Эффективность реконструкции всех отраслей народного хозяйства в решающей мере зависит от машиностроения. Именно в нем материализуются научно-технические идеи, создаются новые системы машин, определяющие прогресс в других отраслях экономики.
Перед машиностроителями поставлена задача: резко повысить технико-экономический уровень и качество своей продукции, перейти на выпуск самых новейших машин, станков и приборов. Чтобы ускорить выпуск новейших машин, необходимо в 3-4 раза сократить сроки разработки и освоения новой техники. При этом предусмотрено, что все вновь осваиваемые виды машиностроительной техники по производительности и надежности должны превосходить в 1,2 ... 2 раза выпускаемую аналогичную продукцию, при этом удельная * материалоемкость новых машин должна быть снижена на 12 ... 18%. (Первоочередное развитие получают такие отрасли машино-строения, как станкостроение, электротехническая промышленность, микроэлектроника, вычислительная техника и приборостроение! вся индустрия информатики - подлинные катализаторы научно-технического прогресса. Темпы прироста выпуска продукции этих отраслей намечены в 1,3 ... 1,6 раза выше по сравнению со средними по машиностроению в целом.
В настоящее время создан и получает распространение принципиально новый класс машин, обеспечивающий высокую производительность - автоматизированные производственные системы (участки, цехи, заводы) . Ускоренно нарастает производство промышленных роботов, обладающих искусственным зрением, воспринимающих речевые команды и быстро приспособляющихся к изменяющимся условиям работы.
В нашей стране разработан такой новейший класс техники, как роторные и роторно-конвейерные линии для машиностроения и металлообработки. По сравнению с обычными видами оборудования они обеспечивают повышение производительности труда в 10 и более
* Часто для оценки различных вариантов используют удельные показатели-- отношение массы изделия к его характерному параметру (мощности, вращающему моменту, производительности и т. п.).
Требования к машинам и деталям
В соответствии с современными тенденциями к большинству проектируемых машин предъявляются следующие общие требования:
· высокая производительность;
· экономичность производства и эксплуатации;
· равномерность хода;
· высокий коэффициент полезного действия;
· автоматизация рабочих циклов;
· точность работы;
· компактность, надежность и долговечность;
· удобство и безопасность обслуживания;
· транспортабельность;
· соответствие внешнего вида требованиям технической эстетики.
При конструировании и изготовлении машин должны строго соблюдаться Государственные стандарты (ГОСТы).
Применение в машине стандартных деталей и узлов уменьшает количество типоразмеров, обеспечивает взаимозаменяемость, позволяет быстро и дешево изготовлять новые машины, а в период эксплуатации облегчает ремонт. Изготовление стандартных деталей и узлов машин производится в специализированных цехах и на заводах, что повышает их качество и снижает стоимость.
Одним из главных требований, предъявляемых к машинам и их деталям, является технологичность конструкции, которая значительно влияет на стоимость машины.
Технологичной и называют такую конструкцию, которая характерна минимальными затратами при производстве и эксплуатации.
Технологичность конструкции характеризуется:
1. применением в новой машине деталей с минимальной механической обработкой, При этом широко используется штамповка, точное литье, фасонный прокат, сварка;
2. унификацией данной конструкции, т. е. применением одинаковых деталей в различных узлах машины;
3. максимальным применением стандартных конструктивных элементов деталей (резьб, канавок, фасок и др.), а также стандартных квалитетов и посадок;
4. применением в новой машине деталей и узлов, ранее освоенных в производстве.
Надежность машин
Основными показателями надежности являются вероятность безотказной работы и интенсивность отказов.
Вероятностью безотказной работы Р (f) называется вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия.
Если за время наработки t из числа No одинаковых изделий были изъяты из-за отказов Nt изделий, то вероятность безотказной работы изделия
3.1. Р (f) = (N 0 - N t)/N 0 = 1 - N t /N 0 .
Так, напримеh, если по результатам испытания в одинаковых условиях партии изделий, состоящей из Nо=1000 шт., после наработки 5000 ч вышли из строя N 1 = 100 изделий, то вероятность безотказной работы этих изделий
P(t)== 1 – Nt/Nо= 1-100/1000=0,9.
Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов:
P (t) = P 1 (t) P 2 (t)…Pn(t)
Из формулы 3.2. следует, что чем больше элементов имеет изделие изделие, тем меньше его надежность.
Интенсивность отказов (t). В разные периода эксплуатации или испытаний изделий число отказов в единицу времени различно. Число отказов, приходящихся на единицу времени, называется интенсивностью отказов.Так, в предыдущем примере при испытаний в интервале от О до 5000 ч из строя вышли 100 изделий. Это значит, что в среднем в 1 ч отказывает 0,02% изделий (1 изделие за 50 ч работы).
Типичная зависимость интенсивности отказов K(t) от времени эксплуатации t для большинства машин и их узлов показана на рис. 0.1. В начальный период работы - период приработки - интенсивность отказов велика. В этот период проявляются различные дефекты производства. Затем она убывает, приближаясь к постоянному значению, соответствующему периоду нормальной эксплуатации. Причиной отказов в этот период являются случайные перегрузки, скрытые дефекты производства (микротрещины и др.) . В конце срока эксплуатации наступает период проявления изнашивания, когда интенсивность отказов быстро возрастает и, следовательно, эксплуатация изделии должна быть прекращена.
Основы надежности закладываются конструктором при про-) актировании изделия. Надежность зависит также от качестваизготовления изделия и от соблюдения норм эксплуатации. Она монотонно снижается в течение срока службы.
В технике имеются высоконадежные устройства, например в железнодорожном транспорте, авиации, космонавтике и др.
Рис. 3.1. Зависимость интенсивности отказов от времени эксплуатации
«Надежность машин» - - новая форма соединения науки с производством, призванная ускорить научно-технический прогресс.
Сегодня отрасль машиностроения интересует очень многих людей. Здесь вращаются довольно серьезные деньги. Достаточно просто устроиться на подобное предприятие и безбедная жизнь вам обеспечена. Но и трудиться придется немало. Кстати, на промышленном портале "Эксодид" вы сможете отыскать все российские предприятия, находится он по ссылке http://exoid.ru . А в данной статье рассмотрим основные направления машиностроения.
Основные сведения
Если рассматривать самую простую схему, то можно сделать вывод о том, что сама отрасль делится на три больших направления. Самой масштабной считается тяжелое машиностроение. В данном случае производится всевозможное габаритное оборудование, выделяющееся высокой мощностью. Это могут быть всевозможные установки для работы на горных породах и тому подобное.
После этого идет среднее машиностроение. В него входит производство автомобилей. Вернее, оно занимает львиную долю и больше остальных выделяется. Также создаются новые тракторы, различные станки. Отдельно стоит общее направление. Здесь работают над сельскохозяйственной техникой, транспортными средствами (кроме автомобилей).
Тяжелое машиностроение
Данное направление выделяется тем, что потребляет колоссальное количество металла. Продукция активно используется в металлургии, горной промышленности. Где размещаются предприятия, которые все это производят? В первую очередь это районы, где расположены большие запасы полезных ресурсов. Это можно объяснить логистикой. Вряд ли будет удобно возить тонны железной руды, угля, меди на сотни, а то и тысячи километров. Почему многие предприятия машиностроения в России, к примеру, находятся на Урале? В горах достаточно много металла. На перевозках удается сэкономить огромные объемы денег.
Также активно изготавливаются гидравлические турбины. Для того, чтобы протестировать их и произвести, требуется иметь контакт с большими объемами воды. Заводы по производству находятся в Санкт-Петербурге и Таганроге. А эти города находятся на берегах крупных заливов, отличающихся бурным течением, своей непредсказуемостью. А вот большинство судовых производителей разместили свои мощности на берегах крупных рек (Оби, Волги, Амуре и так далее).
Общее машиностроение
Здесь потребление металла заметно меньше, ниже энергоемкость. Как размещаются данные предприятия? В первую очередь так, чтобы можно было как можно быстрее реализовать свою продукцию. Но многое зависит от возможности набрать нужное количество кадров, сырьевая база поблизости тоже очень важна.
Это направление очень хорошо развито в большинстве стран СНГ. Оборудование изготавливается для лесной промышленности, сельско-хозяйственной, бумажно-целюлозной, нефтяной, пищевой и многими другими. Сегодня здесь трудятся миллионы людей в России, а предприятия расположены в большинстве регионов.
Среднее машиностроение
Это одно из приоритетных направлений, которое должно сделать рывок в ближайшие годы. Достаточно просто взглянуть на Китай, который просто перестал излишне контролировать производителей. Почему направлению удается так быстро расти? Дело в том, что в мире есть миллионы потенциальных потребителей такой продукции. Достаточно просто сократить издержки, сделать автомобили привлекательными.
В частности, китайские производители двигают направление колоссальными темпами. Уже сейчас они попадут в первую десятку мировых продавцов машин. Что можно сказать о среднем машиностроении в общем? Здесь малая металлоемкость и высокая энергоемкость. Нельзя также забывать, что сюда входит производство моторов, станков, оборудования для пищевой и легкой промышленности.
Что касается размещения, то таким изготовителям нужно продать свой товар как можно быстрее, поблизости должно быть много потребителей с высокой платежеспособностью. Именно поэтому практически 70% таких производств расположено в Москве и области.
Как видите, машиностроение - это очень обширная отрасль, которая имеет всего 3 основных производственных направления. Сегодня многие развивающиеся страны испытывают многочисленные трудности, связанные с производством. Это и отсутствие квалифицированных кадров, снижение темпов экономического развития. Но, как показывает практика, достаточно просто внедрить более современные технологии, тогда отрасль начинает снова становиться выгодной. И так до следующего технологического витка.
Одной из главных задач машиностроения является коренная реконструкция и опережающий рост таких отраслей, как станкостроение, приборостроение, электротехническая и электронная промышленность, производство вычислительной техники, что позволит России набрать темпы для приближения к мировому уровню экономики.
Отечественному машиностроению присущ целый ряд проблем , которые можно сгруппировать в зависимости от их характера.
1. Проблемы, связанные с развитием машиностроительного комплекса:
- низкие темпы роста ведущих отраслей, а в некоторых случаях и спад производства;
- нарушение технологических связей;
- простои многих предприятий;
- низкие темпы обновления оборудования и выпускаемой продукции (например, 60% металлообрабатывающих станков имеет возраст более 10 лет).
2. Необходимость структурной перестройки:
- основная часть продукции российского машиностроения имела оборонное значение в течение длительного времени, в связи с чем возникла необходимость обоснованного перепрофилирования отраслей;
- необходимость сокращения диспропорций в темпах роста отдельных отраслей;
- необходимость опережающего роста таких отраслей, как станкостроение, приборостроение, электротехническая и электронная промышленность.
3. Проблемы повышения качества производимых машин:
- несоответствие подавляющей части отечественного оборудования и машин мировым стандартам;
- низкая надежность производимых машин (из-за плохого качества комплектующих деталей в первый же год эксплуатации из строя выходит от 20 до 30% изделий машиностроения).
Среди основных направлений развития машиностроительного комплекса в условиях перехода к рыночными отношениям можно выделить:
- приоритетное развитие наукоемких отраслей, машиностроительного оборудования, автомобилестроения;
- демонополизация (на сегодняшний день доля монопольного производства в России составляет 80%);
- наращивание на территории России многих машиностроительных производств (точных станков, нефтяного оборудования, микроавтобусов);
- налаживание новых технологических связей со странами ближнего и дальнего зарубежья;
- оживление инвестиционной активности, государственная поддержка предприятий, ориентированная на производство продукции высоких технологий.
Факторы развития машиностроения
Для обеспечения своего лидерства машиностроению необходимы определенные условия. Одно из них можно изобразить соотношением: «1:2:4». Оно означает, что если темпы развития хозяйства страны принять за единицу, то машиностроение должно развиваться в 2 раза быстрее, а важнейшие его отрасли (электроника, приборостроение и другие) — в 4 раза быстрее. В России это соотношение было примерно таково — «1:0,98:1».
Машиностроительная промышленность отличается широким развитием межотраслевых и внутриотраслевых связей, основанных в значительной мере на производственном кооперировании.
На долю машиностроения приходится более 1/3 объемов производства товарной продукции промышленности России, около 2/5 — мышленно-производственного персонала и почти 1/4 основных промышленных производственных фондов.
Ассортимент выпускаемой продукции российского машиностроения отличается большим разнообразием, что обусловливает глубокую дифференциацию его отраслей и существенно влияет на размещение производства отдельных видов продукции.
В России машиностроение принадлежит к числу наиболее распространенных в территориальном отношении отраслей промышленности. Однако в одних районах оно имеет профилирующее значение, а в других его функции ограничены главным образом удовлетворением внутренних потребностей.
По характеру технологического процесса многие отрасли машиностроения тяготеют к районам высокой технической культуры. В то же время эти районы обычно являются довольно емкими потребителями готовой продукции.
Совпадение источников сырья с местами потребления готовой продукции представляет собой оптимальный вариант размещения машиностроительных предприятий. В этом случае значительно сокращаются транспортные расходы по перевозке металла, машин и оборудования, возникают условия для установления связей между машиностроением и черной металлургией. Машиностроительные заводы освобождаются от некоторых операций, в большей мере свойственных металлургии, а металлургические заводы получают возможность использовать отходы машиностроения и специализироваться в соответствии с его потребностями.
При территориальной разобщенности сырьевых баз и основных потребителей машин и оборудования районы потребления имеют преимущества. Дело в том, что в машиностроении расход сырья на 1 т готовой продукции составляет в среднем 1,3- 1,5 т, между тем как затраты на транспортировку любой машины намного выше, чем затраты на транспортировку металла, который был использован для ее производства. Поэтому даже металлоемкие производства, дающие малотранспортабельную продукцию, часто тяготеют к районам потребления.
Анализ проведенных научных исследований по проблемам размещения отдельных отраслей машиностроения показан, что в решении вопросов их территориальной организации еще нет единства ни в постановке проблемы, ни в методах расчета и оценки эффективности, что усложняет поиск рационального варианта размещения машиностроения в целом.
Экономическая наука располагает многими приемами расчета сравнительной эффективности вариантов размещения. Основными из них являются:
- расчет по предприятию-аналогу (размещаемое предприятие берется в качестве аналога для всех экономических районов; по этому методу проводят расчеты затрат, связанных с размещением предприятия-аналога для каждого экономического района);
- расчет по условному представителю (в качестве условного представителя выбирают тип изделия, производство которого преобладает в отрасли);
- расчет по фактическим технико-экономическим показателям производства (при данном методе расчеты ведутся по конкретным производствам, а при оценке эффективности их размещения получают более достоверные результаты);
- определение на основе оптимизационных расчетов (этот метод с применением математического моделирования позволяет одновременно решать многие проблемы территориальной организации производства).
Среди факторов, влияющих на размещение машиностроения, значительная роль принадлежит специализации и кооперированию производства.
Специализация дает большие возможности для использования высокоэффективного производственного оборудования, а также средств автоматизации производственных процессов. Специализация может быть следующих типов:
- детальная или подетальная, которая подразумевает выпуск отдельных частей или деталей готового продукта;
- предметная, т.е. отвечающая за выпуск определенных конечных видов продукции;
- технологическая — производство полуфабрикатов (литье, различные виды заготовок) или осуществление отдельной операции и технологического процесса.
Специализация тесно связана с кооперированием , которое предполагает участие в процессе производства готового продукта нескольких предприятий.
Машиностроение отличается от других отраслей промышленности рядом особенностей, которые влияют на его географию.
Наукоемкость. Производство наиболее прогрессивной и сложной техники концентрируется в районах и центрах, обладающих высокоразвитой научной базой: крупными НИИ, конструкторскими бюро, опытными заводами в Москве, Санкт-Петербурге и Новосибирске. Ориентация на научный потенциал — ведущий фактор размещения машиностроительных предприятий.
Трудоемкость — это большие затраты и высокая квалификация используемого труда. Производство машин требует очень больших затрат рабочего времени. Поэтому многие отрасли машиностроения тяготеют к районам с высокой концентрацией населения. Для разработки новых образцов техники необходимы не просто людские ресурсы, а высококвалифицированные рабочие и инженерно-технические кадры. Высокая трудоемкость присуща станкостроению (Москва), авиационной промышленности (Казань, Самара), производству приборов и электронной техники (Ульяновск, Новосибирск).
Металлоемкость. Машиностроительный комплекс потребляет значительную часть черных и цветных металлов. В этой связи машиностроительные заводы, выпускающие металлоемкую продукцию (металлургическое, энергетическое, горно-шахтное оборудование), ориентируются на металлургические базы. Крупные заводы тяжелого машиностроения расположены на Урале (Екатеринбург).
Многие отрасли машиностроения развиваются в районах с благоприятным для организации кооперирования экономико-географическим положением. Например, автомобилестроение — в Центре и Поволжье. Поскольку перевозка машин обычно осуществляется на большие расстояния и в разных направлениях, машиностроительные заводы размешаются на крупных транспортных магистралях.
Некоторые машиностроительные предприятия ориентируются на потребителей их продукции, поскольку их продукцию сложно транспортировать из-за большого веса и крупных размеров. Выгоднее их производить прямо в районах потребления. Например, тракторы для перевозки леса производятся в Карелии (Петрозаводск), комбайны для уборки зерновых — на Северном Кавказе (Ростов-на-Дону, Таганрог).
В зависимости от особенностей взаимодействия таких факторов, как материалоемкость, трудоемкость и энергоемкость, выделяют тяжелое машиностроение, общее машиностроение и среднее машиностроение.
При проектировании новых и модернизации старых машин, узлов и деталей необходимо учитывать новейшие достижения в области науки и техники.
Требования, предъявляемые к проектируемым машинам :
Увеличение мощности при тех же габаритах (Например, мощность одного электрогенератора Волховской электростанции, построенной в 1927 г. составляет 8000 кВт, Красноярской (1967 г.) – 508000 кВт, т.е. увеличение мощности в 63 раза.) ;
Повышение скорости и производительности (сравните скорость самолетов сороковых годов со скоростью современного сверхзвукового лайнера) ;
Повышение коэффициента полезного действия (КПД) (на железнодорожном транспорте паровозы, имевшие низкий КПД, заменены тепловозами и электровозами, КПД которых во много раз выше);
Автоматизация работы машин (Так, на сегодняшний день комплексная автоматизация становится основой организации всех отраслей народного хозяйства. Созданы заводы-автоматы по изготовлению подшипников-качения; контроль технологических процессов и управление производством механизируются и автоматизируются) ;
Использование стандартных деталей и типовых узлов (Любая машина (механизм) состоят из стандартных деталей и узлов (болтов, винтов, муфт и т.д.), что упрощает и удешевляет изготовление.
Основными требованиями, которым должны удовлетворять детали и узлы машин являются:
Прочность;
Жесткость;
Износостойкость;
Теплостойкость;
Виброустойчивость.
Дополнительные требования:
Коррозионная стойкость. Для предохранения от коррозии детали изготавливают из коррозионно-стойкой стали, цветных металлов и сплавов на их основе, биметаллов – металлических материалов, состоящих из двух слоев (например, из стали и цветного металла), а также применяют различные покрытия (анодирование, никелерование, хромирование, лужение, эмалирование и покрытие красками);
Снижение массы деталей. В самолетостроении и некоторых других отраслях промышленности выполнение этого требования является одной из главных расчетно-конструкторских задач;
Использование недефицитных и дешевых материалов. Это условие должно быть предметом особого внимания во всех случаях при проектировании деталей машин. Необходимо экономить цветные металлы и сплавы на их основе;
Простота изготовления и технологичность деталей и узлов должны быть предметом всемерного внимания;
Удобство эксплуатации. При проектировании необходимо стремиться, чтобы отдельные узлы и детали можно было снять или заменить без нарушения соединения смежных узлов. Все смазочные устройства должны работать безотказно, а уплотнения – не пропускать масло. Движущиеся детали, не заключенные в корпус машины, должны иметь ограждения для безопасности обслуживающего персонала.
Транспортабельность машин, узлов и деталей, т.е. возможность и удобство их переноски и перевозки. Например, электродвигатели и редукторы должны иметь на корпусе рым-болт, за который их поднимают при перемещении. Крупные детали, корпуса гидротурбин, статоры крупных генераторов электрического тока на месте изготовления выполняют из отдельных частей, а на месте установки собирают в одно целое;
Красота форм. Оформление узлов и деталей, определяющих внешние очертания машины, должно быть красивым и отвечать требованиям художественного конструирования (дизайн). Формы наружных деталей для создания привлекательного вида разрабатывают с участием дизайнеров. Специально подбираются цвета для окраски;
При проектировании, изготовлении и ремонте механизмов и машин большое техническое и экономическое значение имеет:
Унификация, взаимозаменяемость и стандартизация сборочных единиц и деталей.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Введение
2.Место дисциплины «Технологии машиностроения» в классификации современных наук
3. Формирование знаний о технических науках
4. История развития НАУКИ О технологии машиностроения
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение - область производства, которая создает машины, оборудование, аппараты, приборы, механизмы, вычислительную технику, транспортные средства; одним словом большую часть предметов производства и потребления, применяемых и используемых в процессе жизнедеятельности человека повсеместно. Продуктом различных отраслей машиностроения являются изделия, как средства производства (станок, пресс, трактор, вертолет и т.д.) или детали изделия (колесо, руль, вал и т.д.), так и предметы потребления - автомобиль, холодильник, компьютер и т.п. Машиностроение включает также металлообработку, ремонт машин и оборудования.
Машины окружают нас повсюду, с их помощью поддерживаются привычные условия жизни: подается вода, электроэнергия, тепло; производятся продукты питания, предметы одежды и обихода. Жизнь человека трудно представиться без машин, они являются помощниками, а иногда и заменяют человеческий труд. Диапазон изделий весьма широк: от пружины часов или микроэлектронной схемы, которые весят малые доли грамма, до роторов мощных турбин и супертанкеров, масса которых составляет сотни и тысячи тонн.
Машиностроение отличается от других отраслей промышленности рядом особенностей, которые имеют влияние на географию его размещения. Важным является наличие общественной потребности в продукции, квалифицированных трудовых ресурсов, собственного производства или возможности поставки конструкционных материалов и энергомощностей. Таким образом, научно-технический прогресс материализуется через продукцию машиностроения, следовательно, экономическим назначением продукции машиностроения является облегчение труда и повышение производительности. Конструктивно-технологическая сложность продукции машиностроения требует квалифицированной и разнообразной по профессиям рабочей силы. В настоящее время машиностроение состоит из ряда самостоятельных отраслей (станкостроение, приборостроение, самолето - вертолетостроение, кузнечно-штамповочное производство, электроника и т.д.). Машиностроительный комплекс СССР насчитывал тысячи крупных и десятки тысяч средних предприятий с численностью работающих более 42 миллионов человек.
С переходом к «рыночной экономике» в стране произошло резкое падение объемов производства и существенно снизился научно-технический уровень и потенциал продукции машиностроения, что продиктовано политической и экономической переориентацией новых собственников предприятий на новые способы извлечения прибыли в соответствии с продиктованными внешнеэкономическими ограничениями.
В соответствии с «новой экономической политикой» и в зависимости от того, на какой рынок ориентирована продукция, выпускаемая современными предприятиями, их условно классифицируют на следующие группы (по материалам совещания в Минпромнауки РФ, 28 февраля 2003 г.):
1. Группа отраслей инвестиционного машиностроения (тяжелое, энергетическое, транспортное, химическое, нефтяное, строительно-дорожное машиностроение), развитие которых определяется инвестиционной активностью топливно-энергетического комплекса.
2. Группа предприятий тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, машиностроения для перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса и предприятий легкой промышленности, зависящих от платежеспособности 5 сельхозпроизводителей и переработчиков сельскохозяйственной продукции, а также частично от спроса населения.
3. Электроника, приборостроение, станкостроение - группа наукоемких отраслей, так называемых комплектующих, развивающихся вслед за потребностями всех иных отраслей промышленности, включая и само машиностроение.
4. Автомобильная промышленность, выпуск продукции которой ориентирован на спрос конечных потребителей, а также на нужды предприятий и фирм.
С точки зрения трудоемкости машиностроительный комплекс характеризуется большими затратами и очень высокой квалификацией труда. К чрезвычайно трудоемким можно отнести следующие направления машиностроительной промышленности: авиационную, станкостроение и станкоинструментальную, электронику и область точных приборов, ракето-космическую, автомобилестроительную и судостроение.
По металло-, трудо- и энергоемкости принято выделять тяжелое, общее, среднее машиностроение и приборостроение. Отрасли тяжелого машиностроения отличаются большим потреблением металла и обеспечивают машинами и оборудованием предприятия металлургического, топливно-энергетического, горнодобывающего комплексов, подъемно-транспортного, атомного и полиграфического машиностроения, а также котлостроение и турбостроение.
Общее машиностроение характеризуется средними нормами потребления металла, энергии и имеет невысокую трудоемкость. Это транспортное (без автостроения) производство, производство технологического оборудования и строительства, сельскохозяйственное машиностроение (без тракторостроения).
Среднее машиностроение - производство машин, тракторов, станков. Наименьшая металлоемкость, наибольшая трудоемкость и потребность в высококвалифицированных кадрах характерна для приборостроения. Это группа отраслей по производству точных машин, механизмов, приборов, инструментов.
Современная структура машиностроительных предприятий есть результат исторических условий формирования отдельных предприятий и всей машиностроительной промышленности в целом. История развития машиностроения своими корнями уходит в далекое прошлое.
1. История и логика взаимосвязи науки и техники
По вопросу взаимоотношения науки и техники можно выделить две основные позиции, первая из них определяет роль науки, согласно этой точке зрения, наука - это производная знания, а техника ее применение, овеществление. В соответствии со второй точкой зрения ведущая роль в данном соотношении (дихотомии) закрепляется за техникой, под влиянием которой развивается наука.
На разных этапах развития общества наука и техника взаимодействуют не одинаково. В начальном периоде развития материалообработки преобладали простые орудия труда. В этих условиях конечный результат зависит от опыта и умения мастера. До XУIII века техника и технология производится техника не испытывала на себе существенного влияния науки.
«Первые трудосберегающие машины: ткацкий станок, силовые двигатели, транспортные средства, способы разливки стали и многое другое - писал М. Виноградов - являлись результатом деятельности ремесленников мануфактурных рабочих, знание передается в форме рецептов, причем не обосновывались, эти знания доставались от предков, которые получали их от богов».
Техническая наука возникает, как попытка понять действие технических устройств созданных изобретателем. Известно, что часовщик Джеймс Уатт изобрел паровую машину, цирюльник Ричард Аркрайт изобрёл прядильную машину «Waterframe», ювелир Роберт Фултон изобретатель, создатель одного из первых пароходов и проекта одной из первых подводных лодок; то есть первоначально техническая наука исследует природные законы, на основе которых работает техника.
К концу XIX века ситуация в корне меняется. Целые отрасли промышленности создаются на основе развития науки: электротехническая, химическая, различные отрасли машиностроения и т.д.
2. Место дисциплины «Технологии машиностроения» в классификации современных наук
Классификации современных наук проводятся по самым различным основаниям (критериям). По предмету и методу познания можно выделить науки о природе -- естествознание, об обществе -- обществознание (гуманитарные, социальные науки) и о самом познании, мышлении (логика, гносеология, эпистемология и др.). Отдельную группу составляют технические науки.
В свою очередь каждая группа наук может быть подвергнута более подробному членению. Так, в состав естественных наук входят механика, физика, химия, геология, биология и др., каждая из которых подразделяется на целый ряд отдельных научных дисциплин.
Дисциплина «Технология машиностроения» по предмету и методу познания относится к группе технических наук. Технические науки -- область знания, в которой описываются и изучаются закономерности “второй природы”, т. е. технического мира. Знания технических наук оцениваются с точки зрения не только истинности, но и эффективности, поскольку создаются специально для использования в технике и инженерной деятельности.
В отличие от технических наук классического типа, возникших, как правило, на базе одной естественной науки (напр., электротехника формируется на базе теории электричества), технические науки неклассического типа, то есть комплексные. Технология машиностроения складываются на базе нескольких естественных наук, они состоят из разнородных предметных и теоретических частей, используют системные и блок-схемные модели разрабатываемых объектов, включают описание средств и языков, используемых в исследовании, проектировании и инженерных разработках. Комплексные технические науки отличаются и по объектам исследования. Помимо обычных технических и инженерных устройств они изучают и описывают еще, по меньшей мере, три типа объектов: системы человек--машина (компьютеры, пульты управления, полуавтоматы и т. д.), сложные техносистемы (напр., инженерные сооружения в городе, самолеты и технические системы их обслуживания -- аэродромы, дороги, обслуживающая техника и т. д.) и, наконец, такие объекты, как технология или техносфера в целом.
3. Формирование знания о технической науке
Начиная с 18 в. складывается промышленное производство и формируется потребность в тиражировании и модификации изобретенных инженерных устройств (парового котла и прядильных машин, станков, двигателей для пароходов и паровозов и т. д.). В силу того, что проектировщик все чаще имеет дело не только с разработкой принципиально нового инженерного объекта (т. е. изобретением), но и с созданием сходного (модифицированного) изделия (напр., машины того же класса, но с другими характеристиками -- иная мощность, скорость, габариты, вес, конструкция и т. д.), резко возрастает объем расчетов и конструирования. Другими словами, инженер теперь занят не только созданием нового инженерного объекта, но и разработкой целого класса таких объектов, сходных (однородных) с изобретенным. Это позволяло сводить одни случаи и одни группы знаний к другим. В результате начинают выделяться определенные группы естественно-научных знаний и схем инженерных объектов. Фактически это были первые знания и объекты технических наук, но существующие пока еще не в собственной форме. На этот процесс накладывались два других -- онтологизация и математизация.
Онтологизация представляет собой поэтапный процесс схематизации инженерных устройств, в ходе которого эти устройства расчленялись на отдельные части и каждая замещалась “идеализированным представлением” (схемой, моделью). Подобные идеализированные представления вводились для того, чтобы к инженерному объекту можно было применить как математические, так и естественно-научные знания. Математизация (замещение инженерного объекта математическими моделями) была не только необходимым условием изобретения, конструирования и расчета, но и стадией построения нужных для этих процедур идеальных объектов естественной науки.
Накидываясь друг на друга, эти три процесса (сведение, онтологизация и математизация) и приводят к формированию первых идеальных объектов и теоретических знаний собственно технических наук. С первых шагов формирования технических наук на них был распространен идеал организации фундаментальной науки: знания об отношениях трактовались как законы или теоремы, а процедуры их получения -- как доказательства. Другой фактор, повлиявший на формирование технических наук, -- стремление упростить способы и процедуры установления и анализа отношений между параметрами инженерного объекта. Напр., в некоторых случаях громоздкие процедуры преобразования и сведения существенно упрощаются после того, как исходный объект замещается сначала с помощью уравнений математического анализа, затем в теории графов, так что преобразования осуществляются в каждом из этих замещающих слоев. Существенно изменяются и параметры процесса математизации. Если на первой стадии используются лишь отдельные фрагменты математических теорий, то в дальнейшем в технических науках переходят к применению целых комплексов математических средств. Это позволяет: а) решать задачи не только анализа, но и синтеза технических устройств, б) исследовать такие теоретически возможные случаи, которые охватывают всю изучаемую область инженерных объектов; в) выйти к теориям идеальных инженерных устройств (напр., теории идеальной паровой машины, теории механизмов, теории радиотехнического устройства и т. д.).
Идеальное устройство -- это конструкция, которую исследователь создает из элементов и отношений идеальных объектов технических наук; она является моделью инженерных объектов определенного класса, имитируя основные процессы и конструктивные особенности этих инженерных устройств. В технических науках появляются не только самостоятельные идеальные объекты, но и самостоятельные объекты квазиприродного характера. Построение подобных конструкций-моделей существенно облегчает инженерную деятельность, поскольку, изучая их, инженер-исследователь может теперь анализировать основные процессы и условия, определяющие работу создаваемого им инженерного объекта.
В формировании неклассических технических наук в свою очередь можно выделить несколько этапов. На первом этапе складывается область однородных, достаточно сложных инженерных объектов (систем). Проектирование, разработка, расчеты этих объектов приводят к применению (и параллельно, если нужно, к разработке) нескольких технических теорий классического типа. При этом задача заключается не только в том, чтобы описать и конструктивно определить различные процессы, аспекты и режимы работы проектируемой (и исследуемой) системы, но и “собрать” все отдельные представления в единой многоаспектной модели.
На втором этапе в разных подсистемах и процессах сложного инженерного объекта выявляются сходные планы и процессы (регулирование, передача информации, функционирование систем определенного класса и т. д.), которые позволяют, во-первых, решать задачи нового класса, характерные для таких инженерных объектов (напр., установление принципов надежности, управления, синтеза разнородных подсистем и т. д.), во-вторых, использовать для описания и проектирования таких объектов определенные математические средства (математическую статистику, теорию множеств, теорию графов и т. п.). Т. о., создание технических теорий неклассического типа предполагает предварительное использование технических наук классического типа, а также синтез их на основе системных, кибернетических, информационных и т. п. представлений.
На третьем этапе в рамках технических наук неклассического типа создаются теории идеальных инженерных устройств (систем). Создание теории идеальных инженерных устройств завершает формирование и классических, и неклассических технических наук. Идеальные инженерные устройства живут и функционируют не только по законам первой природы, но и по “законам” второй природы, в которой рождаются и живут инженерные объекты.
4. История развития «технологии машиностроения»
Человеческое общество не может существовать без постоянного производства продукции самого разнообразного назначения. В свою очередь производство уже нельзя представить без применения машин. Их изготовление - особая область человеческой деятельности, основанная на использовании закономерностей технологии машиностроения.
Технология машиностроительного производства представляет собой совокупность различных технологических процессов (ТП) - литья, ковки, штамповки, термической обработки, окраски и др. Технология же машиностроения охватывает заключительные стадии машиностроительного производства - превращения заготовок в готовые детали и сборку, т.е. изготовление машин.
Развитие машиностроения потребовало выделения в самостоятельную дисциплину специальности «Технология машиностроения».
Главным средством интенсификации производства любого назначения является парк машин, которым располагает государство. Прогресс в развитии общества предопределяется техническим уровнем применяемых машин. Их создание, т.е. конструирование и изготовление, составляет основу машиностроения. Общепризнанно, что именно машиностроение является главной отраслью народного хозяйства, которая определяет возможность развития других отраслей.
Применение машин резко увеличивает производительность труда, повышает качество продукции, делает труд безопасным и привлекательным. Это особенно важно для развивающихся государств, поскольку именно машиностроительное производство способствует резкому повышению благосостояния общества. В конкурентной борьбе отдельных государств и фирм неизменно побеждает тот, кто имеет более совершенные машины.
Машиностроение обеспечивает изготовление новых и совершенствование имеющихся машин. Это связано с весьма существенными затратами, которые составляют в народном хозяйстве ощутимую долю. Тем не менее, развитие отечественного машиностроения, а не импорт машин, является единственно правильным направлением в прогрессивном развитии промышленности.
Отличительной особенностью современного машиностроения является существенное ужесточение эксплуатационных характеристик машин: увеличиваются скорость, ускорение, температура, уменьшаются масса, объем, вибрация, время срабатывания механизмов и т.п. Темпы такого ужесточения постоянно возрастают, и машиностроители вынуждены все быстрее решать конструкторские и технологические задачи. В условиях рыночных отношений быстрота реализации принятых решений играет главенствующую роль.
Конструирование и изготовление машин представляет собой два этапа единого процесса. Эти этапы неразрывно связаны между собой. Уже нельзя себе представить конструирование без учета технологичности конструкции. Технологичная конструкция позволяет экономить затраты труда, повышать точность, использовать высокопроизводительное оборудование, оснастку и инструменты, экономить энергию. Чем более технологичной оказывается конструкция, тем совершеннее и дешевле будет ее производство, в ходе подготовки которого не требуется проводить корректировок чертежей и доделок.
На этапе изготовления машин особое внимание обращают на их качество и его важнейший показатель - точность. В прошлом столетии точность деталей машин выросла почти в 2000 раз. Такого увеличения не наблюдается ни по одному из показателей служебных характеристик. В ряде производств уже становится нормой изготовление деталей с микрометрической точностью. Понятие «точность» относится не только к размеру, но и к форме, взаимному расположению поверхностей, физико-механическим характеристикам деталей и среды, в которой их изготавливают.
Создание машин заданного качества в производственных условиях опирается на научные основы технологии машиностроения. Процесс качественного изготовления машины (выбор заготовок, их обработка и сборка деталей) сопровождается использованием закономерностей технологии машиностроения.
Важнейшим показателем качества является точность всех параметров изготовления детали. Сложность решения проблемы точности состоит в необходимости учета одновременного действия многих факторов, каждый из которых вызывает определенную первичную погрешность изготовления детали.
Например, свою долю в погрешности детали вносят неточности оборудования, но одновременно с этим на точность детали влияют погрешность настройки режущего инструмента, его износ. Процесс формирования погрешностей сопровождается температурными деформациями технологической системы и зависит от ее динамических качеств. Изменение сил, действующих на систему в ходе обработки заготовок, неизменно приводит к возникновению упругих деформаций, значения которых постоянно изменяются. Задача технолога состоит в определении числового значения с доведением до числа каждой первичной погрешности и в умении правильного учета - суммирования значений этих погрешностей. Опираясь на закономерности основ технологии машиностроения, можно определить ожидаемую точность обработки и сравнить ее с допуском на размер, форму, расположение поверхностей и др. Становится возможным оценить качество технологического процесса (ТП) уже в ходе его разработки.
ТП всегда многовариантен. Делая анализ первичных погрешностей, учитывая их взаимодействия и комбинирования, можно выбрать оптимальный вариант, отвечающий основному назначению технологии машиностроения как науки. Технология машиностроения позволяет решать проблемы изготовления машин в соответствии с заданной программой их объема выпуска, обеспечивая установленные показатели качества при оптимальных затратах живого и овеществленного труда. Проблемы производства тесно увязаны с его экономикой.
Многовариантность разработки ТП всегда связана с преодолением существенных трудностей. Каждый разработчик процесса, анализируя многие факторы, приходит в итоге к определенному технологическому решению (ТР). Однако нельзя гарантировать, что именно принятое решение является наиболее приемлемым, поскольку задача разработки процесса с самого начала содержала много неизвестных факторов, а в ряде случаев использовались гипотезы и предположения частного характера. Кроме того, в настоящее время для решения многовариантных задач с успехом применяют электронно-вычислительные машины (ЭВМ). При этом удается не только учесть многие одновременно действующие факторы, но и выработать единое решение за короткое время. Разработчик ТП должен владеть основами теории принятия ТР, знать ее основные правила и закономерности. Применение последних осуществляется при разработке конкретных ТП.
Использование ЭВМ при разработке ТП знаменует новый этап развития технологии машиностроения как науки. Оптимальные решения формируются за короткое время и при сравнительно малых затратах средств. Конкретный ТП изготовления детали и сборки может быть представлен на уровне, как технологического маршрута, так и технологической операции. При этом оформляют соответствующую документацию с графическим подтверждением принятых решений.
Несмотря на очевидную прогрессивность использования ЭВМ, нельзя считать, что разработка ТП связана исключительно с их применением. Разработчик должен владеть различными методами решений технологических задач, как с применением ЭВМ, так и без них.
Основы технологии машиностроения традиционно включают несколько важнейших этапов разработки ТП. В любом типе производства оказывается необходимым анализ исходных данных и технологический контроль конструкторской документации. Экономические проблемы современного производства одной из основных делают задачу выбора заготовок и разработку маршрутного ТП. Выполнение этих этапов убедительно указывает на центральное место технологии машиностроения в машиностроительном производстве. Маршрутный и операционный ТП определяют особенности смежных производств (в частности, заготовительного), выбор оборудования и размещение заказов на создание нового оборудования, режущего инструмента, приспособлений; измерительных средств и всех элементов производства, которые образуют производственную среду. Конструкции производственных зданий, площади и особенности проектирования цехов и отдельных участков также полностью подчиняются разработанному ТП.
Основные типы производства - массовое, серийное и единичное - имеют свои технологические особенности. Наиболее распространенным является серийный тип производства, в составе которого развивается ряд прогрессивных ТП. Групповой ТП и преимущества использования металлорежущих станков с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяют реализовать прогрессивность процесса в наибольшей степени. Обработка заготовок на агрегатных станках и автоматических линиях характерна для массового производства. Но и эти процессы являются прогрессивными. Единичное производство характеризуется малым объемом годового выпуска изделий, но может быть прогрессивным при выпуске как тяжелых, уникальных изделий, так и небольших по массе высокоточных машин.
С использованием ЭВМ и положений теории принятия решений становится возможным решать проблему автоматизации разработки ТП. Такая работа требует особых знаний, которые составляют один из важнейших этапов основ технологии машиностроения.
Целая серия научных положений технологии машиностроения охватывает и заключительную стадию производства - сборку. Тем не менее эта стадия имеет свои отличительные особенности. Свойства собираемых деталей, их характеристики, допуски размера, формы и расположения поверхностей по определенным законам взаимодействуют в собранной машине, определяя ее качество. Основы технологии машиностроения включают разработку ТП сборки и их автоматизацию. Главным же моментом является установление связей двух стадий - изготовления деталей и их сборки.
Технология машиностроения - это наука об изготовлении машин требуемого качества в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при наименьших затратах живого и овеществленного труда, т. е. при наименьшей себестоимости.
4.1 Этапы развития «Технологии машиностроения»
Технология машиностроения как наука прошла в своем развитии несколько этапов.
Первый этап, совпадающий с завершением периода восстановления и началом реконструкции промышленности страны (до 1929-1930), характеризуется накоплением отечественного и зарубежного производственного опыта изготовления машин. В отечественных технических журналах, каталогах и брошюрах публикуются описания процессов обработки различных деталей, применяемого оборудования и инструментов. Издаются первые руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны.
Второй этап относится к периоду первых пятилеток до начала отечественной войны (1930-1941) и определяется продолжением накопления производственного опыта с проведением его обобщения и систематизации и началом разработки общих научных принципов построения технологических процессов.
К этому времени следует отнести начало формирования технологии машиностроения как науки в связи с опубликованием в 1933-1935 гг. первых систематизированных научных трудов советских профессоров: А.П. Соколовского, А.И. Каширина, В.М. Кована и А.Б. Яхина.
На этом этапе разрабатываются принципы типизации технологических процессов (проф. А.П. Соколовский, канд. техн. наук М.С. Красильщиков, проф. Ф.С. Демьянюк и др.) и осуществляется их практическое внедрение; начинается разработка теории базирования заготовок при их обработке, измерении и сборке (профессора А.П. Соколовский, А.П. Знаменский, А.И. Каширин, В.М. Кован, А.Б. Яхин и др.); создаются методы расчета припусков на обработку (профессора В.М. Кован, А.П. Соколовский, Б.С. Балакшин, А.И. Каширин и др.); начинаются работы по изучению жесткости технологической системы (инж. К.В. Вотинов, проф. А.П. Соколовский). В то же время начинается разработка расчетно-аналитического метода определения первичных погрешностей обработки заготовок (профессора А.П. Соколовский, Б.С. Балакшин, В.С. Корсаков, А.Б. Яхин и др.) и методов исследования точности обработки на станках с применением методов математической статистики и теории вероятностей (профессора А.А. Зыков, А.Б. Яхин).
Очень большое значение для повышения общего технического уровня промышленных предприятий и развития технологии машиностроения, создания систематизированной и упорядоченной технологической документации и повышения качества выпускаемой продукции имели опубликованные в этот период Указ Президиума Верховного Совета СССР от 10 июля 1940 г. об ответственности за выпуск недоброкачественной продукции и за несоблюдение обязательных стандартов промышленными предприятиями и Постановление Совета Народных Комиссаров СССР от 8 декабря 1940 г. «О соблюдении технологической дисциплины на машиностроительных заводах». Наличие хорошо отработанной технологической документации и высокая технологическая дисциплина на машиностроительных предприятиях сыграли решающую роль для быстрого развертывания работы заводов, эвакуированных на Восток, и бесперебойного снабжения фронта военной техникой с первых дней войны.
Третий этап, охватывающий годы войны и послевоенного развития (1941-1970), отличается исключительно интенсивным развитием технологии машиностроения, разработкой новых технологических идей и формированием научных основ технологической науки. Практическая проверка принципов дифференциации и концентрации операций, методов поточного производства в условиях серийного и крупносерийного изготовления военной техники, новые методы скоростной обработки металлов, применение переналаживаемой технологической оснастки и целый ряд других технических новинок, осуществленных в военные годы, были подвергнуты в этот период глубокому научному анализу и теоретической разработке.
В эти годы формируется современная теория точности обработки заготовок и подробно разрабатывается расчетно-аналитический метод определения первичных погрешностей обработки и их суммирования (профессора А.П. Соколовский, Б.С. Балакшин, В.М. Кован, В.С. Корсаков, А.Б. Яхин и др.); развиваются и широко используются методы математической статистики и теории вероятностей для анализа точности процессов механической обработки и сборки, работы оборудования и инструмента (профессора Н.А. Бородачева, А.Б. Яхин и др.), анализа микрорельефа обработанной поверхности и абразивного инструмента (профессора И.В. Дунин-Барковский, Ю.В. Линник и др.). Детально разрабатывается учение о жесткости технологической системы и ее влиянии на точность и производительность обработки (профессора Б.С. Балакшин, А.П. Соколовский, В.А. Скраган и др.), и широко внедряются методы расчетов жесткости в конструкторские и технологические расчеты во многих проектных организациях и НИИ. Продолжается разработка теории базирования обрабатываемых заготовок и собираемых узлов (профессора Б.С. Балакшин, А.И. Каширин, В.М. Кован, И.С. Корсаков, И.М. Колесов, А.А. Маталин, А.П. Соколовский и др.) и расчета припусков на обработку (профессора В. М. Кован, А. П. Соколовский и др.). Широко развертываются теоретические и экспериментальные исследования качества обработанной поверхности (шероховатости, наклепа, остаточных напряжений) и их влияния на важнейшие эксплуатационные свойства деталей машин (профессора П.Е. Дьяченко, Б.Д. Грозин, А.И. Исаев, А.И. Каширин, Б.И. Костецкий, Б.А. Кравченко, И.В. Крагельский, И.В. Кудрявцев, А.А. Маталин, Д.Д. Папшев, А.В. Подзей, Ю.Г. Проскуряков, Э.В. Рыжов, Э.А. Сатель, А.М. Сулима, Ю.Г. Шнейдер, М.О. Якобсон и др.). Формируется новое научное направление - учение о технологической наследственности (профессора А.М. Дальский, А.А. Маталин, П.И. Ящерицын). Развертываются работы по изучению влияния динамики технологической системы на точность механической обработки, шероховатость и волнистость обработанных поверхностей (профессора И.С. Амосов, А.И. Каширин, В.А. Кудинов, А.П. Соколовский).
В этот период начинается разработка проблемы организации поточных и автоматизированных технологических процессов обработки заготовок в серийном производстве. Профессором С. П. Митрофановым разрабатывается и внедряется в производство групповой метод технологии и организации производства. На базе типизации технологических процессов и использования переналаживаемого оборудования и технологической оснастки создаются поточные линии серийного производства (профессора В.В. Бойцов, Ф.С. Демьянюк); подробно разрабатывается построение структур технологических операций (профессора В.М. Кован, В.С. Корсаков, Д.В. Чарнко). Под руководством проф. Б.С. Балакшина в Мосстанкине создаются системы адаптивного управления технологическими процессами обработки на металлорежущих станках (профессора Б.С. Балакшин, Б.М. Базров, Ю.М. Соломенцев, И.М. Колесов, С.П. Протопопов, М.М. Тверской, В.А. Тимирязев, Е.И. Луцков, В.А. Медведев, Л.В. Худобин и др.).
Систематизируются и обобщаются материалы по технологии сборки, и разрабатываются ее научные основы (профессора В.С. Корсаков, М.П. Новиков). Продолжается накопление производственного опыта производства машин и совершенствуются различные методы обработки заготовок. Находят широкое применение методы объемной и чистовой обработки пластическим деформированием, электрофизическое и электрохимической обработки.
Четвертый этап - с 1970 г. по настоящее время. Отличительной особенностью современного этапа развития технологии машиностроения является широкое использование достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических проблем и практических задач технологии машиностроения. Различные разделы математических наук, теоретической механики, физики, химии, теории пластичности, материаловедения, кристаллографии и многих других наук принимаются в качестве теоретической основы новых направлений технологии машиностроения или используются в качестве аппарата для решения практических технологических вопросов, существенно повышая общий теоретический уровень технологии машиностроения и ее практические возможности. Распространяются применение вычислительной техники при проектировании технологических процессов и математическое моделирование процессов механической обработки. Осуществляется автоматизация программирования процессов обработки на широко распространяющихся станках с ЧПУ. Создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов - САПР ТП (профессора Г.К. Горанский, Н.М. Капустин, С.П. Митрофанов, В.Д. Цветков).
4.2 Особенности дисциплины «Технология машиностроения»
Технология машиностроения как учебная дисциплина имеет ряд особенностей, существенно отличающих ее от других специальных наук, изучаемых в вузах.
1. Технология машиностроения является прикладной наукой, вызванной к жизни потребностями развивающейся промышленности. Как писал один из ее основателей проф. А.П. Соколовский, учение о технологии родилось в цехе и не должно порывать с ним связи. И противном случае работа технолога станет академической и бесплодной.
2. Являясь прикладной наукой, технология машиностроения вместе с тем имеет значительную теоретическую основу, включающую в себя: учение о типизации технологических процессов и групповой обработке, о жесткости технологической системы, о точности процессов обработки, рассеянии размеров обрабатываемых заготовок, погрешностях технологической оснастки и оборудования, о влиянии механической обработки на состояние металла поверхностных слоев заготовок и эксплуатационные свойства деталей машин, о припусках на обработку, о путях повышения производительности и экономичности технологических процессов, а также теорию конструкторских и технологических баз и другие теоретические разделы.
3. Технология машиностроения является комплексной инженерной и научной дисциплиной, тесно связанной и широко использующей разработки многих учебных дисциплин, изучаемых в технических вузах. Само определение технологии машиностроения как науки об изготовлении машин трактует ее как синтез технических проблем («изготовление машин требуемого качества»), организации производства («в установленном производственной программой количестве»), планирования («в заданные сроки») и экономики машиностроения («при наименьшей себестоимости»).
Некоторые важные разделы этих наук стали органической частью технологии машиностроения. Так, например, определение трудоемкости обработки и техническое нормирование сейчас являются разделом общего курса технологии машиностроения. Сопоставление экономичности технологических вариантов и расчеты себестоимости обработки и технологической оснастки являются обязательной частью проектирования технологических процессов. Исходя из требований организации и планирования поточной обработки и синхронизации отдельных операций соответственно установленному такту, определяются структура технологических операций и все построение поточной или автоматической линии.
Важнейшие современные направления развития технологии машиностроения по оптимизации режимов и процессов обработки, автоматизации серийного производства и управления технологическими процессами, применению технологических методов повышения эксплуатационных качеств изготовляемых изделий и других в значительной мере основываются на достижениях математических наук, электронной вычислительной и управляющей техники, кибернетики, робототехники, металлофизики и других современных теоретических и технических наук.
Технология машиностроения является одной из самых молодых наук, быстро развивающейся вместе с возникновением новой техники и совершенствованием промышленного производства. Ее содержание непрерывно уточняется и обогащается новыми сведениями и теоретическими разработками.
Технология машиностроения как наука возникла в Советском Союзе и развивается трудами Российских ученых, производственников и новаторов производства.
Как учебная дисциплина высшей школы технология машиностроения ограничивается рассмотрением вопросов механосборочного производства.
Технология машиностроения является основной профилирующей дисциплиной специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты», в значительной мере определяющей уровень профессиональной подготовки инженеров этой специальности и их способности к практическому использованию достижений общетеоретических и общеинженерных наук.
5. Предметная область «технологии машиностроения»
наука машиностроение инженерный технический
Современный человек стремится выполнять преобразования предметов природы с помощью машин.
Человеческое общество постоянно испытывает потребности в новых видах продукции либо в сокращении затрат труда при изготовлении освоенной продукции. Эти потребности могут быть удовлетворены с помощью новых технологических процессов и новых машин. Таким образом, стимулом к созданию новой машины всегда является новый технологический процесс.
Машина полезна лишь тогда, когда обладает требуемым качеством и, таким образом, способна удовлетворять потребность людей.
Ресурсы труда в жизни человеческого общества представляют собой наивысшую ценность.
Создавая машину, человек ставит перед собой две задачи:
Создать машину качественной.
При создании машины затратить меньшее количество труда.
Замысел новой машины возникает при разработке технологического процесса изготовления продукции, в производстве которой возникла потребность. Этот замысел выражается в формулировке служебного назначения, которая является исходным документом для проектируемой машины.
Процесс создания машины состоит из двух этапов: проектирования и изготовления.
В результате проектирования появляются чертежи машины. В результате изготовления с помощью производственного процесса появляется машина.
Второй этап и составляет основную задачу технологии машиностроения. Создание машины можно представить в виде схемы (рис. 1). Изготовление машины связано с использованием различных способов обработки металлов.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1. Создание машины
Зарождение технологии машиностроения как отрасли науки связывают с появлением трудов, содержащих описание опыта производства процесса.
Впервые сформулировал положение о технологии и определил, что «технология - наука о ремеслах и заводах», в 1804 г. академик В.М. Севергин. А в 1817 г. впервые был изложен опыт производства профессором Московского университета И.А. Двигубским в книге «Начальные основания технологии, или краткое описание работ, на заводах и фабриках производимых».
Дальнейшее описание выполнено И.А. Тиме (1838-1920) в первом капитальном труде «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ», вышедшим в 1885 г. Позже А.П. Гавриленко (1861-1914) создал курс «Технология металлов».
Машиной называют устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека. Под материалами понимают обрабатываемые предметы, перемещаемые грузы и т.п. В соответствии со сказанным машины разделяют на энергетические (электрические двигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины и т.д.), рабочие (транспортные и технологические машины: автомобили, самолеты, тракторы, транспортеры, прокатные станы и т.д.) и информационные (измерительные, контрольно-управляющие и т.д.).
Каждая машина предназначена для выполнения определенных функций в определенном (заданном) диапазоне изменения условий ее эксплуатации.
Поэтому машина - система, созданная трудом человека, для качественного преобразования исходного продукта в полезную для человека продукцию (рис. 2).
Исходный продукт процесса - предметы природы, сырье или полуфабрикат.
Сырье - предмет труда, на добычу или производство которого был затрачен труд.
Полуфабрикат - сырье, которое подвергалось обработке, но не может быть потреблено как готовый продукт.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Продукция - это результат производства в виде сырья, полуфабриката, созданных материальных и культурных благ или выполненных работ производственного характера (табл. 1).
Каждая машина создается для выполнения определенного процесса, т.е. имеет свое, строго определенное предназначение, иными словами - свое служебное назначение.
Под служебным назначением машины понимают четко сформулированную задачу, для решения которой предназначена машина.
Формулировка служебного назначения машины должна содержать подробные сведения, конкретизирующие общую задачу и уточняющие условия, при которых эта задача может быть решена. Например, автомобиль или обувь (табл. 2).
Таблица 1
Сведения для формулировки служебного назначения изделий
Служебное назначение машины описывают не только словесно, но и системой количественных показателей, определяющих ее конкретные функции, условия работы и т.д. Формулировка служебного назначения машины является важнейшим документом в задании на ее проектирование.
Совокупность свойств, обусловливающих пригодность машины выполнять указанные функции в заданном диапазоне изменения условий эксплуатации, называют качеством машины. Качество машины принято характеризовать системой показателей, устанавливаемых действующими стандартами.
К наиболее важным относят эксплуатационные показатели: технический уровень машины, ее надежность, эргономическую и эстетическую характеристики. Технический уровень (мощность, КПД, производительность, точность работы, степень автоматизации, экономичность и др.) определяет степень совершенства машины. Надежность является комплексным свойством, которое включает безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Под надежностью понимают свойство машины сохранять исправное и работоспособное состояние в течение определенного промежутка времени.
Качество машины, проявляющееся при ее эксплуатации, формируется практически на всех этапах ее «жизненного» цикла.
Конструкция любой машины - сложная система двух видов сопряженных множеств связей:
Свойств материалов.
Размерных.
Для реализации такой системы связей должен быть создан и осуществлен производственный процесс, который представляет собой другую систему сопряженных множеств связей:
свойств материалов (нужны для создания аналогичных связей в машине во время производственного процесса);
размерных;
информационных (для управления производственным процессом);
временных и экономических (производственный процесс не может осуществляться вне времени и без затрат живого и овеществленного труда).
Таким образом, создание машины сведены к построению двух систем связей: конструкции машины и производственного процесса изготовления.
На стадии конструкторской разработки качество будущей машины определяется, во-первых, выбором рациональных схем, эффективных рабочих процессов, использованием современных методов расчетов динамики и прочности машин, выбором материалов (этапы научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ) и, во-вторых, применением подтвержденных испытаниями оригинальных конструкторских, а также стандартных и унифицированных решений, расчетом размерных цепей (этапы проектирования и конструирования).
Конструкторская разработка заканчивается выпуском конструкторской документации, включающей чертежи элементов и машины в целом, а также технические условия на изготовление этих элементов и машины в целом. В конструкторской документации сформулированы требования к отдельным показателям качества, которые в совокупности призваны обеспечить требуемое качество машины.
Совокупность показателей, отражаемых в конструкторской документации, подразделяют на показатели геометрического характера, устанавливающие требования к точности размеров, форм и взаимного расположения для элементов машины, и показатели физико-механических свойств материалов элементов машины.
Требования к качеству машины, сформированные при конструкторской разработке, должны быть обеспечены при ее производстве.
Заключение. ПОЛИТИКА РАЗВИТИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Машиностроительный комплекс играет важную роль в экономике, обеспечивая своей продукцией нужды материального производства, непроизводительной сферы, обороны и населения. От него зависит технологический прогресс в обществе, уровень производственного аппарата и качество жизни людей. На современном историческом этапе важно возродить спрос на оборудование в базовых, жизнеобеспечивающих отраслях народного хозяйства. Для технологической сбалансированности машиностроительного комплекса, придания необходимой гибкости его производственной базе требуется увеличение выпуска оборудования межотраслевого назначения. В отраслях машиностроения целесообразно ограничить закупки зарубежной техники, аналоги которой выпускаются или могут выпускаться в России. Это позволит повысить загрузку производственных мощностей, восстановить производственно-кооперационные связи со странами ближнего зарубежья. Вместе с тем необходима государственная поддержка тех подотраслей машиностроительного комплекса (в первую очередь оборонных), чьи производственные мощности позволяют провести техническое перевооружение производственного аппарата страны.
Стратегия развития машиностроения предусматривает внедрение новейших технологий с возможностью замены оборудования, постепенное накопление опыта его производства, а затем развитие приоритетных технологий.
При благоприятных рыночных условиях российское машиностроение будет развиваться в следующих направлениях:
* выпуск модернизированных машин и оборудования для предприятий с морально устаревшим, но еще функционирующим оборудованием;
* производство наукоемкой продукции на импортном оборудовании с привлечением иностранного капитала;
* участие в проектах, предполагающих производство технологически сложных комплектующих изделий для техники, выпускаемой иностранными фирмами за рубежом (включение российских технологий в международную систему технологического сотрудничества);
* точечное развитие отдельных производств по выпуску оборудования для высоких технологий, как на импортной, так и на собственной технологической базе.
Весьма значительным остается потенциал российского экспорта оружия и военной техники. Реализация отечественных научно-технических проектов организации производства наукоемкой машиностроительной продукции может способствовать значительному увеличению экспорта, доходы от которого могут служить весовым источником инвестиций в отрасль.
В ближайшей перспективе конкурентная среда рынка будет управлять такими тенденциями, как продажи самолетов и вертолетов прежних поколений и их модификаций странам третьего мира, разработка новых проектов в результате совместных усилий нескольких фирм из нескольких стран для снижения риска; авиационная промышленность обеспечит большую часть экспорта оборонных отраслей промышленности, как по линии гражданской продукции, так и по линии авиационных вооружений и военной техники. Авиационная промышленность России способна и должна стать точкой роста возрождения нашей экономики.
Важным является переход машиностроения на более высокую ступень автоматизации производства на базе использования роботизированных производств. Расширение потребностей различных отраслей народного хозяйства и комплексов взаимосвязанных производств по номенклатуре, качеству, производительности и надежности техники и постоянная замена существующих технологических процессов более совершенными заставляют машиностроителей отказываться от традиционных методов конструирования и организации производства. Мировая практика показывает, что наиболее эффективными здесь являются переход к автоматизированному проектированию и изготовлению машин и сращивание процессов проектирования и изготовления современных машин в единую цепочку.
Такой подход в несколько раз ускоряет проектирование и производство машин и делает достижения научной и конструкторской мысли реальными уже сегодня.
Приоритетными на первом этапе реконструкции машиностроительного комплекса будут отрасли: станкостроения, приборостроения, электроники и электротехники. Потому, что они служат базой для создания реальных предпосылок перевооружения производственного аппарата самого машиностроения новыми техникой и технологиями. Обновление производственного аппарата с последующим омоложением парка оборудования позволит сократить численность ремонтников и оборудования для производства запасных частей.
Таким образом, путь развития машиностроения включает:
* ускорение научно-технического прогресса;
* широкомасштабное внедрение новых машин и оборудования, а также технологических процессов;
* использование прогрессивных конструкционных материалов;
* совершенствование организационной структуры;
* углубление специализации и развитие кооперации.
Достижения машиностроителей вызывают восхищение, но машины устаревают в короткие сроки, требуется замена более новыми: производительнее, мощнее, надежнее. Процесс совершенствования науки и техники бесконечен, поскольку неотделим от процесса развития и совершенствования всей цивилизации.
Подобные документы
Специальность "Технологии машиностроения" как одна из ведущих и перспективных в соответственной отрасли. Основные задания данной дисциплины. Проектирование конструкторской и создание технологической документации. Основные способы получения заготовок.
презентация , добавлен 26.12.2011
Изучение современного состояния машиностроения и размещения по РФ. Характеристика тенденций развития тяжелого, среднего и общего машиностроения: станкостроение, автомобилестроение, авиационная промышленность. Внедрение нанотехнологий машиностроение.
курсовая работа , добавлен 22.03.2010
Основы технологии машиностроения - пособие для студентов всех машиностроительных специальностей. Обучение самостоятельному проектированию технологических процессов. Краткое изложение теоретических положений с проектными задачами и образцами их решения.
методичка , добавлен 08.07.2009
Оптимизация режимов и процессов изготовления машин как важнейшее временное направление развития технологии машиностроения. Особенности построения циклограммы работы автоматической линии. Знакомство с технологическим процессом изготовления валика.
дипломная работа , добавлен 04.05.2014
Основные направления развития современной технологии машиностроения: разработка видов обработки заготовок, качества обрабатываемых поверхностей; механизация и автоматизация сборочных работ. Характеристики технологического оборудования и приспособлений.
курсовая работа , добавлен 14.12.2012
Тяжелое, общее и среднее машиностроение. Особенности размещения машиностроения в РФ. Современное состояние машиностроения РФ. Основные негативные факторы, ограничивающие развитие. Научный, интеллектуальный, кадровый и производственный потенциалы.
презентация , добавлен 24.04.2016
Традиционный метод решения технических задач и кустарный промысел. Особенности чертежной тактики машиностроения и современного проектирования. Использование способов "мозгового штурма", синектики, морфологического анализа и ликвидации тупиковых ситуаций.
реферат , добавлен 09.02.2011
Основные характеристики механического цеха на заводе тяжелого машиностроения. Расчет сечения электрических кабелей и вводно–распределительных устройств. Проведение укладки кабеля. Монтаж концевых заделок. Суммарная трудоемкость и формирование бригады.
курсовая работа , добавлен 25.01.2015
Рассмотрение основных особенностей технологического процесса изготовления детали "Зеркало". Технология машиностроения как наука, занимающаяся изучением закономерностей процессов изготовления машин. Этапы расчета необходимого количества оборудования.
курсовая работа , добавлен 19.12.2012
Методические указания по выполнению курсового проекта по предмету "Технология машиностроения". Описание конструкции и служебное назначение детали. Технологический контроль чертежа и анализ детали на технологичность. Определение типа производства.
