;ppt

11 111
{' JalOI IIсоБХОl\ltмосТl.•аКТИВIIОЙохраllЫ природы обусловлена не
~1I11 j)1It\'·III~lOiiполе:тОСТI .•Ю. Гlрирода имеет для человека и другое, lIe
I II.I,I,II(1(':JllачеIIИС: 0113облагораживает его. воспитывает о нем добрые
11.1Щ.ljОКIIС:\tоралЫlые качества, в том числе и сердечную любовь к ро11 1\1101\0IIраll был ОДИIII--IЗсамых лиричных певцов lIашеil прl--Iроды" 11.I\.I~ Па}'СТОIlСКllii,утверждая, что «надо охранять природ}' во всех
1,1 ()\.раIlЯТI.>саму землю, почву. раститеЛЬНОС1Ъ, воды и воздух. Охра·
III"I'P,I( 111-.111 PYCCKlliiпеiiзаж - тот пейзаж, что сыграл и играет огром'Н 11.1\формировании характера русского народа».
\ 11111
'ПО говорвл об этом другой выдающийся писатель - философ при·
""" IlpIIIIIIHIII: "Для рыбы нужна чистая вода - будем охранять наши
11.1Н Il'Cax, степях, горах разные ценные животные - будем охранять
111.\ ( 1('llb, горы ... А человеh]' нужна родина. И ОХР3..llЯТЬ
природу-зна1 11,1111111.
родину~.
1.
2.
З.
4.
ИЛИ
направления
'4 Перспективные
развития современных технологий
От резца до лазера
Есть необходимость получения ВЫрубкой из листа заготоВок сложной формы
(например, Ввиде кисти челоВеческой руки). ПостаВляемые листы могут иметь
различные ширину и длину. Возникает задача: раЗltfестить .кисти» так, чтобы
отходы были минимальными. При этом может быть несколько решений:
- принять стандартную ширину листоВ при их постаВке, что неизбежно приВедет к росту массы отходоВ;
- заказать листы необ.rодимоЙ разной ширины, что затрудняет снабжение
и увеличивает стоимость постаВки;
- пойти но испОЛl::Jзо8аниеспециальны.r раскроЙны.r линий, позВоляющи.r получать оптимальные для f3tJ!рубкизаготоВки, но понадо6ятся дополнительные затраты.'
Какое решение Выберете вы?
в лесу
{' () Р с т и ч е с к и й а с n е к т. Мусор не только опасен с Э"оло111'14'1
l'l.ii точки зрения, но и неэстетичен, он вызывает неприятные
"111\II~C'IJIISI,
Замусоренные территории ухудшают восприятие природы,
11.1\111
11111I\ОВархитектуры и культуры. Есть глубокий смысл в том, что
1 I.IHIIII\.BpCMell во всех странах в почете были люди аккуратные, хо·
111111
11\('lllIble. рачительные. Чистота на рабочем месте, дома, в школе
11IIt11\Р\ 1 вас является показателем вашей культуры. Старайтесь сделать
1\'1111('11I(расивее все, что окружает вас. Вовлекайте в заботу о чистоте
11'\1111,(ClСС/l.сйи родственников. Самую большую ошибку совершает
111I 1\1с. IН' /~елает ничего, считая, что может сделать слишком мало,
Н ( 11,,\ каждый год 23 сентября на 3 часа все население llЫХОДИТ
на
\, •• "111'
II·I)I)IIТОРИИ.пляжей, собирая при этом ОГРОМIIOС
количсство от-11111
1\ 1I.lllIciiстране также проводятся субботники и воскресники по
J
11
11"'111,1
II'I)I)IIТОРI·IИ.
l' ~ 1•. lfioTbI:
I \ 11/'11111
(' f\IVCOP
возле
j
'1'
школы. в парке или в лесу.
II,II'~I'11I1t'М\'СОРна компоненты: металл. растительные
п.
, \11 1.111 11 (i\Mary
111'
остатки,
11 1.11 1\1.Н
можно сдать в пункты приема
11111 111.111.11
111\11~I.Jнадо вывеЗТ"'1на свалку.
~, tI/'IINu(f,u'
"4111/11 Н'"',
IJtI ,(fитиe
l
'or/"
МtJl)QЛЬ.
511
неэгоцентрuческое
)'ТI1J1ьп.IРЬЯ,
экологическое
сознание,
со06-
щества.
Практиуеская рабата
Уборка мусора около школы
В чем суть экологического
сознания?
Для чего необходимо экономить ресурсы и энергию?
Объясните необходимость
ограничения потребностей человека.
Раскройте значение при роды в жизни и деятельности человеческого
м ного тысяч лет назад наши предки владели примитивными
teXI-IОЛО·
обработки материалов. Доступные им материалы не имели требуемой
прочности при малом весе (древесина) или достаточной твердости - без
хрупкости (камень), не обладали достаточной обрабатываемостью при минималЬНblХтрудозатратах. Однако потребности людей в выживании или в улучIJlении УCJJовий жизни заставляли
искать ,-ювые и новые материалы
и технологии их обработки.
За всю историю цивилизации человечество «придумало» всего шесть
видов технологических процессов обработки материалов. Вот они:
1. Удале1luе части от цеЛОlО - точение, фрезерование.
сверление.
строгание, шлифование, пиление. разрезание. травление.
2. Заполнение фор.МЫ - литье (когда окончательная форма определяется cтeHкa~H1сосуда, в который заливают расплав IfЛИраствор металла, стекла, пластмассы, конфетной массы, бетона и др.).
3. Перемещеlluе 06ьемов заlOтовкu - прокатка, прессование, волочение. ковка и штамповка, плетение, лепка (когда желаемая конфигурация изГlНIМИ
57
делия получается заполнеН"lем формообразующей полости штампа под давлением инструментов или человеческих рук).
4. FJpucoeauиeHue частей - сваривание, склеивание, клепка, пайка,
сборка.
5. _Изменеlluе состояuuя - термическая обработка (закалка, отжиг, ОТпуск), полимеризация, обжиг, варка, жарение;
б. ПрисоедИllеllие на .микроурогте - химико-термическая обработка
покрытия, компактирование металлопорошков, окрашивание, выращивание
кристаллов.
Это ограниченное число видов обработки материалов претерпело неограничен ное количество трансформаций. Например, обработка резанием
прошла ПYJ'Ьот ножа до лазера. Сегодня во многих цехах машиностроительных заводов рядом с обычными токарными, сверлильными или фрезерными
станками уже появились установки, на которых вместо ПРИВЫЧНЫХ
инструментов металл обрабатывают струи газа и плазмы, электрические разряды
и лазерный луч. Роль режущего инструмента здесь успешно играют атомы,
электроны, ионы и молекулы.
Чтобы лучше понять, в каком направлении развиваются технологии, какие проблемы стоят перед разработчиками, рассмотрим это на примере машиностроительных технологий.
В современных промышленных изделиях широко используются детали,
которые довольно сложно ИlIиневозможно получить традиционными "роцесCaJ>mобработки материалов резанием. Во-первых, это детали, ИЗготовленные
из конструкционных материалов с высокими твердocrью и прочностью; во-вторых, детали со сложными отверстиями и наружными поверхностями.
Все это заставляет искать новые методы металлообработки, основанные
на других физических и химических явлениях, требующих значительных научных изысканий и даже открытий - в таких случаях говорят о наукое..м:ких
технологиях.
Современные электротехнологии
Эле'КmротеХ1l0ЛОZUU- это группа различных технологических процессав, объединенных тем, что псе ОНИиспользуют для воздействия на заготов·
"У электрический ток. Электротехнологии - ОДНОиз ведущих направлений
современных технологий. Внедрение электротехнологических методов обеспечивает значительное повышение производительности труда практически
во всех отраслях производства, способствует улучшению качества продукции,
IЮЗВОЛЯет
получать новые материалы и продукты с заданными свойствами,
экономить материальные и трудовые ресурсы, снижать вредное воздействие
"роизводства на окружающую среду.
Возникновение электротехнологии неразрывно связано с первыми отКРЫТИЯМИ
в области электричества. В 1802 году РУССКИЙ
ученый академик
58
В.В. Петров построил уникалЫIУЮ батарею высокого наПр.яжения 11,'
2100 меДНО-ЦИI-lКОВЫХ
элементов. Исследуя эту батарею, он ОТКрыл я влt..'1I
1''''
:'Jлектрической дуги и обосновал возможность ее применения Д1IНплаВКIIМ('
l'aJIЛОn,электроосвещеJlИЯ и восстановления металлов из окислов.
В 1807 году году англичанин Х, Дев и разработал электролити"Ческий C'IIC)
с06 получения щелочных металлов (калия. натрия, магния, кальция н др.)
1\чистом виде.
В 1838 году русский ученый академик Б.С. Якоби открыл ЯВJ]ение lOЛI,
ва1l0пластuкu - электрохимического осаждения металлов на поверXl-IОС1'51
металлических и неметаллических изделий. Это позволило с помощью ЭJl('К
тролиза получать точные копии поверхности предметов. ГальваноплаСТI1ка
сразу же нашла применение в полиграфии и медальер'-IOМделе. Б.с. Я KOI'iIl
Ilринадлежит также приоритет в разработке метода нанесения меТЗЛJlIIЧ('
ских покрытий на предметы -ZШl.ьваностеzuя.
После создания в 70-8D-x годах XIX века экономичных генераторо)) 110
стоянного тока и разработки в ]889 году русским инженером-элеl(ТротеХIlIl
ком М.О. Доливо-Добровольским синхронных генераторов трехфазного ток"
начинают быстро развиваться такие энергоемкие электротеХНОлогичеСКIII'
процессы, как производстпо алюминия, осваиваются методы получения кар
борунда (абразивного материала, при меняемого для шлифовки) и карбид"
кальция для химической "ромышлеНJ-IОСТИ.
Электротехнологические MeTOДl,1
начинают при меняться для выплавки высококачественных сталей.
Как видим, большой вклад в развитие электротехнологии
внесли Р) I
ские и советские ученые. Среди них следует отметить В.П. Ижевского. CI),l
давшего «русскую электрическую печь» для плавки цветных MCTaJIJlOH,
В.П. Вологдина - разработчика технологии индукционной плаВl(и MCTaJlJlOl1
и индукционной поверхностной закалки и др.
Электротехнологии постоянно развиваются, совершенствуются 1111111
роко внедряются во все отрасли производства, сельское хозяйСТво, быт, MI'
дицину. Рассмотрим при меры различJ-lых электротехнических
процспtlll.
широко применяемых в промышленности и быту.
ЭлектРОНlIо-ионнал,
или аэРОЗОЛЫIQЯ, технология основана 11.1
воздейстоии электрических полей I-Iазаряженные частицы материалов, II.IЩ'
шенных в газообразной или ЖИДКОЙ
среде. В электростатических устаllС)lш,1\
электрическое поле электродов воздействует на макрочастицы обрсI6а'II,1
ваемого вещества, определенным образом },ПОРЯДО'-IИВая
их движение,
В бытовых устройствах на этой технологии основано действие P;IIIIO
образных фильтров, очищающих воздух от табачного дыма или ПЫЛII.:i.II'11
женные частицы пыли оседают в фильтрах на специальных ПШIСТIIII.I
которые периодически очищаются или промываются. На многих ПрОI11110,
ствах электростатические установки используются для окрашиваllllSI ( /14),1\
IIЫХдеталей, например кузовов автомобилей. В этом случае :1ap)l)l(,1I1I1
59
капельки краски, и они притягиваются к металлическому корпусу,на который подается соответствующий электрический
потенциал. Под воздействием электрического поля капельки краски равномерно покрывают даже
самые СЛОЖНОИЗ0гнугые
поверхности.
Метооы маZ7lит710Й очист1Си нашли широкое применение на тепловых электростанциях, l"Дес их помощью очищают смаЗОЧИО-Qхлаждающие
жидкости.
Установки для магнитной обработки воды способствуют снижению количества накипи на стенках теплообменных аппаратов, С их помощью изменяются физические
свойства воды: натяжение, вязкость, плотность,
электропроводность. В результате магнитной обработки находящиеся в воде соли кальция и магния уграчивают прочность своей КР"'Iста.'1лическоЙ
CTPyKrypbi, легко отделяются от стенок сосудов и труб и выносится ПОТОКОМ
воды в виде взвешенных частиц - шлама.
Весьма прогрессивной технологией обработки меТaJIЛическихдеталей
является метод магнитои.мпульснои обработки короткюlИ импульса·
ми сильного магнитного поля. Магнитоимлульсные установки "рименяются
для штамповки, обжима и раздачи труб, пробивки отверстий в заготовках из
токопроводящих материалов. Принцип их работы основан на взаимодействии мощных импульсов магнитных полей и возникающих в заготовках вихревых токов,
Метод прямого нагрева проводящих материалов электрическим током используется в настоящее время не только для выплавки металлов,
в стекловарении, но и в пищевой промышленности, например ДЛЯразмораживания продукции на рыбоперерабатывающих
предприятиях или для
обработки плодов при промышленном консервировании.
В пекарнях при выпечке так называемым электроконтактным способом
получают хлеб высокого качества, с гладкой необжаренной поверхностью,
без надрывов, трещин и морщин, с эластичным мякишем (в дадьнейшем он
используется для приготовления сухарей и бисквитов). Время выпечки сокращается в несколько раз: при напряжении питания 127 В составляет
10 мин. Удельный расход электроэнергии при этом в 2,0-2,5 раза ниже, чем
при традиционном способе выпечки.
Электрическая сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений деталей в результате их электрического нагрева до
плавления или пластического состояния. Наиболее широкое применение
в промышленности и строительстве нашли такие способы электрической
сварки, как дуговая и контактная сварка.
Начало промышленного использования дуговой сварки следуетсвязать
с изобретениями русских инженеров Н.Н. Бенардоса и Н.г. Славянова, которые в 1881 и 1888 годах, соответственно, использовали для сварки электрическую дугу, горящую между электродом и металлическим изделием.
60
Н.Н. БСllардос ИСIЮJlЬЗОВал
угольный (IIСlJлавнщийся) электрод. а II.I~ <:Л,I
ВЯIIОН
- металлический (llлавящиЙся).
ДУlоаая сварка ОТIIOСИТСЯ
к сварке ПJliШ}Н::llием,
так как детали СUЩ)IIН,I
ютсн за счет расплаWIения матеРИaJlа соединяемых кромок и послеДУЮЩ(.'1
(1
его отоерждения. Теплоту, необходимую ДЛЯРClсплаuления металла, выделяt"1
электри',еская дуга, горящая между заготовками и электродом (рис. 11, а). 110
мимо Де1"ЗJ1И при дуговой сварке расrшавляется или электрод (если он плаШI
ЩIIЙСЯ),
или присадочный пруток (если электрод неnлавящиЙся). 111'"
движении электрода ВДОЛЬсоединяемых кромок вместе с ним смещаеТ<)I
и электрическая дуга. По мере удаления дуги жидкий металл кристаллизу 1 (>1
И образуется сварной шов.
КОllтаlCтllал сварка ЯWIяется разновидностью сварки давлением. 011,1
осущеСТ8J1Яетсяс применением: давления и нагрева месга сварки ПРОХОДЯЩII'"
через заготовки элеh"'Трическимтоком. Теrшовая энергия при контактной CIJ.o-II>
ке КОllцеllТРИРУетсянепосредственно в местах соприкосновения элементоu,
Сущность контактной сварки рассмотрим на примере KOHTaKTHoii то
чеч,юй сварки (рис. 11, б). Точечную сварку примеН>lЮТпреимуществеll'lO
при соединении листовых заготовок, Свариваемые детали собирают НlI,1
хлест, сжимают между двумя медными электродами и пропускают электр"
ческий ток, КО"РОРblЙ
ВblЗblвает интенсивный разогрев материала заГОТОIII
11\
между электродами. Наибольшее количество теrшоты выделится в месте 11.1"1{
CI-IМалы-югоэлектрического сопротивления - между поверхностями cBapl1
ваемых листов. В этом месте металл расплавляется и образуется жидкое ЯДIJО,
о
б
Рис. 11. Виды электросварки: а сварка плавящим (металлическим) электродом
1- сварнон шов; 2 - шлаковая корка; 3 - защитная газовая атмосфера; I - 11К
тродное покрытие; 5 - электрод; 6 - электрическая дуга; 7 - капли элеКТРОДIН:'I1
СI
металла; 8 - сварочная ванна; 9 - заготовка; б - контактная точечная ClI\PKf'
1 - заготовки; 2 - электроды; 3 - сварная точка
61
IlocJle выключения электрического тока расплаВJlенный м(талл кристалли:Iуется при сохраняющемся давлении электродов, что улучuает качество 06разующейся сварной точки.
Нагрев токопроводящего материала может осущеСТВ1ЯТЬСЯ
и без протекания через него тока - с помощью установок ИНДУКЦИ'ННОГО
нагрева,
в которых электрическая энергия сначала преобразуется в энергию элекгромагнитного поля, а затем передается нагреваемому телу,выделяясь в нем
в виде теплоты. При этом ДЛЯпередачи энергии не требуются контактные
устройства, что значительно упрощает конструкцию нагревателей и позволяет автоматизировать технологический процесс. Как пра'iИЛО,при индукционном нагреве повышается производительность,
улучuаются качество
изделий и санитарио-гигиенические
условия производстш:.
В быту сегодня применяются электроплиты с ИНДУКЦИОННЫМИ конфорками. В таких плитах нагревается металлическая посуда, а СЗ\tиконфорки остаются холодными.
Установки про.мыllе1l1l0йй частоты применяются ДЛЯсквозного нагрева деталей при прокатке, ковке, штамповке, прессовке, па.1ке, ДЛЯнагрева
при отжиге или отпуске деталей в индукционных печах, а т•.кже ДЛЯнагрева
деталей под горячую посадку.
Для нагрева иеметатшических материалов используют УfТaновкивысокочастотного диэлектрического
нагрева. Если диэлектрик гоместить между
МeтaJUIическимиобкладками и приложить к ним перемениоt напряжение, то
вследствие процессов смещения молекул вещества он начиюет нагреваться.
Области применения и возможности метода высокочастотного диэлектрического нагрева очень широки. Его используют для сушки лит~йных стержней
и форм, древесных волокнистых масс, шерсти, бумаги и други) материалов, для
(клейки изделий из древесины, фанеры, картона, при И3ГОТОВJении
деталей из
пластмасс (упаковочной пластмассовой тары, труб), вулканизщии каучука и др.
Метод применяют в машиносгроении, фармацевтической, ХНtической, полиграфической, швейной и других отраслях ЛРОМblllшенности.
В пищевой промышленности установки высокочасто'Л-IOГОдиэлектрического нагрева используют ДЛЯстерилизации, пастеризацtlи, консервирования и дезинсекции различных пищевых продуктов. При ЭТОМ продукты
сохраняют естественные вкусовые качества и витамины. Тjrбуемое ДЛЯтехнологического процесса время невелико (по сравнению с временем при
обычных способах обработки).
Уникальные возможности для обработки деталей из зысокопрочных
сплавов открывает метод электронскровой
(электроэрози.нноЙ)
обработки, разработанный советскими учеными Б.Р. Лазаренко и Н.Е Jlазаренко в го/~ыВеликой Отечественной войны. Электроэрозионная обрaSотка позволяет
инженерам решать непростые технологические задачи при I':зготовлении де'галей сложной конфигурации из труднообрабатываемых материалов.
62
Супруги Лазаренко предложили использовать для технологических целей явление разрушения - эрозии электрических контактоп радиоаппарату·
ры под воздействием электрических ИМIlУЛl)СОIJ.
Они показали, что при
определенных условиях процесс электрической эрозии управляем и :может
вызывать преимущественное разрушение одного из электродов.
ДЛЯ выполнения электроэрозионной
обработки необходимо ПОДКJlЮ·
чить специальный генератор электрических импульсов к электроду. BbIllOk
н"ющему функции инструмента (электрод-инструмент), и к электроду-де·,·"),,,
и разместить их в жидком диэлектрике (воде, керосине, масле). Генератор
импульсов подает на электроды электрические импульсы длитеЛЬНОСТl,lО
0.5 ...200 мкс (микросекунд) заданного вида и мощности. При сближении ЭЖ'"
тродов происходит пробой диэлектрика в межэлектродном промежутt<t'
и возникает электрический разряд в виде узкого проводящего канала с TeMI[ературой в несколько тыс"ч градусов (рис. 12). У основания этого канала 11.'
поверхности электродов наблюдается разрушение - материал плавится 1'1)111
испаряетс". В зоне разр"да образуетс" газовый пузырь из паров металла и Р"
бочей жидкости. Под действием паров и динамических сил капля металла В!,I
2
Г
а
б
в
z
Рис. 12. Электроэрозия: а-в - схема процесса электроэрозии: 1 - генератор импульсов;
2 - электрод-инструмент; 3 - деталь; l - лунка, возникшая на поверхности от единичного электрического импульса
63
брасывается и застывает в рабочей жидкости в виде шарика. После отрьша
расплавленной капли на поверхности заготовки остается чашеобразное углубление (лунка).
При медленном сближении электрода-инструмента
и заготовкИ разрушение ее поверхности будет происходить непрерывно и на заготовке будет
образовываться
поверхность,
совпадающая с поверхностью
электрода·
инструмента. На этом эффекте основаны методы элекmроэроэuо1t1ЮЙ проШUВКU и 'Копuроваиuя.
При прошивке форма электрода-инструмента в поперечном сечении совпадает с формой получаемого отверстия (рис. ]3). При копировании на деталь
переносится форма нижней поверхности электрода-инструмента (рис. ] 4).
Кроме электроэрозионной
прошивки широкое распространение
получил такой метод электроэрозионной
обработки,
как вырезка nрово-
Рис. 13. Отверстия, изготовляемые электроэрозионной обработкой (метод прошивки)
В этом случае электродом-инструментом
является дви»<-ущаяся тонкая латунная проволока. COnpemel-ll-lblеэлектроэрозионные
станки, оснащенные си<:темами чИСЛОDОГО
программного
управления, позволяют ПРОИЗDОДИТЬ
вырезку 01'1
Rерстий переменного сечения криволинейных
пазов с точностью до микрометра. Интересно,
что тонкой мягкой проволокой В электроэро·
зионной установке можно разрезать толстый
лист танково>1 брони (рис. ]5).
К ДОСТОl'fнствамэлектроэрозионной
обработки относя1'ся:
О возмо>кность обрабатывать токопроводящие м:атериалы любой механической
проч~ости,твердости,вязкости,хрупкоРис. 15. ЭлеКТРОЭРОЗИОIIII""
сти - ~з твердых СШIавов,закаленных ставырезка ПРО60ЛОКО
лей, а6разивных материалов, камня;
1 - латунная ПРОI )
О возможность
изготовления
деталей
лока, 2 - выр 11+1
СJЮжных форм. криволинейных
отверное отверстие
стий 1:1 отверстий некруглого сечения
(см. р"с. ]3). которые нельзя получить другими способами 0'1',1
ботки;
О отсутствие необходимости Dвысокопрочном и твердом ИНСТРУМt.'III'(~.
что позволяет снизить затраты на его изготовление.
локоЙ.
______
ПрактическаR робота
3 а Д а н и е. Определите, при изготовлении каких предметон, 'IМ('
ющихся в вашем доме, могли быть использованы электротехнпЛО"1I11
Обоснуйте ваше мнение и укажите, какие именно электротеХIIОJlClI 111'
были ИCII0льзованы. Предложите различные варианты ИСПОЛl,~IOIШIIII)f
элеКТРО1'ехнологий при выполнении учебных проектов.
Гальванопластuка~ гальваностегuя~ электронно-uонная теХНОЛОIIUИ,
магнu/пная очистко~индукционный Haгpeв~электродуго80я сВарка, ко"
тактJ!ая cвapKa~электроuскроВая обработка токопроВодящих мат"
рuолоiJ (электроэрозuя).
а
Рис. 14. Электрод-инструмент
(о) и полученная методом электроэрозионного
копирования
1. В каIC.ИХэлектротехнологиях
используется электрическая дуга?
2. Как",е электротехнологии
могут быть использованы для ускорения
кания различных технологических
деталь (6)
64
процессоо?
65
11POI
з. Почему электроискровую обработку
материалов ведут в жидкой среде?
4. Почему максимальное количество теплоты выделяется в стыке между свариваемыми деталями, а не внутри листа?
S. Можно ЛИ изготовить методом электроэрозии отверстие в керамической
плитке?
6. Когда, по вашему мнению, алюминий перестал быть драгоценным металлом?
Лучевые технологии
В последние десятилетия широкое распространение
получили лучевые
методы обработки, использующие для воздействия на заготовку лазерный
и электронный лучи, которые обеспечивают плотность энергии на несколь~
ко порядков выше, чем другие источники (см. таблицу).
Плотность энерrии различных тепловых источников
Источник энергии
Плотность энергии, кВт /
Кислородно-ацетиленовое пламя
(газовая сварка)
1-3
Сфокусированное излучение Солнца
1-2
см
50-100
Электрическая дуга
Лазерный луч
>10 000
Электронный луч
>10000
Большие плотности энергии обеспечиваются при небольшой мощности иалучения (0,1-100 кВт) за счет фокусировки лучей на малой площадиоколо 0,1 '1м2. Поэтому лучевые методы обработки используют для вырезки
высокоточных (прецизионных) деталей, получения отверстий малого разме·
ра (менее 0,5 мм), разрезанин труднообрабатываемых
материалов, точной
сварки, упрочнения и легирования поверхностей деталей.
Лазерная обработка материалов проводится при помощи светового
луча, излучаемого оптическим квантовым генератором (лазером), и основана на его термическом действии (рис. 16).
При попадании на поверхность световой луч частично поглощается
ею и частично отражается от нее. Поглощение поверхностью энергии приводит к ее нагреву, Т<..'Мllература в точке приложения луча составляет от
66
2000 до 60 000 ос. Такан температура достаточна для расплавления и превращения в пар любого материала. Температура тем больше, чем
большей поглощающей и меньшей отражающей
способностью обладает обрабатываемый материал, а также чем меньше его теплопроводность
и теплоемкость.
Разновидности лазерной обработки - пробивка отверстий,
контурнан резка, упрочнение и легирование деталей машин и инструментов, сварка, резание с лазерным подогревом.
Электронно-лучевая
обработка
1
2
з
4
ис-
пользует тепловую энергию, Вblделившуюся при
5
столкновении
БЫСТРОДБИЖУЩИХСЯ
электронов
с обрабатываемым материалом. При столкновении ускоренного электронного потока с твердым
Рис. 16. Схема леэерв Д
телом 90 % кинетической энергии электронов
работки: 1 - ОП Iti
переходит в теrvювую энергию. Повышан скорость
ческнй
KBaIlIO"IJ'~
движения электронов и их кинетическую энергию,
генератор; L
ДНА
а таюк~ увеличивая число электронов, дnижущих~
фрагма; J ()II
ея в данном объеме, можно создавать чрезвычайно
тическая
СИ 1t1MA,
высокую концентрацию тепловой энергии во вре4 - защитное '''1(110,
мени и пространстве, приводншую к нагреву, плав5 - деталь
лению, испарению и тепловому взрыву вещества.
При элеКТРОННО-ЛУ'lевойобработке на малом участке обрабаТI,II",,· ••,,1I
поверхности достигается такая высокая плотность энергии, которал 1111,11\ 111
чески недостижима при других методах нагрева. При этом возникает эффt'l\ I
«кинжального" (глубинного) проплавления. Обl1азуется узкий и глуБО'<I,1I 1\,'
пал, соотношение его глубины к ширине достигает 20: 1. Поэтому ВО:IМОЖIl41
проплавление материалов большой толщины (до 200 мм) при узкой ЗUII('".('1'
мического воздействия.
Электронно-лучевая
обработка проводится в вакууме, который )11\)111
ется отличной защитной средой, препятствующей окислению расплаВJlt'l1
наго материала. Перемещением электронного луча можно легко Yllpal 11111"
его можно расфокусировать,
можно «запереть)" что позволяет 8blllO)lIllIll,
обработку по сложной траектории и с пропусками. Электронный луч M011\
но направить в узкую щель и про извести обработку в местах, не ДОС1'У"III,Iн.
дЛЯдругих способов обработки. Небольшие площади обработки н уа",," .'"
на прогрева позволяют обрабатывать миниатюрные детали, ПОЛУ1f:l'I'I, 1\111
лые отверстия.
Для электронно-лучевой обработки используют различные YCTpoil, '11",
ОСНОВОЙ
которых является так называемая элекmрониая пушка.
67
ОсобеНl-IOСТИэлектронно-лучевой технологии используются при сварке (электРО1шо-лучевая
сварка) различных материалов: стекла, молибдена, тантала, ниобия, вольфрама, инконеля, бери.'IЛИЯи др.
ЭлектРО71но-лучевое резание и пРОШU6ка применяются:
О для изготовления тонких пазов, щелей и Jрорезей размерами ОТнескольких десятков микрометров в деталях малой толщины (пленки,
фольги);
о для сверления отверстий малых диаметров (100 MI<М) в кварцевых пластинах, иглах и рубиновых камнях для часовых подшипников, фильерах для производства искусственных волокон и Т. Д.;
О при разрезании полупроводников и ферр"тов ДЛЯ производства электронной аппаратуры.
ЭлеX1nроuuо-лучевая
плавка позволяет ~роизводить расплавление
любых тугоплавких металлов в вакууме без опаСЕОСТИокисления или зarрязlIения расплавляемого металла газами и другими примесями. Электроннолучевую плавку применяют ДЛЯполучения особо чистых тугоплавких материалов.
Лазерная обработка, электРОННО-ЛljчеВоя сВарка, резание и прошиВка, электронно-лучеВая плаВка.
Ультразвуковые
технол{)гии
Ультразвуковые техн,ологии используют Епроцессах обработки механические упругие колебания ультразвуковой частоты - более 16 кГц, т. е. выше чаСТОТbIслышимых звуков. В одних технологических процессах с помощью
ультразвуковых методов осуществляют обработкутвердых и сверхтвердых материалов (размерная обработка), в других - удаляют поверхностные загрязнения (например, в химических и элеКТРОХИl,fических процессах). При
помощи ультразвуковых технологий выполняют сварку, получают различные
эмульсии, порошки, осуществляют контроль дефектов деталей и различные
измерения.
Ультразвуковая размерная обработка - это направленное раз рунrение твердых и хрупких материалов, произвоцимое С помощью колеблющегося с ультразвуковой частотой инструмеНТI и суспензии абразивного
порошка, вводимой в зазор между торцом инструмента и изделием (рис. 17).
УльтраЗВУJ(ОВaJIобработка используется в основном для изготовления
отверстий и полостей разнообразного профиля nтруднообрабаТblваемых материалах.
Станки для ультразвуковой размерной обрабJТКИ оснащеНbI генератором
ультразвуковых колебаний, I(ОТОРЫЙ
вырабатьшаe'J переменный электрический
ток ультразвуковой частоты. 'IOK поступает на обмотh.'Упреобразователя и созда-
68
з
з
8
1
1
в
б
2
1
11
а
Рис. 17 . Ультразвуковая размерная 06работка: а - принципиальная схема; б - схема мм"
материала при ультразвуковом прошивании; в - схема воспроизведения ПРОфИ/I"
инструмента в заготовке: 1 - заготовка; 2 - ванна; 3 - инструмент; 4 - е 11110
вод-концентратор (трансформатор амплитуды); 5 - прео6разователь; 6 - корпу!
•преобразователя; 7 - генератор тока ультразвуковой частоты; 8 - зазор, IJr10/1
неннын суспензией абразива; 9 - частички абразива (зерна)
ет переменное магнитное поле, под действием которого происходит II:JMC"llt'
ние линейных размеров преобразователя, изготовленного из спеЦИaJIЫIOI'()~1."
нитострикционного
материала (никеля, сплава железа с кобальтом 11"Р )
Получаеl\olыемалые амплиryДbl колебаний преобразователя усиливают и '1:1111,,1
вляют В нужную точку детали с помощью волновода-концентратора.
На '1'01 Щf'
концентратера усгановлен рабочий инсгрумент (из латуни, меди, чугуна), Ф' '1'
"а которого совпадает с формой обрабатываемого отверстия.
Ультразвуковой обработке хорошо поддаются хрупкие материалы (·1 ('1\
ло, твердыесплапы и т, п.) Смалой пластичностью, частицы которых ("'(;1111,1
ваются под ударами абразивных зерен. Вязкие материалы (незаю.ult.'IIIIЩI
сталь, лаТ)'l'Ь) плохо обрабатываются
ультразвуковым способом, та 1\.11\
в этом случае сколов не происходит - зерна вдавливаются в обрабаТI.IН:IС'М
1,,1'
материал.
Ультрашуковая размерная обработка широко применяется ДJlН11':11111
рования и Мlркирования, lVIяизготовления штампов (изтвердосплаlllll,IХ M,I
териалов), flчеек «памятю> полупроводниковых
приборов (и:-\ фс.'РРIIIII
кристаллов (ремния и германия), фасонных изделий из камня, (Т('КЛ.', 101lf'
лирных издtлий И Т. Д.
Для пр)ведения ультразвуковой очисткu колебания 1l0ДНО/ОII('1111
посредственно к поверхности очищаемого изделия, ПОГРУЖ<":IIIIOI'О
11;'\11/'
69
г
Эффект очистки достигается за счет явления кавитации, сугь которого заключается в следующем.
"Ультразвуковые волны, распространяющиеся в ЖИДКОЙ среде, создают
в неи ЗОНЫ разряжения и повышенного давления. В зонах разряжения жид·
кость переходит в газообразное состояние - в ней ПОЯВЛЯЮТСЯ пузырьки. Попав в зону с повышенным давлением, ЭТИ пузырьки схлопываюТСЯ (взрываются
пнугрь). При этом молекулы жидкости устремляются в направлении к центру
лопнувшего пузырька со скоростью, в 1000 раз большей скорости звука. П роисХОДИТ выделениеuнакоrшенной
энергии в микроскопическом объеме -,МИКРОвзрыв. Если такои процесс протекает вблизи обрабатываемой поверхности, то
энергия микровзрыва отделяет часть молекул от поверхности твердого тела.
Очистку с наложением ультразвука наиболее целесообразно применять
при удалении загрязнений из труднодоступных полостей, углублений и каналов небольших размеров, при очистке мелких деталей сложной конфигураЦИИ,оптических изделий и др.
Ультразвуковая сварка позволяет сваривать тонкие и ультратонкие
детали, химически активные металлы и сплавы, разнородные металлы, металлы с керамикой, покрытые пленкой детали.
При ультразвуковой сварке заготовки с небольшим усилием сжимаются
инструментом, на который накладываются продольные или поперечные ультразвуковые колебания. Микроскопические nозвратно-поступательные
движеНИЯ,передаваемые заготовкам, разрушают поверхностные пленки и нагревают
поверхностные слои. При этом происходит деформирование заготовок и диффузия соединяемых материалов.
Широкое распространение в последнее время получила ультразвуковая дефектоскопия. Ее применяют для контроля состояния нефте- и газопроводов, сварных конструкций мостов, деталей космических аппаратов
и др. Например, методом ультразвуковой дефектоскопии непрерывно контролируется состояние установленной в московском Парке Победы на Покланной горе 140-метровой стелы. Ультразвуковая дефектоскопия позволяет
не только выявить трещины, раковины, лолости, уже образовавшиеся в детали, но и определить так называемую «усталость» материала, которая может
привести к возникновению дефектов.
КОСТЬ.
УльтразВукоВая размерная обработка, ультрозВукоВоя сВарка, ультразВукоВая очистка, ультразВукоВая дефектоскопия.
Плазменная обработка
Применеllие пла:IМI,1в технологических целях основано на использовании высоких температур (4000 ... 16 000 ОС), возникающих при соприкосновении ионизироваНIIОI'О газа (плазмы) с поверхностью
обрабатываемой
70
)(еТaJIИ.Плазму используют для резки, сварки, плавки, нанесен и)! IIOI()lI.IIIIH,
испарения, очистки и подогревадетали
(при обработке резанием).
Струю плазмы получают при помощи двух типов плаз.моmРUII()(I, 111\11
торых происходит нагрев какого-либо газа концентрированной
3)1(.:1('1'1'111
екой дугой. Различают плазмотроны двух типов. В первом, ПJШ~'МО'l'рt
1111
IlрЯМОГОдействия (рис. ]8, а), электрическая дуга возникает между Э)Н.'ltIIНI
}(ОМИ изделием, и струя плазмы совпадает со столбом дуги (образуете)1 IIЛf1 t
'f.еl<1laЯ дуга). Во втором плазмотроне (косвенного действия, рис. 18,6) I\Y',1
возникает между электродом и соллом, а газ, проходящий через стuлб I(YIII,
выходит в форме плаз.меююЙ струи.
з
Т= 24000·С
u
Т= 18000·С
Т= 24000·С
6
а
Рис. 18. Плазмотроны прямого (а) и косвенного (6) действия: 1 - сжатая ДУГО8В •• 11'11\IMIt,
2 - сопло; 3 - электрод; 4 - газ (д г, смесь газов); 5 - вода (охлаж,ЩНЩ ),
6-
резка листа;
Электроды плазмотронов изготовляют из тугоплавких MaTCpll:lJ(4)11
IН)Jlьфрама или графита. В качестве плазмообразующих веществ ИСII(IЛI.IY'III
IЮ:ЩУХ,
азот, аргон, водород, кислород, воду, аммиак и др.
Плазменное нанесение пок.рытиЙ (напыление и
HanJlUUI<")
111
1I0JlЬЗУетсядля нанесения покрытий из любых тугоплавких матеРИflтJН. \(,11
I'.штеризуется высокой скоростью и равномерностью.
МатеРИaJl 1100(PI.IIIO
(Iугоплавкие металлы, оксиды, карбиды, силициды, бориды идр.) ВВОДИТ
111111
'~C' Iюрошка, ленты или проволоки
в плазменную струю, в которой OIIIIJI,IIIIII
11.распыляется и наносится на поверхность изделия. ПЛазменной II;IIIJI,II"1,0
I\lt)ЖНОполучить покрытия Свысокой износостойкостью, КОРРОЗИЙllllf,/\ { 1{,I\
1\1Jетью, с вкрапленными тугоплавкими частицами (армированные J IUI<PI,1111H
,1 1,Iкже покрытия с низкими коэффициентами трения.
I
71
г
Плазменные ПОКрl:оIТИЯ используют ДЛЯ защиты деталей, работающих
JJРИ высоких температурах, в агрессивных средах или подверженных интсtl( "вному механическому воздействию. Важным направлением использования
Ilлазменной наплаnки является восстановление изношенных поверхностей
Деталей (например, валов полиграфического и бумажного производства, торМ()ЛIЫХ
ДИСКОВ автомобилей,
лопаток турбин и т. д.).
Плазменная резка представляет собой процесс проплавления (на(IШО3Ь) материала и удаления расплавленного
металла МОЩНЫМ
потоком плаз\11>1. Плазмой могут быть разрезаны
не только металлы, но и диэлектрики,
Ilапример стекло или слюда. Достоинством плазменной резки является OTCyr<'['вие необходимости очищать заготовку ОТ окалИНЫ и ОКСИДОВ, так как в про,~<:cceрезки ОНИплавятся и удаляются вместе с расплавленным материалом.
Плазменной дугой режут коррозионно-стойкие
и хромоникелевые ста(11,медные, алюминиевые и другие сплавы. Высокая производительность
IJлззменной резки позволяет применять ее в ПОТОЧНЫХ
непрерывных произ(lO/~CTBeHHЫX
процессах. Плазменная резка широко применяется при произIюдстве труб и n еудостроителl.J,НОЙпромышленности.
Плазменная сварка использует свойство плазменной дуги глубоко проII11К3ТЬв материал. Ею можно сваривать достаточно
толстый металл
t 10 ... 15 .мМ) без специальной
разделки кромок. Сварка плазменной дугой
') 1'Л~IЧаетсявысокой производительносгью и качественностью за счет стабильJ !Ости горения
дуги. Сварка плазмой незаменима при сварке высокотепло(IРОВОДНЫХ
.материалов (цветных металлов и сплавов), которые невозможно
сВарИТЬдругими методами.
Плазменные технологии в порошковой металлургии. Для полу'JСНИЯспециальных порошков в плазменную струю вводят материал, частицы
I,()ТОРОГО,расплавляясь, при обретают необходимую в порошковой металлур'1111 сферическую форму. Размер частиц может регулироваться в пределах от
II(:'СJ(ОЛькихмикрометров до 1 мм. Более мелкие (ультрадисперсные) нанопорошки с размерами частиц от 10 нм получают испарением исходного матери,IJJaв плазме с последующей его конденсацией.
Плазменно-механическая
обработка представляет собой СОВОI,УПНОСТЬ
операций по термическому разупрочнению плазменной дугой и поt ледующему
удалению с заготовки слоя металла режущим инструментом,
Ilлазменно-механическая
обработка позволяет обрабатывать такие труднообрабатываемые материалы, как жаропрочные и коррозионно-стойкие
сташ, титановые СПЛ3Ш::tI,
ОТ4 до 7 раз быстрее по сравнению с механической
(,UработкоЙ.
Плазменное нанесение покрытий (напыление и наплаВка), плазменная резка и сварка; плазменные технологии В порошкоВой металлургии, плазменно-механическая
обработка.
72
1. Как вы думаете, почему необходимо охлаждать плазмотрон?
2. Можно ли использовать плазмотроны прямого действия для плаэмеlttt()и
обработки неэлектропроводных материалов?
Технологии послойного
ПРОТОТИПИРОВ3JIИJ1
При проектировании
раЗЛИ'-IНЫХизделий и подготовке их ПРUII:lIШl'
ства возникает ряд конструкторских, дизайнерских, теХfюлогичеСКlIХ 1101'
ганизационных проблем. Чтобы проверить собираемость, разбираемо( 11'1
ремонтопригодность
изделия, значение механических,
кинемаТИЧ(,'(IIIК
аэродинамических
и других характеристик конструкции, требуетеJl III'ОЩ'
сти натурные испытания,
Для простых сборных конструкций возможность сборки, разбор"" 11 1"
монта можно оценить по чертежу, Сложные изделия, имеющие О'l'Ш.'IНJ 1011
шrутреНI-Iие полости и каналы, криволинейные поверхности, создаю', r;~)III,
шие трудности при чтении чертежей и компьютерных изображеllи~i )~аж('J\ЛII
опытных конструкторов И технологов. Это вызывает появление ошиБОIС.ущ'
личение времени подготовки производства и затрат.
Изготовление моделей сложных деталей (блока цилиндров ДВИI':I'I"IIН,
крыла tамолета и др.) является трудоемким и длительным процессом, 1.1111
рый может отнимать несколько месяцев. Сократить эти сроки до IIC("I«)JII,I,IIII(
.'{неЙпозволяют технологии послойного прототипирования.
Прототuпuрованuе - это создание полноразмерной физи 'le<:Ko/i 11011
I
лели объекта по виртуальной (компьютерной) модели.
Суть ПОСЛОЙНОГО
прототипирования заключается в следующем. (;II.I'ljlllll
I(а компьютере создается геометрическая объемная модель детали, которук, 111
н1
IЮМОЩИ
специальных компьютерных программ разбивают на множестве) (')111('11
толщиной 0,01 ..,0,3 мм. Затем каждый их этих слоев «материализуется» (' 111111011
1
IЦhЮразных технологий послойного прототипирования.
Рассмотрим эти технологии подробнее,
Лазерная и масочная стереолитографuя. Этот метод IIС' I('JII,.IY""
специальные фоточувствительные
полимеры, затвердевающие под IHI,IJ~('"
ггвием света: при лазерной стереолитографии
- света лазера, пр" М,Н41'1
I!ОЙ- ультрафиолетового
света.
Синтез детали методом лазерной сmереолuтоzрафuu 11«111111:1("1\
11
(" нижнего слоя детали (рис. 19), Подвижный стол погружается н 1I:tIIIlYlIil
I'ОЛЩИНУ
первого слоя. Затем специальный нож (ракель) проходит ОТIIС'I'(Л
ней стенки ванны к задней (или наоборот) и удаляет излишки ПОЛl1меР:1с Д.
I'"UJИ,после чего начинает работать лазер, В сканирующую систему Л,I,Н'РII
I<lгружается информация О первом сечении модели, и лазер"ыii Л}"1 01 IH
IIщет только те участки сечения, где должен быть материал деТ3ЛI'I. Ilсщ IIН1
~с.:iicтвием света лазера полимер затвердевает.
Точки сечеllИЯ ДС'I,IIIII.
1
73
Ла.м.Ulluрованuе.Деталь изп'отаnливается
Лаэер-
-
Ракель
Фотополимер
Подвижный Z
стол
поверхностный
слой фотополимера
t
Формируемый
обьект
Рис, 19, Схема послойного прототипирования методом лазерной стереолитографии
в которых материала нет, не подвергаются воздействию лазерного луча,
и отвердевание полимера в НИХне происходит.
После «отрисовки» лазером первого слоя подвижный стол опускается
на толщину второго слоя, и процесс нанесения полимера и сканирования лазером повторяется. И так далее. до тех пор. пока все слои детали не будутсинтезированы.
В результате получаем заданную деталь, изготовленную
из
полимера.
Масочная стереолитографuя представляет собой послойное отверждение полимера при экспонировании (освещении) ультрафиолетовым светом через фотомаску (трафарет). прозрачную только в тех местах, где
должен быть материал детали.
Метод избирательного лазерного спекания напоминает лазерную
литографию, воссоздание слоев детали также происходит при сканировании
лазерным лучом. Но в отличие от литографии при спекании используют порошок, частицы которого расплавляются попавшим на них лазерным лучом
и свариваются между собой. Для спекания можно использовать как легкоплавкие порошки полимеров (полиамида, полистирола), так и порошки металлов. Данный метод позволяет сразу получить модель из металла, минуя
стадии изготовления промежуточных полимерных моделей, литья и механической обработки.
Метод llаnлавленuя - это технология послойного прототипирования. при которой каждый слой будущейдетали формируется путем выдавливания жидкого термоrиlастUЧн'ого .материала
на охлаждаемую основу.
Температура выдавливаемого материала незначительно
превышает температуру его затвердеваНИ)1 (аналогично созданию надписей на торте шоколадным кремом).
74
путем лазерной P{':JICII
)1111I'i
и последующего ппекания листов (лаМИНИРОВЗJIИ)I),
Метод трехмерной печа,mu - это метод прототилиронаllllJl,
1I!1'
НаННЫЙтак из-за своей схожести се печатью на струйном принтерс, TOJII,ICO
IIMecToкраски используется жидкое связующее вещество. На плаТ(tюрму ltal/()
('ят слой керамического лорошка НlеобхоДимой толщины. Затем ПРOlIСХf)J\111
"lIечать» слоя: из сканирующей пе,чатающей головки в требуемые '1"0'11(11
МО
'~ели поступает жидкое связующее вещество. Проникая в поры между '11\('111
,(ами порошка, оно формирует тз них жесткую структуру, образу" '1'1'/10
детали. После изготовления послеfДнего слоя из полостей детали удa.rНllt11'11(
Lклеенные частицы порошка и ПРOJводят тепловую обработку ДЛЯГlOJl11()1() 111
нсрждения детали.
Методы послойного ПРОТОТИlпирования нашли широкое npl'IM('II('1I11f
III)Иизготовлении оснастки разлИЧJНЫХвидов для технологических ПРОI'('j1111'
IIIТL~Я
(литейных форм, преСС-фОРJo\fи литейных моделей), а также ДO,)HI
IMMf
Р(,НИЯаэродинамических
характер:шстик изделий и механических ЩIIIР'II!It
1111
Й, возникающих Всложных детаJЛЯХ,и др.
Еще одна область применениJЯ прототипирования
- медицина,
На основе результатов компы(J}терныx исследований пациента Мt"!'ОДIIМli
III)СЛОЙНОГО
прототипирования
иззготовляют копии человеческих ()I)I':Illlil'
IIЛИкостей, которые используютоя для моделирования ХИРУРГИЧССI(IIХ
(1111'
I';II'ИЙ и создания имплантата - ор)гана или устройства, вживляеМОI'() 11111'111
IIII:~M.Полученная модель позволяlет хирургу лучше понять aHaTOMII'I('C1~llt·
'I·клонения и отработать операЦИfонные действия, а также ИЗГОТQВII'II,11М
11,)I<:iHTaT,
идеально подходящий па)Циенту. Модели изготовляют из МНП'Р",I
IOB,близких по своим свойствам к: веществу копируемого объекта. 110;1111"''')
\ 11рурги MOryr отрепетировать CBO~ действия при операции, ИСПОЛI.:IУ)l
'11')t~14
111
Iструменты, что и в операционно\и. Это повышает ТОЧНОСТЬХИРУРI'II'I('С
1\11"
<\I,IIIИПУЛЯЦИЙ
И сокращает длителынОСТЬ операции.
НЫХматериалов
I
Прототипирование; метоа избирательного лазерного
зерная и масочная стереол;uтография, ломинироВание,
мерной печати.
спекапия, ли
метод '''IН?t
Нанотехнол,ОГИИ
Наuотехuологuu
- это совО'купность методов и приемов, обl'СIН"III
II.II()IЦИХ
возможность создавать и м:одифицировать объекты с размераМl1 ""1'
11('(' 100 ИМ. При помощи нанотехнологий
изготовляют
наИОМ(I·I'('IНI,IIII.I,
I 11fiудущем, возможно, будуг ЛРОИ2ШОДИТЬ
И нанотехнику.
История нанотехнологий начинается в 1959 году с доклада 1Юnt'JIt'1I11,1I
1'. 'l"ypeaTa по физике Ричарда Фейнмана, предложившего метод fI()flтU 11
75
сборки. [павная идея такой сборки состоит визготодеталей из элементарных «кирпичиков» вещества - атомов или моIIt.:К)'Л. Такой путь производства
отличается от принятого в настоящее время,
I,огда детали получают из естественных, природных материалов путем OTдe~
'1t;IIИЯ ОТ заготовок
избыточного материала.
Приставка «нана,) (от греч. пaпos - «карлик») означает миллиардную
( IО-9) долю чего-либо; 1laиOMeтp - ЭТО миллиардная часть метра, или ТЫСЯЧIlал часть мик~ометра. Нанометр сопоставим с размером молекулы. Для сравIIt.:НИЯ: тонкии человеческий
волос имеет толщину около 50 000 им.
Несмотря на то ЧТО история нанотехнологий насчитывает уже полвека,
ре~ИIьное их применение стало ВОЗМОЖНО
ТОЛЬКОВ последнее десятилетие.
( kобенно большие успехи достигнуты в области создания uа1iоматерuалов,
I\OTopble обладают
качественно новыми свойствами, в том числе искус( ,'венно заданными функциональными
и эксплуатационными
характериIIОЙ (помолеКУЛЯрIl0Й)
ШН:НИИ
П'llками.
Наuоматерuал - это материал, содержащий микроскопические искус1ВСННОсинтезированные
структурные элементы, геометрические размеры
1\1IП)РЫХ хотя бы в одном измерении не превышают 100 НМ.Благодаря этому
(1)II:~ико-механические, тепловые, электрические,
магнитные, химические
11J~ругие свойства наноматериалов
радикально отличаются от обычных
( 11(l~icTBмакроскопических материалов. Поэтому нанопорошки, нанопленки,
II,IIЮПОКРЫТИЯи другие нанопродукты по своим качествам сильно отличаI/II'СИот свойств веществ, из которых они получены.
Самым известным наноматериалом
является фуллереu - открытая
" 1'185 году новая кристаллическая модификация углерода (ранее известные
(ТО модификации
- графит и алмаз). Молекула фуллерена содержит от 36 до
" I() атомов углерода. Получают фуллерены
из сажи от сжигания графита.
Рассмотрим строение наиболее
изученного фуллерена Gю, молекула которого состоит из 60 атомов углерода
(рис. 20, а). Этотфуллерен представляет собой сферу, образованную 20 шестиугольниками И 12 пятиугольниками
а
6~
(как футбольный мяч), в вершинах которых находятся
атомы углерода.
Диаметр
такой
молекулы
0,7 нм. В ценУ,У ]'~
4If
" ,
тре сферы имеется свободное, не занятое атомами пространство.
В него
в
можно ввести другие атомы и молекулы, например лекарства, и транспорРис. 20. Наномолекулы: а - фуллерен СБО;
тировать их в этой оболочке к нужному
б - удлиненный фуллерен С7О;
в - нанотрубка
месту в организме.
i
O~
,
"
76
Если в «углеродный шарик» - фуллерен СБО- вставить «поясок» из 10:1'1'0
мов, получится новая, слегка удлиненная молекула - С,О (см. рис. 20, 6). 11ау
чение фуллеренов
привело исследователей
к созданию иа1l0тру60к,
поверхность которых образуется праВИЛЫIЫМИуглеродными шеСТИУГОJII,II11
ками (рис. 20, в). Эти трубки-молекулы, длиной до миллиметра и диаМС"1ом
13 несколько нанометров,
M0I"'Y1' в зависимости
ОТусловий получения БЫ'f'IIIIIНj
мы ми или спиральными, состоять из одного или нескольких слоев (1l11О)1 ('11
ных друг В друга трубок), иметь открытые или закрытые концы, содержа'О', 1\'I
:\Н1JUlионаатомов - С\ 000000.
Углеродные нанотрубки обладают очень высокой прочностью - 11
100 раз прочнее стали (при плотности, в 6 раз меньшей, чем устали). 1-1"'11'111'
1I0трубок не боятся высоких температур.
могут выдерживать деik 11\111
вакуума и химических реагентов. Подобная нить диаметром 1 мм МОЖС'I'111,1
лержать груз в 20 1'1Используя нанотрубки в качестве осей и надев на 11I1X
1\11
леса-фуллерены, удалось изготовить прообраз нанотехники - иаНОМО(,IIIII.,
Ilередвигающийся по поверхности кристаллов.
Интересно, что при введении молекулы фуллерена внутрь HaJlO'l'PY(II\1I
свойства ПО<;JIеднейкардинально меняются. В зависимости ОТраСПОЛОЖ(.'IIIIН
фуллерс:на в нанотрубке (в центре, ближе к краю и т. д.) система можст 111'''
}[влять свойства проводника, полупроводника или диэлектрика. В будущ('М
,~TOможет стать основой для создания сверхминиатюрных
компьютерон, 1111
строенных на транзисторах размером в единицы нанометров и скорое 11,141
IJсрек.лючения состояния 10 пикосекунд (1 пкс = 10-12 с). Применеl-lИl' 11,111{1
['рубок Вбудущем позволит изготовить мониторы с размером пикселя [I(IРЩ'
ка :\1икрометра и электрические
провода, способные передавать OI"POMIII,I('
['оки, -10' А/см'.
Широкое применение в нанотехнологиях
нашли специалЫIЫС CI(;11111
I'ующие ЗОНДОDыемикроскопы (СЭМ), позволяющие «увидеть» H3I-IOOU'I,('11
I
I'абота этих микроскопов основана на измерении мarнитных, элеКТрИ lt·( 1\11%
11других сил, возникающих между атомами. Микроскопы СЭМ ПРОII:IIIОЮII
1l,~мерения при помощи иглы (с острием размером в один атом), I(O'I'OPH"
"()]I~упывают» поверхность материала. Компьютер анализирует перемеll~('111111
III'ЛЫи строит на экране картинку, изображающую рельеф повеРХl11Н 111
I;\I(ИМобразом можно видеть атомы и молекулы.
Современные СЭМ умеют измерять не только линейные размеры 0(' 1,('11
I-OH,но также их магнитные и электрические
свойства, твердость, «н 1,111
I[;~ругие характеристики материалов в нанометровых объемах,
На базе СЭМ созданы технологии манипулирования
отдеЛЫILolМII,1111
1\1,11\'111.
С помощью иглы микроскопа можно опознать атом, перемеСТI1'1'I.4'11,
11,[ другое место (фигура на рис. 21 собрана из атомов). Располагая
i\'I'ЩII>I
11,'
IIОllерхности детали тем или иным образом, можно придавать cii "Y}IIIII,II
"О
l
t
'н ,iicTBa.
77
Рис. 21. Искусственный 40рнамена из атомов
Предполагается, что наиболее полно нанотехнологии будут реализованы при использовании специальных наномашин - ассемблеров.
Ассе.мблер - это своеобразный сборщик атомов
и молекул. Он должен захватывать их, соединять между собой и с базовой поверхностью,
а также выполнять другие манипуляции в СОО1"'"
ветствии с заданным алгоритмом.
Внешне такой ассемблер можно представить себе в виде паука нанометрового размера
с несколькими 4<руками»-манипуляторами длиной Всотню атомов. В теле этого «паука» должны размещаться
устройства,
управляющие
работой манипулятора и содержащие программу всех его действий. ОДНИМИ«лапами» он будет держаться за поверхность,
а другими сложные молекулярные структуры или устрой-
.11ОМ:~ё:I.
атомом складывать
111,1
1'13«наноблоков».
I1 римечательно, что ассемблеры будуг обладать способностью к размно!1\С'III1Ю, т. е. CMOryгкопировать
себя, создавая себе подобных. Управлять ас·
('М()Jlсрами будет человек - оператор,
моделирующий
на компьютере
, 1" .(j\ емую молекулярную структуру.
Ila первый взгляд, создание наномашин кажется научной фантасгикой,
., tll.IKOтакие машины превосходно функционируют }"'А<е тысячи лет. ПримеI '11М может служить механизм синтеза белка в живом организме, осущест11IИt·мый рибосомами с помощью молекул РНК по программе, взятой из ДНК.
1 lерспективы применения нанотехнологий поражают воображение. ПеI ,~"IIIСJlИМ
некоторые из них.
Ilанотехнологии
позволят;
I заменить традиционные
методы производства изделий их наносборкой непосредственно
из атомов и молекул;
1создать молекулярных роботов-врачей, которые будуг -жить» внутри
человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения;
изготовлять продукты питания при помощи ассемблеров, которые будут воспроизводить те же химические процессы, что и в живом организме, однако более коротким и эффективным
путем. Например,
получение молока из травы, минуя корову! Такое производство, не зависящее от погодных условий и не нуждающееся n тяжелом физическом труде, решит продовольственную проблему;
Uосуществить фантастическую
идею «космического лифта» из нанотрубок (представьте себе канат, соединяющий землю с космическим
аппаратом, по которому скользит лифтовая кабина);
I
1
78
о устранить
вредное влияние человека на окружающую среду за СЧt.~1
11('
ревода ПРОМЫUU1енностии сельского хозяйства на беЗОТХОДllЫС11,111(.
технологии полного разложеl-lИЯ существующих отходов с ПОМОЩI,ljt
дuзаССe.JI,блеров, - наноустройств, разбирающих вещество на аТОМ',I,
О перейти от двумерной технологии изготовления процессоров к TPt'X
мерной технологии и добиться размещения 1012логических ЭЛСМt.'11
тов в 1 см'. другими словами, разместить процессор lntel Penlillll' 11
в кубе с ребром 100 нм.
Наноте.rнологuu,
ника.
1. Попробуйте
объяснить
2. Что представляет
.
наномаmериал,
ассемблер,
дизассемблер,
нанот
своими словами, что такое нанотехнологии.
собой наноматериал?
Новые принципы организации
современного производства
1. Что вы понимаете под моральным старением техники и технологий?
2. Как вы думаете, кооперируются ли в изготоВлении деталей и узло8. .. конкур"
рующие фирмы?
З. Признаете ли вы удачным решение, когда
в рядоВой конструкции узла испОЛtJ
Зljются .c80и~ детали, например болты, ручки или пр080да?
Мы узнали о новых технологиях, освоенных современным ПрОИ3Itо;,
СТВОМ.НО ведь меняются не только технологии, меняется и сама oprallll,I,1
1~IIЯпроизводства.
Понятие u,,-дустрuалЫlOе общество было введено французским ф"
',ософом кл. Сен-Симоном в ЮХ веке для обозначения социума, в КОТ"РО"
()сновным видом хозяйственной деятельности является промышленноt..' 111"1
IIЗВОДСТВО.
Индустриальное общество существовало не всегда. Оно "'PIIIIIJIII
на смену доиндустриальному
и просуществовало в промышленно раЗIНIIМ%
("транах с начала XIX века вплоть до конца БО-х годов хх века.
Характерной особенностью,
предопределившей
путь развит"" "11/1)
(триадьного общества, стал новый способ организации промышлеНIIO"О 111)4 I
II:1водства, получивший название .массового проuзводства; ИНОI'Ю:I
:11'11
•."особ производства называют фордизм - по имени Генри Форда, ,,"ер""'"
Ilрименившего его в 1913 году на своем автомобилестроительном
заводе 11)~C'I
I юЙте. НеО1Ъемлемыми элементами этого способа Ilроизводства БЫ)l1-I
ра\ '11i I
lIализация, стандартизация
и конвейеризация
поточного (HenpCpbllJlltll о)
11роизводства.
При рационализации производства каждую трудовую операllНЮ, """'О ,
11немую рабочим, раскладывают на простейшие действия. Затем пIIP('/H' 'IНИ 11
79
1111(
'Iсдовательность действий, при водящую к наиболее быстрому выl1лне-111110
операций, и затем внедряют 8 производство. В результате производи1("II,IIOCTbтруда Зl-lачителы-ю возрастает.
Стандартизация деталей и технологических операций позволяет сокра11Iп. разнообразие трудовых действий, что уменьшает время их выполнения,
,1 I':lн:жеПОВblшает производительность.
Производственный 'К.О1lвеЙер позволяет еще больше специализировать
It"\llOлогические операции, увеличивая за счет этого производительность
I'РОllзводства и снижая себестоимость изготовления продукции.
Авторство идеи конвейера не принадлежит Форду. Впервые движ)'щаяся
~('l\IOIIТЮКНая,.
линия была применена в самом начале
века американским
"Н( III.IMмагнатом r Свифтом для разделки свиных туш. Форд применил идею
11,1(
.(.('рот - по мере движения по конвейеру остов автомобиля «обрастал» ком11Н'I\Т)'ЮЩИМИ
деталями,
Ilриоритетом способа организации массового производства были рост
11111111:шодительноститруда при экономии на .масштабах проuзводства
(1 с. чем быстрее производится продукция, тем ниже ее себестоимость) и вы11\4 1\IlOтребителю однотипной, стандартной продукции.
Однако резкое увеличение производительности
труда стало создавать
Iltlll(·;\сленные проблемы ДЛЯ экономики: массовое производство товаров
~., IАОЮсопровождаться столь же массовым их потреблением. Рынки потре1'111('лы:ких товаров перенасытились сгандартизованной продукцией и лотре1IIIIt·JlI.скиЙспрос стал смещаться в сторону эксклюзивной (оригинальной)
IIIНЩ"'КЦИИ
и товаров, сделанных на заказ.
Столкнувшись
с проблемой
индивидуализации
спроса. большин1111)"РОМbJшленных компаний пошло по пути внедрения гибких nроuзтU)('fП(Jеuных систем, основу которых составляет многоцелевое
оборудо11,11111<.'
с числовым программным управлением, Суть нового метода в сле-
хх
I
1\ IIIЩСМ.
В отличие от одноцелевого оборудования, применявшегося в массовом
111
11III.шодстве. многоцелеuые маШU1lbl MOryrбыстро переналаживаться на вы11\,'~ новых модификаций И типов продукции. Это позволяет использовать
III.IIII.~I,Iэкономии за счет широты ассортимента.
не отказываясь от пре11\1\IltCCTBэкономии на масштабах производства (объемы производства MOryr
'111,IНlIТЬСЯ
очень большими). Если говорить образно. то портновский костюм
1111
tlJ1/{IIВИДУальномузаказу будет сшит на швейной фабрике - предприятии
",Н ( оного производства.
IJJирокое внедрение псовременной
промышленности
гибких произ111
'~. ,'венных систем имело своим результатом ассортиментный
«ВЗРЫВJ+
11.1"IIровых рынках. Например, 36 моделей автомоБИJIей, производившихся
IIIIIIIНКОЙкомпанией «Тойота •. в середине 90-х годов прошлого века, были
1111
1"'llIIbIВчетырех (J) модификациях каждая.
80
Таким образом, мы столкнулись с новым и важным явлением 1}pa.J"1111111
техносферы, имен)'емым в специальной литературе постфордU3.AЮ,II. :)""
способ организации производственного процесса подразум:еваетСОКРШI\t'llllt'
числа комплектующих и такую их стандартизацию,
которая ПОЗНОЛЯСI"с
Ilользовать их не в одном, как было ранее, а в целом ряде изделий, При T;It<I,H
организации производства можно собирать несколько модификаций каЖJ'(' ,
модели (например, автомобилей, компьютеров, аудиосистем и др.), CO'I('I,I)I
)'злы разлнчным образом.
При этом отношения головной компании и ее субподрядчикоо
(НО
ставщиков) строятся на основе новых правил - точно в срок u в то""ои
последователЬ/юсти,
что nодраз)'мевает поставку (может быть, с др)" о, о
конца света) комплектующих изделий на конвейер сборочного преДIIJНtll
тия непосредственно
в тот момент, когда в них возникает
11 Oti)(1I
димость.
Многочисленные
субподрядчики на конвейер монтажного npeДlII'II)!
тия поставляют не отдельные детали, как в период позднего фордизма. :1I t,
товые узлы, да еще в нескольких вариантах (при полной ответствеШ-IQСТII 1,'
их качество), Это позволяет сборочному предприятию про изводить 111111'11
кнй ассортимент продукции, имея по сравнению с предприятиями стаРОI 41,
фордистского, типа значительно меньшие фонды, меньшее число pa{)OIIlIJII
11меньшее количество субподрядчиков.
Такое предприятие связано не с интернациональной,
а с ZilоБOJlЪ1LOU "11
стемой AfUPOBOlo хозяйства, в результате которой устанавливается всео 11,
с.:млющая связь между элементами мирового хозяйства (националыlы tll
:JКОНОМИкам:и
И транснациональными
корпорациями).
В сфере промышленного nроизводства глобализация выражаt""С·",
н частности, в том, ЧТОво многих отраслях зарубежные филиалы ПО)ll-ЮС'II,lfI
,'врастаюТJ+ в экономику стран-реципиентов, а выпускаемые ими прОДУКТIII·'
С'
ряют ярко выраженную национальную принадлежность.
Поэтому мы 'ШЩ.'
ВIIДИМна маркировке товара не «Made in~, а «Made Ьу», т. е. указываеТОI 11t"
("('рана-изготовитель, а название транснациональной
компании. Дnя ПРИМl"),1
IIL\вериое, сегодня сложно ответить, кто действительный
производитеЛI, 1t
IСUИЗОРОВ
воронежской сборки, калининградских автомобилей марк", ISM"'
11.'111
компьютеров IBM.
Автоматизация
технологических
процеССОl1
1. С чем &i сВязыВоете имена: ПолзуноВ, Дизель, ПопоВ, Эдисон, Опель, Ря611шии
ские, КоролеВ, КурчатоВ, Гагарин, ТерешкоВа, ТуполеВ, КалашникоВ, Ли:r.О1/ftttJ
Могли бы вы продолжить этот список?
2. Какие технологические процессы произВодст80 (например, аВтоJtfо6иЛf'I') fCI"
зывают у вас чуВстВо удиВления и Восхищения?
81
r
Современное компьютеризованное и автоматизированное ПРОИ3ВОДI IIH) характеризуется
выраженным инженерным стремлением максимально
114 lюбоДить людей ОТ участия в технологических
I1роцессах -гу.маuuзацuеЙ
НРОlIзводства (см. схему). Вряд ли человек пришел в ЭТОТмир только ДЛЯ ТО1('. чтобы крутить гаЙКИ на конвейере автомоБИЛЫIОro завода, шить таЛDЧ1\11, IIСЧЬ пирожки, собирать компьютеры или ВОДИТЬ
автомобили. Все это
11о\1110гоедругое ОНделает по необходимости. Да и сам по себе человек в своj'll "роизводственной
деятельности давно уже не эффективен по сравнению
I I (,Хllическими средствами: станками, машинами и т. Д.
11 роизводственное время «cъeдaeт~ огромную часгь времени уникальной
'14'flOвечсекой ЖИЗНИ,урезает возможности для свободного развития индиви·
t\.UII.IIОСТИ,
лишает человека всей полноты восприятия окружающего мира.
К сожалению, до радикального высвобождения людей из сферы м:атеIIII,IIII,JЮГО
производства еще далеко. Вместе с тем появляются глобальные ин·
II\C'llt'Pllo-технологические идеи, которые в той ИЛИиной мере прокладывают
11\111'( реализации «безлюдного» ПРОИЗDодства, Среди таких идей одной из
1I,III(,,)лееперспективных представляется идея гибкого автоматизированного
111
11 11:шодства.
Гибкое автО.матuзuроваl<lюе проuзводство (ТАП) позволяет осущеCl'
11111
п. переход с выпуска одного изделия иа другое практически без переналадI 11 tt'Хllологического и любого другого оборудования; если же в каких-то
j 1\'I.IНXИ требуется переналадка, то она по времени осуществляется одновре\11'11110
с выпуском предыдущего изделия. Гибкое автоматизированное
произ1111
~П'I.Ю состоит
из гибких пРОUЗ80дстве1l1lblХ систе.А! (ГПС), которым
I 111
liicTHeHHaболее полная обработка деталей на одном рабочем месте.
В современном и лерспективном производстве определяющей cтaHOBI1Т""
j )1( 11стема«человек - машина)+. Человек за пультом - типичный модуль любой
111'4III:шодственнойсреды, которая требует от рабочего значительного психоII1111'I(::СКОГО
напряжения. Техника и технологии постоянно усложняются, 601.'j' 1()го, В извеегной мере, производсгвен.ная среда егановится враждебной по
11111(llllениюк человеку, Возникает необходимость экологизации производ• IIН"'IIЮЙсреды, защиты психики работающего человека, уменьшения им
1,11
Р,IТ энергии. Решение этих задач взяла на себя uнжеllерная психология.
«Сегодня всё делают компьютеРЫ!>J - эта расхожая фраза, конечно, не
111.t'laeT,что компьютер варит суп, изготовляет автомобильный кузов, соби11,1('1видеомагнитофон,
выпускает книгу или журнал, Однако он управляет
II'\IIIIКОЙ, промышленным оборудованием и средствами автоматизации, коIIIIJI,I<':
уже непосредственно делают нужные нам вещи.
'Iаким образом, технологические
процессы автоматизируются на ОСНОIlj' ,)I~M.Благодаря этому человек освобождается от непосредственного
учаI IIIH В производственных
операциях,
Функции, которые он выполнял
11,1111.llle,
в современном производстве выполняют машины. Физический труд
Результаты автоматизации
и компьютеризации производства
L
Автоматизация
I
.J
-
Замена человека автоматами в непосредственных
производственных условиях
Миниатюризация техники,
высвобождение производственных
площадей
-
Замена человека в опасных и вредных условиях деятельности
Повышение безопасности
условий труда
-
Преобладающая схема общения:
человек - автомат (человек ЭВМ)
Повышение комфортности
условий работы
1--
Сокращение персонала, малолюдные и безлюдные технологии
Эстетизация Производства,
совершенствование дизайна,
повышение культуры
1--
Совершенствование технологий,
повышение эффективности
пронзводства
Экологизация н гуманизация
производства
1--
Гибкость производства
(перенастраиваемость),
универсальность
Повышение надежности
оборудования
Уменьшение сроков и стоимости
ПОДготовки производства
Оперативность,эQxPeктивность
управления
Повышение уровня
профессиональных знаний,
умений персонала
Совершенствование
подготовки кадров
-
41
82
1'---;=::======
Внедрение в технопогические процессы ЭВМ
83
r
IIt14ICIIl'1111O
исключается. Роль человека сегодня - это контроль, наладка тех·
11111\11, vправление
ПРОИ3ВОДСТDОМ
посредством ЭВМ - преимущественно умI 11Н'lIllbI~i труд. Человека не MOryr заменить машины-автоматы
лишь там, где
11('4 )f)XO/\lIMbI
его интуиция, ОПЫТ, творчество.
В техническом смысле процесс автоматизации осуществляется следу11111~11\1 образом. Технический
объект (машина) оснащаются блоком управ1("lltH
микропроцессором,
благодаря которому машина становится
1'\)(II'paMMHOуправляемой, наделяется f(интеллектом~. Микропроцессор - это
\ I IроНство Ввиде интегральных микросхем, обрабатывающее согласно зало1,t'IIIIOj',программе цифровую информацию О СОСТОЯНИИ
И параметрах рабо11,1,к('х технических узлов машины. Цель этой обработки 3аКJIючается в TO~f,
'11 )fibl J]соответствии с программой шаг за шагом формировать и посылать
\ 111.,tl~Л}lющие
сигналы испол.нительным механизмам. Последние в соответ1111,11
(' получаемыми управляющими сигналами выполняют ту работу, для ко11111C'i'I
()JIИпредназначены.
IlporpaMМY работы микропроцессора составляет и закладывает человек.
I I,IHIII.ICдостоинства
микропроцессорной
техники - компактность. эконо\lII'III()(~I"',универсальность, массовость применения, HeBЫCO~ стоимость.
I\щ:дем основные понятия, связанные с автоматизациеи.
,laтO.Mam (от греч. аиtоmаtеs
~ самодействующий) - это самоупран '~H·\1.1}Iмашина, Она действует без участия человека и нуждается лишь
н 1I,1,I:I)tK(;11контроле за правильностью
поведения. АвтО.матика - тех11111\,1,
IlClUJючающая присутствие человека при выполнении каких·либо опеjI,IItllii.
l'l,бl{ое автоматизированное
производство
может быстро перена·
IР,IIIВ,ЛЪСЯна выпуск новой продукции. Это возможно благодаря смене
''\111Ы0Т<':РНЫХ
программ. Руководитсли ПРОИЗDодства могут оперативно
1\{(IC)тветствии с запросами рынка менять ассортимент выпускаемых ~здеII,i;. )J(есткая автоматизация применяется в массовом, крупносериином
1111(
III:IIЮДСТВС,
где не требуется быстрая пере наладка на выпуск 1I0BblXизде·
",ii (lIример - автоматическая линия). В оборудоваllие еще при разработ,:-е
1,1I\.laдывается программа его работы по выпуску определенных
изделии;
1111IIl'ЛI.•3Я перепрограммировать,
можно только заменить другим, новым.
I1 роизводство, где машины управляют машинами, а управляющие маши111,1
I\()IIТРОЛИРУЮТСЯ
также машинами, носит название вЫСО1СоавтОАtйmuзuj
j
I
1,1
I"НШ1111Оl0
проuзводствй.
1 (а производстве
микропроцессоры
используются как для управления
"1 t('}II,IIЫМИприборами, машинами. rdJ< и для централизованного
ynравле1111)1
1\l'iII>1МИ
теXllологическими процесса~1И. В обобщеНllOМ виде это можно
111н ',tCl
;lBllТb
так.
I\!lIкропроцессоры отдельных технических объектов собирают инфор1,lltlll!) об IIXсостоянии И посылают ее (в виде электрических сигналов) на
84
ItСllТРaJlЫIЫЙ управляющий компьютер. который обрабатывает
110CTYII.1
ющую информацию и выдает ее человеку (оператору). Тот оценивает pe,')';II,
таты обработки и принимает решения: посредством
пульта раССЫJli'(',
управляющие сигналы на исполнительные
механизмы машин (для поlV'('Р
жан ия хода технологического
процесса).
Таким образом, управление cObpemel-lНbIМнаукоемким ПРОИЗDОДСТН()М
осущес'Г8JlЯется с помощью автOftштuзuровйU1lbIX сиcmе..м.управлеuuя т("
lIологическими
процесса.л.и (АСУТП).
Чтобы внедрить такую систему в производство, необходимо СОЗ/Щ11,
('141
~lатематичсскую модель, которая закладывается в компьютер. Матемн 111'1(
екая модель представляет собой систему уравнений и зависимостей, K01'0PI,11
описывают протекание технологических
процессов. Если условия ПРОl('К.I
ния технологического
процесса меняются, на эти изменения реагирую 11\,11
чики, Их сигналы поступают в управляющий компьютер, который IНIOIII;
«проигрывает~
математическую
модель, обсчитывает
новые napaMt.'IIH,1
и сравнивает их с заданными. После этого компьютер посылает соо'rщ' 1
ствующ~е управляющие сигналы на технологическое оборудование, КОРР'"
тируя ход технологического
процесса.
На схеме отражены обязательные компонеНТbI любой АСУГП.
Составляющие
АСУТП
АСУТП
Техническое
обеспечение
Программное
обеспечение
Организационное
обеспечение
ТеХllическое обеспечение подразумевает подбор и компоновку 'Ю" ,."
11(Iческих средств (задействованных в технологическом процсссе) в ('ДIIII\I~t
("IICTeMY·
Прог.Ра..м..Аt1/.0еобеспечеllие
- это программ ы, написанные и нж(' If( '1.,1м11
11обеспечивающие алгоритм работы технологического
оБОРУДОВ3111111
Jt'lll
Ilравильной работы программ и точного ВЫПОЛllеllИЯтехнологии IICO()X~t
'11
\10 ПОЛУ'"lатьдостоверную информацию О протекании теХНОЛОПI IеСК()f()1IIIf
Itt'cca. о состоянии
инструментов
и оборудования,
о xapaKTcplH 11111,1
IlOлучаемых деталей. Сбор и анализ такой информации
СОСТ3I\}IЩ"1
(\ 11.
1
IIlIфОР_IШЦUО1lllOlO обеспечения.
85
t
ОргQН:UЗQЦUОll1юеобеспечеиuе
включает технологические
карты, рас-
поряжения. инструкции и др.
Обслуживающий
персоиал - это специалисты. умеющие запускать
АСУПТ. проводить ее проверку. профилактику устройств и т. п. Впрочем,
многие АСУПТ наделены (~интеллектом» и MOryгсами себя диагностировать,
как врач: устанавливать причину сбоя и сигнализировать об отказах. Требования к персоналу, обслуживающему такие автоматические системы, очень
высокие, так как АСУПТ имеет высокий уровень сложности.
~2
:
,,. ,.•
,,
, ,
.
ПрактическаR работа
Найдите в правой колонке основные
названных в левой колонке.
••
А.
Б.
В.
Г.
Те:r:нологии
Лазерная.
Плазменная.
Лучевая.
Компьютерная.
Д. Волоконная
- -
сферы применения
технологий,
.- -
Сферы применения
1. Химия, металлургия, машиностроение.
2. Транспорт, предприятия, заводы; учреждения, магазины;
управление, контроль, вычисление.
3. Передача информации, медицина; телевидение, военная техника.
4. Обработка материалов (сварка, резание и т. д.).
5. Размерная обработка микроотверстий, хирургия
Волоконная оптика, лазерная технология, электронно-лучеВая технология~ плазменные технологии, .микропроцессор, аВто.мат, аВтоматика, аВтоматизация произВодстВа, гибкое аВтоматизированное
проuзводство, АСУТп.
1. Какие компоненты необходимы ДЛЯ производства и обработки любых
конструкционных материалов?
2. Перечислите виды обработки конструкционных материалов.
4. Какие инновации отличают современные и перспективные производства?
5.. Чем и как помогает человеку компьютер в автоматизированном производстве?
6. Как работает АСУТП?
86
§ 1Понятие творчества
Согласны ли 8bIс утверждением, что 4СОМЫМ «tl'тlllltf
щест8а является с80бодное Время индиВида.?
"
Феномен творчества присущ человеку и 0'1«'111, 11
каК ДЛЯотдельной личности, так и для общеСТН:1111\('111
щество развивается благодаря новым идеям, KOTOPlllt'I
научные открытия, технические изобретеНИJI, фllJl4I1"ф
мировоззренческие
концепции и т. д. Давно 1"'ОДI\Н"II'I
новые идеи редко появляются в результате 1l0('I'l'II('IIIII,
менений, чаще это взрыв, скачок, резкий ВI,IX(l)\11111
ственно новый уровень. Как же осущеС'J'IIJlIЦ'1111
творческий «взрыв>.>?Можно ли проследить MCX:IIIII,il\,
чества и попытаться смоделировать его? - Об ЭТ(IМ11111
речь в настоящей главе.
Творческий процесс
Существует множество различных опре)\l')Н'IОIН 1
тия «творчество>.>.Например, по мнению амеРИЮIII(IН'"
ного п. Хилла, творчество - «это успешный По)Н'"'1\11,1
пределы известного. Оно дополняет знания, спо<,о IIIY
данию вещей, которые не были известны pallec", Ilt)lll,1
исследователь Матейко считает, что еущносп.> 'I'IШI)lI("
процесса заключается в реорганизации имеЮЩСI'О( н 11
и формировании на его основе новых комБИllal\llt',
11
87