Под знаком качества Петербургского политеха.
«Импортозамещение» - слово обидное. Рожденное обстоятельствами, когда тебя внезапно лишили необходимого. От этого плохо, неудобно, но жить же надо - приходится придумывать, чем недостающее заменить.
Но на Руси не зря говорят: «Нет худа без добра». И вот вместо вымученного импортозамещения возникает термин «импортоопережение». Тоже словечко нескладное, но, согласитесь, с иным послевкусием.
Вот так же менялось мое настроение, пока общалась с учеными Петербургского политеха на тему обеспечения технологического и когнитивного суверенитета нашей страны. Кстати, про суверенитет. Что такое технологический, продовольственный, читателю давно понятно. А когнитивный - это про что? Питерские собеседники расшифровали: про готовность и способность выживать своим умом вне зависимости от обстоятельств и чужих действий. Выживает народ в любую лихую годину - значит, самодостаточен ресурсно, технологически и когнитивно.
А теперь именно про то же на примерах работ коллектива Санкт-Петербургского политехнического университета. Этот год для него юбилейный - в феврале Политех отметил 125-летие.
Партнеры на зависть
Улетая в Китай, директор НОЦ «Машиностроительные технологии и материалы» Павел Новиков доверил своему коллеге инженеру Кириллу СТАРИКОВУ разъяснить мне, чего ради в университете наладили производство деталей для «Газпрома».
- Зачем в вузе с мировым именем клепать мелкосерийку? Не царское это дело! - вознамерилась выпалить я, едва познакомившись. Но Кирилл Андреевич будто услышал мои мысли и сходу парировал их:
- Сегодня выпуск наукоемких мелкосерийных узлов для производств - вполне достойное занятие для исследовательских центров, если остальные этого не умеют.
Из рассказа Кирилла Старикова стало ясно, что речь идет о деталях газоперекачивающего аппарата «Ладога», который необходим для транспортировки природного газа по магистральным трубопроводам. Аппарат «Ладога» выпускает мощнейший Невский завод, но и он до последних лет часть комплектующих приобретал за рубежом: там методом литья получают топливные форсунки и детали к ним, например, завихрители, в которых перед камерой сгорания двигателя смешивается топливо с воздухом. Попытки ученых нашей страны создать свои подобные технологии обычно заканчивались на стадии изготовления опытного образца. Вкладываться в мини-производство дальше было нерентабельно. Но аддитивные технологии, в которых СПбПУ не новичок (даже функционирует российско-китайский НОЦ «Аддитивные технологии»), позволяют сократить брак, снизить себестоимость изделия и ускорить его выпуск. Кроме того, за счет рационального расходования материала удается уменьшить вес изделий, а их жизненный цикл - увеличить в разы. Поэтому в 2023 году СПбПУ приступил к созданию наукоемких узлов для «Ладоги» с целью дальнейшей локализации технологии их выпуска в РФ. Разработку оборудования для послойного лазерного сплавления с селективным подогревом ведут в рамках стратегического проекта «Системный инжиниринг» по программе академического лидерства «Приоритет-2030». В мировой практике только начинается переход к аддитивным технологиям в энергетическом машиностроении, а у СПбПУ уже стадия готовности TRL 7, то есть сделан прототип, хорошо зарекомендовавший себя в условиях эксплуатации.
Отобрали у дамы шприц
Кто давно живет, помнит, какой проблемой было раздобыть лет 30 назад прокладки для кранов, чтобы вода не капала. А если требовалось герметизировать электронную плату или исполнить защиту сложного профиля? Ведь технику надо беречь от пыли и влаги, а то откажет. Точить же прокладки разной геометрии или отливать в формах разорительно.
- Поэтому лет 15 назад мы приобрели установку компании FISNAR (США), которая в автоматизированном режиме подавала в нужную точку корпуса прибора вязкие полимеры. Она оказалась удобной, так как реализована на платформе трехкоординатного робота и подходит для множества задач, например, для нанесения паяльной пасты на электронные платы и пр., - рассказывает Александр СЕМЕНЧА, директор НОЦ «Нанотехнологии и покрытия». - Долго с ней работали, хотя машина часто барахлила, особенно ПО. Но американцы еще до санкций неохотно на наши обращения откликались, а потом… Хорошо, в команде у нас есть несколько ребят, способных разработать нечто подобное, да еще и модернизировать. Внутри платформы был встроен компьютер, который морально устарел, - упала скорость работы, долго включаться стала установка. Я попросил разделить конструкционно робота и управляющий компьютер, чтобы можно было его поменять, если появляется более удобная модель ПК. И вообще сделать платформу под наши задачи. Данным решением заинтересовался индустриальный партнер, изготовлявший для комбайнов электронные панели управления, где требовалось вклеивать массу прозрачных окошек. Делала это женщина, пытаясь струей вязкого полимера из шприца попасть в канавки шириной пару миллиметров. Излишки полимера долго оттирала… Такое производство имело массу недостатков. Мы предложили сделать им собственного робота по аналогии с американским. Сделали, по ходу совершенствуя, предлагая новые решения. Уже два года он у них бесперебойно работает, производительность и качество выросли в десятки раз. Заказчик доволен.
- А по стоимости вашу платформу можно сравнить с зарубежной?
- Наша примерно втрое дешевле китайской, а европейские втрое дороже китайских. Плюс импортные опасно покупать - берешь кота в мешке. Программное обеспечение китайские производители не хотят поддерживать, а на предприятиях программистов, способных перепрошить всю систему, вряд ли встретишь. Создателей этой роботизированной платформы для нанесения средневязких жидкостей на различные поверхности у нас всего пятеро: программист, электронщик, конструктор, технолог и руководитель проекта - с пониманием и прошлого, и будущего проекта. Поясню: важно видеть идею в перспективе. Тем более что проект выполняем по программе академического лидерства «Приоритет-2030». Я вот говорил, что та американская машина подходила для множества наших задач. И мы попробовали научить нашего робота подгружать алмазы в стекло. Точнее, сделали специальное стекло с показателем преломления, как у алмаза: если в кубик такого стекла погрузить алмаз и посмотреть на него через объектив камеры, то благодаря совпадению оптических свойств стекла и алмаза, можно… увидеть внутри неограненного алмаза дефекты, которые хорошо бы учесть перед его раскроем для ювелирных целей. Можно максимально эффектные бриллианты получить.
- Мы концепцию взяли импортную, - продолжает Александр Вячеславович, - но учли, что стекло перед заливкой нужно еще нагреть, потом пристроили еще машинное зрение - наблюдать, верно ли идет заливка - а потом линзы хитрые научились делать. Словом, перешли к задачам полного цикла - от материала до машины и до внедрения в производство. В итоге имеем четыре разновидности роботов. Платформу с дозатором для заливки полимеров; с лазером, которым можно гравировать хитрые схемы; с круговым ножом, чтобы резал картон по заданной траектории. Есть со спектрометром. Опробовали разработку и для музея. Им нужна была роботизированная платформа, чтобы снять 10 тысяч спектров страниц книг. Потом с помощью искусственного интеллекта обрабатывали информацию.
- Зачем?
- Историю, как известно, переписывают победители и властители. Задача была распознать, не подменяли ли страницы в рукописных собраниях. Выглядят все похоже, а подлинность нужно проверить. То есть мы теперь нашему роботу подбираем новые задачи. Одни - из промышленности, другие - из культуры, вариантов тьма.
- То есть вы от импортозамещения переходите к импортоопережению?
- Хотим. Думаю, сможем.
Шустрый и ловкий
- Особенностью мобильного комплекса лазерной наплавки и прямого лазерного выращивания являются малые габариты и модульное исполнение, что позволяет нам с минимальными трудозатратами и довольно быстро транспортировать его в нужное место и осуществлять пусконаладку, - с гордостью говорит заведующий научно-исследовательской лабораторией «Лазерные и аддитивные технологии» кандидат технических наук Михаил КУЗНЕЦОВ. - Это решающие факторы, если надо срочно проводить ремонт на территории заказчика.
Мобильный комплекс, о котором Михаил Валерьевич ведет речь, - платформа на колесных опорах метра полтора на два, на которой - робот-манипулятор с контроллером, волоконный лазер, панель оператора и какие-то еще штуки для работы с порошками. Незаменим комплекс, когда надо привести в порядок поверхность изделия с помощью металломатричных композиционных материалов или высокоэнтропийных сплавов, состоящих минимум из пяти основных элементов в почти одинаковых пропорциях. Лазер, плавя или выращивая аддитивным методом, позволяет получать новые покрытия с уникальными свойствами, например, смеси из тугоплавких элементов обладают рекордной прочностью при высоких температурах. Это делает их привлекательными для авиастроения.
- Идея мобильного комплекса газопорошковой лазерной наплавки и прямого лазерного выращивания родилась у нашего коллектива, когда нам потребовалось восстанавливать рабочие поверхности роторов осевого компрессора турбины высокого давления газоперекачивающего агрегата на территории заказчика, - вспоминает Кузнецов. - Вот тогда мы и замыслили реализовать технологию лазерной наплавки, нанося материалы просто на подложку или прежнюю поверхность на базе мобильного роботизированного комплекса. В качестве сырья применяем металлические порошки на основе Fe, Ni, Ti, Cr, Co, Cu, Al. Также научились выращивать изделие из ранее не свариваемых друг с другом металлов (Fe-Ti, Ni-Ti, Al-Cu и т. д.). Ну, а когда уже получили функционально-градиентные материалы, увидели интерес к ним в целом ряде отраслей промышленности. Ведь ФГМ позволяют не только восстанавливать поверхности изделий, но и создавать их с разными механическими, трибологическими свойствами, плотностью, переменной структурой, химическим составом и т. д. Комплекс стоит от 30 до 50 миллионов рублей, в зависимости от мощности лазера, состава оборудования и дополнительных опций. Обслуживать его должен оператор с базовыми знаниями по лазерным сварочным или аддитивным технологиям, материаловедению и программированию промышленных роботов. Предпочтительно инженер или специалист в области лазерных сварочных или аддитивных технологий.
Кстати, оснастив комплекс еще и дополнительной седьмой осью, мы увеличили его технологические возможности при наплавке и прямом лазерном выращивании тел вращения и изделий со сложной геометрией. Запуск и тестирование мобильного комплекса успешно осуществлены на территории нашей лаборатории, а проверка в производственных условиях была реализована при восстановлении опорных шеек, упорных дисков и масляных уплотнений роторов осевого компрессора турбины высокого давления газоперекачивающего агрегата.
Пакуют и шлют по адресу
Про лабораторию нано- и микрокапсулирования биологически активных веществ СПбПУ было сказано: создают инновационные методы лечения социально значимых заболеваний.
- Каких?
- Наша лаборатория занимается разработкой фармпрепаратов, в том числе радиофармпрепаратов (РФЛП), адресного действия для лечения онкологических заболеваний, в частности, против рака кожи (меланома), молочной железы и кишечника, - ответил заведующий этой лабораторией кандидат химических наук Александр ТИМИН.
- Подобные зарубежные фармпрепараты есть?
- Да, конечно, американские, английские, европейские, в частности, норвежский на основе радия-224 и актиния-225. В 2021 году нами был выигран проект на разработку РФЛП направленного действия на основе полимерных нанокапсул для терапии метастазирующего рака легкого от компании Bayer и фонда «Сколково» в рамках конкурса «Nuclear Medicine: лучший проект в области радионуклидной медицины». Но пару с лишним лет назад они решили нам эти лекарства не поставлять, а грант отменили. Вот тогда и пришлось нам самим все делать. Плюс мы увидели, что на основе отечественных решений можно получать препарат в 2-3 раза дешевле их.
- А по эффективности?
Она соизмерима с той, что имеют их лекарства, и еще, контролируя размер получаемых частиц нашего РФЛП (он упакован в нано- и микрокапсулы), мы можем подбирать оптимальные параметры частиц для их эффективного проникновения в опухолевую ткань. У компании Bayer есть ближайший аналог нашего РФЛП на основе хлорида радия для лечения только костных метастаз, а у нас препарат может быть использован для широкого спектра онкологии.
- Так это про вашу работу я читала, что препарат можно вводить уколом, а не отсекать заболевшую грудь?
Мы предполагаем, что такое получится. Пока до людей дело не дошло. Идет изучение лекарства - с использованием лабораторных животных. Данные исследования проводятся совместно с РНЦ РХТ им. А.М.Гранова и ПИЯФ им. Б.П.Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».
- Достойный проект получился в рамках программы академического лидерства «Приоритет-2030». Действующее вещество мы производим в стране или откуда-то покупаем?
Сами терапевтические изотопы нарабатываются на площадке РНЦ РХТ им. А.М.Гранова и Радиевого института, а прекурсоры («холодные» носители) для получения готового РФЛП мы синтезируем на базе нашего Политеха Петра Великого совместно с ПИЯФ им. Б.П.Константинова НИЦ «Курчатовский институт». Масштабирование потребует привлечения инвесторов, а использование препарата для лечения больных - получения квот от государства для дальнейшего проведения доклинических и клинических испытаний.
Цель научного блока университета - разрабатывать технологии и материалы, не имеющие аналогов в мире и обеспечивающие научно-технологическое лидерство России, - комментирует представленные проекты Юрий ФОМИН, проректор по науке СПбПУ. - По прямому импортозамещению оборудования и деталей, которые ранее поставлялись из-за рубежа, мы реализуем около 20 проектов, преимущественно в машиностроительной, энергетической, медицинской отраслях, при этом ряд наших разработок превосходит по качеству зарубежные аналоги. Импортозамещающие проекты требуют оперативности, порой нужно решить задачу за несколько месяцев. Кстати, студентам интереснее работать над теми проектами, которые дают быстрый результат. Это стимулирует их дальше заниматься наукой. Поэтому мы плотно работаем с нашим студенческим научным обществом, поощряем ученых брать в свои команды молодых ребят, руководить их выпускными квалификационными работами. У нас есть примеры, когда студенческий стартап вырастает в самостоятельное предприятие или научное направление.
Сегодня Политех имеет кадровый, материально-технический и научный потенциал, позволяющий создавать новые технологии и продукцию для большинства отраслей экономики страны. Наши ученые берутся за решение самых сложных задач и успешно с ними справляются.
Елизавета ПОНАРИНА
Фото предоставлено СпбПУ Петра Великого
