Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОСОБИЕ ПО ПОДГОТОВКЕ К ЭКЗАМЕНАМ

для студентов экономических специальностей

Оглавление

1. Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении

1.1 Основные понятия

1.2 Технологические предпосылки механизации и автоматизации

1.3 Структура средств автоматизации и механизации

1.4 Методы автоматизации технологических процессов

1.5 Приводы средств автоматизации и механизации

1.6 Основы гибкой автоматизированной технологии

1.7 Автоматизация систем управления и проектирования

1.8 Подъемно-транспортные средства, манипуляторы, роботы, робототехнические комплексы, гибкие производственные системы

2. Социально-экономические основы развития прогрессивных технологических процессов

2.1 Технологические процессы с применением компьютеров

2.2 Биотехнологии

2.3 Лазерные технологии

2.4 Технологические процессы изготовления деталей и заготовок порошковой металлургией

2.5 Технологические процессы обработки материалов давлением

2.6 Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

2.7 Применение ультразвуковых колебаний в технологических процессах

2.8 Мембранная технология

2.9 Нанотехнология

3. Технологические процессы в строительстве

3.1 Производство строительных материалов

3.2 Стекломатериалы, применяемые в строительстве

3.3 Гидроизоляционные, герметизирующие, уплотняющие и кровельные материалы

3.4 Применение сборного и монолитного бетона в строительстве

3.5 Устройство дополнительной теплоизоляции зданий

4. Технологические процессы в деревообрабатывающей и мебельной промышленности

5. Технико-экономические расчеты вариантов технологических процессов

Литература



1. Механизация и автоматизация технологических процессов в машиностроении

1.1. Основные понятия

Предпосылками механизации и автоматизации являются: необходимость повышения качества выполняемой работы и производительности, снижения физических и нервных нагрузок на работника, улучшения условий его работы, устранение возможных факторов травматизма и профессиональных заболеваний исполнителя работы, повышение безопасности и социальной престижности труда.

Под механизацией технологических процессов понимают применение энергии неживой природы при выполнении технологических операций, полностью управляемых людьми, осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий труда, повышения производительности и качества работы, частичное выравнивание физических личностных особенностей работников. Механизация направлена на перевод отдельных ручных операций обработки изделий или других вспомогательных операций на обслуживание устройствами, управляемыми операторами. При механизации функции рабочего сводятся только к управлению работой, контролю качества, регулированию инструмента и оборудования.

Под автоматизацией технологических процессов понимают применение энергии неживой природы для выполнения этих процессов или их составных частей и управления ими без непосредственного участия людей, осуществляемое с целью повышения (часто радикального) качества выполнения операций и производительности, сокращения затрат ресурсов, улучшения условий труда, устранения производственного травматизма повышения качества производимых изделий. При автоматизации человек освобождается от непосредственного выполнения функций управления технологическими процессами. Эти функции передаются специальным управляющим устройствам. Роль работника сводится к наблюдению и контролю за работой приборов, технологического инструмента и оборудования, их наладке, к включению и выключению станка, автомата, линии, смене инструмента и его наладке. Характер, содержание работы и ее социальная престижность коренным образом меняется (сравнить работу грузчика и оператора автоматической погрузочно-разгрузочной машины).

Различают следующие виды механизации и автоматизации: первичная и вторичная, частичная и полная, единичная и комплексная.

Под первичной механизацией или автоматизацией понимают механизацию или автоматизацию техпроцессов, в которых до их проведения использовалась только энергия человека. Вторичная - когда до их проведения использовалась также и энергия неживой природы.

Под частичной механизацией или автоматизацией понимают такие действия, при которых часть затрат энергии людей заменена затратами энергии неживой природы. При полной механизации и автоматизации затраты энергии людей полностью заменены энергией неживой природы.

Единичная механизация или автоматизация - частичная или полная механизация или автоматизация одной составной части техпроцесса, исключая управление комплекса. При комплексной механизации или автоматизации осуществляют частичную или полную механизацию или автоматизацию двух или более первичных составных частей техпроцесса.

1.2 Технологические предпосылки механизации и автоматизации

Технологические предпосылки автоматизации требуют определенной технологической подготовки, которая включает специализацию, унификацию и типизацию технологических процессов, технологической оснастки, оборудования, стандартизацию и нормализацию конструкций выпускаемых изделий с целью разработки групповых техпроцессов, повышения уровня технологичности изготовления изделия, включая процессы обработки, сборки, испытания и отладки. Огромное значение имеет при этом выполнение всех видов работ на высочайшем уровне качества.

Техническая и экономическая эффективность внедрения средств автоматизации и механизации зависит от уровня технологической подготовки и организации производства, стабильности качества сырья, материалов, комплектующих изделий, стабильности технологических параметров во время выполнения процесса.

Основное условие автоматизации технологических процессов - поточность изготовления изделий, типизация и интенсификация технологических процессов, а также соответствие методов автоматизации характеру производства.

Поточность производства изделия - последовательное расположение рабочих позиций инструмента для выполнения операций в соответствии с принятым технологическим процессом. Такое расположение рабочих позиций исключает встречное движение средств механизации или автоматизации при перемещении предмета труда и сокращает протяженность пути и времени.

Типизация и унификация применяемых технологических процессов позволяет значительно сократить номенклатуру технологического инструмента и оборудования, упорядочить число технологических операций и переходов. Типизация технологических процессов - группирование обрабатываемых изделий по общим технологическим признакам: общности формы, размеров, свойств, параметров техпроцесса.

В условиях серийного и даже крупносерийного производства решить проблему эффективной автоматизации без типизации невозможно из-за низкой загрузки оборудования, частой его переналадки. Применение типовых унифицированных процессов создает возможность для разработки типовых загрузочных устройств, существенного сокращения их количества и соответственно затрат при проектировании и изготовлении.

Концентрация операций в результате их объединения в одном технологическом устройстве позволяет сократить число промежуточных операций, например, многократного закрепления и ориентации заготовки в пространстве. Концентрация и интенсификация технологических процессов не должна влиять на их устойчивость. Техпроцесс считается устойчивым, если допустимые технологическими условиями колебания параметров (физико-механических, химических, пластических свойств материала, температурного интервала обработки, износа инструмента, контактного трения, давления и т. п.) не вызывают нарушений хода технологического процесса. Для устойчивости технологического процесса следует его проводить при оптимально стабильных параметрах составляющих его элементов. При использовании средств автоматизации часто приходится ужесточить требования к стабильности свойств, размерам,

точности формы заготовки, технологическим и качественным параметрам. Это особенно важно при создании автоматических линий, так как остановка лишь одного загрузочного или передающего устройства приводит к простою дорогостоящего оборудования всей линии.

Основными предпосылками автоматизации являются:

1) наивысшая степень прогрессивности технологического процесса;

2) требования обеспечения высокого качества выполняемых работ на всех стадиях производственного процесса, в т.ч. материалов, сырья, комплектующих изделий, полуфабрикатов, конструкторской и технологической подготовки;

3) углубление специализации производства;

4) высокая надежность и безукоризненная работа инструмента, приборов и оборудования;

5) высокая степень стандартизации, унификации и типизации всех элементов производственного процесса;

6) технологическая и экономическая гибкость производственной системы;

7) высокий профессионализм производственного персонала;

8) техническая и социально-экономическая целесообразность.

1.3 Структура средств автоматизации и механизации

Производство характеризуется большим разнообразием: применяемых материалов и их свойств; видов заготовок (штучная, многоштучная, непрерывная лента, проволока, полоса и т. п.); условий их обработки (холодная, горячая, в вакууме, под избыточным давлением); характером технологических операций (нагрев, охлаждение, разделение, помол, прессование, пластическое формоизменение, разрушение и т. п.); числом операций, выполняемых на технологическом оборудовании. Каждая из этих особенностей накладывает свои требования на структуру (состав), принцип действия и конструкцию применяемых средств автоматизации. Вместе с тем основные элементы этих средств могут быть объединены в группы в соответствии с общими признаками. Например, средство автоматизации технологического процесса штамповки включает устройство для загрузки и ориентации заготовок (УО3), устройство для подачи заготовок (УП3), устройство для межоперационного транспортирования заготовок (УМТ), устройство удаления деталей (УУД), устройство для удаления отходов (УУО), устройство для складирования деталей (УСД), устройство для механизации процесса смены штамповой оснастки (УСШ). Надежная и безаварийная работа средств автоматизации поддерживается контрольно-блокирующим устройством (КБУ), в функции которого входят контроль правильности положения заготовки и последовательности выполнения устройствами автоматизации движения.

Средства автоматизации и механизации по выполняемым технологическим функциям обычно подразделяют на автоматизирующие и механизирующие основные технологические и вспомогательные операции. В зависимости от вида исходной заготовки средства механизации и автоматизации основных технологических операций разделяют на средства, работающие от штучной заготовки или непрерывной (длинномерной) заготовки. Общность устройств первого типа заключается в том, что необходимо непрерывно осуществлять процесс ориентации, фиксации и подачи штучных заготовок в зону обработки. При этом повышается требование к ориентации, контролю правильности положения заготовки и блокированию технологического оборудования.

1.4 Методы автоматизации технологических процессов

Принципиальные идеи автоматизации, практические и конструктивные пути ее воплощения зависят от характера и типа производства. Автоматизация техпроцессов развивается либо путем оснащения средствами автоматизации универсальных машин, либо путем создания специального или специализированного автоматического оборудования. В серийном и крупносерийном производстве целесообразно создание и применение переналаживаемых линий на базе универсального оборудования. Специальное или специализированное оборудование применяется главным образом в массовом производстве. Например, одно- или многопозиционные прессы-автоматы, горяче- и холодноштамповочные прессы-автоматы.

Принципиально новый подход к решению проблемы автоматизации главным образом в мелкосерийном серийном производстве - это оснащение технологических машин системами программного управления, создание обрабатывающих центров с управлением от ЭВМ. Широкие возможности открывает применение в производстве промышленных роботов, так как это позволяет автоматизировать технологические процессы, которые традиционными средствами трудно осуществить; обеспечить быструю и простую переналадку на новый технологический процесс, что способствует гибкости производства; создает условия для организации комплексно автоматизированных участков и цехов; повысить качество продукции и объемы ее выпуска; изменить условия труда работающих за счет освобождения их от монотонного, тяжелого, неквалифицированного и опасного труда; сократить номенклатуру средств автоматизации, затраты на их разработку и сроки их внедрения.

1.5 Приводы средств автоматизации и механизации

Привод - одна из основных частей любого средства автоматизации и механизации. Под приводом понимается система, состоящая из двигателя и преобразующего механизма, который служит для передачи энергии от двигателя к рабочему органу. Приводы должны обладать определенными свойствами: плавностью разгона и торможения; быстродействием; малой инерционностью; высоким коэффициентом полезного действия.

В зависимости от типа двигателя приводы делятся на электрические, пневматические, гидравлические, комбинированные, двигатели внутреннего сгорания, турбодвигатели. Наибольшее распространение в промышленности получил электропривод. Используются электродвигатели различного типа: постоянного и переменного тока, синхронные и асинхронные, шаговые, высокомоментные и т. д. Большие перспективы имеют гидроприводы, которые могут быть изготовлены в виде гидромоторов, гидроцилиндров и гидрокамер. Они отличаются высокой мощностью, плавностью разгона и торможения, относительно небольшими габаритами. В зависимости от назначения приводы разделяются на силовые и приводы перемещения. Силовые приводы после завершения перемещения рабочего органа создают на нем заданное усилие (крутящий момент). Например, привод перемещения тележки манипулятора - кинематический, а привод захвата руки манипулятора - силовой.

Принято различать приводы индивидуальные и групповые, однодвигательные и многодвигательные.

Выбор типа привода зависит от многих факторов: от особенностей автоматизирующих устройств, мощности, наличия источников энергии, требования к габаритам двигателя, быстродействия срабатывания, безопасности и т. д. При этом стремятся получить его минимальные размеры, высокие энергетические показатели, возможность работы в режиме автоматического управления и регулирования с обеспечением оптимальных законов разгона и торможения при минимальном времени переходных процессов; быстродействие, легкость включения и отключения; возможность встраивания систем охлаждения и терморегулирования для обеспечения приемлемых режимов работы и стабильности его характеристик, удобство монтажа и ремонта, низкий уровень шума.

Преобразующие механизмы выбирают в зависимости от характера движения ведомого звена (вращательное или поступательное, непрерывное или прерывистое). Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное могут быть выполнены в виде рычажно-шатунной системы, кулачкового механизма, зубчатореечного и т. п. Наибольшее распространение получили кривошипные механизмы.

1.6 Основы гибкой автоматизированной технологии

Большинство производств имеет серийный и индивидуальный тип и требует частых переналадок оборудования, а это сопряжено со значительными временными потерями, поэтому были созданы гибкие системы. Гибкое производство позволяет за короткое время, при минимальных затратах переходить на другие технологические процессы, осуществляемые на одном и том же оборудовании.

По степени гибкости существует четыре группы производств: 1) оборудование предназначено только для выполнения одного технологического процесса; 2) эта группа основана на использовании нескольких видов оборудования, которые по мере необходимости при изменении технологического процесса периодически включаются в работу; 3) эта группа использует оборудование с числовым программным управлением, которое быстро переналаживает инструмент, режимы технологического процесса и оборудование в соответствии с потребностями производства; 4) группа основана на гибкой технологии производства и оборудования - переход на выпуск новой продукции осуществляется автоматически.

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) позволяет: сократить сроки освоения новой продукции; повысить качество продукции и производительность; сократить производственный цикл; снизить эксплуатационные затраты; улучшить условия труда. Основным звеном ГАП является гибкая производственная система (ГПС).

Гибкая производственная система (ГПС) представляет собой совокупность в разных сочетаниях оборудования с числовым программным управлением (ЧГГУ), роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающую свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. Понятие гибкости производственной системы является неоднозначным. Различают структурную и технологическую гибкость.

Структурная гибкость предусматривает возможность выбора последовательности обработки или сборки, наращивания системы на основе модульного принципа и выполнения работы на аналогичном оборудовании при выходе из строя любой из единиц оборудования, входящих в систему.

Технологическая гибкость определяется по способности выполнять на имеющемся оборудовании обработку группы различных деталей без переналадки или с незначительными переналадками. Для систем с широкой и непрерывно изменяющейся номенклатурой обрабатываемых деталей наиболее приемлемым является технологический принцип организации гибкой структуры, что обеспечивает наиболее эффективное использование оборудования и позволяет сократить численность работающих.

По организационной структуре ГПС делят на следующие виды: гибкий производственный модуль (ГПМ), робототизированный технологический комплекс (РТК), гибкая автоматизированная линия (ГАЛ), гибкий автоматизированный участок (ГАУ), гибкий автоматизированный цех (ГАЦ).

Гибкий производственный модуль - составная часть ГПС, представляющая собой единицу технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему.

Робототехнический комплекс (РТК) представляет автономно функционирующую совокупность технологического оборудования, робота и средств их оснащения.

Гибкая автоматизированная линия - производственная система, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок - гибкая производственная система, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

Гибкий автоматизированный цех - гибкая производственная система, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных линий, роботизированных технологических участков для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Гибкие производственные системы основаны на широком применении современного программно-управляемого технологического оборудования, микропроцессорных вычислительных средств и робототехнических систем.

При комплектовании ГПС технологическим оборудованием возможны различные варианты. Например, участки могут создаваться из однотипных многоцелевых станков или функционально дополняющих друг друга одноцелевых станков (фрезерных, сверлильных и др.). Наибольшее развитие ГПС получили в механообработке и значительно меньшее - в сборочных процессах. Эти системы обеспечивают высокий уровень автоматизации технологических процессов и значительное повышение производительности труда, сокращают цикл производства сложных деталей, улучшают использование основного оборудования и повышают качество выпускаемой продукции.

В перспективе ГПС являются составными элементами автоматических заводов серийного производства, обеспечивающих комплексное решение задач, связанных с изготовлением продукции и управлением предприятием.

Внедрение ГПС дает большой экономический эффект и вызывает важные изменения в производстве, что проявляется в повышении культуры труда, исключении тяжелого физического труда и улучшении техники безопасности.

Однако ГПС не может заменить все виды производства. При больших размерах партий однотипных деталей целесообразно использовать жесткие автоматические и роторные линии станков. В условиях единичного производства более выгодно применение универсального оборудования, обслуживаемого высококвалифицированными рабочими. Промежуточное положение между этими двумя видами производства занимает ГПС.

При переходе к гибким производственным системам и гибким автоматизированным участкам эффективность использования оборудования повышается в 2...3 раза за счет сокращения времени на переналадку. Коэффициент использования машинного времени станков повышается до 0,85...0,9 (по сравнению с 0,4...0,6), а коэффициент сменности их работы - до 2,5. Существенно сокращается в 6...10 раз цикл обработки деталей. Однако создание ГПС связано со значительными затратами и во всех случаях необходимо оценивать технико-экономическую и организационную эффективность от их внедрения.

Показателями экономической эффективности от внедрения ГПС являются коэффициент окупаемости, годовой экономический эффект, коэффициент повышения производительности труда, коэффициент приращения стоимости обработки продукции на одного работающего, фондоотдача.

Эффективность оценивается коэффициентом использования оборудования, коэффициентом сменности и загрузки оборудования, коэффициентом гибкости и показателями надежности.

Важным элементом ГПС является робот, предшественником которого был манипулятор. Его появление связано с необходимостью облегчить физическую работу при манипулировании тяжелыми заготовками в процессе их обработки (кузнечный манипулятор начали применять в первой половине XX в.). Манипулятором управлял оператор, который задавал определенные команды, траекторию перемещения механической руки (захвата), горизонтального и вертикального движения самого устройства (манипулятора). Манипуляторы нашли широкое распространение и при выполнении работ в условиях высоких температур, радиации, агрессивной химической среды.

Робот представляет собой перепрограммируемый манипулятор, который способен работать автономно, без непосредственного управления человеком. Это новый тип устройства, которое может легко встраиваться в технологические линии, выполнять не только вспомогательные, но и рабочие операции, производить измерения, менять инструмент и его положение в пространстве, выбирать режимы обработки заготовок и даже устранять появляющиеся неполадки.

Промышленный робот - перепрограммируемое многофункциональное устройство, предназначенное для выполнения вспомогательных (захвата, подъема, подачи, смены, транспортировки и манипулирования заготовки или детали, инструментов или технологической оснастки) и рабочих (сварки, сборки, окраски и т. д.) операций с помощью специальных устройств, управляемых соответствующей программой.

Известно три поколения роботов. Первое поколение (ПР) характеризуются жестко запрограммированными операциями для заданного технологического процесса. Второе поколение роботов (АР), оснащенные устройством адаптивного управления и могут реагировать на изменения параметров окружающей среды с помощью датчиков обратной связи. Механическая часть ПР и АР практически одинакова, но система управления АР сложнее. Третье поколение роботов (РИИ) имеет искусственный интеллект, РИИ оснащены мощными ЭВМ, они значительно сложнее и по механической части. Программа его действий формируется в процессе его функционирования на базе сопоставления параметров внешней среды и заданной модели. РИИ может вести непрерывную связь с человеком на естественном или искусственном языке.

Роботы еще отличаются друг от друга в зависимости: от числа степеней подвижности (с двумя, тремя, четырьмя и более степенями подвижности); возможности перемещения (стационарные, подвижные); способа установки на рабочем месте (напольные, подвесные и встроенные); вида привода (электромеханические, гидравлические, пневматические и т. д.); способа программирования (программируемые обучением, программируемые аналитически); вида системы координат (работающие в прямоугольной, цилиндрической, сферической, угловой и др. системах координат); назначения (технологические, подъемно-транспортные, контролирующие, сварочные, окрасочные, сборочные и т. д.).

Структурно роботы состоят из трех основных компонентов -механической руки (рабочего органа), привода и управляющей системы, включающей датчики определения параметров внешней среды и управляющей ЭВМ.

1.7 Автоматизация систем управления и проектирования

Автоматизации обработки информации на производстве включает в себя два процесса: создание и использование автоматизированных систем управления (АСУ) и систем автоматизированного проектирования (САПР).

АСУ - система «человек-машина», обеспечивающая эффективное функционирование объекта, в которой сбор и обработка информации, необходимой для реализации функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники.

САПР - система «человек - машина», обеспечивающая эффективное проектирование (создание, разработку) объекта, в процессе которого сбор и обработка необходимой информации, а также выдача результатов осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники.

В зависимости от производственного объекта существуют различные АСУ и САПР. Например, автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП), автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) - система автоматизированного проектирования технологического процесса, автоматизированная система управления предприятием (АСУП).

Классифицировать автоматизированные системы управления можно на три класса. К первому классу будут относить АСУ, в которых объектом управления являются люди, например АСОУ - автоматизированная система организационного управления. Ко второму классу - АСУ, в которых объект управления являются машины, например АСУТП. К третьему - интегрированные АСУ (ИАСУ), в которых объектом управления являются люди и машины.

К таким АСУ относятся автоматизированные системы управления предприятием (АСУП) или интегрированные системы управления предприятием (ИСУП).

АСУП представляют собой комплексные и сложные системы управления. Поэтому при проектировании и эксплуатации они делятся на подсистемы.

Выделяют две группы подсистем: функциональные и обеспечивающие. Функциональные подсистемы: технико-экономическое планирование, оперативное управление основным производством, материально-техническое снабжение и сбыт, техническая подготовка производства, управление качеством, бухгалтерский учет.

Обеспечивающие подсистемы: техническое обеспечение, математическое и программное обеспечение, информационное обеспечение.

Среди современных ИСУП широкое применение находят «1С:Предприятие», «Галактика», «Парус» и др.

Например, ИСУП «Галактика» предназначена для использования при создании единой автоматизированной системы управления на современном предприятии. Эта система содержит 4 управленческих контура: контур административного управления; контур оперативного управления; контур управления производством; контур бухгалтерского учета.

Таким образом, информация и знание всегда являлись важными составляющими экономического роста, а развитие технологии во многом определило производительность общества, уровень жизни, а также социальные формы экономической организации.

На современное общество большое влияние оказывает накопленный научно-технический потенциал, особенно достижения в таких перспективных сферах, как микроэлектроника и электронная технология сбора, обработки и использования информации, что должно привести к третьей промышленной революции.

1.8 Подъемно-транспортные средства, манипуляторы, роботы, робототехнические комплексы, гибкие производственные системы

Подъемно-транспортные устройства и механизмы (ПТМ) нашли широкое применение при перемещении, подъеме заготовок, технологического инструмента и оборудования, готовой продукции, различных грузов при строительстве, ремонте, монтаже. Они бывают универсальные, специализированные и специальные.

Подъемные устройства характеризуются прерывистостью работы; к ним относятся тельферы, краны, краны-штабелеры, подъемники, лифты. В цехах наибольшее распространение получили так называемые мостовые краны, которые состоят из трех механизмов: подъема, перемещения тележки поперек пролета вдоль рамы крана, перемещения моста (рамы) вдоль пролета цеха по подкрановым рельсам, установленным на выступах колонн. Мостовые краны имеют электрический привод от сети трехфазного тока, надежные тормозные системы, предотвращающие самопроизвольное опускание грузов и смещение тележки вдоль пролета. Число мостовых кранов определяют из расчета один кран на каждые 60-100 м длины пролета, но в каждом конкретном случае количество кранов уточняется в зависимости от характера работы и вида грузов. Грузоподъемность двухбалочных опорных мостовых кранов от 10 т до 250 т. Мостовые краны грузоподъемностью 20 т и выше имеют по два крюка: один главный, другой вспомогательный. Управление осуществляется из кабины, установленной на мосту крана. Скорость перемещения мостовых кранов до 120 м/мин. При наличии у крана двух крюков грузоподъемность указывают дробью: в числителе для главного крюка, в знаменателе для вспомогательного.

Для транспортирования и механизации установки технологических инструментов и оборудования, перемещения, подъема и опускания различных грузов применяют электро- и автопогрузчики, авто-и электроплатформы различной грузоподъемности и конструкции. Максимальная скорость передвижения электропогрузчиков с грузом по горизонтали 10 км/час, автопогрузчиков- 15 км/час, электрокар-18 км/час, внутри цеха скорость перемещения свыше 5 км/час не допускается.

Широко в массовом производстве применяются конвейеры и транспортеры различного вида и типа, рельсовые и безрельсовые тележки, ленточные транспортеры, пластинчатые и цепные конвейеры. Особенно эффективны так называемые подвесные цепные конвейеры с несущей цепью и толкающие конвейеры с программным управлением. Толкающий конвейер имеет два подвесных пути, расположенных один над другим. По верхнему пути движутся тележки, связанные с тяговой цепью, по нижнему - тележки с подвесками транспортируемых грузов, передвигаемых кулаками тянущей цепи.

Применять непрерывный транспорт рекомендуется при длине трассы до 300 м. Для обслуживания складов применяют специальные погрузчики - напольные безрельсовые штабелеры, поднимающие грузы на высоту более 7 м мостовые краны - штабелеры. Они складируют и извлекают заготовки, полуфабрикаты, готовые изделия и технологический инструмент в многоярусных стеллажах, что позволяет существенно повысить уровень использования производственных и складских площадей.

автоматизация проектирование механизация робототехнический конвейер

2. Социально-экономические основы развития прогрессивных технологических процессов

Значительная роль в реализации инновационной программы на 2006 - 2010 гг. принадлежит прогрессивным технологическим процессам. Разработанная программа развития инновационной деятельности предусматривает ориентацию на имеющийся в республике научно-технический потенциал, на его максимальное вовлечение в инновационный процесс. Научной базой послужили результаты исследований, выполненных в НАН Беларуси и других научных учреждениях. Республика Беларусь обладает: выгодным географическим и геополитическим положением; развитой системой транспортных коммуникаций и производственной инфраструктурой; значительными земельными, водными, лесными, торфяными ресурсами, а также полезными ископаемыми (нефть, сланцы, бурый уголь, железная руда, поваренная соль, калийные удобрения); высоким общеобразовательным уровнем населения и сложившейся системой подготовки квалифицированных кадров; значительным научно-техническим потенциалом; многоотраслевым промышленным комплексом; мощной строительной базой, многовекторными внешнеэкономическими связями. Для успешного выполнения разработанной инновационной программы необходимо особое внимание уделять внедрению в производство прогрессивных технологических процессов.

Прогрессивные технологические процессы характеризуются следующими признаками: обеспечивают высокое качество изготавливаемых изделий (выполнения работ), уменьшают затраты ресурсов (сырья, материалов, энергии, инструмента, оборудования, технологических смазок, трудозатрат, производственных площадей и т. д.), уменьшают загрязнение окружающей среды и улучшают экологиче-

скую ситуацию, расширяют технологические возможности и перспективу развития процесса, повышают производительность труда и безопасность выполнения операций, улучшают условия труда. Каждая отрасль промышленности на определенном этапе своего развития применяет достаточно много различных прогрессивных технологических процессов, инструмента и оборудования. Однако есть такие технологические процессы, которые произвели революционные изменения во многих отраслях производственной и интеллектуальной деятельности человека. К таким прогрессивным технологиям следует отнести: информационные, лазерные и ультразвуковые; порошковую металлургию; биотехнологию; технологические процессы, выполняемые в вакууме и под высоким давлением, электрофизические и электрохимические, и многие другие.

2.1 Технологические процессы с применением компьютеров

Многие технологические процессы, отличающиеся сложностью связей многочисленных компонентов и необходимостью переработки огромного объема информации, их невозможно реализовать без применения современной информационной технологии и техники. Здесь достаточно привести примеры запуска и управления космическими объектами; обеспечение функционирования автоматических производственных систем; управление сложным энергетическим хозяйством предприятия, города и республики; комплексное медицинское обследование (сердечно-сосудистой системы и головного мозга человека), прогнозирование погоды и многое др. На производстве значительные изменения произошли при внедрении компьютерных технологий при разработке чертежей инструмента и различных технологических устройств, моделировании технологических процессов и испытании новых видов техники, управлении сложными технологическими процессами и оборудованием, организации материально-технического обеспечения производства, ведении организационно-распорядительной документации и др.

Разработка чертежа изделий различного назначения на предприятии требует значительных трудозатрат квалифицированных специалистов. Конструкторская работа часто может быть сравнена с искусством, так как требует использования огромного массива данных и большого умения на практике оптимально сочетать в одном изделии различные конструкционные элементы. Чертеж изделия должен быть выполнен качественно, давать четкое представление о конструкции, не допускать неопределенных толкований, максимально использовать стандартные и унифицированные элементы, быть удобным в обращении и хранении, допускать многократное тиражирование. Традиционный, старый технологический процесс разработки чертежей базировался на применении конструктором чертежного инструмента (карандаша, циркуля, резинки, линейки, угольника и т. д.), кульмана (чертежной установки), ватмана (чертежной бумаги), огромного количества справочников, стандартов, в том числе ЕСКД - единой стандартной конструкторской документации. Чертеж изделия выполнялся конструктором в карандаше в выбранном масштабе, проходил тщательную проверку на отсутствие ошибок и соблюдение действующих стандартов и нормативных документов, затем на кальку с так называемого белка снимали копию, которая являлась исходным материалом для тиражирования чертежа. Качество выполненного чертежа определялось многими субъективными параметрами и часто было не безупречно. Кроме того хранение и поиск таких чертежей требовал больших затрат ресурсов, в том числе и архивных площадей с соответствующим оборудованием.

В настоящее время на большинстве современных предприятий внедрен технологический процесс компьютерного выполнения графических работ с использованием специальных программ и огромной базы данных по стандартам, нормалям и др. информационным материалам. Чертеж изделия выполняется конструктором на компьютере в требуемом масштабе с высочайшей точностью, все его конструктивные элементы (болты, винты, гайки, шайбы; пневматическая, гидравлическая и электрическая аппаратура, стандартные изделия и мн. др.) практически мгновенно вызываются из базы данных и устанавливаются в нужном месте. Для хранения, размножения, изменения, передачи исполнителю на рабочее место затрачиваются минимальные ресурсы. Кроме того, при использовании обрабатывающего оборудования с программным управлением, чертеж в электронном виде вводится в систему управления станком и таким образом реализуется полная (комплексная) автоматизация технологического процесса. Внесение изменений в конструкцию изделия не представляет сложности и может оперативно фиксироваться в электронном варианте. Согласование конструкторских решений с заинтересованными организациями, расположенными на большом расстоянии, упрощается при минимальных затратах времени и финансовых ресурсов. Передача конструкторской документации в любую точку земного шара может быть эффективно осуществлена по электронной почте.

Аналогичные революционные изменения при применении компьютеров произошли и при разработке и оформлении технологической документации. Особая роль компьютеры занимают при разработке сложных, многокомпонентных технологических процессов, требующих трудоемких расчетов и проведения моделирования. В частности, компьютерное моделирование процесса пластического формоизменения металлов и сплавов позволяет значительно ускорить и избежать ошибок при разработке технологического процесса штамповки и проектировании штампов, которые часто являются достаточно дорогостоящей технологической оснасткой и инженерные упущения и ошибки при проектировании и изготовлении могут принести большие убытки. Компьютерное моделирование процесса формирования заготовки или детали в полости штампа позволяет выбрать наиболее оптимальную форму, размеры и температуру обработки заготовки, а также параметры и количество ручьев, которые обеспечивают наиболее высокое качество получаемой штампованной поковки или детали при минимальных давлениях на контактной (рабочей) поверхности деформирующего инструмента, что повышает в несколько раз его долговечность. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет существенно уменьшить отходы материала, коэффициент использования металла может достигать до 0,95, также можно уменьшить расход дорогостоящей штамповой стали за счет оптимизации и повышения геометрической точности формы и размеров рабочих частей штампов и пресс-форм.

Невозможно переоценить применение компьютерного моделирования при исследовании динамических процессов, для прогнозирования изменения погоды и развития землетрясений на земле, для медицинского обследования организма человека, при выборе оптимальной формы конструкции автомобиля или летательного аппарата для снижения аэродинамического сопротивления при движении, при прогнозировании поведения автомобиля или самолета в критических ситуациях. Современные тренажеры, используемые в различных целях, невозможно представить без применения элементов компьютерного моделирования.

Компьютерные технологии произвели революционные изменения в редакционно-издательском и типографском деле: фантастически повысили качество типографской продукции и производительность процесса, расширили технологические возможности. Невозможно переоценить эффективность и значение компьютерного медицинского обследования состояния больного и объективной оценки возможностей его организма.

2.2 Биотехнологии

Вторая половина XX ст. отмечена интенсивным развитием биотехнологий. Биотехнологией называют промышленную технологию получения ценных продуктов из исходного сырья с помощью микроорганизмов. Биотехнологические процессы известны с древних времен: хлебопечение, приготовление вина и пива, сыра, уксуса, молочнокислых продуктов, биоочистка воды, борьба с вредителями растительного и животного мира, обработка кожи, растительных волокон, получение органических удобрений и т. д. Научные основы были заложены в IX в. французским ученым Л. Пастером (1822-1895), положившим начало микробиологии. Этому способствовало, с одной стороны, бурное развитие молекулярной биологии и генетики, биохимии и биофизики, с другой стороны, возникновение проблемы нехватки продовольствия, минеральных ресурсов, энергии, медпрепаратов, ухудшения экологической ситуации. В современном понимании в сферу биотехнологии включают генетическую и клеточную инженерию, цель которых - изменение наследственных механизмов функционирования организмов для управления деятельностью живых существ. Биотехнология тесно связана с технической микробиологией и биохимией. В ней также применяются многие методы химических технологии, особенно на конечных этапах производственного процесса, при выделении веществ, например, из биомассы.

В основе биотехнологии лежит микробиологический синтез, т. е. культивирование выбранных микроорганизмов в питательной среде определенного состава. Мир микроорганизмов - мельчайших, преимущественно одноклеточных организмов (бактерии, микроскопические грибы, водоросли и др.) - чрезвычайно обширен и разнообразен. Размножаются они чаще всего простым делением клеток, иногда почкованием или другими бесполыми способами.

Микроорганизмы характеризуются самыми разнообразными физиологическими и биохимическими свойствами. Для некоторых из них, так называемых анаэробов, не нужен кислород воздуха, другие отлично растут на дне океана в сульфидных источниках при температуре 250°С, третьи выбрали себе в качестве среды обитания ядерные реакторы. Есть микроорганизмы, сохраняющие жизнеспособность в глубоком вакууме, а есть и такие, которым ни почем давление в 1 000-1 400 ат. Необычайная устойчивость микроорганизмов позволяет им занимать крайние границы биосферы: их обнаруживают в грунте океана на глубине 11 км, в атмосфере на высоте более 20 км. Микроорганизмы широко распространены в природе, в грамме почвы их может содержаться до 2-3 млрд. В микроорганизмах многие процессы биосинтеза и энергетического обмена, например, транспорт электронов и синтез белка, протекает аналогично тем же процессам, что в клетках высших растений и животных.

Однако микроорганизмам присущи и специфические ферментные и биохимические реакции, на которых основана их способность разлагать целлюлозу, лингин, углеводороды нефти, воск и другие вещества. Существуют микроорганизмы, способные усваивать молекулярный азот, синтезировать белок, вырабатывать множество биологически активных веществ (антибиотики, ферменты, витамины и др.). На этом основано применение микроорганизмов для получения самых разнообразных продуктов. Причем в современной биотехнологии все активнее применяются не целые организмы, а их составляющие: живые клетки, различного рода структуры, являющиеся их частями, и биологические молекулы.

Сейчас с помощью биотехнологий получают антибиотики, витамины, аминокислоты, белки, спирты, кормовые добавки для животных, кисломолочную продукцию и многое другое. Интерес к использованию биотехнологий постоянно возрастает в различных отраслях деятельности человека: в энергетике, пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве, химической промышленности и т. д. Это объясняется в первую очередь возможностью применения в качестве сырья возобновляемых ресурсов (биомассы), а также экономией энергии. Например, такие вещества, как аммиак, глицерин, метанол, фенол, производить выгодней биотехнологией, чем химическими способами.

Перспективным направлением развития биотехнологии является разработка и внедрение в практику микробиологических способов получения различных металлов. Как известно, микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ в природе. Установлено, что они причастны к процессу образования рудных ископаемых. Так в начале двадцатого столетия на одном старом отработанном медном руднике было обнаружено в откаченном из шахты водном растворе огромное количество меди, которая была произведена бактериями из сернистых соединений меди. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды меди, бактерии превращают их в легко растворимые соединения, причем процесс протекает очень быстро. Микроорганизмы способны перерабатывать не только медные соединения, но и извлекать из руды железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий, свинец, висмут, уран, золото, германий, рений и многие др. Особенно эффективно использование бактерий на завершающей стадии эксплуатации рудников, при переработки отвалов. Внедрение геомикробиологической технологии позволит вовлечь в промышленное использование труднодоступные, глубинные залежи полезных ископаемых. После соответствующих подготовительных работ достаточно будет погрузить на нужную глубину трубы и подвести по ним к рудной породе биораствор. Проходя через породу, раствор обогатиться теми или иными металлами, и поднятый на поверхность вынесет необходимые природные ископаемые. Отпадает необходимость строительства дорогостоящих шахт, уменьшиться нежелательная нагрузка на экологическую ситуацию, высвобождаются большие площади земли, занимаемыми шахтами, отвалами и обогатительными предприятиями, сократятся расходы на очистку атмосферы, земли и сточных вод, значительно снизится себестоимость добытых полезных ископаемых.

Интенсивное развитие и расширение применения биологических процессов при производстве медицинских препаратов, белков и кормов, органических удобрений, продуктов питания на основе брожения, горючих газов и жидкостей, микроорганизмов для очистки жидкой и воздушной среды обитания живого мира является весьма актуальной и высокоэффективной задачей экономики Республики Беларусь. Нельзя пренебрегать возможностью использования биотехнологий при разработке нетрадиционных способов получения энергетических ресурсов. Превращение биомассы в биогаз дает возможность получить 50-80% потенциальной энергии, не загрязняя окружающую среду.

Биотехнология сегодня имеет следующие направления:

1) промышленную биотехнологию (микробиологический синтез);

2) генетическую и клеточную инженерию;

3) инженерную энзимо-логию (белковую инженерию).

Промышленная биотехнология реализует процессы, которые проводятся в искусственных производственных условиях с целью получения пекарских, винных и кормовых дрожжей, вакцин, белково-витаминных концентратов (БВК), средств защиты растений, заквасок для кисломолочных продуктов и силосования кормов, почвоудобрительньгх препаратов, антибиотиков, гормонов, ферментов, аминокислот, витаминов, спиртов, органических кислот, растворителей. Кроме того эти процессы позволяют утилизировать отходы, целлюлозу и получать биогаз.

Генетическая инженерия позволяет создавать искусственные генетические структуры посредством воздействия на материальные носители наследственности (ДНК), с ее помощью можно формировать совершенно новые организмы и производить физиологически активные вещества белковой природы для медицинских и сельскохозяйственных нужд (производить интерферон, инсулин, гормон роста живых организмов). Генная инженерия считается самой перспективной областью современной биотехнологии, с ее помощью возможно исправлять наследственные заболевания человека, создавать стимуляторы регенерации тканей для лечения ран, ожогов, переломов.

Инженерная энзимология является перспективным направлением развития промышленной биотехнологии, представляет собой науку, разрабатывающей основы создания высокоэффективных ферментов для промышленной интенсификации технологических процессов при значительной экономии материальных и энергетических ресурсов. Ферменты используются при производстве сахара для диабетиков, гормональных препаратов, обработки кож, получении тканей, бумаги, синтетических материалов, глюкозы, улучшения качества молочных продуктов и т. п.

2.3 Лазерные технологии

Одним из выдающихся достижений физики второй половины XX в. было открытие физических явлений, послуживших основой для создания уникального прибора - оптического квантового генератора, или лазера. Лазер представляет собой источник монохроматического когерентного света с высокой направленностью светового луча и большой концентрацией энергии.

Источником лазерного луча является оптический квантовый генератор (ОКГ), работа которого основана на принципе стимулированного генерирования светового излучения. Рабочим элементом ОКГ является рубиновый стержень, состоящий из окиси алюминия, активированного 0,05% Cr. Источником света для возбуждения атомов хрома служит импульсная лампа с температурой излучения около 4 000°С. Свет лампы с помощью отражателя фокусируется на рубиновый стержень, в результате чего атомы хрома приходят в возбужденное состояние. Из этого состояния они могут возвратиться в нормальное, излучая фотоны. Вся запасенная в стержне рубина энергия высвобождается почти одновременно в миллионные доли секунды в виде луча диаметром около 0,01 мм. Системой оптических линз луч фокусируется на поверхность обрабатываемой заготовки. Температура луча - около 6 000 - 8 000°С.

Лазеры нашли широкое применение и, в частности, используются в промышленности для различных видов обработки материалов. Среди множества принципиально новых технологических процессов лазерная технология является одной из самых перспективных. Благодаря направленности и высокой концентрации лазерного луча удается реализовать технологические операции, вообще невыполнимые каким-либо другим способом. С помощью лазера можно вырезать из любого материала детали сложнейшей конфигурации, причем с точностью до сотых долей миллиметра, раскраивать композиционные и керамические материалы, тугоплавкие сплавы, которые вообще не поддаются резке другими способами. Лазерный инструмент все чаще применяют вместо алмазного, он дешевле и во многих случаях может заменять алмаз.