Алексей Карфидов, заведующий кафедрой инжиниринга технологического оборудования НИТУ МИСИС и сооснователь КБ «Карфидов Лаб», делится экспертным взглядом на глубокие изменения, которые произошли в машиностроительной отрасли в последние годы.
В День машиностроителя, который в России традиционно отмечают в последнее воскресенье сентября, мы чествуем инженеров, технологов и всех специалистов, создающих и обслуживающих сложные механизмы. Современное машиностроение — это уже не просто сборка станков и автомобилей, а комплексная высокотехнологичная деятельность, охватывающая полный цикл от проектирования до внедрения инноваций. Требования к профессионалам в этой сфере постоянно растут, вынуждая их осваивать междисциплинарные знания на стыке механики, IT и материаловедения.
Суть «умной» индустрии 4.0
Переход к Индустрии 4.0 и цифровая трансформация производства стали стратегическими векторами развития промышленности. Эти изменения затрагивают все аспекты бизнеса: от управления технологическими цепочками до организации документооборота.
Важно понимать, что интеграция цифровых решений — это сложный процесс, требующий глубоких знаний в IT, электронике и физике процессов. Лишь при таком подходе машиностроители могут преобразовать обычное оборудование в «умные» системы, собирать с них данные и разрабатывать алгоритмы для оптимизации работы.
Роль инженера на «умном» заводе кардинально меняется: он становится интегратором физических и цифровых систем. Например, обычный фрезерный станок можно оснастить датчиками вибрации, температуры и тока, подключить к контроллеру и системе MES. На основе собираемых данных создаётся его цифровой двойник, который в реальном времени моделирует нагрузки и износ инструмента. Это позволяет внедрять предиктивные алгоритмы для прогнозирования поломок и автоматической настройки режимов резания, что предотвращает брак и сокращает простои.
Для реализации таких проектов инженеру уже необходимы навыки работы с датчиками, обработки сигналов, построения конвейеров данных и базовое понимание машинного обучения.
Аддитивные технологии: от прототипов к серийному производству
Аддитивные технологии, или 3D-печать, эволюционировали от инструмента быстрого прототипирования до полноценного производственного метода. Сегодня с их помощью изготавливают высококачественные детали, наносят функциональные покрытия и создают материалы с заданными свойствами.
Главное преимущество 3D-печати — возможность производить детали со сложной внутренней геометрией, которые невозможно или крайне дорого сделать традиционными методами. Это особенно актуально в ситуациях срочного замещения вышедших из строя или недоступных компонентов, что позволяет избежать длительных простоев производства. Многие компании уже наладили печать собственного инструмента, например, фрез и свёрл.
Широкое применение аддитивные технологии нашли в аэрокосмической и автомобильной отраслях, где на первый план выходят требования к снижению веса при сохранении высокой прочности конструкций.
Инновационные материалы и покрытия
Современное машиностроение активно использует новые классы материалов, способных выдерживать экстремальные температуры, механические нагрузки и агрессивные среды. Это напрямую влияет на надёжность и долговечность конечных изделий.
Особый интерес представляют лёгкие композитные материалы, армированные керамикой, а также наноструктурированные и антикоррозийные покрытия. Такие покрытия позволяют управлять свойствами поверхности: улучшать адгезию, снижать коэффициент трения и повышать усталостную прочность. В результате механизмы теряют меньше энергии при циклических нагрузках, что повышает общую эффективность.
Нанесение покрытий методом вакуумно-импульсно-дугового плавления в научно-учебном центре самораспространяющегося высокотемпературного синтеза МИСИС-ИСМАН
Роботизация: не замена, а эволюция роли человека
Глобальный тренд на роботизацию часто воспринимается как угроза рабочим местам. Однако за каждым роботом стоит команда людей: инженеров-проектировщиков, технологов, программистов и сервисных специалистов. Таким образом, роботизация создаёт новые высококвалифицированные вакансии.
Ключевая ценность автоматизации — освобождение человеческого ресурса от рутинных и монотонных операций. Передав их машинам, инженеры могут сконцентрироваться на творческих задачах: разработке новых продуктов, оптимизации процессов и решении нестандартных проблем.
Российские вузы, включая НИТУ МИСИС, активно модернизируют образовательные программы, чтобы готовить специалистов, востребованных в новой реальности. В учебно-производственном центре ARTCAD студенты получают практический опыт, проектируя и собирая роботов с использованием лазерных резаков, 3D-принтеров и другого современного оборудования.
Цифровые двойники: виртуальное проектирование и эксплуатация
В условиях распределённой работы над сложными проектами цифровые двойники становятся незаменимым инструментом для коллективной инженерной деятельности. Это не просто 3D-модель, а виртуальная копия объекта, которая с высокой точностью имитирует его поведение и характеристики на основе данных с датчиков и инженерных расчётов.
Цифровой двойник позволяет проводить виртуальные испытания изделия в различных сценариях, выявлять слабые места на ранних стадиях проектирования и оперативно вносить изменения, экономя время и средства на изготовление физических прототипов.
В эксплуатации двойник, непрерывно получая данные с датчиков реального оборудования (температура, вибрация, износ), позволяет прогнозировать остаточный ресурс и планировать превентивное обслуживание. Это минимизирует риск внезапных поломок и связанных с ними простоев.
Искусственный интеллект в борьбе за качество
Искусственный интеллект и нейронные сети проникают во все сферы машиностроения. Эти технологии уже используются для генерации 3D-моделей по текстовым описаниям, прогнозирования отказов оборудования и оптимизации производственных циклов.
Одно из самых практических применений ИИ — автоматический контроль качества. Нейросети, анализируя изображения или данные с сенсоров, способны с высокой точностью выявлять микроскопические дефекты продукции, что значительно снижает уровень брака и повышает общую надёжность производства.
В заключение можно констатировать, что спрос на инженеров нового типа, владеющих навыками работы с цифровыми двойниками, аддитивными технологиями, ИИ и робототехникой, стремительно растёт.
НИТУ МИСИС активно готовит таких специалистов. В рамках программ бакалавриата и магистратуры «Технологические машины и оборудование» студенты с первых курсов погружаются в практическую работу с 3D-печатью, лазерной резкой, прототипированием и робототехникой. Разработка и испытание собственных конструкций на специализированных полигонах позволяют им не только освоить теорию, но и получить востребованные на рынке компетенции.
Обратите внимание: Станки с ЧПУ: основные особенности.
Больше интересных статей здесь: Производство.
Источник статьи: Цифровые двойники, предиктивные алгоритмы и аддитивные технологии: главные тренды цифровизации промышленности.