержку, сделали два новых датчика. Потом подали заявку по 218-му Постановлению Правительства РФ, сделали электрогидравлический усилитель мощности. И завершающим этапом стала разработка программного обеспечения для управления гидроприводом при поддержке правительства Челябинской области. Секрета какого-то нет — просто есть запросы от предприятия, и мы хорошо выполняем работу. За это время сложилась команда, и как только заканчивался один проект, люди подходили и спрашивали: «Ну, что будем дальше делать?»
— Из чего же состоит гидропривод? Насколько я поняла, есть как минимум три компонента: цилиндр, усилитель и датчик. Что уже разработано, что еще в перспективе и какой из узлов самый сложный?
— К настоящему моменту разработана конструкция и освоено производство гидроцилиндра — это основной компонент. Освоена конструкция и производство двух датчиков положения, которые входят в состав гидропривода. На завершающем этапе были разработаны гидроусилитель для управления и программное обеспечение. Самым сложным был все-таки усилитель мощности. Это последний проект, который был поддержан федеральным бюджетом по 218-му Постановлению, мы выполняли с 2023 по 2025 год. Это как вскочить на подножку уходящего поезда, потому что Постановление больше не работает, поддержки с этой стороны не ожидается. Идей у нас много, ищем другие источники: Российский научный фонд, госзадание, программы Минпромторга.
Сейчас все этапы завершены, продукция выпускается в Челябинске.
— Вы упомянули, что помимо «железа» разрабатываете и программное обеспечение для управления гидроприводом. Какую роль играют «цифровые двойники»?
— Завершающим этапом стала разработка софта. Сейчас без компьютера, ноутбука, планшета, даже смартфона в производстве никуда. Логично было сделать свой софт, потому что иметь свое «железо» и чужое программное обеспечение — это значит никуда не уйти от зависимости. Без обновлений перестают работать протоколы, передача данных. С привлечением кафедры электронных вычислительных машин мы собрали коллектив в 2023 году.
Параллельно с разработкой усилителя мощности мы создавали программное обеспечение. Если что-то менялось в конструкции усилителя, тут же меняли и софт.
— Когда же все-таки случится полное импортозамещение по производству гидроприводов? Можем ли мы уже сейчас говорить, что полностью производим их сами?
— Я думаю, пока нет, потому что продукция не серийная, она требует пусконаладки. Гидроцилиндры уже производятся в нормальных объемах и нормальной мощности. А вот по усилителю мощности, который мы в декабре закончили, и по программному обеспечению еще идут доработки, пусконаладки, внутренние испытания. Предприятие настраивает все под себя и выходит на проектную мощность.