Законы и закономерности инноватики. Высокие и критические технологии

Цель работы

Целью работы является изучение законов и закономерностей технологической инноватики и построение S – образных (логистических) кривых смены поколений отечественного авиастроения с помощью приложения Microsoft Office Excel 2003.

Теоретические сведения

Порядок выполнения лабораторного занятия

1. Ввод информации о датах первых полетов и величинах максимальных скоростей (км/ч) (тяги) самолетов - истребителей по данным, приведенным в приложении.

2. Построение с помощью «Мастера диаграмм» графика смены поколений техники и технологии.

3. Построение S – образных кривых для каждого поколения самолетов по функции арктангенса (см. образец на рис. 2, 3).

4. Построить S – образные зависимости по данным о первых полетах и величинам скорости (км/час) для самолетов или/и тяги (кгс) для двигателей (см. приложение).

5. Определить на графиках участки технологических сдвигов (разрывов).

6. Проанализировать этапы смены поколений отечественной авиации.

7. Написать отчет о выполнении лабораторной работы. В отчете представить графики, указать технологические разрывы (см. рисунок 1б), обозначить поколения самолетов – истребителей и вписать выведенные уравнения. Проанализировать динамику развития отечественной авиации.

5. Контрольные вопросы по лабораторному занятию

1. Какие этапы законы развития технологических систем вы знаете?

2. Что такое артефакт?

3. Что такое технологический разрыв?

4. В чем сущность закона смены поколений техники и технологий?

5. В чем преимущества пятого поколения самолетов-истребителей?

6. Каковы причины шариажной S – образной кривой?

7. В чем принципиальное отличие бипланов и монопланов?

8. В чем суть технологии «Стелс»?

9. Какие технологии называют критическими?

10. Каковы особенности современного этапа отечественного авиастроения?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Т а б л и ц а 1.1

Основные тактико-технические характеристики отечественных дозвуковых реактивных самолетов-истребителей первого поколения

№	Модель самолета	Первый полет	Максимальная скорость, км/ч	Тип двигателя	Кол. двигателей	Тяга, кг	Примечания
	МиГ-9	24.04.1946	900,0	РД-20		800,0	Двигатель-аналог БМВ-003
	ЯК-15	24.04.1946	786,0	РД-10		900,0	Первый вариант с двигателем ЮМО-004
	Ла-150	11.09.1946	805,0	РД-10		900,0
	Ла-152	10.1946	860,0	РД-10		900,0
	Су-9	13.11.1946	885,0	РД-10		900,0
	Як-17	06.1947	751,0	РД-10		900,0
	Як-19	8.01.1947	904,0	РД-10Ф		1100,0	Первый двигатель с форсажной камерой
	Ла-156	1.03.1947	845,0	РД-10ЮФ		1170,0
	Ла-160	1.06.1947	970,0	РД-10ЮФ
	Су-11	28.05.1947	940,0	ТР-1		1300,0
	И-211		950,0	ТР-1		1350,0
	Як-23	30.07.1947	925,0	«Дервент-V»		1590,0
	И-215		970,0	«Дервент-V»		1590,0
	Ла-174ТК		1040,0	«Дервент-V»		1695,0
	Як-25	31.10.1947	932,0	РД-500		1590,0
	Ла-15	8.01.1948	1026,0	РД-500		1590,0
	Як-30	4.09.1948	1025,0	РД-500		1590,0
	МиГ-15	30.12.1947	1076,0	ВК-1		2700,0
	Ла-176	09.1948	1105,0	ВК-1		2700,0	Скорость звука превысил в пикировании
	И-320	16.04.1949	1040,0	ВК-1		2700,0
	Як-50	15.07.1949	1135,0	ВК-1		2700,0	Скорость звука превысил в пикировании.
	Ла-200	9.09.1949	1062,0	ВК-1		2700,0
	Ла-168	22.04.1948	1084,0	«Нин-I»		2270,0
	Су-15	11.01.1949	1045,0	РД-45Ф		2270,0
	МиГ-17	14.01.1950	1114,0 (1060,0)	ВК-1А		2700,0	на высоте-1114 км/час; у земли- 1060 км/час
	И-340		1193,0	АМ-5		2000,0	кратковременное превышение скорости звука.
	И-360	24.05.1952	1153,0	АМ-5		2000,0	В горизонтальном полете М<1,0 Самолет на вооружение не принят. (Особая точка)
	МиГ-17СН		<1060,0	ВК-1А		2700,0	Имел высокоскорострельные пушки на подвижном лафете и боковые воздухозаборники

Т а б л и ц а 1.2

Основные тактико-технические характеристики отечественных дальних и высотных истребителей-перехватчиков

№	Модель самолета	Первый полет	Максимальная скорость, км/ч	Тип двигателя	Кол. двигателей	Тяга, кг Безфорсажная / форсажная	Примечания
(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)	(8)
	Ту-128	18.03.1961	1910,0	АЛ-7Ф-2		6800 /10100	Дальний истребитель-перехватчик
	МиГ-25	6.03.1964	3000,0	Р-15БД-300		7500 /11200	Высотный истребитель-перехватчик
	МиГ-31	16.09.1975	3000,0	Д-30Ф-6		9500/ 15500	Высотный истребитель-перехватчик
	Проект 1.44	29.02.2000	2750,0	АЛ-41		Н.д./ 20000	Опытный истребитель, дальность 4500 км.

Обобщая рассмотренные данные по сверхзвуковым самолетам -истребителям и тенденциям развития авиационных реактивных двигателей для этого типа изделий рекомендуется построить обобщенные графики развития авиационных двигателей (табл. 1.6), из которых можно сделать вывод об изменении конкурентных преимуществ высокоманевренных и многофункциональных самолетов-истребителей данного поколения (истребителей-бомбардировщиков, способных нести высокоточное оружие) в сопоставлении с зарубежными аналогами, рис. 1.1.

Т а б л и ц а 1.6

Рис. 1.1 (Приложение) Самолеты пятого поколения ВВС и ВМС США

а)

б)

Рис.1.2 (Приложение) Самолет пятого поколения МиГ(Проект 1.44)

Для развития двигателей пятого поколения, которые устанавливают на новейшие самолеты истребители (высотные и дальние истребители-перехватчики, высокоманевренные и многофункциональные фронтовые истребители и истребители-бомбардировщики, самолеты палубной авиации, укороченного и вертикального взлета) при выполнении лабораторного занятия, студенты могут также сделать выводы о применение новейших (высоких и критических) технологий производства современных авиационных двигателей (рис.1.3. приложения) в следующих направлениях[1]:

1) изготовления корпусов вентиляторов из композиционных материалов, выполненных в виде одной детали, которая не требует механической обработки;

2) изготовления конструкций типа «блиск» с регулируемым положением лопаток вентилятора и компрессора высокого давления;

3) применения щеточных уплотнений;

4) использования камер сгорания с «плавающими стенками» из сплавов на основе кобальта, стойкого к окислению;

5) производства охлаждаемых турбин высокого и низкого давления с противоположным вращением роторов, лопатками из монокристал­лического сплава с термозащитными покрытиями и системой охлаждения, с дисками увеличенной трещиностойкости и работоспособными при температуре более 705⁰С;

6) создания форсажных камер из несгораемого титанового сплава;

7) изготовления плоского интегрированного с планером самолета сопла с отклонением менее чем за 1 сек. вектора тяги на ±20%, створки такого реактивного сопла изготовлены на основе керамики;

8) создания высокорезервированной интегрированной системы управления двигателем и самолетом по параметрам вектора тяги, расхода топлива, поворота лопаток вентилятора и компрессора с технической диагностикой состояния двигателя для обеспечения предсказания ресурса конструкции;

9) использования систем смазки, работающих при высоких температурах без охлаждения и т.п.

а)

б)

Рис.1.3 (Приложение) Авиационный двигатель Pratt & Whitney F119-PW-100 для самолета F-22 Raptor.

Важно при обосновании выводов отметить, что базовые технологии изготовления изделий авиационной техники отличает комплексная увязка не только технологических процессов основного, но и вспомогательного про­изводства. Так, например, базовые технологические процессы постановки на производство новой техники на основе бесплазовой увязки деталей и технологической оснастки летательных аппаратов[2] обеспечивают на основе разработки автоматизи­рованных систем технологической подготовки производства и математического моделирования объектов и процессов производства не только многократное снижение погрешностей изготовления ( формблоков с 0,8 до 0,26,мм; пуансонов с 2,2 до 0,26 мм; рубильников с 2,0 до 0,7 мм.) в сравнении с плазово-шаблонным методом, но и широкое применение станков с ЧПУ путем разработки управляющих программ на основе аналитических методов задания обводов самолетов, использования координатографов и других высокоавтомати­зированных средств технологической подготовки производства. В авиадвигателестроении такими базовыми технологическими процессами, в которых в концентрированной и комплексной формах обеспечиваются:

- параметры качества изделия (например, по названным выше в табл.1.3 показателям π^*_к и Т^*_г);

- критерии эффективности технологической подготовки производства техники новых поколений на основе разработки новых технологических процессов, как основного, так и вспомогательного производства,

являются лопатки газотурбинного двигателя.

[1] Работы ведущих авиадвигателестроительных компаний по созданию перспективных двигателей/под ред. В.А.Скибина и В.И.Солонина. –М.:ЦИАМ. 2004.-424с.

[2] Современные технологии авиастроения / под ред. А.Г.Братухина, Ю.Л.Иванова. –М.: машиностроение, 1999. -832 с.

Цель работы

Целью работы является изучение законов и закономерностей технологической инноватики и построение S – образных (логистических) кривых смены поколений отечественного авиастроения с помощью приложения Microsoft Office Excel 2003.

Теоретические сведения

Законы и закономерности инноватики. Высокие и критические технологии

Технологии создания и использования предметов труда. Предметом труда обычно называют любой объект, на который направлена либо мысль (предмет обучения, творчества), либо действие человека – это всякое материальное явление: вещь, изделие, товар, продукция, предмет домашнего обихода, предмет первой необходимости, предмет народного потребления и т.д. Технологии создания таких предметов труда в настоящее время глубоко дифференцированы по отраслям материального производства в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, транспорте, связи и др.

Использование технологий создания новых предметов труда в инновационном проектировании машиностроительного производства позволяет создавать уникальные предметы труда, которые в свою очередь могут быть средствами труда в технологии, используемой в сфере потребления данного изделия. По этой причине в машиностроении для всех этапов и стадий жизненного цикла нового изделия стремятся разрабатывать различные техно­логии не только его изготовления, но и эффективного применения (выпол­­не­ния регламентных работ, ремонта, технического обслуживания, модернизации и утилизации). Уровень таких технологий использования предмета труда нередко характеризуют понятиями «высокая» или «критическая» технология. Рассмотрим их подробнее.

Высокие технологии. Технологии как совокупность знаний о способах и средствах проведения трудовых процессов, в результате которых происходит качественное изменение обрабатываемого объекта, а также сами указанные процессы (технологические процессы) характеризуют специальные научные закономерности развития – это так называемые S-образные зависимости развития новых технологий. Одну из первых S-образных закономерностей развития технологий получил индиец Д. Сахал, которая впоследствии была дополнена неполными S-образными закономерностями новых, быстро развивающихся технологий, которые еще не достигли предела своего роста (они могут доходить, например, только до промежуточных точек на S-образной траектории) и S-образными закономерностями смены поколений техники и технологий. При этом каждая точка реальных данных на приведенных зависимостях соответствует различным устройствам изменяющейся во времени техники, которая соответствует изменениям технологии ее применения в том или ином процессе.

Первая, начальная, точка S-образной кривой обычно называется артефактом, который характеризует появление самого первого нового изделия, обеспечивающего создание принципиально новой технологии (артефакты – это первые выдающиеся образцы технологии). Многие из артефактов являются предметом национальной гордости. Например, воздушно- реактивный двигатель и первый реактивный самолет на его основе (Германия); первая поточная и автоматическая линия, атомная бомба, промышленный робот (США); первый радиоприемник и радиопередатчик, электрическое освещение, самолет и вертолет, электросварка, искусственный спутник Земли (Россия) и т. д.

По мере развития названных и других технических систем во времени характеристики такой техники (технологии) непрерывно улучшаются за счет изобретательской, рационализаторской деятельности и проведения локальных НИОКР, что приводит к продвижению данной технологии вверх по S – образной кривой в область так называемых «высоких технологий». В верхней части S-образной кривой при появлении «высоких технологий» начинают существенно снижаться темпы роста главного показателя качества или технического уровня технической системы при ее замене на новые образцы техники или технологии, которые основаны на том же самом принципе действия. Возникает необходимость отказа от «стареющей» технической (технологической) системы и замены ее более прогрессивной, которая основана на ином физическом эффекте или новом принципе действия. Таким образом, осуществляется технологический сдвиг и переход к технике или технологии нового поколения путем разработки «критической технологии», которая позволяет перейти на другую S-образную кривую развития.

Критические технологии. На S-образной кривой видно, что в жизненном цикле инновации, как правило, наступает момент, когда старая технология себя полностью исчерпывает и требуется смена поколения техники и технологии. Периоды перехода от одной группы изделий (товаров, продуктов) или процессов (технологии) к другой называются технологическими разрывами или «точками перелома». В этот момент начинает формироваться новая S-образная кривая, но не на основе старой технологии, а на совершенно новых принципах. Например, электронные лампы в радиоприемниках были заменены на полупроводники, самолеты с поршневыми двигателями – на реактивные и т. д. Таким образом, возникает «кризис» (от гр. krisis – поворотный пункт, исход, решение) в развитии технологии на данной S-образной кривой, а технология, которая обеспечивает «решительный исход», переход от старой S₁-образной кривой развития к новой S₂-образной траектории развития принципиально новой техники и технологии, к смене поколения техники и технологии, называется соответственно «критической технологией».

Специальными научными законами развития технологических систем, которые следуют из общего естественно - научного закона онтогенеза в соответствии со структурой их жизненного цикла, являются:

1. Закон эволюционного развития технологических систем,

2. Закон смены поколений техники и технологий,

3. Закон гибели неконкурентоспособных технологических систем.

Закон эволюционного развития технологических систем. Его основанием являются S-образные закономерности развития технологий (рисунок 1 а, б), статистическое проявление которых было обнаружено в отношении транспортных технологий, сельскохозяйственных технологий, технологий электроэнергетики и других.

Рисунок 1. S-образные закономерности развития техники и технологий