Про количество, качество и себестоимость изделий — «для чайников»

Я, как инженер-механик, давно и долго пытаюсь объяснить упертым, что песни про «массовый» выпуск ракет, который, якобы, снижает себестоимость в сотни раз — это чушь, вброшенная бездарной пропагандой. Но некоторые «комментаторы» в это не верят.

Попробую объяснить, что называется, на пальцах.

Первое — стоимость материалов.

Делаете вы одно изделие, серию из 10 или 100 изделий, количество материала остается неизменным. Другое дело, то есть количество исходного материала и количество материала в готовом изделии.

Количество исходного материала может несколько уменьшаться с улучшением технологии, что действительно может дать некоторый эффект по стоимости.

Классический пример АК-47, знаменитый автомат Калашникова.

Изначально, многие части корпуса, в котором размещаются механизмы, изготавливали мехобработкой. Много было фрезерных операций, дававших массу стружки. То есть, отходов.

Потом немецкие специалисты-технологи, вывезенные в СССР, предложили разработанный ими метод метод холодной штамповки тех же деталей — материалоемкость резко снизилась, количество техопераций уменьшилось, время на изготовление единицы изделия сократилось и автомат подешевел. Стало возможным увеличить количество производимых изделий.

Второе — оборудование, оснастка и программа выпуска.

Программа выпуска определяется 3 параметрами: спросом, производственными площадями и оборудованием.

Простейший пример. Вам надо сделать стальную коробку с 4 отверстиями (по 2 в противоположных стенках). Это будет корпусом для примитивной зубчатой передачи. Рассмотрим только одну операцию — сверление отверстий, в которые будут вставлены подшипники под установку зубчатых валов.

Если спрос единичный, 1 или несколько изделий в месяц, то самое дешевое — использовать простой сверлильный станок. Просверлил одну дырку, передвинул шпиндельную бабку, выставил более-менее точно, просверлил вторую. Перевернул коробку и сверли ещё 2 дырки.

Точность межосевого расстояния между дырками с одной стороны и соосность отверстий на противоположных сторонах достигается замерами и разметкой. Замерять можно по-разному, от рулетки или линейки, до лазерных измерителей. Главное, измерять расстояния от единой базы. Можно использовать приспособления (оснастку), вроде шаблонов с упорами.

Времени на это уйдет много, но вы и не торопитесь — программа выпуска мизерная, зарплата тоже не миллионерская, а станок дешевый, универсальный. Качество будет «так себе», но потом, на сборке, кувалдой подправят.

Если одного станка не хватит, можно задействовать несколько, а производственные площади и станочный парк позволяют. Не велики расходы.

Но, если вам надо делать сотни таких коробок, то вручную производить замеры совсем не годится. Тут уже точно надо делать оснастку. Выставлять заготовку на рабочем столе и шпиндельную бабку по каким-то шаблонам и подрегулировать их каждые несколько изделий.

Если надо произвести тысячи таких коробок, то придется заказывать специальный многошпиндельный станок. 4 шпиндельные бабки, раз и навсегда точно установленные на станине, рабочий стол с жестко установленным креплением коробки — за один проход сделают все 4 дырки с правильным межосевым расстоянием и правильной соосностью.

Это довольно дорогое удовольствие, поскольку станок сначала надо спроектировать, а потом изготовить в единичном экземпляре.

Ну, а если вам надо делать сотни тысяч таких коробок, то не обойтись без автоматической линии, специально спроектированной, оснащенной только специальными станками, роботами, транспортом, контрольными автоматами, системами регенерации СОЖ и отвода стружки и тка далее. А посему, под такое производство надо специально проектировать и строить производственные площади, подводить коммуникации, обеспечивать климат-контроль и т.д.

Это уже очень и очень дорого, но окупается в пересчете на единичное изделие и даже снижается себестоимость.

Так строили заводы КАМАЗа. Я не оговорился. Там именно заводы: завод двигателей, завод кузовной, завод резинотехнических изделий, агрегатно-сборочный и даже инструментальный завод. Каждый из заводов — это один огромный корпус, разбитый на цеха нарисованными на полу линиями. Вдоль длинной стороны идет дорога для грузовиков, заглубленная относительно пола цехов на высоту борта машины, чтобы погрузчики могли въезжать прямо в грузовик. В подвальном этаже инструментальные склады с лифтами, станции регенерации СОЖ и системы климат-контроля, а на втором этаже — инженерные службы, бухгалтерия и администрация.

Не знаю, как другие заводы, а здание завода двигателей, для корого я проектировал системы автоматических линий, проектировалось французами под германское оборудование. Потом, для второй очереди, мы копировали немецкое оборудование.

Программа выпуска второй очереди 170 тысяч изделий в год.

Третье — спрос.

Ракетное производство определяется, в первую очередь, спросом. Прогнозируется спрос на 100 ракет в год или на 10 — так производство и строится. В любом случае, это относится к мелкосерийному или, в крайнем случае, к серийному производству. При этом, из за дороговизны изделий и специальным требованиям, в основном, заказывается специальное оборудование.

Пятое — современные технологии производства.

Есть технологии, позволяющие снизить себестоимость.

Например, производство крышки корпуса турбонасоса.

Это изделие очень сложной конфигурации. В традиционном способе, это литая крышка, проходящая множество операций механической обработки, от обдирки и до финишной обработки поверхностей. Масса стружки уходит при фрезерных и шлифовальных операциях, идет довольно много брака.

Времени уходит много, материала очень много и себестоимость от этого очень высокая.

А можно ту же крышку изготавливать 3D печатью. Точность микронная, никакой механической обработки и практически никакого брака. Отходов материала тоже нет.

Экономия в десятки раз.

Так работают в SpaceX.

Традиционно, силовой каркас корпуса создают выфрезеровывая «вафельную» структуру в толстом листе дорогого алюминиевого сплава. Масса отходов, требует много рабочих человеко-часов, большой процент брака и потому дорого.

А можно приваривать элементы силового каркаса к тонкому листу проката алюминиевого сплава, но требуется технология FSW (Friction Steer Welding) — это сварка трением торца быстро вращающегося инструмента с лопатками для перемешивания. Металл разогревается до тестообразного состояния и перемешивается лопатками. Шов не имеет пустот, пузырей и прогаров, по прочности не уступает монолитному металлу, отходов нет, брак тоже отсутствует. Экономия огромная.

Так делают корпуса Falcon 9 на заводе SpaceX в Hawthorn.

Резюмирую.

Как видите, себестоимость практически не зависит от программы производства.

Конечно, если завод простаивает часть времени из за отсутствия заказов, то дело швах. Это то, что происходит с заводами United Launch Alliance (ULA). Чтобы завод не ликвидировали и, чтобы США имели альтернативу ракетам SpaceX, бюджет субсидирует ULA, примерно, на $1 миллиард/год.

Даже очень неплохая по характеристикам Delta IV рынком не востребована от слова совсем. Все заказы только государственные, а государству тоже приходится оправдываться перед Конгрессом, почему они уплатили $430 миллионов за запуск модульной (как Ангара) Delta IV Heavy, вместо того, чтобы уплатить SpaceX $150 миллионов за ту же работу, выполняемую Falcon Heavy. И с каждым годом находить такие отмазки всё труднее.

Вернусь к концепции ракет семейства Ангара.

В конце 80-х многим казалось, что унификация ракетных модулей, из которых собираются, по необходимости, носители разного класса, от Ангара А1 до Ангара А7, за счет снижения себестоимости при поточном производстве стандартных УРМов, позволит снизить стоимость ракеты.

Но ожидания не оправдались. Не приняли во внимание стоимость материалов, которая очень высока и не изменяется от количества выпускаемых изделий, не поняли, что экономия от роста программы с 10 до 200 УРМов/год, практически не снизит себестоимость, а цена спецоборудования очень и очень высока.

Автоматизация производства в российских условиях, где зарплата работников на заводах не очень высока, тоже выигрыша не дает. Производственные площади и энергия для госкомпаний практически дармовая — тоже не фактор экономии.

SpaceX по пути снижения себестоимости запусков пошел дальше. Мало того, что они добились очень низкой себестоимости производства своих Falcon, они сделали их многоразовыми. А это уже радикальное снижение себестоимости запуска. Если ступень летает только 10 раз, то на себестоимость каждого запуска ложится только 10% себестоимости изготовления ступени, плюс мизерные (в масштабах стоимости изделия) расходы на межполетное техобслуживание.

Находясь в том же классе по грузоподъемности, что и Falcon 9, так называемая «тяжелая» Ангара А5 (22,8 т против 24 тонн — не велика разница), себестоимость запуска одноразовой Ангары примерно в 4-5 раз выше себестоимости запуска многоразового Falcon 9 или примерно вдвое дороже запуска Falcon без возврата первой ступени.

При этом, Falcons выполнили уже более 100 полетов, показав отличную надежность, а Ангара А5 только в самом начале испытательных полетов.

Конкурировать на мировом рынке у Ангары не получится совсем. Это очень дорогой позавчерашний день. Значит, она может летать только по заказам «государства Российского», в первую очередь, для Минобороны. Во вторую очередь — если всё-таки, когда-нибудь начнут пилотируемые орбитальные полеты никому не нужные Орлы.

ПН Минобороны вполне могли запускать и на старом дешевом Протоне. Экология? А ядерные испытания не хотите? А то мы можем и повторить… Космонавты могут летать и на древних Союзах с одноименными носителями. Пропаганда всё равно будет фанфарить, а дополнительных денег тратить не надо.

И какой прок в Ангаре????

Отвечаю. НИКАКОГО.

Оптимистичная нота.

Роскосмос должен срочно вкладываться в частично многоразовый Амур-СПГ и, по результатам (на опыте) Амура, пойти по пути создания полностью многоразовых носителей с многоразовыми кораблями, как это делает SpaceX. Пусть с 50-летним опозданием, но они, теоретически, смогут хоть приблизится к флагману мировой ракетно-космической индустрии.

Кишка тонка?