Как сделать инновационный продукт и не выкинуть деньги впустую?

Эта статья — для будущих Илонов Масков, людей, которые хотят создать что‑то новое, прорывное.

Когда встает вопрос в том, как максимально эффективно расходовать небольшой бюджет при работе над научно‑исследовательские и опытно‑конструкторские работы (НИОКР), то основная задача — провести все возможные испытания будущего образца с помощью компьютерного моделирования (симуляции) и использования искусственного интеллекта, а лишь потом переходить к физическому прототипированию.

Кадры решают все

В науку (технические специальности) шли в основном молодые люди с огнем в глазах и желанием изменить мир к лучшему, зачастую без особых финансовых ожиданий. А в прикладные специальности (слесари, токари и другие) чаще попадали те, кто не смог найти свое призвание. Но в 2022 году всё изменилось. Наука пошла в гору, а прикладные специалисты стали «на вес золота» — практически в прямом смысле.

Талантливых инженеров стали быстро переманивать военные и околовоенные корпорации, предлагая зарплаты в 3–5 раз выше прежних. И, например, токари‑фрезеровщики, которые еле сводили концы с концами и предлагали услуги на площадках вроде «Профи.ру» за 1000–2000 рублей за заказ, теперь берут минимум 5000–6000 рублей в день. Вот такой парадокс всего за три года.

Что это значит для инноваций? Они стали кратно дороже.

Допустим, вы решили создать новый самолет, робота, лодку, спутник, протез, экзоскелет или что‑то еще несуществующее. Сначала всё это нужно спроектировать, а для этого требуется инженер‑конструктор. Вы открываете вакансию или ищете резюме. На что обратить внимание?

• окончание технического ВУЗа;
• знание материаловедения и сопромата;
• владение программами для моделирования: в первую очередь — КОМПАС‑3D, во вторую — Autodesk (Inventor, Fusion 360), SolidWorks;
• критически важно: умение работать с симуляциями (например, Ansys Fluent).

В процессе собеседования желательно найти общий язык с кандидатом и убедиться в его мотивации и патриотичности (если это важно для проекта).

С учетом перехода на отечественное ПО знание КОМПАС‑3D становится ключевым, особенно при работе с конструкторской документацией.

Что касается прикладных специалистов, то здесь совет такой: ищите мастеров возраста 50+ — они обладают высокой квалификацией, но менее требовательны к зарплате, так как боятся остаться без работы. Но о них поговорим позже.

Возвращаемся к инженерам. У многих начинающих предпринимателей есть типичная ошибка: они сначала регистрируют компанию, снимают офис, нанимают сотрудников, а потом думают, чем заниматься. Это пустая трата ресурсов.

То же самое и в НИОКР. Современные системы 3D‑моделирования и симуляции позволяют:

• создать масштабированную 3D‑модель;
• провести симуляцию с учетом материалов;
• выявить слабые места конструкции;
• исправить ошибки до физического прототипирования.

И только после того, как виртуальная модель соответствует требованиям, можно переходить к реальному прототипу.

Почему важно сначала всё «отрисовать», а потом воссоздать?

Если мы говорим об инновациях, то сейчас зачастую они связаны как раз с высокотехнологичными материалами. А как мы знаем, все что высокотехнологично — это высокозатратное дело. Именно поэтому цена ошибки при физическом прототипировании становится очень дорогой, поскольку себестоимость деталей очень высока.

Говоря о математике, то можно за пример взять изготовление детали из композита.

У вас есть инженер‑конструктор, который спроектировал деталь, но не имеет достаточных знаний в симуляции, или не имеет их в принципе. Прототип изготавливается, по сути, по наитию инженера, по тому, как он видит данную деталь и ее свойства исходя из своего инженерного опыта.

Например, сложная деталь из карбона. Себестоимость болванки состоит и цены углеволокна и эпоксидной смолы, а также затрат на материалы и работу при изготовлении матриц. Зачастую необработанная деталь может обходиться в себестоимости от 10 тысяч рублей. Плюсуем к этому работу токаря и фрезеровщика, то выходит себестоимость не менее 20 тысяч рублей за одну готовую деталь. Часто бывает, что таких деталей нужно сделать несколько, и себестоимость уже умножается на количество таких деталей.

И вот во время первичных испытаний оказывается, что у детали проявились точки напряжения, в которых при не сильных нагрузках происходит разрыв или надлом и деталь уходит сразу в утиль, испытания срываются и, еще хуже, появляются как репутационные, так и финансовые проблемы для исполнителя, особенно при осуществлении государственных заказов.

Почему это произошло? Потому что не была сделана симуляция, которая могла бы первично данные нюансы учесть.

Кроме того, 3D‑моделирование и симулирование дает не только возможность оценить прочностные характеристики модели, но и в целом воссоздать конечную модель образца, максимально точно подогнать детали, что существенно упрощает подготовку конструкторской документации (КД) для ее дальнейшей передачи заказчику или в производство.

Сейчас в рамках прототипирования очень распространена 3D‑печать. Да, это правда помогает, но больше в первичной сборке и подгонке. Пластики не позволяют проверять прочностные характеристики, поскольку печатные детали и близко не стоят рядом с композитами.

Что касается чистовой обработки деталей, а именно работы токарей/фрезеровщиков, то их труд очень важен, но достаточно дорог, когда вопрос стоит в прототипировании. В нынешнее время опытные токари‑фрезеровщики могут обходиться минимум 150 тыс. рублей. Если вы не занимаетесь разработкой изделий военного или двойного назначения, то проще многие вещи отдать на аутсорс. Так значительно сэкономите на оплате труда, однако, когда дело доходит до серии — наличие собственного сотрудника крайне важно.

Личный опыт в робототехнике

Со всем, что было описано выше, я столкнулся лично в рамках разработки как гражданских, так и военных экзоскелетов в своем конструкторском бюро. Отсутствие вышеописанных компетенций отчасти сыграло отрицательную роль в результатах научно‑исследовательскую работу (НИР), выполнявшегося для заказчика.

Так получилось, что команда моих инженеров либо вообще не сталкивалась с программами для симуляции, либо знала их поверхностно, а некоторые даже откровенно саботировали этот процесс.

Проблемы начались уже на этапе компьютерного моделирования, поскольку финальную сборку отдельных узлов, соответствующую стандарту ГОСТ, не мог выполнить никто. Все инженеры работали в разных программах для моделирования, что при финальной сборке приводило к ошибкам и разночтениям. Поскольку сроки были сжаты, было принято решение перейти на ПО, используемое заказчиком, и выделить основного сотрудника, хорошо владеющего данной программой, который занимался бы финальной сборкой на основе моделей, созданных другими. Параллельно была поставлена задача начать активное изучение программы, применяемой заказчиком.

Далее производилось изготовление деталей (зачастую длительное и дорогое) и их подгонка уже «по факту».

Почему для нас было так важно именно компьютерное моделирование и симуляция? Потому что в течение 1,5 лет разработки техническое задание заказчика менялось несколько раз, что приводило к очень дорогостоящим переделкам. Возможность виртуального изготовления прототипа значительно сократила бы затраты.

Возвращаясь к расчетам, приведу следующие сверхрасходы, которых можно было избежать:

1. Материалы (углеволокно, эпоксидная смола, дюраль, филамент (пластик), метизы). Потери — свыше 500 000 рублей.
2. Работа подрядных организаций. Потери из‑за дополнительных работ и исправлений — свыше 700 000 рублей.
3. Переработки персонала (в будни и выходные). Возможные потери — до 600 000 рублей.

Подводя итог, общая сумма потерь только на материалах и работах подрядных организаций составила более 1,2 млн рублей! Эта сумма, составляющая почти треть бюджета, выделенного на НИОКР, могла бы стать прибылью организации. Если добавить возможные расходы на оплату переработок персонала, то сумма могла бы приблизиться к 2 млн рублей.

Какой можно сделать вывод?

Постоянный цейтнот, поскольку многие теории и модели проверялись не в симуляции, а на реальных материалах. В результате время, которое можно было потратить на доработку готового изделия, уходило на прототипирование, из‑за этого срывались сроки. В итоге было создано несколько черновых образцов, а финальный оказался достаточно сырым, что и повлияло на оценку изделия приемной комиссией.

Если говорить о том, помогла бы нам симуляция — однозначно да! Имея в запасе 1,2 млн рублей, можно было создать готовый, полноценный продукт. А также при необходимости привлечь внешних специалистов. Однако этого не произошло.

Сколько стоит инженер‑конструктор:

1. Начинающий специалист (недавний выпускник) — 80–100 тыс. рублей. Но будьте готовы к тому, что он может уйти, если зарплата не будет расти вместе с его навыками.
2. Опытный инженер (из смежной отрасли) — текущая зарплата + 20–30%.
3. Специалист из другой сферы — 150–300 тыс. рублей.
4. Инженер‑энтузиаст (который возможно где‑то недооценивает себя) — около 150 тыс. рублей. Но если он превосходит ожидания — премируйте, это окупится в будущем!
5. Узкоспециализированные эксперты могут стоить до 500 тыс. рублей.