0.00
0 читателей, 2 темы

Контроль композитных материалов и литья в аэрокосмическом секторе

Введение
За исключением каркасов, большинство компонентов и конструкций современного воздушного судна изготавливаются из композитных материалов или методом литья традиционных металлов. Композиты используются везде — от обтекателей и спойлеров, до закрылков и рулей высоты. Литье используется для изготовления лопаток турбин и вентилятора, двигателей или широкого ряда конструкционных и функциональных компонентов. В производстве и обслуживании воздушных судов используются различные методы неразрушающего контроля (НК). Ультразвуковой метод контроля находит широкое применение как в портативном оборудовании, которое может применяться и на производственной линии, и в обслуживании, так и в стационарных установках, интенсивно используемых в настоящее время в авиастроении. Особенность современных стационарных установок – это ПЭП, встроенный в манипулятор или в «руку» робота-манипулятора, система крепления или перемещения объекта контроля с 11-и осевыми координатными приводами, что дает возможность автоматического контроля наиболее сложных компонентов в самом большом диапазоне размеров.
Тем не менее, наиболее широко используемым методом для контроля литья является радиография, в то время как компьютерная томография имеет наибольшее значение в исследовании и метрологии, как традиционных отливок, так и композитов.
Контроль литья
Пленочная радиография больше не является предпочитаемым методом обследования литья. Инспекторов устраивает работа с радиографической пленкой и уверенность в получаемых при этом результатах. Однако пленочная радиография обладает рядом общепризнанных недостатков, не самым последним из которых является неблагоприятное воздействие на окружающую среду при обработке и утилизации химикатов, в связи с чем сейчас наблюдается ускоренный переход к применению цифровой радиографии. Данный метод набирает в последнее время силу благодаря все большему снятию барьеров, препятствовавших его внедрению. В обследовании металлов применению этого метода в значительной мере способствовало введение MAI(MetalsAffordabilityInitiative), в переводе Инициативы Снижения Затрат на Металлические Компоненты. Данная инициатива разработана исследовательской лабораторией материаловедения и производства ВВС США с целью содействия развитию технологии, и задачей одной из программ инициативы является снижение себестоимости материалов и технологий производства, а также сокращение времени, требуемого на разработку и производство металлических компонентов. В результате была начата совместная работа органов по стандартизации и производителей над выпуском нормативов и спецификаций, включая создание и одобрение эталонных радиограмм для алюминия, стали и титана, и библиотеки сравнений пленочной и цифровой радиографии.
Язык обследования
Обработка и передача данных являются жизненно важными компонентами любой процедуры обследования, независимо от метода НК. Очень важно, чтобы данные точно собирались, передавались, обрабатывались и зачастую архивировались для обеспечения их прослеживания. DICONDE—протокол, специально разработанный для данных неразрушающего контроля. Он создан на основе протокола DICOM, являющегося определяющим и успешным протоколом обработки данных в медицинском секторе, но включает в себя много опций, предназначенных исключительно для НК. Например, все изображения имеют теги, содержащие данные о месте, оборудовании, режимах, операторе, методе и дате, а также специфическую информацию по усмотрению пользователя. Дополнительная информация может также включать разрешение и карты битых пикселей для радиографических обследований. Все собранные критические необработанные данные остаются неизменными, кроме того, сохраняются и метаданные — данные, полученные за счет цифровой манипуляции с изображением. Первая версия DICONDEвыпущена ASTMв 2004 г.
Программное обеспечение обследования
Программное обеспечение Rhythmот GEявляется программной платформой, полностью соответствующей DICONDE. Соответствие DICONDEгарантирует, что операторы не ограничены форматами, составляющими чью-либо собственность, устраняя необходимость последующего конвертирования данных и упрощая интеграцию данных от других источников НК. Более того, изображения DICONDEмогут быть экспортированы в другие файловые форматы, такие как jpeg, bmpи tif, и копия программы для просмотра изображений DICONDEможет быть включена на записанный диск для отображения контекста на любом стандартном ПК.

Рис.1 Оценка и анализ цифровых изображений с помощью Rhythm
Данные с изображений с тегами анализируются в модуле RhythmReview. Он включает в себя инструменты и средства для анализа, обработки и измерения изображений, такие как Flash!Filterразработки GE, в котором использован динамически настраиваемый алгоритм для обеспечения постоянного и четкого представления изображения одним нажатием мыши. Способность модуля RhythmReviewсоздавать рабочие потоки допускает совместное использование данных несколькими сетевыми рабочими станциями с тем, чтобы анализ мог выполняться вместе с обследованием, избегая задержек. Модуль RhythmArchive— это комплексное решение для управления и архивации больших объемов данных по исследованиям и сохранения не только необработанных данных, но также результатов обработки изображений, полученных на рабочей станции RhythmReview. Более того, теги на каждом изображении облегчают поиск по базе данных, который может вестись по наименованию места, инспектору, методу и т.п.
Системы радиографического контроля
Наряду с программным обеспечением за последние несколько лет была усовершенствована технология получения радиографических изображений: появилось компьютерное радиографическое оборудование, разработаны плоско-панельные детекторы и рентгеновские установки нового поколения. Наблюдались инновации в радиографических системах, специально разработанных для эффективности, производительности и надежности в литейном цехе.
Рентгенотелевизионный комплекс X-Cubeпредставлен компанией GEоколо десяти лет назад. Он включает в себя надежный источник рентгеновского излучения, систему управления источником, манипулятор с зажимами для фиксирования образцов, экранированную камеру, эргономичный пульт управления, преобразователь рентгеновского излучения в стандартное видеоизображение, а также встроенную систему обработки изображения.

Рис. 2 Система X-Cube
Недавно включенным в ассортимент GEпродуктом является x|blade, где роботизированное позиционирование деталей для проведения контроля сочетается с цепью формирования изображений. Установка может быть адоптирована к индивидуальным требованиям заказчика для соответствия специфическим применениям, и полностью соответствует протоколу DICONDEв отношении совместного использования и архивирования для обеспечения быстрого гибкого контроля и немедленного анализа. Продукт специально рассчитан для применения в аэрокосмическом секторе, где он может использоваться при обследовании литых лопаток турбин длиной до 400 мм и весом до 8 кг, в соответствии с положениями MAIи стандартами ASTM. Несмотря на схожесть с x|Cube, установка обладает рядом преимуществ и представляет заказчику дополнительную возможность увеличения производительности в семействе систем цифрового радиографического контроля, с возможностью обработки около 280 изображений в час. Однако, при этом важно заметить, что цифровая система x|bladeотличается от стандартной пленочной системы, и обучение играет огромную роль в обеспечении максимального использования значительных преимуществ системы. Для техников Уровня IIи IIIпроводятся курсы MAIпо введению в цифровую технологию.

Рис. 3. Улучшение рабочего потока с x|blade
Самой последней разработкой GEв радиографии для аэрокосмического сектора является blade|line. Этот новый продукт создан для выполнения трудных задач при проведении контроля лопаток турбин все увеличивающейся геометрической сложности, где очень трудно измерить глубину внутренней стенки. В Blade|lineиспользуется новейший рентгеновский генератор IsovoltTitan, новейший линейный детектор и робот- манипулятор с захватом и перемещением лопаток, подлежащих контролю.
Компьютерная томография для обследования и метрологии
Промышленная компьютерная томография применяется довольно давно, но в течение довольно длительного времени ее использование ограничивалось стенами испытательных лабораторий, где проводился выборочной контроль и отбор проб для испытаний. За последние несколько лет достигнут значительный технологический прогресс — получены все более высокие разрешения и даже более высокие скорости реконструкции трехмерных объемных данных, так что результаты компьютерной томографии сейчас доступны за считанные минуты. В число недавно представленных разработок вошла система phoenixv|tome|x300 кВ CT, которая имеет разрешающую способность менее 1мкм. Система предлагает отличное разрешение и увеличение для металлов с высоким поглощением. Кроме того, существует вариант конфигурации установки с дополнительной трубкой позволяющий получить высокое разрешение - nanoCT® для материалов с низким поглощением. Фунция datos|x2.2 системы позволяет выполнить весь процесс сканирования и реконструкции без вмешательства оператора, а функция click& measure|CTвыводит трехмерные результаты на экран и обеспечивает их анализ всего за три шага, что в огромной степени снижает требование к навыкам оператора.
Широкий набор функций и возможностей также позволяет использовать компьютерную томографию в 3Dметрологии, особенно для сложных деталей со скрытыми или труднодоступными поверхностями, при работе с которыми технология может предложить значительные преимущества по сравнению с традиционными тактильными или оптическими координатомерами.




Рис. 4 Система phoenixv|tome|x
Компьютерная томография на производственной линии
Очевидно, что предприятия, производящие точное литье для аэрокосмической промышленности, предпочли бы иметь 100%-ный контроль производственной линии, а не отбирать пробы случайным методом. Помимо обеспечения более точного контроля качества, непрерывный отбор проб также позволяет быстро реагировать при выявлении дефекта, что дает важную обратную связь со станцией заливки или отливки. Новая система speed|scanatlineCTот GEвпервые позволяет осуществить высокоскоростную трехмерную (3D) компьютерную томографию (КТ) на производственной линии для контроля литых изделий до 100%. Новая система КТ компании GEпереняла технологии, успешно опробованные GEв сфере здравоохранения в течение более сорока лет работы. Быстродействие системы до 200 раз выше, чем у обычных систем 3DКТ. Данная высокоскоростная система также предлагает существенные дополнительные возможности контроля качества, в том числе точное трехмерное определение местоположения и классификацию дефектов, замер толщины стенки в целях контроля размеров и сравнение фактических данных систем автоматизированного проектирования (САПР). Система speed|scanatlineCTпригодна для применения на любой производственной линии, где имеется постоянная необходимость в жестком контроле качества литых изделий и сложных конструкций из легких металлов, особенно для автомобильной и аэрокосмической промышленности. Важным преимуществом системы Speedscanявляется снижение процента брака путем анализа местоположения и размера дефектов, которые могут быть ликвидированы последующими процессами, и путем точной проверки геометрии и габаритов детали для обнаружения и исправления отклонений по форме и размерам обследуемых деталей на ранней стадии производственного процесса. И, наконец, в зависимости от размера и свойств абсорбции, могут быть обнаружены даже инородные вещества, такие как вкрапления или остатки песчаного литейного стержня, установлено их местоположение, и проведена классификация по их плотности и местоположению.
Для крупнообъемного или массового производства, особенно в случае сверхвысокого качества, вскоре будет доступна быстрая линейная конфигурация. Обе высокоскоростные системы сканирования работают по такому же принципу, что и компьютерная томография в медицине. Обследуемая деталь перемещается вдоль своей продольной оси сквозь плоскость луча с постоянной скоростью, в то время как детектор рентгеновского излучения вращается с постоянной угловой скоростью.

Рис. 5 КТ лопастей авиационной турбины
Компьютерная томография для композитных материалов
Ввиду постоянной борьбы за снижение веса самолета композиты занимают все большую и большую долю в общей массе самолета. Все эти композитные материалы и конструкции требуют проведения обследования в процессе производства в целях контроля качества, кроме того, композиты также следует проверять во время эксплуатации, особенно после повреждений. К сожалению, из-за своего характера композитные материалы либо исключают возможность проведения НК многими традиционными методами, либо, в лучшем случае, ограничивают их применение. Например, хотя композиты на основе углеродных волокон являются проводящими, вихревой ток имеет очень ограниченное применение, и традиционный рентген не может обнаружить отслаивание, за исключением случаев, когда имеется включение с существенной разницей плотности. Ультразвуковой контроль является предпочтительной технологией, но компьютерная томография указывается все чаще.
Рентгеновская компьютерная томография высокого разрешения позволяет провести 3Dвизуализацию и анализ разрушения внутренней микроструктуры композитных материалов, даже когда 2Dрентгеновская микроскопия может дать только интегральную информацию о пучках волокон верхних слоев. В результате компьютерная томография быстро становится идеальным решением для сопровождения производства сложных конструкций и компонентов — от разработки до окончательного контроля качества. КТ используется для обнаружения пустот, микротрещин, отслаивания и сморщивания в композитных конструкциях и компонентах. Она также может применяться для определения высокого или низкого содержания резины в композитном компоненте и является подходящей технологией для всех процессов изготовления традиционных композитных материалов — от стандартного формования изделий из слоистых пластиков выкладкой по форме до формования посредством вакуума и трансферного формования.
Вывод
Радиография во всем своем многообразии играет важную роль в аэрокосмическом секторе. Пленочная радиография продолжает широко применяться, но с разработкой соответствующих стандартов и спецификаций и широким распространением применения Инициативы MAIцифровая радиография сейчас все больше принимается как продуктивная, эффективная и надежная технология. Аналогично, компьютерная томография также выходит за пределы лабораторий — на производственные линии, обеспечивая тем самым значительные преимущества для всех. Тем не менее, необходимо учитывать, что эти новые методы сильно отличаются от традиционной пленочной радиографии, и одной закупки оборудовании недостаточно. Прежде всего, необходимо установить, что такое оборудование будет соответствовать запрашиваемым требованиям, также важно наличие инфраструктуры для необходимого обучения и послепродажного обслуживания.

Каково на Руси строить? Что потеряла Россия за два десятилетия.



В 2013 году исполняется 25 лет со дня образования Федерации любителей авиации России. Сегодня можно сказать, что ее создание стало первым реальным и осознанным шагом на пути развития авиации общего назначения в Российской Федерации. А потому 17 декабря 1988 года можно считать не только днем учреждения ФЛА РФ, но и днем рождения АОН России. Четверть века, целая эпоха – время «собирать камни». Начнем с производства воздушных судов АОН – камня, который 25 лет назад казался краеугольным.

Случайное дитя перестройки
Тема юбилея – лишь повод для статьи, которая посвящена не истории ФЛА РФ, о ней мы напишем в будущих выпусках журнала, а анализу производства ВС АОН в России. И начнем этот анализ с истоков.
Наверное, найдутся специалисты, которые будут доказывать, что первым пилотом АОН в России стал Михаил Ефимов еще в 1910 г., а начало производства следует относить ко второму десятилетию прошлого века. Имеет право на жизнь и отсчет истории АОН России с момента зарождения дельтапланеризма или образования в октябре 1978 г. Федерации дельтапланерного спорта, позднее преобразованной в ОФ СЛА. Можно считать днем рождения АОН открытие первого слета СЛА в Крыму или дату старта серийного производства дельтапланов в Иркутске.
Однако в нашем обществе началом жизни принято считать не момент зачатия, а день появления уже сформировавшегося ребенка на свет. Именно по этой причине, говоря образно, десятилетие до 1988 года можно сравнивать с периодом вынашивания плода, а первый крик АОН России издала с глотком воздуха, который стал возможен лишь в конце Перестройки.


Статические испытания Ил-103


Раз уж мы обратились к метафоре, сравнивая процесс рождения АОН с появлением на свет ребенка, надо назвать ее родителей. Один из них не вызывает сомнения – сообщество авиалюбителей, которому в Советском Союзе разрешалось очень немногое. В роли второго родителя, как ни странно может показаться сегодня, выступил Минавиапром СССР. Эта необычная пара сошлась по разным причинам: первый – из любви к будущему дитяти, второй – по расчету. И, как часто бывает в человеческом обществе, ребенку, рожденному без взаимной любви родителей, по расчету, уготована непростая судьба.
А теперь перейдем от иносказания к аналитике. Почему же советское министерство решило развивать частную авиацию?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить, что во второй половине 80-х годов прошлого века одной из виновниц развала народного хозяйства Советского Союза считали оборонную промышленность, составной частью которой был авиапром. Тогда в качестве лекарства от тяжелой болезни экономики была прописана конверсия. Но врачи, которые выписывали рецепт, плохо знали пациента, да и болезнь представляли не лучше. Потому очень скоро выяснилось, что от выпуска сковородок вместо истребителей и бомбардировщиков обществу лучше не становится, а промышленность вообще умирает. Вот и нашлись умные головы, посчитавшие, что вернуть больного к жизни смогут легкие самолеты и прочая техника авиации общего назначения. Тем более, к концу Перестройки появились кооператоры, открыто называвшие себя миллионерами, а значит, потенциально способные покупать дорогие самолеты и вертолеты. Никто не возражал и против того, чтобы Центры научно-технического творчества молодежи, постепенно преобразованные в кооперативы и общества с ограниченной ответственностью (ООО), занялись разработкой авиационной техники. Появилась надежда, что в России зарождается рынок АОН, который все расставит на свои места.





Рис. 1. Количество типов и модификаций ВС АОН
Эта надежда подтолкнула руководителей известных советских авиационных и даже космических ОКБ, почти всех авиационных заводов и недавно образованных авиационными инженерами кооперативов направить в конце 80-х свои предприятия на разработку воздушных судов АОН. Однако целью многих проектов было желание получить бюджетные средства на конверсию предприятий оборонпрома. О том, есть ли в стране реальный спрос на ВС АОН серьезно мало кто задумывался.
Посмотрим, что из этого вышло.


Анамнез


Тем, кто не владеет медицинской терминологией, поясню: ан?мнез – совокупность сведений, получаемых при медицинском обследовании путем расспроса больного и/или знающих его лиц. Конечная цель сбора и изучения ан?мнеза – установление диагноза, назначение курса лечения и, в конце концов, облегчение состояния пациента.
Вынужден обращаться к необычной терминологии и универсальному методу медицинских исследований по нескольким причинам. Во-первых, установить состояние производства ВС АОН в России и его результаты на основе объективных данных очень сложно. Авиастроение продолжает оставаться закрытым, хотя в области авиации общего назначения не представляет военной, а в большинстве случаев и коммерческой тайны. Не помогает даже Интернет. Попробуйте поискать в сети фотографии производства самолетов и вертолетов АОН на российских предприятиях. На любой запрос получите сотни картинок с авиасалонов и десятки – с мест катастроф, но на тысячу таких фото найдете одну-две невзрачных фотографии, снятые в цехах авиазаводов. Не удается получить представление и путем расспроса. Я несколько раз предпринимал попытки получить от российских производителей данные о количестве построенных и проданных ВС АОН. На вопросы отвечает одно из десяти предприятий. Не будем тратить время на выяснение причин такой секретности, упомянул о ней лишь для того, чтобы пояснить, почему приходится анализировать результаты работы российских авиастроителей по данным косвенных источников. Во-вторых, медицинская терминология уместна потому, что пациент– производство ВС АОН в России – болен с рождения. И после того как в прошлом году активизировались разговоры о развитии малой авиации, актуальным стал вопрос о том, можно ли излечить от врожденных пороков российское авиастроение в области АОН.
Поскольку показателями здоровья любой промышленности, в том числе и авиационной, являются данные о количестве произведенной и проданной продукции, о соотношении затрат на производство и доходов от продаж, попробуем найти необходимую информацию. Для удобства анализа систематизируем ее по времени, разделив постсоветский период на два отрезка: 1990–1999 годы и 2000–2012 годы.




Рис. 2. Средние показатели ВС АОН

Предприятия и продукция


Начнем с предприятий и их продукции. Представление о ней можно получить из немногих каталогов и справочников [1–3] и многочисленных публикаций в Интернете (табл. 1, 2). Для наглядности в таблицы включены только типы ВС АОН, хотя в анализе учтены и модификации.
В таблицы включены не все типы ВС АОН, однако выборка вполне представительна, так как охватывает все категории воздушных судов и абсолютное большинство типов и модификаций.
Формальное сравнение двух периодов показывает, что ситуация в общем мало изменилась (рис. 1).
Конструкторская мысль в стране по-прежнему работает. С учетом того, что в таблицу включены не все воздушные суда, можно сказать, что каждые 10 лет в России разрабатывают в среднем около 100 ВС АОН и почти каждый тип имеет как минимум одну модификацию.
Однако сравнение двух таблиц показывает, что в 90-е годы спектр разработок был разнообразней. В 2000-х снизилась активность в области проектирования дорогих административных ВС, самолетов с шасси на воздушной подушке, спортивно-пилотажных самолетов, меньше стали разрабатывать самолетов с ТВД и легких многоцелевых самолетов (не приняты в расчет технические предложения, которые не получили развития). В то же время, выросло количество проектов очень легких самолетов.
Данные табл. 1, 2 подтверждает более строгая статистика: масса конструкций ВС АОН, разработанных в России, сократилась вдвое, максимальные скорости уменьшились в среднем на 27% (рис. 2).
Почему это произошло?
Анализ показывает, что из 37 предприятий, занятых проектированием ВС АОН в 90-е годы, продолжают работать в этой области только восемь. 20 компаний, более половины от общего количества, прекратили существование! В 2000-е годы практически все крупные ОКБ закрыли разработки в АОН. Сегодня в этой области работает 48 компаний. Таким образом, средняя численность специалистов, занятых разработкой ВС АОН на предприятиях авиастроения сократилась в прошлом десятилетии в шесть раз по сравнению с 90-ми годами: со 102 до 16 человек (рис. 3).

Рис. 3. Средняя численность занятых разработкой ВС АОН на предприятии


Рис. 4. Зависимость трудоемкости ОКР от массы конструкции


Рис. 5. Затрачено на разработки проектов ВС АОН, млн. чел.-ч


Социальные последствия


Как появились эти цифры, если Росстат не ведет учет статистики предприятий авиастроения, занятых в области АОН?
Действительно, данные о количестве сотрудников, участвовавших в разработках проектов или работающих на малых предприятиях авиастроения, были найдены только в трех публикациях. В частности, в проекте «Молния-1» на НПО «Молния» в 90-е годы участвовало 100 инженеров и 20 рабочих. В ООО «Самара VVV-авиа» в середине прошлого десятилетия трудилось 60 сотрудников, в ООО НПО «АэроВолга» – 80. В анкетах нескольких малых предприятий, которые были заполнены по просьбе журнала в 2009–2011 гг., этот показатель колебался от 3 до 32 человек.
Недостаток статистической информации можно восполнить информацией аналитической.
Например, трудозатраты инженерно-технического персонала (ИТР) на выполнение опытно-конструкторских работ (ОКР) по созданию нового самолета в первом приближении можно определить по формуле фирмы Rand Corporation 1974 года [4]:
ТОКР = 0,322•Мкон0,64•VMAX0,99 • [4 (tСОЗД – 1942)]0,65, (1)
где ТОКР – трудоемкость проектирования, чел-ч;
Мкон – масса конструкции самолета, кг;
VMAX– максимальная скорость полета, км/ч;
tСОЗД– год создания самолета.
К сожалению, исследований трудоемкости проектирования различных типов ВС АОН в СССР и в России практически не было, поэтому выбор инструментов для анализа невелик.
Удобство формулы (1) в том, что по каждому проекту можно найти достаточно точные значения каждого из трех параметров. Но поскольку она была построена на основе данных о проектировании цельнометаллических легких самолетов в США в период с 1942 по 1974 г., при оценке трудоемкости проектов других типов ВС АОН, разработанных в 1990–2000-е годы в России, естественно, будут б?льшие или м?ньшие погрешности, которые можно установить, лишь зная реальные трудозатраты. Но этой информации нет.
Зависимость (1) дает вполне объяснимое увеличение трудозатрат на разработку более сложных ВС АОН, имеющих, как правило, б?льшую массу конструкции (рис. 4). «Зубцы» на графике возникают в случаях, когда у близких по массе ВС АОН различны максимальные скорости: более скоростные требуют больших затрат времени на разработку.
За неимением других инструментов, воспользуемся формулой (1).
Анализ показывает, что в 90-е годы на ОКР по проектам ВС АОН было затрачено 29 млн. чел-часов! В следующем десятилетии эти затраты уменьшились более чем вдвое –до 13 млн. чел-часов (рис. 5).

Рис. 6. Участвовало в разработках ВС АОН, тыс. чел.

Зная трудозатраты, можно определить среднюю численность инженеров, участвовавших в проектах:
NИТР= ? Токрiгодnпр, (2)
где ТОКРi– трудоемкость ОКР на i-м предприятии, чел-ч;
Фгод – годовой фонд рабочего времени с учетом потерь, ч;
nпр – продолжительность выполнения ОКР, лет.
Расчеты показывают, что в 90-е годы разработками ВС АОН было занято 3756 ИТР, в 2000-е – 810 (рис. 6). Поскольку в расчетах был принят усредненный фонд рабочего времени, который в действительности меняется каждый год и на разных предприятиях различен, такое усреднение привело к погрешностям. Также сложно точно определить по публикациям действительные сроки разработки каждого проекта. О погрешности расчета трудозатрат уже было сказано. Но поскольку эти погрешности случайно распределены в каждом из двух сравниваемых периодов, при сравнении расчетных показателей их влияние уменьшается.
А сравнение таково, что число ИТР, занятых в проектах ВС АОН в прошлом десятилетии сократилось более чем в 4,6 раза по сравнению с 90-ми годами.
Зная количество ИТР и число предприятий, на которых они работают, легко определить среднюю численность инженеров, занятых разработкой ВС АОН на этих предприятиях (рис. 3). Если вспомнить численность ИТР, участвовавших в разработке самолета «Молния-1» (100 человек), и данные анкет 2009 г., в которых численность работников колебалась от 3 до 32 человек, можно признать, что расчеты дали вполне реальные результаты.


Финансовые последствия


Вопрос о том, почему уменьшились число предприятий, сложность проектов и количество инженеров, занятых разработкой ВС АОН, – риторический. Ответ известен – проекты оказались убыточными, а разработка новых стала в России делом финансово невыгодным и рискованным. Однако неплохо было бы понять, какие потери понесены при разработке ВС АОН в прошлом и каковы причины этих потерь. Возможно, эта информация позволит более объективно оценить будущее.
Известно, что общая стоимость затрат на выполнение ОКР зависит от суммарных трудозатрат на проектирование и удельной стоимости труда, затраченного на выполнение этих работ [5]. Поскольку в рассматриваемые периоды времени, особенно в 90-е годы, курс рубля изменялся значительно, для удобства приведем все расчеты к долларам. Это надо сделать и потому, что данные о затратах на разработки конкретных проектов, опубликованные в [1-3] и в Интернете, тоже, как правило, указаны в долларах.
Зокр = сокр •ТПР, (2)
где ЗПР – затраты на ОКР, USD;
ТПР– трудоемкость проектирования конструкции самолета, чел-ч;
сПР– удельная себестоимость проектирования, USD/чел-ч.





Рис. 7. Средняя стоимость ч. часа в Москве


Удельная себестоимость проектирования сокр может быть определена при известном для ОКБ уровне накладных расходов и стоимости чел-ч ИТР [5]:
cОКР = сИТР Кнр(3)
где сИТР – средняя стоимость ч-часа ИТР ОКБ;
Кнр– суммарный коэффициент накладных расходов.
Стоимость чел-ч работы ИТР можно определить по известной среднемесячной заработной плате в регионе или отрасли промышленности [6] и известному среднемесячному фонду рабочего времени, а привести к доллару – по данным о среднегодовом курсе рубля к доллару [7].
На рис. 7 построен график изменения средней стоимости чел-ч ИТР в Москве. В [2] приведена информация о том, что при разработке бизнес-плана проекта легкого самолета Е-1 в 1994 г. стоимость чел-ч равнялась 2012 руб. Средний курс доллара в 1994 г. был равен 2246 руб./USD[7]. Следовательно, в 1994 г. на одном из московских предприятий показатель сИТР = 0,9 USD/чел-ч, что соответствует рис. 7. В то же время, средняя стоимость чел-ч ИТР в Воронеже в 2010 г. была примерно в три раза меньше по сравнению с Москвой. Да и в Москве на разных предприятиях разные уровни оплаты труда. Тем не менее, для общего анализа рассчитанные показатели вполне пригодны (рис. 7).
Сложнее с накладными расходами. Они на разных предприятиях тоже различны. Однако для оценки расходов на выполнение программ для определенности примем Кнр = 10 (1000%) на предприятиях, сформировавшихся в советское время. Для этих предприятий характерны высокие накладные расходы. В частных малых предприятиях, где стоимость капитальных сооружений и оборудования невелика и, как правило, меньше работников, не участвующих непосредственно в процессе разработки и изготовления ВС АОН, также для определенности примем Кнр = 3 (300%) одинаковым для всех подобных предприятий.
Приблизительный расчетстоимости разработки нового самолета базируется на оценке доли расходов на ОКР в общих затратах на реализацию программы создания самолета [5]:
СПГ = СПР/ ?ПР = с ПР •ТПР/ ?ПР(4)
гдеСПГ – общий прогноз стоимости авиационной программы, USD;
СПР – себестоимость проектирования конструкции самолета, USD;
?ПР– доля затрат на проектирование конструкции самолета в общей стоимости программы, ?ПР = 0,28 [12].





Рис. 8. Затраты на разработки ВС АОН, млн.USD


Здесь тоже приходится мириться с систематическими ошибками. Например, достаточно часто российские предприятия выполняли разработки новых самолетов не с нуля, а на основе выполненных ранее проектов. Это касается, прежде всего, коллективов, занятых проектированием легких самолетов в течение многих лет. Поэтому затраты на разработку таких проектов в действительности меньше, чем дал расчет по формуле (4).
Кроме того, нет точной информации о том, на каком этапе были приостановлены проекты. Чтобы уменьшить величину этой погрешности, будем считать, что если по проекту не было организовано производство хотя бы нескольких машин, ?ПР = 1.
Кроме общей информации о том, сколько приблизительно было израсходовано средств на разработку ВС АОН в России в каждом из двух рассмотренных периодов, полезно знать, какую отдачу имели эти затраты. Тут дать точную оценку еще сложнее, поскольку информации крайне мало. Поэтому условно будем считать, что если по проекту был организован выпуск хотя бы нескольких десятков самолетов, средства потрачены не напрасно. Такой подход нельзя считать корректным, но для определенности будем использовать его хотя бы для приблизительной оценки.
Результаты расчетов приведены на рис. 8. Как видим, в 90-е годы на разработку новых ВС АОН и их подготовку к производству было затрачено около 700 млн. USD. В 2000-е затраты уменьшились примерно до 400 млн. USD. При этом, б?льшая часть затрат не привела к производству спроектированных воздушных судов. В 90-е годы на проекты ВС АОН истрачено напрасно свыше полумиллиарда долларов, в 2000-е – четверть миллиарда долларов!
Надо заметить, что наибольший вклад в общие затраты на разработку ВС АОН в 90-е годы внесли проекты административных самолетов с ТРДД– около 400 млн. долл. Они же определили и полумиллиардные потери, поскольку ни один из административных самолетов так и не поднялся в небо. В 2000-е годы почти в три раза уменьшились общие расходы на разработку легких самолетов (с 48 до 17 млн. USD). Но почти в три раза выросли затраты на проекты очень легких самолетов (с 6 до 19 млн. USD). Так отреагировали предприятия на неудачи 90-х годов и спрос на рынке АОН в первом десятилетии нового века. Однако надо учесть, что во многом рост расходов определен не столько увеличением количества и сложности самих проектов, сколько ростом стоимости труда.
Совершенно естествен интерес к тому, насколько точно определены затраты на программы ВС АОН по формулам (1)–(4). К сожалению, выполнить объективную оценку точности сложно, т. к. очень мало информации о реальных затратах на проекты. В табл. 3 приведено такое сравнение на основе расчетов, а также данных [2] и публикаций в Интернете. В большинстве случаев информация заимствована из интервью, а потому не является первичной, а значит, достоверной. Кроме того, расчеты затрат на многие из проектов 90-х годов были выполнены по разным, не всегда совершенным методикам, поэтому далеко не всегда сами по себе точны. И, наконец, данные о фактических затратах, включенных в таблицу, – неполные, поскольку относятся к интервью, данным до 1995 г. В 2000-е информацию о затратах на разработку новых ВС АОН их руководители озвучивали очень редко.



Рис. 9. Сравнение расчетных и объявленных затрат на проекты


Тем не менее, можно сказать, что в каждой из категорий расчетные и объявленные затраты получились одного порядка. А в некоторых примерах, как с данными о проекте самолета Е-1, оказались довольно точны. Конечно, и достоверность и представительность данных недостаточны для построения статистических зависимостей, по которым можно было бы рассчитывать затраты на проекты новых ВС АОН на ранних этапах их разработки (рис. 9). Но для первой оценки за неимением более качественной информации остается пользоваться тем, что имеем.


Старые грабли


Итак, можно считать, что в 90-е годы российские предприятия потеряли на разработке новых ВС АОН полмиллиарда долларов, в прошлом десятилетии – четверть миллиарда. Но надо учесть, что это прямые потери на разработку, которые не были возвращены, поскольку либо не получилось наладить серийное производство, либо продажи оказались единичными. В действительности потери еще больше, поскольку к ним надо добавить убытки от сокращения парка ВС, следующего за ним уменьшения количества аэродромов, сокращения штатов производственных предприятий, аэропортов, авиакомпаний и аэроклубов.
К сожалению, установить расчетным путем количество выпущенных и проданных ВС АОН еще сложней, чем оценить затраты на их разработку. Данные о производстве складываются только из публикаций и анкет, разосланных на предприятия.
По неполным данным в 90-е годы российскими авиазаводами было построено свыше 1000 ВС АОН. Чуть более половины из них – легкие самолеты. Из оставшегося количества изготовлено несколько машин с ТВД, остальные – ультралайты и дельталеты (рис. 10).
При этом б?льшая часть легких самолетов выпущена в первой половине 90-х годов и поставлена преимущественно на экспорт. Это относится к самолетам Су-26, Су-29, Як-55М, Як-18Т, производство которых было налажено еще в советское время. К этому можно добавить около 50-ти новых И-3 и несколько самолетов Ил-103. Известно, что на заводах в Самаре, Иркутске и Тбилиси были заложены установочные партии по 20 машин «Молния-1», Як-112 и Як-58. Но сдано в эксплуатацию лишь по нескольку бортов каждого типа, которые были заняты в программах сертификации.
В сегменте гидросамолетов в 90-е годы самыми массовыми были Че-22 («Корвет»), которых выпустили около 80.
Наиболее распространенными ОЛС оказались в те же годы СЛ-90, И-1Л, СЛ-39 ВМ-1. Самолетов этих типов в Луховицах построили в сумме около 80-ти.
Наиболее массовым в 90-е годы был ультралайт «Авиатика-890». Их выпустили на МАПО-МиГ около 400 машин нескольких модификаций. Причем, свыше 300 из них продано преимущественно на экспорт.
В те же годы построено и поставлено на экспорт около 100 планеров и мотопланеров АС-4/АС-5/АС-5М.
Среди дельталетов самым массовым оказался МД-20. Их в 90-е годы было изготовлено 286 аппаратов.
В прошлом десятилетии общий объем производства сократился примерно на 40%. При этом легких самолетов выпущено меньше в три раза. Но выросло производство ОЛС, гидросамолетов и автожиров (рис. 10).
В сегменте легких самолетов в прошлом десятилетии больше всего построено самолетов Як-18Т 36-й серии. Еще 11 машин модифицировали из ранее произведенных. Среди гидросамолетов, которых выпустили около 100 штук, по-прежнему лидировал «Корвет» (Че-22), но в прошлом десятилетии построено почти 20 четырех- шестиместных амфибий.



Рис. 10. Объемы производства ВС АОН в России








Рис. 11. Стоимость разработки самолета с одним ТВД, млн. USD


В сегменте ОЛС лидировали А-27, А-33, «Сигма-4» («Сигма-классик»), причем появились самолеты Cetus, собранные в заводских условиях из кит-наборов. Среди ультралайтов лидировал «Птенец-2» (40 самолетов). Самыми массовыми дельталетами были МД-50 (170 шт.), «Стимул» и «Олимп» (50 шт.).
Надеюсь, что предприятия, заинтересованные в получении более представительной и достоверной информации, примут участие в исследовании, которое в дальнейшем поможет уточнить цифры, опубликованные в статье.
Однако корректная статистика – не самоцель. Важнее установить причины спада производства, чтобы не повторить ошибки прошлого в будущем. Очевидно, что этой теме должны быть посвящены отдельные исследования. Пока же обратим внимание на некоторые выводы, которые следуют из проведенного анализа.
Очевидно, что начало многих разработок ВС АОН, особенно в 90-е годы на предприятиях авиапрома, было мотивировано не столько желанием выйти на новый рынок воздушных судов, сколько стремлением занять сотрудников в рамках конверсии более привычным для них делом. При этом основной акцент был привычно сделан на конструкторскую работу. Оценка рынка была выполнена поверхностно, на основе уже утраченных к тому времени возможностей СССР. Действительно, прогнозы потребности в ВС АОН, озвученные в те годы, давали надежды возвратить практически любые затраты на разработку новых проектов (табл. 4).
Отсутствовало и ясное представление о потребных затратах на разработку (табл. 3). В результате многие проекты были закрыты, потому что средств на их реализацию потребовалось гораздо больше, чем планировалось.
Безусловно, серьезным фактором риска оказалась затратная и непрогнозируемая по времени сертификация типа ВС АОН. Для большинства проектов она растянулась на годы, что помешало началам продаж и практически привело к сворачиванию проектов. Можно даже сказать, что несколько десятков человек, занятых в органах сертификации, способствовали потере миллионов чел-ч и миллионов долларов, закрытию десятков предприятий. Не слишком ли высокая цена?
В сегменте сверхлегкой техники дополнительным барьером стало лицензирование деятельности по разработке и производству авиационной техники. Процедуры, дублирующие сертификацию, поставили российские предприятия в неравные условия с зарубежными конкурентами, поскольку во многих странах такое дублирование исключено.
Конечно, в 90-е годы главными факторами сворачивания проектов были отсутствие законодательной базы для развития АОН и близкий к нулю спрос на новую технику.
Разумеется, свою роль сыграли и технические просчеты. Российские моторы для легких самолетов заметно проигрывают зарубежным по экономичности, что снизило интерес покупателей к ВС с такими двигателями, Некоторые проекты разрабатывали инженеры, ранее никогда не работавшие в области легкой авиации. Поэтому их разработки оказались неудачными.
Конечно, надо признать, что проектированием и производством большинства ВС АОН в мире занимаются небольшие предприятия, насчитывающие от нескольких десятков до нескольких сотен сотрудников. Привлекать к этой работе крупные ОКБ и серийные заводы с многотысячными коллективами экономически нерентабельно. В этом российские предприятия убедились на собственном опыте. Отчасти поэтому в 2000-е годы известные ОКБ прекратили разработки проектов легких самолетов.
Напрасно истрачены огромные средства, не смогли реализовать себя в новой отрасли тысячи специалистов. Но для того, чтобы не повторять ошибки прошлого, не наступать на грабли, надо внимательней изучать условия реализации новых проектов.
Например, в прошлом году очень много было сказано о возрождении в России малой авиации. Действительно, тема актуальна. Но заниматься новыми проектами следует не в расчете на сиюминутную популярность темы, а на основе твердой уверенности в том, что продукция будет востребована на рынке. Сегодня, кстати, войти в сегмент авиастроения АОН становится гораздо дороже, чем в конце прошлого века. Например, разработка нового легкого турбовинтового самолета обойдется втрое дороже, чем тогда (рис. 11).
Тем не менее, опыт двух десятков лет достаточен, чтобы принимать более взвешенные и эффективные решения. Надеюсь, что читатели смогут высказать свою точку зрения на проблемы, затронутые в статье, и уточнить изложенную в ней информацию. И в будущем работать на предприятиях авиастроения, занятых разработкой и поставками ВС АОН, станет легче.


Список источников


1. Авиация общего назначения. Информационно-справочный каталог/Под. Ред. Присяжнюка В.С.// ТОО фирма «ЮЛАНА». – М.: 1995 – 160 с.
2. Авиационно-космический справочник/Под ред. ШустоваИ.Г.//KONVERSULT. – М.: 1996
3. Каталог современной отечественной авиации/Под ред. Меглинского В.В.//ООО «Крылья». СПб.: 2009 – 64 с.
4. Прогнозирование стоимости авиационных программ/Лапин М.С.// Техническая информация ЦАГИ, М.: №3, 1978, с. 1-18.
5. Арасланов С.А. Прогнозирование стоимости проекта нового легкого самолета//Авиация общего назначения: научно-технический журнал, Харьков, №9, 2008, с. 13-17.
6. http://www.gks.ru/bgd/regl/b03_13/IssWWW.exe/Stg/d010/i011320r.htm
7. http://www.rating.ru/RUS/KURS_MVB


Сергей Арасланов