Импортозамещение и модернизация национальной экономики в условиях осложнённой внешнеполитической ситуации сегодня стала национальной идеей. Ведущей отраслью в промышленном развитии является машиностроение, а основой машиностроения — станкостроение, роль и значение которого трудно переоценить. Удельный вес машиностроения в структуре промышленного производства западных стран достигает 50%, а у нас — около 20%. Механообработка является основным способом создания большинства изделий и будет таковой ещё долгое время.
Сегодня невозможно изготовить ни самолёт, ни комбайн, ни автомобиль без современного станка и инструмента. Конкурентоспособность машиностроения и промышленности в целом напрямую зависит от качественного и количественного состояния имеющегося парка металлообрабатывающего оборудования (МОО) и кузнечно-прессового оборудования (КПО).
В 1986 году было изготовлено металлообрабатывающего, деревообрабатывающего и кузнечно-прессового оборудования более 100 тыс. ед., а за период с 2006 по 2016 годы — всего 35290 ед. (с учётом капитально отремонтированных, число которых неизвестно). Необходимо обратить внимание, что за последние 4 года (2013–2016 гг.) в Россию поступило 47455 ед. МОО из-за рубежа. Эти цифры убедительно говорят о серьёзной потребности нашего машиностроения в металлообрабатывающей продукции. Это огромные перспективы для выполнения государственной программы по импортозамещению и развитию экспорта.
Сейчас мало кто помнит, а молодое поколение просто не знает, что до 1991 года из СССР экспортировалось 23% МОО и КПО во все страны социалистического лагеря и в передовые другого лагеря: Японию, ФРГ, Швейцарию, Канаду, Италию, Францию и др.
После 1991 года в результате усилившейся информационной войны против России все наши станки сразу стали плохими, технологически отсталыми и т.д. Возможно ли такое? А в Японии уже 30 лет работает коломенский расточной станок с диаметром планшайбы 22 м и площадью 370 м2 (рис. 1). Наши научно-технические инновации в литейном производстве — залог успеха политики импортозамещения в машиностроении, потенциал, доказывающий, что наша промышленность готова к импортозамещению в станкостроении.
Реальная ситуация в промышленности такова, что, учитывая количественный состав металлообрабатывающего парка в стране (по экспертной оценке — более 1,5 млн ед. станков и прессов) и его возрастной состав (70% эксплуатируется уже 25-30 лет и более), отрасль стоит на пороге лавинообразного нарастания спроса на МОО и КПО.
Более чем двадцатилетнее падение выпуска и спроса на металлообрабатывающее оборудование привело ещё и к технологическому отставанию в российском станкостроении и снизило конкурентоспособность выпускаемой продукции.
Если в 1990 году Россия занимала 3-е место в мире по производству станкостроительной продукции, то сейчас даже трудно ответить на этот вопрос. За прошедшие годы отрасль потеряла все заводы тяжёлого станкостроения и большую часть профильных известных заводов, институтов и конструкторских бюро: ЛСПО им. Я. М. Свердлова, Ульяновский завод тяжёлых и уникальных станков, Коломенский завод тяжёлых станков, Ивановский завод тяжёлого станкостроения, «Гипростанок», «Оргстанкинпром», «ВПТИлитпром», «ВНИИлитмаш», НИИСЛ и др.
Переоснащение отечественной промышленности невозможно без возрождения нашего российского станкостроения. Осуществление решения этой проблемы исключительно за счёт импорта, естественно, подрывает и экономическую, и технологическую безопасность, и обороноспособность нашей страны. Но реанимировать станкостроение без серьёзной модернизации заготовительных производств (литейного и кузнечно-прессового) невозможно.
Решение этой задачи возможно лишь за счёт приоритетного развития инновационных технологий, для чего необходимо значительное увеличение объёма инвестиций в науку (исследования и разработки, создание новых машин, оборудования и технологий, проектно-конструкторские разработки, приобретение патентов или лицензий, программных продуктов, обучение и подготовка кадров).
В США выделяется на науку более 3% от ВВП страны, у нас — 0,5%. США ежегодно вкладывает в НИОКР свыше 280 млн долл., страны ЕС — около 190 млн, Япония — более 100, Китай — 60, Германия — 54, Россия — 6. Доля России — 0,3% мирового рынка наукоёмкой продукции, при том, что США — 36%, Япония — 30%, Германия — 9,5%, Китай — 6%.
Несмотря на обвальное снижение инвестиций в науку, разрушение связей науки с производством, в стране сохраняется некоторый уникальный научно-технический и образовательный потенциал, однако эффективность его практического использования для создания национальной инновационной системы без финансовой поддержки государства крайне низка. За период 1990-2015 годы практически сократился объём работ, выполненных оставшимися научными организациями по основному профилю («ВНИИлитмаш», «ВПТИлитпром», ЭНИМС). Новых владельцев предприятий интересует не развитие и обновление производства, а получение максимальной прибыли, в том числе путём передачи в аренду и продажи основных фондов в ущерб науке и основному производству.
Многочисленные «мероприятия» и «стратегии», принятые в станкоинструментальной отрасли в эти годы, без поддержки государства приказали долго жить, а новые продолжают размножаться. В соответствии со «Стратегией развития станкоинструментальной промышленности России до 2015 года» выпуск МОО и КПО к 2012 году (а затем его продлили до 2016 г.) должен быть увеличен в 4 раза от достигнутого в 2007 году (25 тыс. ед. МОО и 10 тыс. ед. КПО). По укрупнённым расчётам для этого требуется 420-430 тыс. т чугунных и 150-160 тыс. т стальных отливок. Поставленная задача не решена и в ближайшие годы не будет решена, так как в отрасли осталось всего 5 заводов, имеющих литейное производство для уникальных станкостроительных отливок, и выпуск их около 30 тыс. тонн в год.
При выборе стратегии развития отрасли приходим, казалось бы, к парадоксальному выводу: начинать надо не с обрабатывающих мощностей, а с обновления литейного производства как базового. При нынешней промышленной политике обрабатывать скоро будет нечего.
Уже сегодня многие станкозаводы не от хорошей жизни перешли на ремонт и модернизацию станков с использованием базовых чугунных отливок от списываемого оборудования (станин, стоек, траверс, столов, саней и др.). Такие приоритеты косвенно подтверждают Турция, Китай, Бразилия, Польша и другие страны, резко увеличившие экспорт отливок.
По нашему мнению, возрождение тяжёлого машиностроения и в первую очередь станкостроения нужно начинать с модернизации заготовительных производств: ООО «МеталЛитМаш, ОАО «Сиблитмаш», Ивановский завод тяжёлых станков, Воронежский завод «Тяжмехпресс», Савёловский машзавод, Рязанский станкозавод, Рязанский завод «Тяжпрессмаш», Новосибирский «Тяжстанкогидропресс» и др., имеющих богатый опыт изготовления сложных базовых отливок и поковок для отрасли на основе инновационных технологий, создания литейно-кузнечных комплексов с использованием отечественного формообразующего и термического оборудования фирм «Сиблитмаш», «РЭЛТЕК», «Литаформ», «ТАХТЕХ-РУС», «Амурлитмаш», «ЭКТА», «СИБЭЛЕКТОРТЕРМ» и др.
Проведение реформы литейного производства станкостроения не терпит отлагательств. Даже незначительные затяжки данного процесса приведут к невыполнению указа правительства об импортозамещении в машиностроении и к невыполнению стратегий развития тяжёлого машиностроения и станкостроения на период до 2030 г. Случайные машиностроительные заводы не в состоянии ни сейчас, ни в ближайшие годы обеспечить станкостроение тяжёлыми чугунными отливками высокого качества, соответствующими ОСТ2МТ21-2-90 для станкостроения.
Решение столь важных задач привело Россию, если можно так сказать, к промышленной революции, которая состоит из трёх этапов:
1-й этап — широкое внедрение инновационных технологий, обеспечивающих качество продукции на уровне мировых стандартов и решающих проблему импортозамещения;
2-й этап — ресурсосбережение;
3-й этап — экология.
Определяющими факторами первого этапа промышленной революции являются модернизация литейного производства и повышение качества продукции. Вступление России во Всемирную торговую организацию (ВТО) требует адаптации к мировым стандартам, чтобы продукция отрасли стала конкурентоспособной по показателям «цена-качество-безопасность». Достижение этой цели возможно за счёт внедрения инновационных технологий в литейном и кузнечном производствах, реализации имеющегося потенциала.
По уровню производительности труда Россия отстаёт от США и Евросоюза в 4 раза. Энергоёмкость, ресурсоёмкость продукции и технологий в основных отраслях промышленности в среднем выше в 3 раза, чем в США и в других индустриально развитых странах.
Наибольший вклад в обеспечение безопасности, ускорение экономического роста, повышение конкурентоспособности продукции могут внести информационные технологии.
Компьютерное проектирование позволяет автоматизировать процесс изготовления сложных модельных комплектов и устранить все нестыковки в организации литейного производства. Автоматизированное моделирование литейных процессов даёт возможность выявлять различные дефекты, остаточные напряжения, деформации отливок, определять объёмную усадку, оптимизировать литейно-питающую систему, размеры и места установки прибылей, рассчитывать и минимизировать остаточные напряжения и деформации.
Ресурсосбережение — это второй этап промышленной революции, когда осуществляются мероприятия по снижению себестоимости продукции с сохранением или улучшением достигнутого качества. Сегодня этот этап как-то реализуется, но не очень активно. На современном этапе для повышения экономического потенциала государства и благосостояния людей необходимо более эффективно использовать известные материальные ресурсы и вовлекать новые — недефицитные и экономически более выгодные. Продуктивность использования ресурсов можно увеличить в 5 раз.
Мощным фактором модернизации является реализация стратегии энергоэффективности и энергосбережения. Оптимизация и повышение эффективности производства позволяют получить значительный экономический эффект, соизмеримый с фондом оплаты труда персонала предприятия. Всё это невозможно без применения новейших технологических разработок. Даже самые крупные инвестиции в энерго- и ресурсосбережение окупаются сторицей.
Общим для любых промышленных предприятий пунктом в сокращении расходов (и особенно в литейном и кузнечном производстве) являются главным образом затраты на тепловую и электрическую энергию, а также на другие расходуемые ресурсы в зависимости от технологии производства (воды, топлива, материалов). Мало кто знает, что для изготовления отливки требуется около 100 наименований основных и вспомогательных материалов. Это значит, что в этом процессе задействовано почти такое же количество смежных производств.
Оптимизация технологических процессов позволяет сократить потребление энергии и ресурсов, уменьшить расходы на обслуживание, высвободить дополнительные площади, а также повысить надёжность и качество работы инженерных и технологических систем, сократить аварийность оборудования и ремонтные простои.
В литейном производстве имеются огромные резервы экономии металла (в среднем коэффициент использования металла по стране не превышает 0,6). Существенными ресурсами являются уменьшение металлоёмкости машин и оптимизация их структуры, сокращение отходов и потерь металла в процессе его кругооборота, снижение расхода металла на ремонтные нужды.
Реализация стратегий энергоэффективности и энергосбережения за счёт внедрения ядерных, космических, медицинских технологий, стратегических информационных технологий и др. позволит сократить расход наших ресурсов не менее, чем в 2 раза в экономике страны. Внедрение энергосберегающих, экологически чистых технологий — это одновременно и обеспечение импортозамещения, конкурентоспособности страны, и важнейшая экологическая задача. Это третий этап промышленной революции — решение экологических проблем.
Хотелось бы, чтобы проблемы экологического характера — охрана окружающей среды, безопасность жизнедеятельности человека — решались перед первыми двумя этапами. Нельзя внедрять инновационные технологические процессы в производство без анализа причин вредного воздействия продуктов распада на животный мир и окружающую среду. Необходимо в первую очередь создавать систему утилизации и нейтрализации вредных отходов и газов.
Одна из главных причин ухудшения экологической обстановки в нашей стране заключается в том, что на единицу конечной продукции потребляется в несколько раз больше сырья, материалов, энергоносителей, воды, чем в развитых странах.
По степени ущерба, наносимого окружающей среде, литейно-металлургический комплекс занимает второе место среди отраслей промышленности после топливно-энергетического комплекса. Ухудшение качества окружающей среды ведёт к заболеванию населения. По мнению медиков, более половины всех болезней вызывается вредным воздействием химических, физических и биологических факторов среды. Нет сомнений, что охрана окружающей среды является важным фактором развития заготовительного производства.
В настоящее время сформировалось два направления охраны окружающей среды: восстановление экологического равновесия (т.е. строительство природоохранных объектов, создание газоводоочистных сооружений при модернизации основных производственных фондов) и предупреждение нарушения экологического равновесия путём рационального природопользования. При этом решающая роль отводится малоотходным и безотходным технологиям, обеспечивающим охрану природы на более высоком качественном уровне, чтобы равным образом удовлетворялись потребности в развитии и экологические потребности настоящего и будущего поколений. Чтобы добиться устойчивого развития, охрана окружающей среды должна стать неотъемлемой частью процесса развития и не должна рассматриваться отдельно от него. «Устойчивое развитие — это гармоничное экономическое развитие, удовлетворяющее принципам социальной справедливости и экологической ответственности» (формулировка ООН, «Декларация об окружающей среде и развитии», 1992, Рио-де-Жанейро).
Модернизация литейного производства должна быть направлена не только на решение экономических проблем, но и в не меньшей степени на создание комфортных условий для существования и деятельности человека.
Это является серьёзной проблемой. При производстве 1 тонны отливок из чугуна и стали выделяется около 50 кг пыли, 250 кг окиси углерода, 1,5-2,0 кг окиси серы, 1 кг окиси углеводородов и образуется до 5 тонн твёрдых песчаных отходов.
К мероприятиям по модернизации могут быть отнесены:
на плавильных участках: замена вагранок индукционными печами (при этом объём вредных выбросов сокращается следующим образом: пыли и углекислого газа — в 13 раз, двуокиси серы — в 30 раз), применение для плавки чугуна и стали дуговых печей постоянного тока с одним электродом (сокращается пылевыделение в 2 раза);
на формовочных и стержневых участках: создание и применение малотоксичных и нетоксичных составов смесей;
на обрубно-очистных участках: повышение эффективности работы вентиляционных систем и утилизация твёрдых отходов.
Из перечисленных мер следует особо выделить меры по экологической безопасности на стержневых участках, которые используют синтетические смолы в качестве связующих.
Химизация литейного производства, особенно переделов формообразования, ориентирована на закупку западных технологий и оборудования. При этом во главу ставится именно экономика, но это лукавая ловушка. Сам процесс изготовления форм и стержней экономически выгоден по некоторым параметрам, но дальше надо произвести серьёзную очистку и нейтрализацию пыле- и газовых выбросов, регенерацию и утилизацию отработанных смесей. Учёт всех факторов делает предлагаемые технологии не столь экономически привлекательными и экологически целесообразными.
По экспертным оценкам, сегодня эти технологии дают до 70% загрязнений природной среды при работе литейных цехов. При нагреве форм и стержней в температурном интервале 400-800°С наблюдается интенсивное выделение фенола, бензола, толуола, крезола, формальдегида, аммиака и других газов, которые в интервале температур 800-1200°С приводят к образованию углекислого газа, окиси углерода, углеводородов, двуокиси серы и азота. Особо опасен канцерогенный бензопирен, который вызывает генные мутации и раковые заболевания (он образуется при неполном сгорании топлива).
Синтетические смолы соответствуют технологическим требованиям и преобладают в результате экспансии зарубежных фирм в большинстве крупных литейных цехов, но не отвечают критериям модернизации или требуют больших инвестиций для приведения технологии и оборудования к экологическим нормативам, что не под силу большинству литейных цехов небольшой мощности, которые преобладают сегодня в стране.
Будущее процессов формообразования за связующими неорганического происхождения (НОС). Это объясняется гарантированным наличием сырьевых материалов в промышленном объёме, минимальным отрицательным воздействием на окружающую среду в результате исключения отходов и возможности их повторного использования. Также важны разнообразие способов отверждения при изготовлении форм и стержней, улучшение условий труда на рабочих местах в связи с отсутствием выбросов в атмосферу конденсатов и запахов, высокая термостабильность.
Исследования последних лет в Германии и России подтверждают эту тенденцию (система «Кордис», металлофосфатные смеси, жидкостекольные смеси, неорганические связующие на основе сульфата магния и др.). Особенного внимания заслуживает жидкое стекло в качестве связующего. Возможности этой технологии далеко ещё не исчерпаны. Долгие годы наша страна была лидером по её применению. Использование новых методов отверждения ортосиликатов натрия газом, эфирами или кислотами позволяет считать этот процесс перспективным.
Опыт применения жидкостекольных смесей имеется, механизм формирования прочности изучен досконально, объёмы производства литых заготовок по этой технологии значительны и будут возрастать по мере увеличения спроса на отечественную продукцию тяжёлого машиностроения и станкостроения.
Другим удачным примером разработки смесей этого класса является применение связующих на основе алюмоборфосфатного концентрата. Эта разработка «ПТИлитпрома» (Санкт-Петербург) внедрена для производства отливок из разных сплавов на 40 заводах и получила название «ФОСКОН-процесс».
Критериям модернизации в полной мере соответствует вакуумно-плёночная формовка (ВПФ), которая за последние годы перешла из разряда специальных видов литья в основные способы производства отливок в разовые песчаные формы и бурно развивается для производства отливок из чугуна, стали, сплавов цветных металлов различной серийности. Технология ВПФ бесшумная и самая экологически чистая, так как во время заливки и охлаждения формы постоянно находятся под вакуумным отсосом всех выделяемых газов из герметично закрытой плёнкой формы, что позволяет их централизованно утилизировать. Новые процессы отверждения форм без связующих обратимы, т. е. после отключения источника приложения усилия уплотнения формовочный материал приходит в исходное состояние. По данной технологии Тихвинский вагоностроительный завод производит 100 тыс. тонн железнодорожных отливок в год высочайшего качества и отправляет на экспорт до 20%.
На государственном уровне важным направлением модернизации продекларированы нанотехнологии. Считается, что становление наноидустрии будет способствовать решению таких проблем человечества, как энергетическая, экологическая и продовольственная безопасность, качество жизни, образования и общественного управления.
Суть нанотехнологий — возможность манипулировать отдельными атомами и молекулами веществ, перемещая их в микропространстве, соединяя элементы в определённом порядке по замыслу исследователя. Для наблюдения за этим процессом применяют растровые электронные микроскопы отечественного производства, туннельные микроскопы с увеличением до 70 млн крат.
Уже сейчас нанотехнологии позволяют получать материалы с улучшенными свойствами, многократно повышать эффективность процессов, создавать оборудование для тонких и высоких технологий со значительно меньшими удельными издержками, чем у аналогов при производстве традиционными способами.
Литейщики с 1970-х годов начали заниматься применением ультрадисперсных материалов, имея в виду известное физическое явление, когда упрочняющие свойства материалов возрастают с уменьшением диаметра составляющих, соответственно увеличивается удельная поверхность, реакционная способность и т. д. Такой подход применялся для повышения качества формовочных смесей, огнеупорных покрытий, повышения свойств литейных сплавов.
Одной из главных проблем модернизации литейного производства является отсутствие эффективной системы подготовки кадров. Между тем технологический разрыв между Россией и экономически высокоразвитыми зарубежными странами не только возрастает, но и принимает угрожающие масштабы, что обостряет проблему обеспечения технологической безопасности России. Только возрождение национальной экономики может остановить деградацию кадрового потенциала.
В создавшейся обстановке большую ответственность несут вузы и система профессионального образования. Модернизация требует новых кадров, что не произойдёт без реформы образования в стране. По экспертным оценкам, научно-исследовательскую деятельность осуществляют лишь 20% вузов страны. Основным видом их деятельности остаётся образовательная, а научной деятельностью профессорско-преподавательский состав вузов занимается по остаточному принципу. Необходимо коренным образом изменить структуру учебно-методической загрузки преподавателей, чтобы они больше времени посвящали науке. Становится очевидным, что система образования должна носить инновационный характер путём внедрения новейших образовательных технологий, развития интерактивных форм обучения, широкого использования оригинальных методов, позволяющих имитировать реальные ситуации (моделирование). Инновационный характер обучения предполагает глубокую интеграцию образования, науки и бизнеса.
Для среднего профессионального образования характерно резкое сокращение числа ПТУ и техникумов, где половина специальностей с производством уже не связана. Назрела реформа и среднего профессионального образования. Выход — в развитии бакалавриата, специализированных технических колледжей и ПТУ, обучении на специализированных курсах при заводах, расширении сети заочного обучения и возвращении к системе дуального образования при заводах.
Сложная ситуация с подготовкой инженерных кадров и управленцев в литейном производстве ставит на повестку дня вопрос о необходимости вернуться к справедливой и проверенной временем практике отработки на производстве по полученной специальности в течение 3-5 лет выпускниками вузов, обучавшимися за счёт госбюджета.
Не исключён возврат к практике 1940-1950-х годов подготовки рабочих по литейной специальности через сеть двухгодичных образовательных центров или шестимесячных подготовительных курсов при литейных предприятиях.
Принятый закон об организации малых предприятий при научно-исследовательских организациях и вузах страны (июль, 2009 год) может стать эффективным средством привлечения молодёжи к инновационным технологиям. При поддержке государства эти производства могут в короткие сроки адаптироваться к посткризисной ситуации и реализовать достижения научно-технического прогресса.
В нашу жизнь постепенно внедряется понятие «неоиндустриализация» как конечная цель модернизации производства и экономики. Оно означает такое масштабное технологическое перевооружение народного хозяйства, которое позволяет автоматизировать наши производительные силы, поднять удельный вес автоматизированных и компьютеризованных рабочих мест в экономике до уровня передовых индустриально развитых держав мира и на этой основе резко нарастить конкурентоспособность товаров и услуг отечественного производства, решить проблему импортозамещения, увеличив и качественно обновив оборонный потенциал страны.
С целью оперативного профессионального рассмотрения текущих и перспективных аспектов проблем реализации стратегий тяжёлого машиностроения и станкостроения в середине 2016 года был создан «Комитет по литейному и кузнечно-прессовому производствам» при ассоциации «Лига содействия оборонным предприятиям», председателем комитета которой является Александр Юрьевич Петров — председатель совета директоров ГК «РЭЛТЕК». В состав комитета вошли известные учёные и специалисты — литейщики и кузнецы, представители профильных министерств. Задача комитета — координация усилий специалистов заготовительных производств машиностроительных заводов в направлении совершенствования развития литейных и кузнечных производств в соответствии с современными требованиями промышленности, развитие научно-технической базы определяющих производств, подготовка и переподготовка кадров для успешного выполнения директивных технологий и проблем импортозамещения.
Литература:
1. Петраков Н. Пути преодоления экономического кризиса // Экономист. - 2009. - №7.
2. Кучуков Р. Модернизация экономики: проблемы и задачи // Экономист. - 2010. - №1.
3. Ткаченко С. С., Болдин А. Н., Кривицкий В. С. Экологичность как критерий эффективности литейного производства будущего //Труды 11-го Съезда литейщиков России. - Екатеринбург. - 2013.
4. Жуковский С. С. Холоднотвердеющие связующие и смеси для литейных стержней и форм // Машиностроение: справочник. - 2010.
5. Илларионов И. Е., Гамов Е. С., Васин Ю. П., Чернышевич Е. Г. Металлофосфатные связующие и смеси. - Чебоксары, 1995.
6. Тодосийчук А. Условия перехода к инновационной экономике // Экономист. - 2010. - №2.
7. Кечин В. А. Современные проблемы и пути развития литейного профессионального образования // Литейщик России. 2009. - №4.
