Поиск - новости науки и техники

Точность на потоке. Инновационные приборы помогают сэкономить миллионы.

В последние десятилетия информация стала одним из решающих экономических факторов в промышленности высоких технологий. Знание точных параметров позволяет работать в отрицательном поле допусков – проще говоря, выпускать, например, в металлургии прокатный лист чуть тоньше, но в пределах допустимых отклонений от нормы. Но для этого нужны наукоемкие информационные системы на основе последних достижений оптоэлектроники и компьютерной информатики. Такие системы разрабатываются сегодня в Институте теплофизики Сибирского отделения РАН под руководством главного научного сотрудника доктора технических наук Владимира Меледина.
…Началась эта история почти 30 лет назад с обыкновенного бартера. Институту автоматики и электрометрии, где тогда работал В.Меледин, потребовались трубы для батарей. Самые обычные трубы для отопительных радиаторов. Достать их вне плана в Советском Союзе было невозможно. Но удалось найти заинтересованных лиц: в Новосибирске трубы выпускал металлургический завод, а местный обком курировал внедрение новой техники.
В итоге выяснилось, что заводу нужна точная и оперативная информация о скорости и длине горячего трубного проката. За решение этой проблемы они готовы поставить институту трубы. В научно-техническом плане задача оказалось сложной. Горячий прокат движется в облаках пара, контактные методы работают плохо. Лучшая зарубежная система такого типа обладала крайне ограниченными характеристиками, не позволяющими интегрировать ее в существующую технологию.
Работы начались в 1982 году. В 1984 году сделали первый вариант, а с 1986-го (и по 2007-й) система находилась в непрерывной эксплуатации. Известность разработке добавил Институт экономики и организации промышленного производства, который оценил потенциальный экономический эффект по стране. Годовая потенциальная экономия от внедрения этой системы составила 105 миллионов советских рублей, или 1,5 миллиона тонн металла! Вскоре, в 1987 году, возникла государственная программа оснащения всей черной металлургии СССР созданными системами.
– С перестройкой программа канула в Лету, – вспоминает Владимир Меледин. – Однако интерес к информационно-измерительным лазерным системам не исчез. В промышленные технологические процессы вовлечены огромные массы материалов и энергии. Цена ошибок чрезвычайно высока. Применяя в промышленности бесконтактные и дистанционные измерения, производители получают ключевую информацию о толщине прокатного листа, размерах изделий, наличие которой позволяет, например, в металлургии существенно экономить металл, энергию и уменьшать процент брака. Сложные информационно-измерительные системы могут окупаться буквально за сутки.
Первое действительно масштабное внедрение такой лазерной информационной системы произошло в 1994 году на Нижнетагильском металлургическом комбинате. Для проверки систему поставили в цех проката широкополочных балок, туда, где товарная продукция уже мерно нарезана перед отгрузкой. Первым показаниям не поверили, настолько они расходились с ожиданиями. Останавливали, перемеряли вручную. Но система оказалась точной. При цене оборудования в 120 тысяч долларов срок окупаемости составил… 48 часов (к слову, все работает и сегодня).
Конечно, оптоэлектронные информационно-измерительные системы производятся во всем мире, но в объемах во много раз меньших, нежели массовая вычислительная техника. Это связано с существенной наукоемкостью и комплексностью их структуры. Немногие организации в мире могут позволить себе подбор и содержание команды разработчиков высшей квалификации, способных к решению полного цикла фундаментальных и прикладных мультидисциплинарных проблем из различных областей науки и техники (обработка информации, оптика, лазерная физика, статистическая радиофизика, программирование, прототипирование, технологии – всего не перечислишь). Благодаря уникальному сочетанию мультидисциплинарного кадрового потенциала, достижений фундаментальной науки, доступности конструкторских бюро и экспериментального производства в Новосибирском академгородке создан целый ряд оптоэлектронных информационных систем для науки и промышленности.
– В академгородке сохранены научно-технические школы, способные к созданию инновационных продуктов, – считает Владимир Генриевич. – Если государство “повернется лицом к проблеме” и начнет проводить активную политику формирования спроса на высокотехнологичную наукоемкую продукцию, поддерживать, буквально “вынянчивать” проекты и в академических, и во внедренческих структурах, то каждый из наших сограждан почувствует плоды отечественного прогресса.
Подтверждение тому – судьба разработок самого В.Меледина и его коллег. Взять хотя бы информационные системы для полупроводниковой лазерной диагностики многофазных потоков в гидротурбостроении, обеспечившие повышение безо­пасности и эффективности оте­чественной гидроэнергетики. Ротор на Саяно-Шушенской ГЭС имеет диаметр 14 метров и вес 750 тонн. При этом скорость на ободе достигает 360 километров в час, а зазор между ротором и статором довольно мал – около сантиметра. В инициативном (!) порядке Владимир Генриевич предложил исследовать, что происходит с ротором при вращении под полной нагрузкой, каков профиль зазора и отклонения от истинной окружности. Задача бесконтактного мониторинга уникального нагруженного энергоагрегата оказалась очень сложной. Но ее удалось решить, создав полупроводниковый лидар с когерентно-оптической обратной связью и мощной системой статистической обработки информации. Измерения велись на четвертом агрегате Саяно-Шушенской ГЭС – к сожалению, аппаратуру сняли за месяц до произошедшей с ним катастрофы. Сейчас ведутся переговоры об установке систем на Новосибирской ГЭС.
Созданная группой В.Меледина лазерная доплеровская система серии ЛАД была названа лучшей промышленной инновацией России 2008 года и победила в Конкурсе русских инноваций, проводимом журналом “Эксперт”. ЛАД по ряду параметров превосходит зарубежные аналоги, используется для диагностики турбин на “Гидротурбомаше” и ОАО “Силовые машины” (Санкт-Петербург), применяется для диагностики авиационных двигателей и обтекания судов.
Специально разработанной лазерной прецизионной информационной системой “ЛАД-015” оснащен Государственный эталон воздушного потока России, что позволило метрологам успешно провести международные ключевые сличения шести национальных эталонов единицы скорости воздушного потока APMP.M.FF-K3 (Япония, Корея, Россия, Сингапур, США, Тайвань), организованные международной метрологической организацией “Азиатско-Тихо­океанская метрологическая программа”.
Создание подобных информационных систем невозможно без фундаментальной научной базы. В Институте теплофизики СО РАН В.Меледин и его коллеги предложили методы формирования, приема и программно-аппаратной обработки сложных оптоэлектронных и акустооптических сигналов и изображений в условиях фотонного ограничения. Сформулированы способы их обработки, в том числе на основе вейвлетов и мультифракталов, принципы полупроводниковой лазерной доплеровской анемометрии многофазных потоков с естественными светорассеивателями, методы динамического информационного мониторинга трехмерной геометрии объектов и автоматического контроля систем для научных исследований, инновационных и импортозамещающих промышленных технологий.
Для работ по программе импортозамещения была создана внедренческая организация ОАО “Институт оптико-электронных информационных технологий”, ставшая впоследствии победителем регионального этапа национального конкурса “Золотой Меркурий” в номинации “Лучшее малое предприятие в сфере инновационной деятельности” (2010). Компания занесена в реестр Федерального справочника “Оборонно-промышленный комплекс России” как предприятие, имеющее важное значение в развитии и укреплении оборонно-промышленного потенциала России. Продукция – высокотехнологичные наукоемкие импортозамещающие лазерные информационно-измерительные комплексы и системы для промышленности и науки. Один из примеров – лазерный полупроводниковый доплеровский спектрометр-анемометр “ЛАД-079” для диагностики наночастиц в жидкостях в диапазоне размеров от 1 до 10 тысяч нанометров. На его основе создан информационно-измерительный комплекс лазерной доплеровской спектрометрии наночастиц для линии технологического контроля наночернил струйных светодиодных принтеров нового поколения, производимых новосибирской компанией “САН” при поддержке РОСНАНО.
– Другое возможное применение такого спектрометра-анемометра – медицинская диагностика, – добавляет В.Меледин. – Сейчас вместе с урологами-онкологами Новосибирска мы работаем над созданием экспресс-метода нанодиагностики уроонкологических заболеваний.
Основоположник кибернетики американский математик Норберт Винер говорил: “Жить по-настоящему – это жить, получая адекватную информацию”. Оптоэлектронные информационные системы, которые в Институте теплофизики создают Владимир Меледин и его коллеги, поставляют информацию о реальном физическом мире в самых различных приложениях – от анализа крови до контроля атомных реакторов. Результаты их трудов неоднократно представлялись на отечественных и международных конкурсах и выставках, отмечались дипломами, золотыми и серебряными медалями Московских международных салонов инноваций и инвестиций, медалями и дипломами “Сибирской ярмарки”, конкурса “Научный прибор года – 2011”, золотой медалью “Новые высокотехнологические разработки оборудования и наукоемкие технологии” по итогам конкурса “Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка 2011 года”, золотой медалью “Innovations for investments to the future” Американо-российского делового союза (ARBU) в рамках международной программы “Golden Galaxy” – за развитие инновационной деятельности, техническое перевооружение производства и активное участие в процессе внедрения инновационных технологий (2009 год).
Работы по получению “адекватной информации” представлены более чем в 200 публикациях, двух монографиях, подтверждены 46 российскими и зарубежными патентами. Результаты внедрены на крупнейших предприятиях машиностроительной, металлургической, атомной, авиационной, судостроительной, стекольной, нефтедобывающей и других отраслей, используются для контроля турбин и повышения безопасности отечественной гидроэнергетики и железнодорожного транспорта, информационного технологического контроля и учета горячего проката в металлургии, в научно-исследовательских организациях и вузах. И самое главное: информация, получаемая с помощью созданных в Академии наук оптоэлектронных информационных систем, дает промышленным предприятиям России реальный и существенный экономический эффект.

Ольга КОЛЕСОВА

Нет комментариев