Поиск - новости науки и техники

Ресурс под контролем. Новая технология томских политехников продлевает безопасную эксплуатацию промышленных изделий.

В инновациях важны традиции, как ни парадоксально это звучит. Проект “Разработка технологии диагностики и оценки остаточного ресурса контейнеров с отработанным ядерным топливом на базе метода ультразвуковой томографии”, реализуемый в Томском политехническом университете, – лишнее тому подтверждение. Давнее сотрудничество Томского политехнического университета с Фраунгоферовским институтом неразрушающих методов контроля (Германия), стремление генерального директора Горно-химического комбината (ГХК) Петра Гаврилова (кстати, выпускника и члена Попечительского совета ТПУ) развивать производство с помощью самых современных технологий и методов, только что разработанных в университетских лабораториях, наконец, многолетнее участие томских политехников в конкурсах грантов и федеральных целевых программ – все эти факторы позволили приступить к созданию уникальной технологии. В 2010 году в результате победы в конкурсе по привлечению ведущих ученых в российские университеты в рамках реализуемой Минобрнауки России программы мегагрантов в ТПУ была создана международная научно-образовательная лаборатория неразрушающего контроля, научным руководителем которой стал профессор Ханс-Михаэль Крёнинг, директор Фраунгоферовского института неразрушающих методов контроля. В конце 1990-х его аспирантами там были нынешние исполнители проекта – сотрудники ТПУ. А дальше начинается история перехода от традиций к инновациям.

  – Большинство российских производителей не готовы внедрять современные методы контроля, так как это требует дополнительных ресурсов – и временных, и финансовых, – констатирует ситуацию в отечественной промышленности Андрей Лидер. – Поэтому зачастую используются методы, хорошо себя зарекомендовавшие несколько десятилетий назад. Наиболее восприимчивы к новым технологиям отрасли, где цена ошибки слишком высока, – ядерная и аэрокосмическая. В 2012 году Горно-химический комбинат запустил первую очередь производства контейнеров для сухого хранения отработанного ядерного топлива (ОЯТ), в конце 2015 года будет реализована вторая очередь – контейнеры для хранения ОЯТ реакторов другого типа. Возможно, в перспективе комбинат столкнется с проблемой повышения производительности, и здесь “бутылочным горлышком” наверняка станет традиционный радиографический контроль. Есть варианты – либо наращивать его мощности, копируя старые технологии, либо поднять производительность за счет более быстрого и экономически эффективного ультразвукового контроля. Преимуществом нашей технологии является не только быстрота. За счет применения томографической реконструкции в режиме реального времени и количественных методов анализа мы превосходим традиционную радиографию и по точности интерпретации результатов. Обычно производственный контроль позволяет судить о том, насколько изделие соответствует предъявляемым требованиям. Однако мы поставили более амбициозные задачи: не только проверять соответствие изделия определенным нормам, но и судить о его ресурсе – сколько еще данное изделие может использоваться, определить границы безопасной эксплуатации. Современные математические методы позволяют по-новому подойти к самой процедуре контроля – сделать выводы, какие проблемы имеются в технологии, оценить размеры и типы дефектов. Промышленный контроль переходит на новый уровень: можно и внести коррективы в технологию производства, и отследить на всем жизненном цикле изделия возможности его дальнейшей безо­пасной эксплуатации, причем в режиме реального времени, с 3D-визуализацией результатов, которые представлены послойно, в различных цветовых решениях – разные отражения от разных акустических зон, что позволяет определить, где в конечном продукте настоящий дефект, а где безопасное для дальнейшей эксплуатации включение. Немаловажным аспектом при этом является автоматическая оценка результатов контроля, позволяющая помимо многократного повышения производительности значительно снизить зависимость от пресловутого “человеческого фактора”.
– На данный момент в рамках проекта ФЦП полностью реализован модуль томографической реконструкции и автоматического детектирования дефектов сварных соединений контейнеров, частично разработан программный модуль, позволяющий оценивать остаточный ресурс контейнеров. В сотрудничестве со специалистами ГХК создается база данных стандартизированных дефектов, чтобы в дальнейшем наша программа могла обнаружить индикацию и автоматически определяла, какому дефекту она соответствует – трещине, поре или постороннему включению. Такой подход позволит ранжировать степень опасности дефектов, – добавляет руководитель лаборатории неразрушающего контроля Дмитрий Седнев. – В 2016 году будет создана автоматизированная установка ультразвукового контроля (лабораторный прототип уже создан), которая позволит отработать процедуры контроля сварных соединений контейнеров, что необходимо для производства быстрой томографии с немедленным предоставлением результатов.
 – По окончании проекта в рамках ФЦП появится платформа мобильных и стационарных приборов, включающая в себя многофункциональный программный продукт и комплект модулей ультразвуковой электроники и управляющей автоматики, которые позволят создать линейку контрольно-измерительных комплексов – дефектоскопов – для применения в ряде отраслей: авиакосмической, нефтегазовой, ядерной (не только в связи с хранением отработанного топлива), – резюмирует Андрей Лидер. – В прошлом году наш университет уже поставил в НИИ электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова пилотную систему – роботизированную ультразвуковую установку для контроля компонентов первой стенки термоядерного реактора, строящегося в рамках международного проекта термоядерного реактора ITER во французском Кадараше. Весной 2015 года на выставке в Штутгарте мы продемонстрировали установку, предназначенную для обработки в заводской лаборатории изделий, которые необходимо проконтролировать с высокой точностью и высокой скоростью, чтобы выяснить возможность встраивания такого контроля в производственную линию. Один такой демонстратор нам сразу удалось продать, второй оставили в университете для дальнейшего совершенствования технологии.
Может ли малая инновационная компания при университете конкурировать с промышленными гигантами вроде General Electric и Olympus? Может, убежден Андрей Лидер, пока обладает новыми технологиями, еще не вышедшими на массовый рынок, и способна делать установки под задачи конкретных клиентов. С помощью немецких партнеров ТПУ уже выполнил несколько контрактов по производству установок ультразвукового контроля в области точного машиностроения для иностранных заказчиков.
– Здесь есть красивый аспект: технологии производства, а значит, и контроля качества, композиционных материалов, которые раньше относились к очень “продвинутым” отраслям – вроде авиакосмической, переходят и в отрасли общего машиностроения, – поясняет Андрей Маркович. – Но для массового производства методы контроля авиапрома чересчур дороги. Компании, производящие изделия на основе композиционных материалов, требуют не менее производительного и надежного контроля качества, но более быстрого и дешевого. Подобный путь уже прошла медицина лет 10-15 назад. В 1990-е методы УЗИ использовались только в элитных научных учреждениях, теперь установка стоит в каждой поликлинике. На данный момент мы более востребованы, чем мощные и опытные конкуренты, предлагающие стандартные решения. Пока рынок не стал массовым, в выигрыше молодые компании, у которых за плечами университетская база и возможность проведения большого объема исследовательских работ. Как только рынок станет массовым, а технологии – классическими, крупные компании либо купят эти решения, либо доведут до ума, сделав соответствующие вложения. У нас есть промежуток лет в пять, а дальше наш успех зависит от того, сможем ли мы разработать следующую технологию быстрее, чем нынешняя станет стандартной.
Потенциал у молодой команды из ТПУ, конечно, гигантский. По словам Дмитрия Седнева, лабораторная установка ультразвукового контроля была сделана объединенными усилиями механиков, электронщиков и программистов за 2014 год. В 2016-м планируется создание уже нового манипулятора, рассчитанного специально на пеналы ГХК. Задачи стоят сложнейшие – установки должны быть мобильными, способными перемещаться в пределах одного цеха. Подобная установка уже работает на выходном контроле изделий в Центре аддитивных технологий ТПУ. Роботизированный манипулятор может контролировать изделия практически любой формы. Непосредственно перед процедурой сканирования изделия производится симуляция траектории сканирования на базе CAD-модели для обеспечения оптимального ввода ультразвуковых колебаний в материал и достижения максимальной чувствительности контроля. “Рука” манипулятора – немецкого производства, но весь блок управления создан в ТПУ в сотрудничестве с немецкой инновационной компанией I-Deal Technologies. Блок универсальный, он может комбинироваться с любыми механическими системами. Сейчас томичи ведут переговоры с самарским производителем роботов о замещении импортных технологий. В дальнейшем предполагается разработка достаточно большой линейки приборов контроля – кольцевые манипуляторы, актуальные не только для нужд ГХК, но и для проверки кольцевых швов в нефтегазовых трубах, мобильные роботизированные установки, установка двойного контроля – манипулятор с блоком ультразвукового контроля и блоком рентгеновского сканирования. Блок УЗК осуществляет предварительный экспресс-анализ. Если он показывает наличие каких-то дефектов, проводится дополнительный анализ рентгеном. Напомним, что одна из задач лаборатории, созданной по мегагранту, – синтез различных технологий неразрушающего контроля и развитие мультитомографических систем.
– Преимущество университета – в возможности комбинации и синтеза технологий, в одном месте собраны носители разных знаний и разных идей, – считает Андрей Лидер. – На базе проводимых в ТПУ исследований в будущем мы планируем получить и долю рынка рентгеновской томографии, особенно это касается томографии высоких энергий, когда речь идет об очень крупных изделиях. На рынке, в том числе и на западном, сегодня таких решений крайне мало, поэтому они запредельно дорогие.
По мнению Андрея Лидера и его коллег, хороший ученый не может быть и бедным, и безвестным – его должны признавать либо коллеги как создателя нового знания, либо заказчики как разработчика новой технологии. Команде исследователей ТПУ приходится быть осторожными и в научных публикациях, чтобы не сказать лишнего конкурентам, и в выполнении контрактов: когда речь идет о проблемах качества изделий, компании требуют абсолютной конфиденциальности. Но отсутствие возможности лишний раз поведать о своих достижениях полностью искупается гордостью первопроходцев, внедряющих в отечественную промышленность уникальную технологию.

 

Спецвыпуск подготовили Ольга Колесова и Елена Зайцева

Фото предоставлено Д.Седневым

ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛ СПЕЦВЫПУСКА ДОСТУПЕН В ФОРМАТЕ PDF

Нет комментариев