Проект. Инженерные инновации в машиностроительной и нефтегазовой отраслях
 Скачать 1.83 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение «Чистопольский сельскохозяйственный техникум имени Г.И. Усманова» IV Всероссийский конкурс индивидуальных студенческих проектов «Формула профессионального успеха» для обучающихся профессиональных образовательных организаций Номинация «Лучший исследовательский проект» Направление «Научно-технические инновации, лидерство в производственной сфере различных отраслей хозяйства России» ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ на тему: Инженерные инновации в машиностроительной и нефтегазовой отраслях Автор: С.А. Силантьев Группа 121 Специальность/профессия 35.02.08 Электрификация и авто- матизация сельского хозяйства Руководитель индивидуального проекта Ахтямов А.Р, Игнатьев А.А 2023 год Актуальность темы исследования. Машиностроительная и нефтегазовая отрасли – основополагающие элементы развития промышленности. Эти отрасли достаточно наукоёмкие и они нуждаются в постоянном совершенстве свои технологий для того, чтобы производства могли эффективно использовать свои ресурсы, время и энергию. Так же, инновации в этих сферах позволят быть предприятиям конкурентно способными на рынке той продукции, которую они изготавливают. Постановка задачи. Таким образом, целью и данной работы является анализ и определение новых технологий производства и инженерных инноваций в машиностроительной и нефтегазовой отраслях которые помогут в развитии Российской промышленности. Для достижения цели бы поставлены следующие задачи: определить проблемы развития инноваций в России; новых технологий производства и инженерных инноваций в машиностроительной и нефтегазовой отраслях; сделать выводы о дальнейшем пути развития инноваций; В качестве данных использовались общедоступные данные, интернет ресурсы. Проблемы развития инноваций. Торможение развития инноваций в промышленном секторе экономики России обусловлено: во-первых, отсутствием мотивации на продвижение инноваций. Сегодня рынок инноваций состоит из производителей, инвестирующих в НИОКР и применение инновационных разработок в разы меньше, чем у иностранных конкурентов. Преобладающая часть потребителей довольна импортным производителем так как, российское предложение новейших технологий находится на низком и неконкурентоспособном уровне. Немаловажным считаем и то, что большая доля отраслей промышленности монополизирована, что не способствует стремлению производителей к внедрению новых технологий; во-вторых, государственным участием в промышленной деятельности предприятия, которое не всегда положительно сказывается на способности внедрять инновации (как правило, именно частные предпринимательские структуры в большей мере ориентированы на развитие инновационного сектора). В современном мире инновации являются естественным и незаменимым процессом для существования промышленности. На рисунке (См. Приложение 1) представлено распределение инновационных процессов по отраслям. Во всех мировых рейтингах, Россия располагается в конце списка по уровню развития инноваций. Проблематика заключается в качественной составляющей государственных институтов, институциональной среды и предпринимательского сектора. Но нельзя говорить о том, что наша страна находится в безнадежном положении. В России существуют успешные малые инженерные организации, но к сожалению, в таких отраслях как микроэлектроника, оптоэлектроника, лазерная техника, и современная оптика разработки ведутся очень незначительные. Данная ситуация обусловлена тем, что даже небольшие исследования, проводимые в данных сферах, являются дорогостоящими. Инвесторами здесь могут выступать либо крупные организации, либо банки. Машиностроительная отрасль. Одной из задач инноваций в машиностроительной отрасли является создание новых материалов, которые существенно улучшат процесс производства и саму продукцию. В 2014 году благодаря упорной работе исследователей из университета Северной Каролины, США, и университета Катара, Канада, они получили новый сплав, плотность которого практически равна плотности алюминия, но который имеет прочность, превосходящую прочность чистого титана. Новый материал является металлическим сплавом с высоким уровнем энтропии. Его формула Al20Li20Mg10Sc20Ti30 указывает на то, что он состоит из пяти разных металлов, лития, магния, титана, алюминия и скандия, смешанных в приблизительно равных пропорциях. Абсолютная плотность нового сплава равна 2.67 грамма на кубический сантиметр. Он был получен путем тщательного смешивания порошков ингредиентов с гранулами около 12 нанометров, которые были сплавлены методом физического диффузионного плавления под давлением в 5.9 ГПа. Но, для того, чтобы новый сплав стал материалом, используемым в машиностроительной промышленности, еще требуется разработка простого метода его изготовления, подходящего для условий крупномасштабного производства. Сплав системы Co–Cr–Ni–W–Ta в настоящее время находит всё большее применение. Сплав используется в авиационном строении вместе с аддитивными технологиями (См. Приложение 2). Главной особенностью таких технологий является возможность изготовления деталей сложной внешней и внутренней геометрической формы без увеличения стоимости производства. В настоящее время один из самых трудоёмких процессов в машиностроительной сфере является заготовительный процесс. Для сокращения затрат труда на обработку отливок и потерь металла в настоящее время все шире внедряют в производство методы точного литья, дающие отливки высокой точности, требующие лишь чистовой обработки. Для получения точных и чистых отливок применяют заливку металла в формы под давлением и центробежное литье, обеспечивающие точное заполнение формы металлом. Из сплавов цветных металлов таким путем теперь получают детали с точностью до сотых долей миллиметра. Кокильное литье тоже дает отливки повышенной точности. К методам точного литья относят также литье по выплавляемым моделям и литье в скорлупчатые формы. Эти методы литья очень прогрессивны. Их применяют для получения малых отливок сложной формы и очень точных размеров. Полученные этими методами отливки не требуют механической обработки, обеспечивая тем самым высокую производительность труда и снижение себестоимости этих изделий. Улучшению свойств и создание сверхстойких материалов в машиностроительной промышленности можно добиться с помощью модификации поверхности. С помощью определённых методов, можно добиться того, что поверхность титана будет обладать стойкостью к радиации. В нынешнее время огромное интерес уделяется способам извлечения сверхмелкозернистых объёмных, а также дисперсных материалов. Было обнаружено, что уменьшение размера данных материалов, ниже определенной пороговой величины приводит к существенному изменению физико-химических свойств материалов. Подобные свойства выражаются, если средний объем зерен меньше 40 нм. Сварочные технологии в производстве являются одними из самых востребованных. Они ориентированы на улучшение показателей процесса и повышения качества сварных швов и соединений. Одной из новейших технологий является методика К-TIG (См. Приложение 3), представляющая собою сверхтехнологичный процесс электродуговой сварки неплавящимся электродом в инертном газе TIG. В качестве неплавящегося электрода используются вольфрамовые электроды. С помощью K-TIG возможно осуществлять сварку металлов вместе с низкой теплопроводностью (никелевые а также титановые сплавы, нержавеющие стали, коррозионностойкие материалы, прочие использованные материалы). Скорость процесса сварки в 100 раз выше в сопоставлении с обыкновенной сваркой неплавящимся электродом в инертном газе, при этом качество сварных соединений соответствует стандарту качества. Одной из современных разработок является технология гибридной лазерной сварки. Данный способ применяют для соединения стали тугоплавких сортов, тонколистовой стали. Для этого совмещают гибридный лазер с диоксидом углерода, что обеспечивает при мощности лазерного излучения в пределах 1,5–4,0 кВт получение качественного сварного соединения. Процесс сварки начинается с подачи лазерного луча, под действием которого нагревается до температуры испарения поверхность свариваемого металла и формируется узкий, глубокий провар. Следующая за лазерным лучом дуга способствует образованию широкого кратера горения. Металл электрода смешивается с расплавленным основным металлом в сварочной ванне, на поверхность всплывает расплавленный шлак, что способствует образованию защитной плёнки. Более прогрессивным курсом в развитии сварных технологий считаются технологии компьютерного моделирования процессов. Компьютерное моделирование обеспечивает разработку эффективных процессов сварки; способствует оптимальному применению приспособлений; гарантирует минимизацию образования деформаций в ходе сварки; дает возможность получить данные об местах теплового воздействия с целью оценки качества свойств сварных швов. Компьютерное управление процессом сварки позволяет регулировать его параметры. Для этого используются универсальные аппараты, оснащенные программным управлением и периферийными устройствами. Одним из подобных аппаратов является портативный сварочный аппарат, созданный компанией Lincoln Electric. Нефтегазовая отрасль. Так же, как и машиностроительная отрасль, нефтегазовая отрасль нуждается в новых технологиях ничуть не больше. Они способствуют быстрому поиску нефтегазовых месторождений, сокращению потерь при добыче, увеличению извлечения запасов и переработки. Одна из наиболее современных и эффективных технологий по изучению пласта — детализированный анализ шлама. Детализированный анализ шлама представляет собой исследование того, из каких минералов и элементов состоит шлам. Так как шлам — это мелкие кусочки выбуренной породы, то их исследования позволяют понять, чем представлен пласт: из каких пород и флюидов, и даже из каких элементов он состоит. Новейшие методики, оборудование и программное обеспечение могут выполнять эту процедуру непосредственно в самой скважине во время бурения. Объединив данные по геофизике, шламу и керну, геологи получают очень подробную информацию об объекте. Уже сами по себе эти массивы данных широко используются как при дальнейшем бурении скважин, так и для того, чтобы повысить добычу. Современные компьютеры и специализированное программное обеспечение позволяют упростить изучение и перенести реальный нефтегазовый пласт в цифровую модель (См. Приложение 4). Например, чтобы понять куда бурить нагнетающие скважины, добывающие скважины, какими химическими составами обрабатывать определённые скважины. Вариантов таких операций на 3D-модели может быть бесконечное количество, с минимальными затратами. Одной из интересных технологий в добыче нефти является закачка в нефтяные и газовые пласты смеси воды с наночастицами (См. Приложение 5). Эти частицы изменяют свойства породы или закачиваемой воды. В некоторых случаях в воду могут добавить специальные химические составы для ускорения процессов. В результате такой раствор лучше отмывает нефть с поверхности пор и вытесняет её к добывающим скважинам. Разновидностей наночастиц огромное количество, но инженеры в основном стараются выбирать недорогие. В данной технологии можно использовать наночастицы из древесного и угольного пепла, а также золы от сжигания различных продуктов на предприятиях. Частицы такой золы или пепла меньше размеров поровых каналов породы, что позволяет им проникать вглубь пласта. Похожие решения применяются и в бурении, когда наночастицы не позволяют буровому раствору проникать в пористые породы. Широкое распространение получили технологии с использованием волн различной частоты, магнитных или ультразвуковых. Механизм данной технологии работает за счёт физического действия на микро- и наноуровне на частицы пород и флюиды. Например, для удаления отложений парафинов, асфальтенов, смол, карбоната кальция в трубах, по которым потом закачивается нефть, применяются специальные приборы, которые за счёт ударно-резонансных частот разбивают молекулы отложений. Постепенно частицы отложений отделяются от стенок труб и выносятся потоком. Ещё одним примером могут служить специальные ультразвуковые приборы, спускаемые в скважины, которые также очищают трубы и перфорационные отверстия от отложений различных типов, что способствует увеличению пропускной способности скважины. В последние годы большое развитие получило применение данных спутниковой съёмки и новых способов обработки пространственной информации при помощи ГИС технологий. В нефтегазовой отрасли такие снимки могут применяться для решения многих задач. Анализ снимков помогает изучить геологическое строение и перспективы нефтегазоносности бассейнов, подобрать наилучшие пути для строительства новых объектов, прокладки трубопроводов и проведении ремонтных работ. Геоинформационные системы свою очередь присутствуют непосредственно при решении этих задач. С помощью ГИС осуществляется мониторинг и сбор статистических данных о функционировании объектов нефтегазового комплекса, устанавливаются и подбираются стратегии по устранению аварий и зон поражения различных территорий, производится оценка возможного ущерба, проектируются маршруты по транспортировке продукции, движению ремонтных бригад, прокладке трубопроводов. С помощью таких систем осуществляется управление имуществом и территориями, проводится контроль состояния оборудования и коммуникаций, а также подбираются партнёры в сфере реализации продукции. Например, в России применяются спутниковые навигационные технологии ГЛОНАСС/GPS, с помощью которых осуществляется планирование, управление и автоматизация транспортировки нефти и газа. Группа индустриальных технологий и поставляемые ими продукты служат для контроля на самом производстве. Группа компаний «СКАНЭКС» достаточно успешно внедряет сервисы оперативного спутникового мониторинга для нефтегазовых компаний. Данные, полученные компанией, сопровождают реализацию нефтегазового проекта на всех этапах, позволяют оценивать развитие промышленной инфраструктуры месторождений и проводить дополнительное проектирование и планирование. Специалистами были реализованы проекты по спутниковому мониторингу экологической ситуации в Каспийском море, ледовой обстановки в Печорской губе, Астраханского ГКМ. Заключение. Потребность инноваций и технологий в наукоёмких отраслях всегда будет оставаться на высоком уровне, так как от современных решений зависит способность производства сократить расходы, тем самым получать большую прибыль и быть конкурентоспособным в тех или иных отраслях промышленности. Условия, выстраивающиеся на рынке, говорят о том, что дальнейшее развитие государства и экономики не может обойтись без инновационного пути развития. У производителей возникает заинтересованность в инновациях, если у них появляется уверенность в том, что инновация позволит усовершенствовать продукцию, повысить её конкурентоспособность и тем самым получить большую прибыль от инноваций, введенных в промышленное производство. Список использованных источников. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ [https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologicheskie-innovatsii-v-mashinostroenii/viewer] Современные заготовительные технологии [https://studfile.net/preview/7221901/page:3/] ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ СИНТЕЗИРОВАННОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ CO-CR-NI-W-TA [https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-harakteristik-prochnosti-sintezirovannogo-splava-sistemy-co-cr-ni-w-ta/viewer] Разработан новый сплав, обладающий более высоким соотношением прочности к весу, чем любой другой сплав или металл. [https://www.nanonewsnet.ru/news/2014/razrabotan-novyi-splav-obladayushchii-bolee-vysokim-sootnosheniem-prochnosti-k-vesu-chem-l] Использование новейших технологий и оборудования в нефтегазовой промышленности. [https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-noveyshih-tehnologiy-i-oborudovaniya-v-neftegazovoy-promyshlennosti] Будущее ТЭК: новейшие технологии и разработки в нефтегазовой от расли [https://trends.rbc.ru/trends/industry/635153c89a794786201316a8] НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ [https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=38487] Горшкова О.О. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ // Современные наукоемкие технологии. – 2021. – № 2. – С. 14-18; Баженов, А. Ю. Развитие направления модификации поверхности. Экономическая целесообразность применения в промышленности / А. Ю. Баженов, М. С. Егорова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 10.4 (90.4). — С. 6-9. Приложения. Приложение 1. Распределение инновационных проектов и идей по отраслям.  Приложение 2. Аддитивные технологии.  Приложение 3. K-TIG сварка.  Приложение 4. Комплексная геолого-гидродинамическая модель нефтегазового месторождения.  Приложение 5.Вытеснение нефти из пласта.  |