Инновационные центры высоких технологий в машиностроении

В.И. Аверченков,  
А.В. Аверченков,  
В.А. Беспалов и др. 

ИННОВАЦИОННЫЕ ЦЕНТРЫ 
ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ  

В МАШИНОСТРОЕНИИ 

Монография 

Под общей редакцией 

В.И. Аверченкова, А.В. Аверченкова 

4-е издание, стереотипное

Москва 

Издательство «ФЛИНТА» 

2021

УДК 681.3.06
ББК  65.291.551-21
         А19 

Н а у ч н ы й   р е д а к т о р 

В.И. Аверченков 

Р е ц е н з е н т
кафедра «Автоматизированные станочные системы» ГОУ ВПО ТулГУ, 
д.т.н., проф. В.А. Камаев 

Аверченков, В.И. 

А19    Инновационные центры высоких технологий в машиностроении : 

монография / В.И. Аверченков, А.В. Аверченков, В.А. Беспалов, В.А. 
Шкаберин, Ю.М. Казаков, А.Е. Симуни,  М.В. Терехов; под общ ред. В.И. 
Аверченкова, А.В. Аверченкова. – 4-е изд., стер. – Москва : ФЛИНТА, 
2021. – 180 с. – ISBN 978-5-9765-1257-3.– Текст : электронный.

Рассматриваются научные подходы к созданию инновационных 
центров 
высоких 
технологий 
в 
машиностроении 
при 
государственных технических университетах. Описаны цели и задачи 
их деятельности. 
Монография 
предназначена 
для 
руководителей, 
профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов 
технических университетов. 

УДК 681.3.06
ББК 65.291.551-21 

ISBN 978-5-9765-1257-3 
© Коллектив авторов, 2016 
© Издательство «ФЛИНТА», 2016 

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………...………..........................
5 
1. ОРГАНИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННОГО ЦЕНТРА НАУКОЕМКИХ
ТЕХНОЛОГИЙ  …………………………………………………………………….....
8 
    1.1. Принципы построения и использования высоких технологий в  
машиностроении ………………………………………………………………………
8 

    1.2. Анализ опыта работы инновационных центров в России по    интеграции 
образовательной и научной деятельности ………………………………………….. 12 
       1.2.1. Инновационный центр Чувашской Республики ........................................
12 
       1.2.2. Челябинский региональный информационно-инновационный центр...... 13 
       1.2.3. Инновационный центр РХТУ им. Д.И. Менделеева ..................................
15 
       1.2.4. Региональный центр развития инновационной  деятельности  Иркутского государственного технического университета………………………... 
18 
       1.2.5. Инновационно-технологический центр БГТУ им.В.Г.Шухова……….. 
19 
    1.3. Инновационный центр высоких технологий в машиностроении  Брянского 
государственного технического университета………………………………………
21 
2. ОСНАЩЕНИЕ ЦЕНТРА ЛАБОРАТОРИЙ ИЦ ВТМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ
ОБОРУДОВАНИЕМ, ПРОГРАММНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ И ПОДГОТОВКА
ДЛЯ НЕГО НАУЧНЫХ КАДРОВ ……………….…………………………………...
25 
    2.1. Лаборатория современного технологического  оборудования………………
25 
    2.2. Лаборатория интегрированных программных комплексов и 
CALS-технологий……………………………………………………………………...
29 
    2.3. Лаборатория компьютерного микроскопического анализа………………….
30 
    2.4. Лаборатория информационного поиска и анализа информации в сети Интернет……………………………………………………………………………….. 
34 
    2.5. Лаборатория Института конструкторско-технологической  информатики 
Российской академии наук…………………………………………………………… 43 
    2.6. Подготовка научных кадров для центра………………………………………
44 
3. РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИЦ ВТМ ПРИ
ПРОВЕДЕНИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПОДГОТОВКЕ
КАДРОВ………………………………………………………………………………..
48 
    3.1. Модель функционирования центра при проведении фундаментальных 
исследований и подготовке кадров…………………………………………………...
48 
    3.2. Новые механизмы взаимодействия науки, образования и  промышленных 
предприятий в сфере применения высоких технологий в машиностроении……. 
49 
4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ СТАНКОВ С ЧПУ……....
58 
    4.1. Подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ в  интегрированной САПР PRO/ENGINEER с применением схем виртуальной подготовки производства…………………………………………………………....... 
58 
    4.2. Автоматизация разработки постпроцессоров для современного  
высокотехнологичного металлообрабатывающего  оборудования в университетских центрах высоких  технологий в машиностроении………………. 
62 
5. ПОСТРОЕНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
СИСТЕМЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И НАУКОЕМКИХ ИЗДЕЛИЙ
В ИЦ ВТМ.......................................................................................................................
69 

5.1. Структура разработанной и функционирующей в рамках центра автоматизированной системы ……………………………………………………….. 
 
69 
    5.2. Применение созданной автоматизированной системы для решения  
производственных задач проектирования, подготовки  производства и изготовления наукоемких изделий………….……………………………………….. 

 
 
98 
    5.3. Методика разработки библиотеки станочных приспособлений в интегрированной автоматизированной системе…………………………………….. 
 
108 
        5.3.1. Настройка структуры библиотеки станочных приспособлений………..
110 
        5.3.2. Установка виртуальных станочных приспособлений при  
моделировании механообработки…………………………………………………….
 
111 
        5.3.3. Создание установки креплений…………………………………………...
112 
        5.3.4. Диалог установки креплений…………………………………………….. 112 
        5.3.5. Активация установки креплений……………………….......................... 
114 
        5.3.6. Модификация установки креплений……………………………………...
115 
        5.3.7. Удаление установки креплений…………………………………………...
116 
        5.3.8. Создание таблицы семейств и гибких компонентов…………………….
116 
        5.3.9. Создание станочных приспособлений на примере кулачков для трехкулачкового патрона…………………………………………………………….. 
 
118 
    5.4. Методика разработки библиотеки твердотельного инструмента в интегрированной автоматизированной системе…………………………………… 
 
121 
        5.4.1. Разработка библиотеки твердотельного инструмента…………………. 
122 
        5.4.2. Установка структуры директории материалов…………………………. 
123 
        5.4.3. Определение режимов резания инструмента…………............................ 125 
        5.4.4. Использование режимов резания инструмента…………………………. 126 
        5.4.5. Библиотека параметров инструмента………………..…………………...
128 
        5.4.6. Твердотельные модели инструментов в ProEngineer WildFire 4.0……. 
128 
        5.4.7. Назначение материала и числа зубьев………………..…………………..
131 
        5.4.8. Использование модели инструмента………………..…........................... 
131 
        5.4.9. Твердотельный инструмент для токарной обработки………………….. 134 
        5.4.10 Использование настраиваемого инструмента при сверлении………….
135 
        5.4.11 Примеры токарного инструмента, включенного в библиотеку...............
136 
6. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ 
ПРОЦЕДУР ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ 
НАУКОЕМКИХ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ ПРИМЕНЕНИЯ 
ИНТЕГРИРОВАННЫХ САПР………………………………………………………..

 
 
 
142 
    6.1. Создание интеллектуальной автоматизированной подсистемы  
обеспечения технологичности конструктивных форм деталей……………………..
 
143 
    6.2. Разработка и применение формализованного описания предметной  
области «Обеспечение технологичности конструкций изделий в САПР»  на основе онтологического подхода……………………………………………………. 

 
 
153 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ….……………………..…………………………………………….. 168 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………….………………………….........................
170 
ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………………….. 178 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

В настоящее время возникает острая проблема нехватки квалифицированных кадров, подготовленных для высокотехнологичных 
машиностроительных производств, обладающих знаниями в области 
CALS-технологий, CAD/CAM/CAE- систем и одновременно умеющими применять эти знания в реальных производственных условиях. 
Решение этой приоритетной государственной задачи по подготовке 
высококвалифицированных кадров машиностроения Российской Федерации для развития промышленного потенциала регионов может 
быть найдено при создании специализированных центров, оснащенных новейшим технологическим оборудованием, инструментом и 
программным обеспечением. Наилучшим местом размещения подобных центров могут быть региональные государственные технические университеты, являющиеся держателями знаний в области современных технологий и непосредственно формирующие кадровый 
потенциал региона. 
Целью создания таких научно-образовательных центров становится комплексная подготовка и переподготовка  студентов и инженерных кадров предприятий в области комплексного применения 
CALS-технологий и высокотехнологичного оборудования в условиях 
современного производства. В этих условиях особая роль отводится 
разработке инновационных промышленных решений для предприятий 
региона с информационным и методическим обеспечением всего 
технологического цикла производства особо сложных и наукоемких 
изделий.  
Создание подобных центров связано с рядом проблем. В первую 
очередь, это создание при центре научно-технологических лабораторий, оснащенных самым современным оборудованием. В условиях 
ограниченного финансирования университетов создание лаборатории 
возможно через специализированное финансирование по целевым 
государственным программам или через привлечение средств частных 
компаний, заинтересованных в продвижении своих решений и технологий в качестве партнеров. 
Другая проблема заключается в подготовке высококвалифицированных специалистов и преподавателей, владеющих необходимыми 
современными знаниями и опытом использования высоких технологий в машиностроении. Эта проблема может быть решена через 

взаимодействие с соответствующими подразделениями родственных 
вузов и через стажировки на промышленных предприятиях, реализующих инновационные программы.  
Немаловажным вопросом является наличие профессионального 
программного обеспечения (ПО) для образовательных и научно-производственных целей. Сейчас такие крупные зарубежные компании, как «PTS» (Pro/Engineer), «Delcam», «Unigraphics Solutions» и 
др. готовы на определенных условиях безвозмездно передавать свое 
ПО для использования в вузах, что дает рассматриваемым научно-образовательным центрам дополнительный инновационный потенциал. 
При использовании центров в учебной подготовке, в отличие от 
традиционных теоретических форм обучения CAD/CAM/CAE- и 
CALS-технологиям, особое внимание должно уделяться технологическим и производственным этапам, применению современных станков с ЧПУ для изготовления особо сложных изделий непосредственно 
в условиях учебных центров. Научно-образовательные центры можно 
использовать как для ознакомления и практической подготовки студентов в области использования CAD-CAM-CAE-систем и управления 
технологическими комплексами с ЧПУ, так и для переподготовки 
специалистов промышленных предприятий в области автоматизации 
конструкторско-технологического проектирования наукоемких изделий и сложной технологической оснастки (пресс-формы, штампы, 
сложные режущие и мерительные инструменты). 
Подготовка производства сложных наукоемких изделий требует  
проведения прикладных исследований. В качестве научной базы центров могут быть использованы достижения ученых как университета, 
так и научных центров и лабораторий РАН. В качестве научных направлений можно выделить разработку научных основ построения 
CALS-технологий и внедрение их элементов на промышленных 
предприятиях, а также разработку инструментария для новых форм 
функционирования высокотехнологичных современных производств, 
в том числе виртуальных предприятий. 
Создаваемые центры должны иметь не только научную и образовательную составляющие, но и инновационно- производственную. 
Необходимость разработки промышленных решений требует постоянной актуализации и совершенствования знаний преподавателей и 
студентов в производственных процессах. Именно поэтому возможно 

проектирование, технологическая подготовка и изготовление особо 
сложных изделий на собственном технологическом оборудовании по 
заказу предприятий региона. Кроме этого, в число производственных 
задач входят промышленное испытание новых технологий, инструментов, оснастки, проведение инжиниринга на  промышленных 
предприятиях и разработка технических заданий на внедрение 
CAD-CAM-систем и современного технологического оборудования с 
ЧПУ. 
Одним из возможных путей решения этих проблем может стать 
создание инновационных учебно-производственных центров коллективного пользования в составе технических университетов, оснащенных современным производственным оборудованием, инструментом, программными комплексами, методическим обеспечением, 
квалифицированными сотрудниками. Совместная работа с другими 
центрами для промышленных предприятий региона предоставит 
возможность доступа к новейшим технологиям и оборудованию, позволит выбрать схемы модернизации производственных мощностей. 
Использование технологий центра коллективного пользования в образовательном процессе резко повысит качество выпускаемых университетом молодых специалистов.  
В настоящее время в Брянском государственном техническом 
университете (БГТУ) в соответствии с описанной методикой при государственной поддержке по программам «Развитие научного потенциала высшей школы» и «Научные и научно-педагогические кадры 
инновационной России» создан Инновационный центр высоких технологий в машиностроении (ИЦ ВТМ) совместно с Институтом конструкторско-технологической информатики РАН и производственной 
компанией ООО «Фирма «ИМИД»» (г. Москва). Опыт организации и 
использования этого центра рассмотрен в предлагаемой монографии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОРГАНИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННОГО ЦЕНТРА 
НАУКОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЙ 
 

Высокие технологии (High Technology) – совокупность инфор
мации, знаний, опыта, материальных средств при разработке, создании и производстве новой продукции и процессов в любой отрасли 
экономики, имеющих характеристики высшего мирового уровня [1, 2]. 

До последнего времени этот термин в основном использовался в 

области информационных технологий. Однако с тотальным использованием достижений информационных технологий в разработке 
наукоемких изделий (CAD-CAM-CAE-системы), подготовкой управлений производством, созданием компьютеризированных обрабатывающих и сборочных комплексов, обеспечивающих контроль и 
управление качеством отдельных деталей, узлов и машин в целом, 
стало возможным использовать этот термин применительно к машиностроению [4, 5]. 

В значительной степени этому способствовало развитие методов 

обработки, использующих различные физические эффекты: лазерная, 
ультразвуковая, плазменная и другие виды электрофизической и 
электрохимической обработки. Применение высоких технологий 
особенно актуально при создании уникальной космической, ракетной, 
авиационной, радиоэлектронной техники, при производстве ядерных 
реакторов и ускорителей, разработке и изготовлении современных 
транспортных машин, медицинского оборудования и др. В настоящее 
время до 70–90 % высоких технологий, которыми располагает отечественная 
промышленность, 
сосредоточены 
в 
оборон
но-промышленных комплексах. 

Новым толчком к переходу от традиционных к высоким техно
логиям в машиностроении стали достижения в области нанотехнологий и острейшая потребность в их дальнейшем развитии. 

 
1.1 . ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 
ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ  

Анализируя состояние российского машиностроения в целом, 

которое в последние два десятилетия практически не развивалось, а в 
отдельных случаях было потеряно то, что было достигнуто на мировом уровне, приходится констатировать необходимость поиска новых 

нетрадиционных подходов выхода из кризисной ситуации и, в первую 
очередь, использования высоких технологий в машиностроении. 
Однако сегодня на пути внедрения этого вида современных 
технологий в реальное производство для многих предприятий встают 
труднопреодолимые препятствия, связанные с отсутствием необходимых средств на приобретение технологического оборудования, оснастки и программного обеспечения, недостатком квалифицированных специалистов (конструкторов, технологов, программистов, операторов станков с ЧПУ) и самое главное с непониманием основ современной организации производства при использовании этого нового 
вида высоких технологий. 
Высокие технологии применительно к машиностроению должны 
основываться на следующих принципах: 

Автоматизация – обеспечивает непрерывный информационный 

цикл создания наукоемких изделий, включающий расчет и построение 
компьютерной модели детали, разработку технологии ее изготовления 
с выбором необходимого технологического оснащения, разработку 
управляющих 
программ 
для 
станков 
с 
ЧПУ 
и 
контроль
но-управляющих машин, а также управление этими технологическими 
комплексами и системами. 

Совмещенность – характеризует максимальную концентрацию 

процессов обработки при минимальном использовании технологического оборудования. Идеальным решением является использование 
одного технологического комплекса, совмещающего различные виды 
обработки 
(например, 
токарно-фрезерные, 
фрезер
но-сверлильно-расточные обрабатывающие центры и др.). Высокоточная лезвийная обработка позволяет обрабатывать детали из закаленных сталей, что принципиально меняет технологию их изготовления. 

Системность – предусматривает построение процессов разра
ботки наукоемких изделий, технологии их изготовления и управления 
всеми этапами производства как единой технической системой, 
обеспечивающей достижение конечных целей качеств изделий, их 
эксплуатационных свойств, сокращение времени на проектирование и 
производство, повышение производительности труда и снижение совокупных затрат.   

Одновременность – создание условий и реализация параллель
ного выполнения этапов подготовки производства и изготовления 
изделий, что значительно сокращает сроки их выпуска. 

Комплексность – применительно к современным технологиче
ским комплексам с ЧПУ позволяет перейти от рассмотрения технологических процессов изготовления деталей как набора операций к 
совокупности технологических циклов, определяемых возможностями 
режущих инструментов и оснастки. В этом случае могут быть использованы известные модульные принципы проектирования изделий 
и технологий. 

Производительность – это одна из главных составляющих вы
соких технологий, которая обосновывает необходимость значительных затрат на внедрение этих технологий. Современное технологическое оборудование с ЧПУ позволяет вести высокоточную обработку 
со скоростью резания в 2-3 раза превышающей традиционные решения обработки для обычного технологического оборудования (универсального оборудования и станков с ЧПУ предшествующего поколения). 
Теоретическим обоснованием высокоскоростной обработки 
(ВСО) является эффект снижения нагрузки на инструмент в некотором 
диапазоне скоростей резания. Но наиболее важным фактором здесь 
является перераспределение тепла в зоне резания. При небольших 
сечениях среза в данном диапазоне скоростей основная масса тепла 
концентрируется в стружке, не успевая переходить в заготовку. 
Именно это позволяет обрабатывать закаленные стали, не опасаясь 
отпуска поверхностного слоя. Отсюда следует основной принцип ВСО: 
малое сечение среза, снимаемое с высокой скоростью резания, и соответственно высокие обороты шпинделя и высокая минутная подача. 

Управляемость – этот принцип высоких технологий связан с 

быстрой переработкой взаимосвязанных конструкторских, технологических, производственных и организационных решений, поскольку 
они все представлены и используются в виде информационных (компьютерных) моделей. Это особенно важно для производств, где происходит частая сменяемость моделей типовых изделий по заказам 
потребителей. 

Стабильность – принцип, определяющий надежность обеспе
чения характеристик качества изделия, зависящую от человеческого 
фактора – рабочих, которые выполняют конкретные операции, что