СОВРЕМЕННЫЕ  ПРОБЛЕМЫ  НАУКИ  В  МАШИНОСТРОЕНИИ

А. А. РАУБА

СОВРЕМЕННЫЕ  ПРОБЛЕМЫ  НАУКИ  В  МАШИНОСТРОЕНИИ

Конспект лекций

 

Учебное пособие для магистрантов направления

151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение

машиностроительных производств»

О мск 2015
Министерство транспорта российской федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

__________________________________

 

 

а. А. Рауба

 

 

СОВРЕМЕННЫЕ  ПРОБЛЕМЫ  НАУКИ  В  МАШИНОСТРОЕНИИ

 

Конспект лекций

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного для магистрантов направления 151900

«Конструкторско-технологическое обеспечение

машиностроительных производств»

 

                                                                                          

 

 

Омск 2015

 

УДК 620.22: 656(075.8)

 

 

Современные проблемы науки в машиностроении: конспект лекций. Учебное пособие по дисциплине «Современные проблемы науки в машиностроении»/ А. А. Рауба. Омский   гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2015. 33 с.

 

 

Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования к минимуму содержания и уровню подготовки магистров направления 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». Дисциплина входит в вариативную часть обязательных дисциплин общенаучного цикла.

В учебно-методическом пособии кратко изложены история и тенденция развития науки и техники в области автоматизированных машиностроительных производств; современное состояние науки в отечественном и мировом машиностроении; современное интеллектуальное производство; понятие о жизненном цикле изделий машиностроения, их функциональное назначение и качество, а также проблемы интеллектуализации производственных систем. Приведены понятия о технологической среде, высоких технологиях. Изложены принципы построения современных гибких производственных систем, их классификация и основными характеристиками.

Предназначено для магистрантов  первого года обучения по направлению 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», профиль «Технология машиностроения»..

 

 

Библиогр.: 4 назв. Табл. 23. Рис.1. Приложений 1

 

Рецензенты: доктор техн. наук;

                   канд. техн. наук.

 

ÓОмский гос. университет                                                                               путей сообщения, 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………………………..4

Лекция 1......................................................................................................................5

Лекция 2.....................................................................................................................10

Лекция 3....................................................................................................................21

Лекция 4.....................................................................................................................31

Лекция 5....................................................................................................................37

Лекция 6....................................................................................................................44

Лекция 7....................................................................................................................48

Лекция 8....................................................................................................................56

Заключение...............................................................................................................60

Библиографический список....................................................................................60

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Современные проблемы науки в машиностроении» непосредственно связана с конструкторско-технологической производственной практикой магистрантов и научно-исследовательской работой в семестре и относится к к вариативной части обязательных дисциплин общенаучного цикла. Преподавание дисциплины «Современные проблемы науки в машиностроении» направлена на подготовку студентов к деятельности, требующей углубленной фундаментальной и профессиональной подготовки, в том числе к научно-исследовательской работе в инновационных областях науки.

С этой целью в магистерскую программу обучения по направлению 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», профиль «Технология машиностроения», включена дисциплина научной направленности «Современные проблемы науки в машиностроении». Цель изучения данной дисциплины – получение студентом навыков и знаний современных проблем в области технологии машиностроения, которые необходимы в условиях открытой рыночной экономики и жесткой конкурентной борьбы машиностроительных предприятий, выпускающих машины и оборудование; усвоение существующих актуальных проблем науки и техники в машиностроении по соответствующему профилю подготовки магистра.

По завершении освоения программы учебной дисциплины студент должен:

знать: инновационные методы инженерного и научного анализа, соответствующие мировому уровню; методы научно-технического творчества; основные тенденции интеллектуализации производственных систем в индустриально развитых странах; методы оценки эффективности (экономической, социальной, бюджетной, экологической) элементов управления процессами машиностроительного производства; проблемы инновационного развития отрасли или предприятия; современные тенденции развития технического прогресса;

уметь анализировать полученную информацию; формулировать научно-технические задачи; прогнозировать и подвергать экспертизе новые технологические процессы; выражать мысли четко и ясно; отстаивать свои убеждения и брать ответственность за свои решения; прогнозировать технико-экономические показатели развития производства; использовать полученную информацию для повышения своей квалификации и проводить самоменеджмент;

владеть практическими навыками использования предметной терминологии, поиска информации; расчетно-теоретического анализа динамического состояния объектов машиностроения с установлением их устойчивости, выполнения целевых функций и показателей качества; основами инженерной оптимизации по определяющим показателям целевых функций и функционалов качества технологических систем.

Пособие написано на основе использования литературных источников, в которых рассматриваемые вопросы изложены более полно и подробно.

 

ЛЕКЦИЯ 1

История и тенденция развития науки и техники в области машиностроительных производств; современное состояние науки в отечественном и мировом машиностроении. Требования к качеству изделий машиностроения на стадии изготовления и эксплуатации

История и тенденция развития науки и техники в области машиностроительных производств; современное состояние науки в отечественном и мировом машиностроении. Требования к качеству изделий машиностроения на стадии изготовления и эксплуатации.

Лауреат Нобелевской премии по экономике Пол Самуэльсон и профессор Вильям Нордхаус выделили следующие важные изобретения и фундаментальные технологические изменения, которые значительно повысили производительность труда: паровой двигатель; производство электроэнергии; электрическая лампочка; двигатель внутреннего сгорания; телефон радио; телевидение самолет; электроника.

Действительно, данные изобретения существенно преобразили жизнь людей и обеспечили революционные изменения в производственной сфере. Вместе с тем американские исследователи отмечают, что в большинстве случаев технический прогресс происходит незаметно в виде небольших изменений, направленных на повышение качества продукции или услуг, совершенствование производственной и других систем, увеличение объема выпуска.

Если какая-то особенность инновационной деятельности по своей значимости и превосходит все остальные, так это неизменная зависимость плодотворности технологических сдвигов от накопления производственного опыта. Технический прогресс в значительной мере представляет собой процесс постепенного усовершенствования некоторых принципиальных конструкционных схем. Даже фундаментальные нововведения претерпевают весьма существенную модификацию, прежде чем их потенциал удается полностью реализовать.

Кондратьевские волны: прогноз на XXI в. Процессы глобализации, развернувшиеся с конца XX в. и пронизывающие все сферы жизнедеятельности общества, во многом меняют динамику развития мировой цивилизации. Означает ли это, что Кондратьевские волны, четко обозначившиеся в индустриальную эпоху ритмы развития экономики и всего общества, уйдут в прошлое вместе с этой эпохой? Для этого нет оснований. Во-первых, сохранится ритм технологического развития - смены преобладающих (в авангардных странах и на мировом рынке) поколений техники (примерно каждые десять лет), технологических укладов (раз в 40-50 лет), технологических способов производства (раз в несколько столетий). Соответственно, будет наблюдаться волнообразность в появлении научных открытий, технических изобретений, улучшающих, базисных и эпохальных инноваций.

На основе современных научных исследований можно говорить об эволюции технологических укладов. Сегодня известно пять укладов (волн).

Первая волна (1785–1835 гг.)

Сформировала технологический уклад, основанный на новых технологиях в текстильной промышленности и использовании энергии воды.

Рисунок 1.1 Ритм смены Кондратьевских волн

Вторая волна (1830–1890 гг.)

Была связана с развитием железнодорожного транспорта и механического производства во всех отраслях на основе парового двигателя («эпоха пара»).

Третья волна (1889–1940 гг.)

Базировалась на использовании в промышленном производстве электрической энергии («эпоха электричества»), развитии тяжелого машиностроения и электротехнической промышленности на базе использования стального проката, открытий в области химии. Были внедрены радиосвязь, телеграф, автомобиль, самолет, начали применяться цветные металлы, алюминий, пластические массы. Появились крупные фирмы, картели, тресты. На рынке господствовали монополии и олигополии. Началась концентрация банковского и финансового капитала.

Четвертая волна (1930–1990 гг.)

Сформировала уклад, основанный на дальнейшем развитии энергетики с использованием нефти и нефтепродуктов, газа, средств связи, новых синтетических материалов. Это эра массового производства автомобилей, тракторов, самолетов, различных видов вооружений, товаров народного потребления (ТНП). Появились и широко распространились компьютеры и программные продукты, радары. Атом используется в военных, а затем в мирных целях. Организовано массовое производство на основе фордовской конвейерной технологии. Появились транснациональные и межнациональные компании, которые осуществляли прямые инвестиции на рынках различных стран.

Пятая волна (1985–2035 гг.)

Опирается на достижения в области микроэлектроники, информатики, биотехнологии, генной инженерии, новых видов энергии, материалов, освоения космического пространства и спутниковой связи. Происходит переход от разрозненных фирм к единой сети крупных и мелких фирм, соединенных сетью на основе Интернет, осуществляется тесное взаимодействие в области технологии, контроля качества продукции, планирования инноваций, организации поставок продукции по принципу «точно в срок».

В экономике России в связи с большими возможностями для экстенсивного развития (огромная территория, дешевые природные ресурсы и рабочая сила), участием в многочисленных войнах, низким уровнем интеграции с развитыми странами, получением из стран бывшего Совета Экономической Взаимопомощи сложного оборудования и ТНП, к концу 80-х гг. прослеживалось наличие одновременно 3, 4 и 5-го технологических укладов, с преобладанием 3 и 4-го укладов.

Первоначальные вложения в разработку новой технологии обеспечивают весьма незначительные результаты. Затем, когда происходит накопление и использование ключевых знаний, результаты улучшаются быстро. И, наконец, наступает момент, когда технические возможности технологии (технико-экономиче­ские показатели (ТЭП) технологии или ТЭП выпускаемой на ее основе про­дукции) исчерпаны и прогресс в этой области становится все более трудным и дорогостоящим, а дополнительные вложения средств лишь незначи­тельно улучшают результаты (верхний участок логистической кривой).

Пределы технологии обусловлены естественными законами, на которых она основана, и проявляются в невозможности улучшить технический уровень технологии (изделия и его качества) и получить экономическую отдачу, т. е. создание различных модификаций не обеспечивает прироста эффекта, воспринимаемого потребителями.

Достигнутый предел в развитии какой-либо технологии не означает завершения ее жизненного цикла, что связано, во-первых, с отсутствием в завершенном виде новой эффективной технологии и продолжением выпуска продукта, который пользуется спросом, во-вторых, с возможностью создания на основе этой технологии новых для рынка продуктов. Когда появляется новая технология, она замещает устаревшую и имеет свою S-образную кривую. Промежуток между двумя кривыми представляет собой технологический разрыв, где одна технология замещает другую (рис. 1.2).

Результативность технологии (технико-экономические показатели технологии или продукта, производимого на ее основе)

Затраты.        Технологический разрыв

Рис. 1.2. Этапы развития технологий

 

В настоящее время, когда период смены технологии в машиностроении составляет в среднем пять лет, в автомобилестроении — три года, в электронной промышленности — полгода, проблемы совершенствования существующей технологии (использование ее потенциала) и разработка новой не разделены во времени, а существуют параллельно.

Проблема состоит и в том, что в действительности «быстрый переход» обеспечить невозможно: новая технология требует высвобождения производственных площадей, переподготовки персонала, создания за­пасов сырья и т. д.

Когда новая технология начинает оказывать ощутимое влияние на рынок, темп изменений выдерживают только предприятия, своевременно осознавшие неизбежность технологического разрыва и подго­товленные к нему. Эти предприятия (их называют «наступающими») используют технологический разрыв, реально оценив перспективность технологических изменений и существующего бизнеса, для подавле­ния действующих лидеров рынка, обладающих большим капиталом, высокой технической квалификацией персонала и лучшим знанием покупателя.

Доля России на мировом рынке наукоемкой продукции составляет всего 0,3 %. У страны, тем не менее, есть основа для продвижения на мировой рынок с 16—17 макротехнологиями: авиацией, космическими технологиями, ядерными технологиями, судостроением, транспортным машиностроением, химическим машиностронием, спецметаллургией, технологией нефтедобычи, технологией газодобычи, энергетиче­ским машиностроением, станкостроением и технологическим промышленным оборудованием, микро- и радиоэлектроникой, компьютерными информационными технологиями, коммуникациями, связью, биотех­нологией, автомобилестроением (условно). Но реально есть смысл гово­рить о шести-семи, которые действительно удастся «протащить» на мировой рынок.