Пояснительная записка

Пояснительная записка к проекту создания «сибирского металлурго-машиностроительного кластера цифровых аддитивных технологий и производств» в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 31 июля 2015г. №779 «О промышленных кластерах и специализированных организациях промышленных кластеров» и Федеральным законом «О промышленной политике в Российской федерации»

Скачать пояснительную записку (Word)

Цель формирования кластера

Создание в регионе инновационного металлурго-машиностроительного кластера научно-производственных предприятий малотоннажной металлургии, организаций, разрабатывающих наукоемкое многокоординатное технологическое оборудование для аддитивных производств с программно-цифровым управлением, а также предприятий, осуществляющих модернизацию производства с внедрением цифровых аддитивных технологий для изготовления сложной машиностроительной и приборостроительной продукции в соответствие с госзаказом и рыночным спросом, включая рынки импортозамещения и ремонта техники.

Задачи проекта:

• создание для аддитивных технологий на базе ИХТТМ, НПП «ЭПОС», ИЯФ производства широкой номенклатуры сертифицированных металлических порошков;

• создание на базе ИХТТМ нового специализированного Центра коллективного пользования (ЦКП) СО РАН по отработке экспериментальных производств и сертификации порошковых материалов;

• формирование на основе использование научно-технологических заделов институтов СО РАН, ФАНО и производственного потенциала металлургических и машиностроительных предприятий системы импортозамещающего восстановления и ремонта деталей и узлов военной и специальной техники;

• создание на базе научного и технологического задела институтов СО РАН, ФАНО Инжинирингового центра по разработке опытных образцов и мелкосерийному производству отечественных АМ-станков и других типов 3D-принтеров;

• освоение на промышленных предприятиях Новосибирской области, имеющих условия для производства высокопрецизионного оборудования с числовым программным управлением, выпуска отечественных АМ-станков для изготовления высококачественных изделий из различных металлов и сплавов, а также 3D принтеров;

• модернизация производства на машиностроительных и приборостроительных предприятиях Новосибирской области за счет целевого использования высококачественных материалов, главным образом металлов и сплавов, аддитивных технологий формообразования, лазерных и лазерно-плазменных методов металлообработки;

• организация производства металлов, сплавов и композитных материалов заданного качества.

• создание на базе НПП «ЭПОС» и Центра электротехнологий Новосибирского государственного университета (НГТУ) Инжинирингового центра инновационных электротехнологий и оборудования для металлургического и машиностроительных производств;

• формирование на базе НГТУ, Инженерного лицея этого университета, ряда организаций среднего профессионального образования, школ физико-математического профиля и инженерных классов средней школы, а также организаций дополнительного образования системы довузовской ранней творческой подготовки будущих специалистов по аддитивным цифровым производствам (инженерного лифта аддитивных технологий);

• организация подготовки высококвалифицированных кадров по заказам предприятий металлурго-машиностроительного кластера в НГТУ, НГУ и других вузах, а также организациях среднего профессионального образования, в первую очередь, Новосибирском химико-технологическом колледже им. Д.И. Менделеева и Новосибирском авиационном техническом колледже и др.

SADТ-диаграмма проекта

Участники кластера

В настоящее время идет процесс формирования металлурго-машиностроительного кластера. В этом процессе задействованы Правительство Новосибирской области, прежде всего Министерство промышленности, торговли и развития предпринимательства НСО, Государственное автономное учреждение НСО «Агентство формирования инновационных проектов «АРИС»; Департамент промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии города Новосибирска, Межрегиональная ассоциация руководителей предприятий и Новосибирская городская торгово-промышленная палата, а также:

- - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук

- - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук;

- - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук;

- - Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук;

- - Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный технический университет»;

- - Общество с ограниченной ответственностью «ЭПОС-ИНЖИНИРИНГ»;

- - филиал ОАО «Компания Сухой» Новосибирский авиационный завод им. В.П. Чкалова.

- ОАО «БЭМЗ»

- АО «Швабе -Оборона и Защита»

- ФГУП ПО «Север»

- ПАО «НЗХК»

- Опытный завод СО РАН

- ОАО «НИИЭП»

- ПАО «ЭЛСИБ»

- ЗАО «Завод Сибирс¬кого технологического машиностроения

- ГК «Росатом»

- ГК«Ростех»

- ФКА «Роскосмос»

- ОАО «Концерн ВКО „Алмаз-Антей"»

- ОАО «ОСК»

- ОАО «ОДК»

- ОАО «НПКУВЗ»

- ОАО «РЖД»

- МОРФ (ремонг ВВСТ)

Ключевые научные партнеры

- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук

- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук;

- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук;

- Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук;

- Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный технический университет»;

Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный университет»;

Актуальность, описание проекта

Темпы роста аддитивных технологий в производстве развитых стран с 2010 по 2014 год на мировом рынке составляли в среднем 27,4%, и на сегодня его объем достиг 3 млрд долларов. В России же это направление находится лишь в начале развития. Однако с ним связаны немалые надежды, поскольку аддитивные технологии, наряду с высокопроизводительным автоматизированным производством электронной компонентной базы и роботизацией производственных систем, – наиболее динамично развивающиеся направления цифрового производства, за которыми, судя по характеру тенденций формирования 6-го уклада в мире, технологическое будущее новой индустрии, особенно машиностроения. По мнению авторитетных экспертов, именно в этих сферах при соответствующей мобилизации человеческого потенциала и ресурсов страна может в короткие сроки совершить прорыв, обеспечивающий создание и производство совершенной гражданской и военной, в том числе двойного назначения, продукции, что позволит усилить обороноспособность государства, осуществить импортозамещение, повысить производительности труда, решить актуальные задачи экономики.

Предлагаемый проект по формированию металлурго-машиностроительного кластера нацелен на решение поставленной на федеральном уровне актуальной стратегической задачи по созданию инновационной отрасли цифрового производства с аддитивными технологиями проектирования и изготовления сложных изделий из металлов, их сплавов и композиций. Реализация проекта намечается в рамках исполнения Программы реиндустриализации экономики Новосибирской области. Возможность реализовать этот проект определяется накопленным научным и конструкторско-технологическим заделом, организационно-производственным, предпринимательским и инновационным опытом в привлекаемых к участию в кластере институтах СО РАН, научно-исследовательских секторах университетов, крупных промышленных предприятий с КБ и технологическими службами, инновационными предприятиями малого и среднего производственного бизнеса. Способствовать реализации проекта будет также высокий творческий потенциал ученых, инженеров, специалистов и предпринимателей, хорошая региональная образовательная база для подготовки профессиональных кадров высшей и средней квалификации.

Посредством аддитивных технологий из металла изготавливают изделия любой сложности, выполняя их послойный синтез, то-есть последовательно выращивая из металлических порошков монолитные слои по спроектированной заранее трехмерной 3D–компьютерной модели.

Металлические порошки – строительный материал изготавливаемого изделия. Они должны иметь строго определенный химический состав (нередко и фракционный), определенные размеры и форму порошковых частиц (как правило, сферическую). Соответствие порошков задаваемым требованиям является одним из ключевых факторов обеспечения качества получаемой из них готовой продукции. Другими ключевыми факторами следует назвать: САПР-проектирование 3D-моделей изделий; способ послойного выращивания металлических изделий по моделям; изготовление прецизионного оборудования – аддитивных станков, работающих с металлическим порошковым материалом (АМ-станки), выполняющих тем ли иным способом по заданным моделями программам послойный синтез изделий.

Основные схемы послойного выращивания изделий из металлических порошков: во-первых, селективное лазерное сплавление (SLS – Selective Laser Sintering), когда порошковый материал последовательно и определенной толщины ровно слой за слоем расстилается на рабочей платформе и в каждом новом слое в нужных местах в соответствие с текущей для данного слоя программой частицы порошка сплавляются лазером, формируя со сплавленными частицами в предыдущих слоях фрагмент изготавливаемого изделия (от нетронутого в слоях порошка после получения в последнем слое готового изделия оно так или иначе освобождается); во-вторых, непосредственное осаждение порошкового материала (direct deposition), при котором порошковый материал, обычно коаксиально по одному или нескольким каналам, подается непосредственно в точку, куда подводится энергия лазерного или электронного луча, либо другого источника, и где происходит в данный момент построение фрагмента детали.

Новизна и уровень завершенности разработки, информация о защите интеллектуальной собственности

Участники кластера НПП «ЭПОС» и ИХТТМ обладают богатым опытом по созданию: новых технологий малотоннажной металлургии, инновационных электротехнических и электроплазменных способов получения металлов и сплавов с регламентированными свойствами, производств металлических порошков и металлопорошковых композиций, автоматизированного технологического оборудования для этих и других процессов, а также опытом подготовки производства и сдачи «под ключ» металлургических и машиностроительных комплексов.

Институты СО РАН, ФАНО являются разработчиками тематически близких к направлениям развития металлурго-машиностроительного кластера новейших наукоёмких технологий в машиностроении, включая лазерные (ИТПМ, ИЛФ, КТИНП), плазменные (ИТПМ) и лазерно-плазменные (ИФЛ), создателями уникального обрабатывающего и контрольного оборудования для машиностроительных отраслей (все участники). В ИАЭ СО РАН предложен и реализован аппаратно-программный метод составного сканирования лазерного луча, обеспечивающий быстрое (несколько метров в секунду) прецизионное с микронным разрешением перемещение лазерного луча в большом порядка 1–2 кв. м поле. На основе этого метода реализован по заказам ряд разработок, в том числе системы прецизионной лазерной микрообработки, системы сканирования для лазерной стереолитографии, и системы послойного лазерного спекания порошковых материалов (SLS системы).

Большинство созданных участниками будущего кластера способов и устройств защищены патентами РФ и зарубежных стран. Имеются также авторские свидетельства.

Основные ожидаемые результаты реализации подпрограммы:

• Увеличение производства инновационной порошковой и металлургической продукции до 30 млрд. руб. в год.

• Увеличение объёма внутреннего потребления отечественного сырья для аддитивного производства на порядки, за счёт развития собственной базы промышленного производства, в настоящее время отсутствующей.

• Выпуск в Новосибирской области линейки отечественных АМ-станков и 3D принтеров.

• Создание производственной ремонтной базы импортозамещающего восстановления и ремонта деталей и узлов военной и специальной техники;

• Создание системы подготовки высококвалифицированных специалистов по аддитивным цифровым производствам с подсистемой ранней профессиональной ориентацией.

• Расширение производства новосибирской промышленностью сложных изделий и уникального оборудования для их изготовления на основе аддитивных технологий.

• Создание надежных систем бесконтактного контроля технологических процессов послойного синтеза сложных изделий и качества получаемой продукции.

• Формирование в восточной части страны научно-исследовательской, инжиниринговой и производственной базы становления и развития отечественных цифровых аддитивных технологий.

• Появление прорывных технологий в области материалов и глубокой переработки сырья, в том числе редкоземельных металлов.

• Обеспечение металлургии и машиностроения, включая аддитивные производства, высококачественным недорогим конкурентоспособным сырьем российского производства.

• Развитие в регионе малотоннажной металлургии на основе создания и запуска высококачественного отечественного оборудования для современных комплексов мини-металлур­гических производств особо чистых, модифицированных и легированных металлов и сплавов, жаропрочных, жаростойких и композитных материалов, тугоплавких и твердых бескислородных соединений новых поколений, рафинированных порошковых материалов специального назначения и др.

Анализ отечественных и зарубежных конкурентов:

В России изготовление изделий из металлических порошков методами послойного синтеза находится в зачаточном состоянии. Задача создания отечественного аддитивного производства на федеральном уровне практически поставлена лишь в прошлом году.

В ноябре 2014 года по предложению Минпромторга РФ на базе Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) был создан специальный Центр материаловедения, одной из задач которого стали аддитивные технологии. В настоящее время ВИАМ разрабатывает технологии изготовления металлических порошков и металлопорошковых композиций с целью импортозамещения порошковых материалов для закупленных ранее российскими предприятиями АМ-станков, оставшихся без специфических для этих машин порошковых материалов в связи с санкционными запретами их поставки.

К сегодняшнему дню около 20-ти предприятий России закупили за рубежом и применяют АМ-станки. Так, на пермском ОАО ««Авиадвигатель» производится восстановление гребешков бандажных полок лопаток двигателей способом непосредственного осаждения (коаксиальной лазерной наплавки) сферического порошкового материала гранулометрического состава от 40 до 90 мкм из никелевых и титановых сплавов. Для этого используется многофункциональный лазерный центр TruLaser Cell 7020 фирмы Trumpf. На этом предприятии имеется также установка селективного лазерного спекания для послойного синтеза выжигаемых моделей Formiga P100. Восстановлению изношенных элементов штучных дорогостоящих изделий посредством аддитивных технологий осуществляется и во ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» в Санкт-Петербурге.

Летом 2013 года в городе Воронеже на крупном предприятии ООО ««Воронежсельмаш» был организован «Центр технологической компетенции аддитивных технологий» (ЦТКАТ), который за 1,5 года при поддержке Правительства Воронежской области и с помощью федеральных субсидий приобрел у ведущих американских и немецких производителей большой парк 3D-принтеров, включая АМ-станки, в целом на сумму более 500 млн. руб. (стоимость каждого принтера превышала десятки миллионов рублей), получив и освоив таким образом самый крупный в России арсенал зарубежных аддитивных технологий. После фактического начала производственной деятельности, указанный технологический потенциал ЦТКАТ сделал его одним из самых конкурентоспособных игроков на российском рынке аддитивных технологий. По утверждению руководителей Центра они могут выполнять любые заказы на услуги изготовления сложных изделий в полном цикле, начиная с моделирования или 3D-сканирования образца, в том числе из металла и композитов. В других источниках отмечается, что на АМ-станках ЦТКАТ используются порошки алюминия, титана, сплава кобальта и хрома. 9 февраля 2015 года состоялось торжественное открытие ЦТКАТ первыми лицами Минпромторга РФ и ГК «Ростех».

Позиция Президиума СО РАН по развитию аддитивных технологий на базе научных институтов СО РАН и специализированных промпредприятий заключается в том, чтобы не закупать закрытые для воспроизведения АМ-станки, уже не говоря о 3D-принтерах для изделий из полимеров, а разрабатывать, изготавливать опытные образцы и промышленно производить отечественное оборудование.

За рубежом цифровое аддитивное производство обретает статус стратегически важных, приоритетных технологий машиностроения. В настоящее время множество фирм выпускают аддитивные машины для изделий из металла. Еще в 2010 году в США создан консорциум Additive Manufacturing Consortium (AMC), в которым сегодня 33 члена, среди которых Boeing, General Electric, Lockheed Martin, Honeywell, Rolls-Royce и ряд правительственных организаций. В Европе, где лидирует Германия, восемь компаний выпускают аддитивные машины для синтеза деталей из металла. Быстро растет рынок в этой сфере в Японии, Китае, Южной Корее. В 22-х странах созданы национальные ассоциации по аддитивным технологиям, объединенные в альянс GARPA – Global Alliance of Rapid Prototyping Associations.

АМ-станки, относящиеся к установкам высокого класса, стоят на рынке от 200 тыс. до 2 млн долларов. Ведущие изготовители установок - американские компании 3D Systems и ExOne, израильская Stratasys, шведская Arcam, а также немецкие EOS и Voxejet.

Рынок продукции, потенциальные потребители:

Рынок российских потребителей аддитивных технологий лишь только начинает формироваться:

К настоящему времени у машиностроителей сложилось четкое понимание, что для производства способами послойного выращивания деталей и изделий сложной формы с уникальным комплексом физических и механических свойств необходим широкий спектр порошковый материалов, спрос на которые быстро растет уже сегодня. В ближайшем будущем аддитивные технологии – это также перспективный и емкий рынок для малотоннажной металлургии, способной производить порошковые материалы с заданными свойствами. Их производство составляет существенную часть данного проекта.

Спрос на аддитивные машины по металлу и внедрение технологий выращивания изделий в машиностроении тесно связан с ростом доли до 2020 года производства, а также ремонта современных образцов вооружения, военной и специальной техники, разработки и выпуска продукции двойного назначения. Стимулирует этот спрос также и проводимая государством политика импортозамещения в связи санкциями Запада на приобретение наукоемкой машиностроительной и приборостроительной продукции в авиационной и космической промышленности, судостроении, турбостроении, станкостроении, восстановлении сложного технологического оборудования и т.п. сферах. Для воспроизводства замещаемых деталей и изделий сложных конфигураций или их ремонта без использования аддитивных технологий не обойтись, прежде всего, там, где для ответственных применений сертификационные требования являются весьма жесткими. Следует подчеркнуть, что при этом аддитивные технологии позволяют получать существенную экономию. Например, использование процесса прямого лазерного осаждения металла для восстановления турбинных лопаток на военном складе в Аннистоне в США приводит к экономии $6297 на каждой детали, что дает годовую экономию $1 444 416.

Задел (состояние проекта на момент подачи) и потенциал (истории успеха):

• Выполнен проект реконструкции в корпусе 11 литейного цеха с включением в производство аддитивных технологий акционерного общества «Красноярский машиностроительный завод» (АО «Красмаш») в городе Красноярск. Проект получил положительную Государственную экспертизу, общая стоимость технологического оборудования до 5 млрд. руб.

• Создан завод электрошлакового переплава (принцип аддитивных технологий) в городе Алмалык, Узбекистан. Общая стоимость оборудования, спроектированного, изготовленного и запущенного в производство - около13 млн. долларов.

• За последние 3 года институтами СО РАН передано различным заказчикам элементов аддитивных технологий (лазерных устройств, измерительных систем, рабочих столов) на общую сумму до 3 млрд. руб.

Риски, ограничения:

Риски данного проекта обусловлены прежде всего новизной освоения в отечественном машиностроении и приборостроении аддитивных технологий и связанной с этим неопределенностью в отношении использования оборудования, инструментов, оснастки, режимов проектируемых технологических операций и организации процессов управления качеством изделий. Например, у резидентов будущего кластера, несмотря на множество выполненных разработок лазеров и их технологического использования, отсутствует опыт конструирования АМ-станков с соответствующей поддержками необходимого положения выращиваемой детали; нет достаточного понимания связи процессов послойного выращивания и качества изделия, в частности нет четкого представления о требуемой дисперсности, форме и фракционности порошков из разных металлов и сплавов, о распределении тепла в появляющейся послойно массе изделия при изготовлении его из различных порошковых материалов, а также о влиянии распределения тепла на остаточные напряжения и получаемую микроструктуру готового продукта; пока не разработана метрология аддитивных технологий и т.д., и т.п. Требуются серьезные исследования и разработки для формирования необходимых знаний и опыта, причем в условиях жесткого ограничения времени.

Техническая и технологическая неопределенность влияет и на экономические риски, к которым в первую очередь относятся: высокие издержки производителей, ограниченность спроса и сложности маркетинговой политики, недостаточное внимание к новым производственным технологиям у бизнеса, возникновение барьеров при распространения аддитивных технологий в промышленности.

Хотя риски проекта достаточно высоки, в его реализации существуют временные, финансовые, кадровые и др. ограничения, решение поставленных задач и достижение цели создания аддитивного производства и освоение рынка носит по существу прорывной характер и сможет играть роль вытягивающего проекта при модернизации металлургической и машиностроительной промышленности. Вместе с тем следует подчеркнуть, что прорыв может произойти лишь при государственной, главным образом, федеральной поддержке.

Необходимые инструменты и механизмы поддержки:

1. Оказание федеральной и региональной государственной поддержки в создании металлурго- машиностроительного кластера аддитивных цифровых технологий и производств.

2. Поддержка со стороны Фонда прикладных исследований научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию АМ-станков с разработкой технической документации для обеспечения прорыва в производстве и ремонте военной и специальной техники, а также продукции двойного назначения.

3. Выделение средств на трансфер ключевых технологий.

4. Обеспечение преференций для инвесторов, в том числе – с использованием длинных кредитов ВЭБ и венчурного инвестирования проектов со стороны РВК.

5. Мотивирование предприятий машиностроения и приборостроения к сотрудничеству в области аддитивных технологий.

6. Согласование тематики исследований РАН с планами развития отрасли, обеспечение научного сопровождение создания и разработки аддитивных технологий и производств.

7. Разработка и внедрение новых регламентов и технических условий, необходимых для стимулирования спроса на продукцию

8. Поддержка разработки профильных образовательных программ по заданной тематике на базе ведущих ВУЗов региона: НГУ, НГТУ, ТПУ и др.

Прогнозные значения потребности кластера в инвестиционных средства на период до 2020 года. Согласно финансовому прогнозу в детальность кластера необходимо привлечь 8,3 млрд. рублей, из которых бюджетных средств не более 3,6 млрд. рублей (43%).

Направление

Всего (млн.

рублей)

Бюджетные (млн. рублей)

Внебюджетные источники (млн. рублей)

Опытно промышленные разработки исследования

1 100,0

900,0

200,0

Стадия инжиниринга

1 610,0

750,0

860,0

Стадия опытного

производства

3120,0

1200,0

2010,0

Стадия промышленного производства

2 533,0

750,0

1 783,0

Итого

8 363,0

3 600,0

4853,0

Финансовая потребность кластера по годам (оценочно):

Наименование

2016

2017

2018

2019

2020

Объем финансирования

850

1800

2100

2100

1513,0

Социальный эффект;

-объем производства товаров и услуг кластера к 2020 году не менее 17 млрд. рублей;

- Рост объема высокопроизводительных технологий, направленных на достижение превосходства в выделенных секторах экономики

- Расширение и углубление металлурго-машиностроительной специализации по сибирским и другим регионам России

- Кооперация регионов в рамках единого плана развития отраслей и импортозамещения

- Обеспечение загрузки существующих производственных мощностей металлурго-машиностроительной отрасли высокоэффективными продуктами под задачи реиндустриализации

-рост субъектов малого и среднего предпринимательства, вовлеченных в процесс разработки, производства и реализации продукции, ориентированных как на рынок РФ, так и на рынок других стран;

-формирование точки роста инжиниринговых компетенций в области современных машиностроительных и металлургических технологий, производства новых материалов, высокотехнологичных готовых продуктов и т.д.;

-рост объема инвестиционных вложений в сферу промышленности и развития инновационных производств;

-налоговые поступления в бюджеты различных уровней составят не менее 9,4 млрд. рублей;

-создание не менее 300 высокотехнологичных рабочих мест.