Хотите, чтобы в вашем автомобиле кнопка открывания багажника была перенесена из неудобного места под руку, а сиденье двигалось вперед еще на пару сантиметров?
Раньше такое было невозможно - автозаводы очень долго реагировали на желания покупателей. А то и не обращали внимания на просьбы, так как для их выполнения пришлось бы перестраивать весь рабочий процесс.
Однако конструирование машин под индивидуальные потребности заказчиков уже не вчерашний, а сегодняшний день. В автомобильной промышленности все активнее применяется компьютерное моделирование и виртуальные испытания вместо бумажного проектирования и создания физических прототипов, все - от отдельной детали до автомобиля в целом - создается на экране монитора.
Корреспондент "Российской газеты" на собственном опыте убедился в том, что за новыми технологиями для управления жизненным циклом изделия - будущее. И оно уже здесь. Производство гоночных машин для Формулы 1 - один из ярких примеров использования цифровых технологий в автопроме.
Штаб-квартира Red Bull Racing расположена в небольшом английском городке Милтон-Кейнс, где в нескольких корпусах сосредоточены проектный офис, испытательные стенды и производство деталей для болидов.
Снимать на заводе, кстати говоря, было нельзя - многие технологии секретны и даже во время экскурсии скрыты за зеркальными окнами офисных помещений. Даже двери открываются с помощью сканера отпечатков пальцев. Зато можно было спрашивать!
И узнать, например, что в команде работает 700 человек. Что в этом сезоне почти каждые две недели на гонку отправляется около 60 человек и 40 тонн груза. Каждый год, по сути, создается новый болид. Он состоит из 7000 уникальных деталей, при этом за сезон разрабатывается и вносится до 30000 изменений конструкции, а от идеи до рабочего экземпляра проходит всего 5 месяцев.
Сразу возникает вопрос - каким образом достигается такая оперативность? И вот тут как раз наступает время поговорить о цифровом производстве. Например - покраска. Знаете ли вы, что нанесение надписей на корпус болида приводит к тому, что он становится менее обтекаемым, возникают микрозавихрения воздуха, которые снижают скорость и увеличивают расход топлива? Так вот - есть технологии, позволяющие и надпись сделать и "заполировать" ее так, что даже лишнего грамма бензина не израсходуется. И еще один нюанс, связанный с покраской - специалисты Red Bull Racing с помощью программных продуктов Siemens, например, выяснили, что матовая или глянцевая покраска болида, как говорится, на скорость не влияют.
"Старые произведенные процессы недостаточно эффективны, они не справляются с растущей сложностью изделия, и его персонификацией под индивидуальные требования заказчика", - говорит Ян Ларссон, директор направления отраслевого и продуктового маркетинга компании Siemens PLM Software. И продолжает: для этого необходимо сначала создать цифровую модель изделия - от болта до конечного изделия - машины. Нужно организовать процесс сбора отзывов покупателей и оперативной обратной связи с ними.
И в целом использование программных продуктов цифрового производства не так уж и дорого. "Для предприятия малого бизнеса стоимость не превысит нескольких тысяч долларов. Конечно, внедрение цифровых технологий на крупном производстве обойдется дороже, но выигрыш - в повышении его эффективности, реакции на необходимые изменения покроет все затраты", - рассказал Ян Ларссон.
В разговоре с корреспондентом "РГ" он конкретизировал: многие российские предприятия, выпускающие сложную наукоемкую продукцию, активно используют цифровые технологии. В их числе предприятия авиастроения, энергетического машиностроения, автомобилестроения.
При этом параллельная коллективная работа конструкторов и технологов в виртуальной среде позволяет разрабатывать управляющие программы одновременно с тем, как идет проектирование детали. Это максимально сокращает сроки изготовления.
И позволяет быстро внедрять совершенно новые технологии, которые пока работают в автоспорте, но вполне возможно - скоро окажутся и на классических автомобильных производствах.
Автомобилестроительная промышленность – одна из ключевых сфер мировой экономики. Ежегодные ассигнования на исследовательские изыскания и инновации в автомобилестроении превышают сотни миллиардов долларов. Количество рабочих мест в отрасли – свыше 14 млн, а суммарные активы составляют более 2 трлн долларов.
Несмотря на столь впечатляющие показатели, отрасль непрерывно испытывает затруднения и вынуждена оптимизироваться. Постоянные изменения и дополнения, касающиеся охраны окружающей среды, требуют апгрейда существующих моделей еще на стадии проектирования. Современный автомобиль должен основываться на принципиально новых разработках, отвечающих всем требованиям технического прогресса. Непрерывное развитие технологий во всех сферах жизни и компьютеризация многих процессов ориентируют производителей на создание высокоинтеллектуальных машин.
Среди задач, стоящих перед автомобилестроением сегодня, – соблюдение нормативов по защите окружающей среды. Российские и зарубежные производители ставят перед собой цель сократить выбросы и расход топлива вдвое. Для этого необходимо улучшить технические характеристики автомобилей в несколько раз по сравнению с прошлыми показателями: полумерами здесь не обойтись. Постепенное улучшение уже существующих моделей оказывается более трудо- и времязатратно и гораздо менее эффективно, нежели создание новых моделей с нуля.
Один из инновационных подходов в машиностроении – использование композитных и алюминиевых материалов при создании кузова, позволяющее поставщикам сокращать массу автомобиля на 25 %.
Популярность в автомобилестроении набирает разработка умных автомобилей. С каждым годом машины все больше похожи на персональные компьютеры на колесах. Речь идет не только о беспилотных вариантах автомобилей. Автопроизводители уверены, что идеальная современная машина обязана уметь все и быть максимально простой в управлении. Большинство инноваций применяется преимущественно для концепт-каров, но анализируя технологии, внедренные на этих устройствах, можно понять направление будущих разработок автомобилестроения.
Большой инновационный прорыв наблюдается в развитии геолокационных систем и методов компьютерного анализа: заметны явные улучшения автомобильных систем навигации и безопасности. Ведущие автопроизводители мира вкладывают огромные финансовые ресурсы в создание пользовательского интерфейса, с помощью которого водитель сможет управлять потоками информации, не отвлекаясь от вождения.
Эра программирования ведет к полной автономии транспортных средств, которая требует создания сложнейших кодов. Большой интерес вызывают вопросы безопасности в автомобилестроении. Протестированы и внедрены системы, которые отслеживают уровень стресса, а также степень усталости водителя. Предполагается, что с течением времени машина приобретет еще большие функциональные возможности, например, автоуправление, которое включится, если система почувствует угрозу безопасности водителя или движения.
Резюмируем: основные глобальные тенденции инновационных преобразований автомобилей заключаются в изменении конструкции машины, создании беспилотного и электрического транспорта, разработке мобильного сервиса, высокотехнологичном производстве.
Перечислим некоторые примеры инновационных изменений в автомобилестроении:
- Эволюция технологичности материалов;
- Модернизация двигателя;
- Безопасность;
- Соответствие нормам экологии;
- Повышение комфорта;
- Автоматизация процессов управления;
- Системы автопилотирования.
Что требуется для создания инновационных автомобилей с нуля
Симбиоз системы CAD (автоматизированное проектирование) и расчетов инженерного отдела
Интегрированное использование 2D- и 3D-технологий на этапе моделирования опытных образцов уменьшает сроки разработки. Объединение моделей и виртуализации помогает выявить характеристики будущих прототипов на начальном этапе автомобилестроения, сократить стоимость и сроки работ.
Моделирование
Интеграция систем регулирования программных приложений позволяет:
- Снизить сложность,
- Уменьшить финансовые потери,
- Повысить эффективность установленного в автомобиле программного обеспечения.
Систематизация на всех этапах позволяет контролировать ход разработки от создания проекта до конца эксплуатационного процесса, осуществляет полный мониторинг недочетов.
Интеграция технологических процессов
Глобальные проекты требуют особого внимания, когда возникает необходимость внесения некоторых корректив и структурных изменений в инновационный проект. К примеру, на этапе конвейерной сборки при установке зеркал заднего вида предлагается множество вариантов деталей.
Они могут иметь разную комплектацию:
- С электрическим приводом,
- Ручным управлением,
- Электроподогревом,
- Обзором слепых зон и т. п.
Пошаговое исполнение автосборки для каждого варианта будет разным. Совмещение процессов разработки и регулирования обеспечивает контроль над производством и доступ к функционалу из единого меню. Это уменьшает сроки готовности изделия и дает гарантию корректности разработанной технологии в автомобилестроении. Интегрированное использование данных процессов позволит дать оценку технологичности узлов и агрегатов, а также выявить ошибки или погрешности на ранней стадии (брак или несоответствие деталей кузова). Благодаря этой опции возможно внесение изменений на этапе сборки автомобилей, что существенно упрощает производство.
Российский и зарубежный опыт инноваций
Ведущим инновационным трендом как в Российской Федерации, так и за рубежом является производство беспилотных моделей автотранспортных средств. Такие модели уже осуществляли тестовые поездки, а также грузопассажирские перевозки.
У компании Uber в сотрудничестве с Otto давно существуют варианты воплощения подобных перевозок. Плодотворное сотрудничество двух фирм вылилось в появление беспилотной модели грузовика и осуществление самоуправляемой грузопассажирской перевозки.
В некоторых городах Европы и в Гонконге запущена линия беспилотных автобусов. У них относительно маленькая скорость передвижения – 20 км/ч (в целях безопасности), которая компенсируется абсолютной безопасностью для природной среды.
Отечественные разработки связаны с российским брендом КамАЗ и компанией Volgabus, которые представили проекты российских грузовых беспилотников и автобусов. Камазовский проект может войти в серию в 2022 году и будет осуществлять грузоперевозки без водителей. Модель нового беспилотного автобуса от Volgabus должна в режиме онлайн анализировать дорожную ситуацию, проводить интеллектуальный процесс управления посредством специального программного обеспечения. Еще одно изобретение от указанной фирмы – автомобильная платформа беспилотного типа управления MatrЁshka, которая будет выпускаться в нескольких модификациях: открытое шасси, микроавтобусы, грузовики. По некоторым данным, прототипы успешно тестируются в инновационном центре «Сколково » и скоро начнут курсировать в московских парках и Сочи.
Несмотря на успехи зарубежных и отечественных производителей в автомобилестроении, эпоха беспилотных транспортных средств еще не наступила. Проблемы с безопасностью и надежностью пока не решены на 100 %, а свежие примеры неудачных опытов (вплоть до летальных исходов) замедляют процесс внедрения новых технологий в РФ и в мире.
Последний случай с электромобилем Tesla (амбициозный проект Илона Маска) – яркое тому подтверждение. Model S, находящаяся под управлением системы автопилотирования, попала под фуру на трассе, в результате чего водитель погиб. По результатам расследования было установлено, что ни водитель, ни автопилот не заметили приближающуюся машину. Этот инцидент стал первым случаем ДТП со смертельным исходом, когда автомобиль управлялся компьютером. Компания признала недоработки в системе автопилота, хотя подчеркнула, что будущее – за этой инновационной системой управления транспортным средством.
Современное автомобилестроение достигло небывалого уровня. Новейшие разработки поражают смелостью фантазии и мастерством воплощения, кажутся фантастическими. В скором времени станет известно, какие инновации обогатят автомобилестроение будущего.
Производственный процесс представляет собой совокупность действий, в результате которых сырье или полуфабрикат, поступающие на завод, превращаются в готовую продукцию (в автомобиль) (рис. 2.1). Производственный процесс автомобильного завода включает в себя получение заготовок, различные виды их обработки (механическую, термическую, химическую и др.), контроль качества, транспортирование, хранение на складах, сборку машины, ее испытание, регулировку, отправку потребителю и т.д. Вся совокупность этих действий может быть осуществлена либо на нескольких заводах (при кооперировании), либо в отдельных цехах (литейном, механическом, сборочном) одного завода.
Рис. 2.1. Схема производственного процесса
Технологическим процессом называется часть производственного процесса, непосредственно связанная с последовательным изменением состояния предмета производства (материала, заготовки, детали, машины).
Изменение качественного состояния касаются химических и физических свойств материала, формы и относительного положения поверхностей детали, внешнего вида объекта производства. В технологический процесс включаются дополнительные действия: контроль качества, очистка заготовок и деталей и т.п.
Технологический процесс выполняется на рабочих местах.
Рабочим местом называется участок производственной площади, оборудованной в соответствии с выполняемой на нем работой одним или несколькими рабочими. Законченную часть технологического процесса, выполняемую на отдельном рабочем месте, одним или несколькими рабочими, называют ОПЕРАЦИЯ . Операция является основным элементом производственного планирования и учета. Например см. рис. 2.2.
Рис. 2.2. Сверление отверстия; напрессовка подшипника на вал
Операция может быть выполнена за один или несколько установов.
Установом называется часть операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемого узла. Например, Рис. 2.3.
здесь ступенчатый валик обрабатывается на токарном станке за два установа.
Позицией называется каждое из различных положений неизменно закрепленной заготовки относительно оборудования, на котором производится работа. Например,
Фрезерование уступов производится за две позиции; деталь закреплена на поворотном столе, установленном на столе фрезерного станка.
Переходом называется часть операции, заключающая обработку одной поверхности одним иди несколькими одновременно действующими инструментами при неизменном режиме работы станка. При изменении обрабатываемой поверхности или инструмента при обработке той же поверхности или изменении режима работы станка при обработке той же поверхности и тем же инструментом возникает новый переход. Переход называется простым, если обработка ведется одним инструментом, сложным – при работе несколькими инструментами. Например,
обработка диска производится за несколько переходов.
Проходом называется одно перемещение инструмента относительно обрабатываемого изделия.
Переход расчленяется на приемы.
Прием представляет собой законченную совокупность отдельных движений в процессе выполнения работы или в процессе подготовки к ней. Например, рассмотренный выше пример обработки диска включает следующие приемы: взять деталь, установить ее в патроне, закрепить деталь, включить станок, подвести первый инструмент и т.д.
Элементы приема – это наименьшие для измерения во времени участи рабочего приема. Разбивка перехода на приемы и элементы приема необходима для нормирования ручных работ.
Для выполнения технологического или производственного процесса требуется определенное время (от начала до конца процесса) – это цикл.
Цикл – промежуток времени, необходимый для изготовления детали, узла или всей машины.
Представляем вам новые технологии в автомобилестроении , которые в ближайшее время могут стать неотъемлемой частью в автомобилестроении. Суперпластмассы - порождение новой эпохи.
Суперпластмассы.
Когда появилась возможность вплетать углеродные нити в различные материалы, стало возможным создание сверхпрочных пластмасс. Такие материалы способны выдержать большую силу удара при том, что их вес значительно ниже обычных противоударных деталей. при столкновениях и способствовать экономии веса.
Некоторые западные компании трудятся над разработкой гибридного материала - пластмасса с вплетением стального кабеля. Этот недорогой материал будет использоваться при создании элементов кузова, внутренней отделки, бамперов. Такие сверхпрочные армированные суперпластмассы действительно обладают высокой прочностью, но пока что выглядят не очень красиво. Наверняка этот недостаток вскоре будет исправлен.
Зарядка от качения автомобиля.
Гибридные автомобили до сих пор не не так популярны, как заслуживают того. А все потому, что в мире есть такие вредные снобы, которые постоянно опосаются, что заряда батарей не достаточно для полноценной поездки. Заткнуть за пояс таких скептиков должна развивающая инфраструктура и увеличивающийся объем аккумуляторов. Ряд передовиков труда в автопромышленности, такие как Audi, BMW и Mazda трудятся на интересной разработкой - генератор для выработки электричества на аккумулятор, который приводится в движение от качения автомобиля при езде.
Электромоторы в ступицах.
В «лохматые» годы Фердинанд Порше уже подумывал о том, что электрический движок машины должен располагаться в ступицах, что значительно бы расширило пространство в автомобиле для пассажиров и аккумулятора. До сих пор эта идея витает в воздухе, но производители боятся располагать так моторы, потому что увеличение неподрессоренной массы может сказаться на управляемости и плавности при движении по пыльным и гравийным дорогам. Однако, фирма Protean Electric и Lotus Engineering проводит исследования, в рамках которых два идентичных автомобиля Lotus проверяются сотрудниками компании на маневренность и управляемость.
Один из них оборудован моторами в ступицах. По результатам тестов получается, что для среднестатистического водителя разница незаметна. Небольшие огрехи в управлении устраняются небольшими подстройками подвески. среднестатистический водитель не заметит снижения производительности связанной с дополнительной неподрессоренной массой, а должная дополнительная настройка поможет побороть большую часть побочных эффектов связанных с управляемостью.
Никель-цинковые батареи.
Современное городское интенсивное движение требует экономии топлива. Обычное дело сегодня - в пробке или на светофоре заглушить двигатель, чтобы не «коптить небо». Беда в том, что свинцово-кислотный аккумулятор под капотом не способен выдержать несколько агрессивных циклов «стоп-старт» - он быстро разряжается, если поездить вы не успели, а заводились несколько раз подряд. Данная проблема была решена еще в 1901 году, когда Томас Эдисон придумал никель-цинковый.
Такой аккумулятор не теряет разрядку так быстро, если вы вынуждены глушить и заводить мотор несколько раз подряд. Кроме того, такие аккумуляторы имеют больший срок службы. Современная компания Power Genix заявляет, что никель-цинковые батареи весят вполовину меньше при удвоенном времени работы. Кроме того - они более экологичны в плане утилизации.
На сегодняшний день рынок автомобилей находится в рамках жесткой конкуренции, ведь передовые бренды прилагают множество усилий, чтобы предложить клиенту качественный продукт, соответствующий всем современным требованиям. В связи с этим мировой рынок предлагает конечному потребителю действительно хороший ассортимент резины , которая не оставит равнодушным даже самого требовательного покупателя.
Именно по этому компании-производители так заинтересованы в разработке новых технологий в области автомобильных шин, которые позволят уже в ближайшем будущем занять достойную рыночную нишу.
Рассмотрим, какие новшества приготовили для своих потребителей лидеры машиностроения.
Технические новшества компании Goodyear
Американская компания Goodyear в очередной раз удивила мировых производителей инновацией Triple Tube, которую можно было впервые увидеть на презентации всем известного автосалона в Швейцарии. Главным достижением ученых является автоматический контроль объема воздуха внутри шины в зависимости от типа дорожного покрытия, что обеспечит потенциальному владельцу данного продукта дополнительную устойчивость на дороге в самых различных ситуациях.
Автоматическая адаптация предусматривает три различных режима работы шины во время езды.
- Первый представляет технологию дополнительной устойчивости на дороге, а также автоматического сопротивления качанию автомобиля, что обеспечивает повышенный уровень упругости шины. Она значительно улучшает маневренность машины на сухой поверхности и сокращает длину тормозного пути, что достигается вследствие увеличения площади контакта шины с дорогой.
- Второй оснащен технологией дополнительной маневренности автомобиля в неблагоприятных погодных условиях, которая реализуется в процессе противодействия скольжению шины. Данная система предусматривает сужение площади контакта, что, в свою очередь, приводит к автоматическому увеличению ее диаметра.
- Третий режим актуален во время быстрой езды автомобиля и представляет собой автоматическую процедуру изменения формы колеса на, так называемую, «коническую», которая значительно увеличивает показатели сцепления шины на резких поворотах и обеспечивает автомобиль дополнительной маневренностью и устойчивостью на дороге.
Нельзя также не выделить концепцию шин BH03, которая является еще одним достижением американцев. Данная технология предусматривает возможность производства резины, которая способна самостоятельно вырабатывать электроэнергию, что ведет к автоматическому заряжению аккумулятора автомобиля непосредственно во время езды.
Достижения французского лидера Michelin
Инженеры французской компании Michelin также не сидят сложа руки, и уже сегодня предлагают мировому рынку технологию производства шин Michelin Tweel, которым вовсе не требуется воздух. Структура нового колеса состоит из прочной металлической конструкции и множества полиуретановых спиц, что полностью решает проблему прокола колес, а также их регулярной подкачки. На многочисленных исследованиях инновация неоднократно доказывала, что, преодолевая металлические шипы, автомобиль уверенно продолжает движение. На сегодняшний день компания объявила производство исключительно для коммерческого транспорта, но создатели уверяют, что в скором будущем мы сможем увидеть данное новшество и на легковых автомобилях.
Японский взнос в инновационный прогресс машиностроения
Не менее прогрессивными оказались и ученые японской компании Bridgestone, которые разработали уникальную технологию производства шин Nano-Pro-Tech. Она позволяет контролировать многочисленные свойства структуры и состава шины на молекулярном уровне. Благодаря данному новшеству возможно регулировать содержимое компонентов, которые входят в состав резины и активно взаимодействуют между собой. Это, в свою очередь, обеспечивает такие преимущества автомобиля, как улучшение сцепных показателей шин, уменьшения расхода бензина, сокращения тормозного пути и многое другое, что выводит производство продукта на новый уровень устойчивости, безопасности и маневренности автомобиля на дороге.
Учитывая все выше перечисление достижения научно-технического прогресса, можно сделать вывод, что главным двигателем инновационных технологий в области производства автомобильных шин является высокий уровень конкуренции в данной отрасли. Такая тенденция всегда будет служить отличным двигателем для увеличения ассортимента и улучшения качества продукции мировых производителей автомобильных шин, главной целью которых будет максимальное удовлетворение потребностей конечного покупателя. А это значит, что уже в ближайшем будущем мы сможем узнать о новых достижениях и инновациях в сфере машиностроения.
