Эффективность реконструкции всех отраслей народного хозяйства в решающей мере зависит от машиностроения. Именно в нем материализуются научно-технические идеи, создаются новые системы машин, определяющие прогресс в других отраслях экономики.
Перед машиностроителями поставлена задача: резко повысить технико-экономический уровень и качество своей продукции, перейти на выпуск самых новейших машин, станков и приборов. Чтобы ускорить выпуск новейших машин, необходимо в 3-4 раза сократить сроки разработки и освоения новой техники. При этом предусмотрено, что все вновь осваиваемые виды машиностроительной техники по производительности и надежности должны превосходить в 1,2 ... 2 раза выпускаемую аналогичную продукцию, при этом удельная * материалоемкость новых машин должна быть снижена на 12 ... 18%. (Первоочередное развитие получают такие отрасли машино-строения, как станкостроение, электротехническая промышленность, микроэлектроника, вычислительная техника и приборостроение! вся индустрия информатики - подлинные катализаторы научно-технического прогресса. Темпы прироста выпуска продукции этих отраслей намечены в 1,3 ... 1,6 раза выше по сравнению со средними по машиностроению в целом.
В настоящее время создан и получает распространение принципиально новый класс машин, обеспечивающий высокую производительность - автоматизированные производственные системы (участки, цехи, заводы) . Ускоренно нарастает производство промышленных роботов, обладающих искусственным зрением, воспринимающих речевые команды и быстро приспособляющихся к изменяющимся условиям работы.
В нашей стране разработан такой новейший класс техники, как роторные и роторно-конвейерные линии для машиностроения и металлообработки. По сравнению с обычными видами оборудования они обеспечивают повышение производительности труда в 10 и более
* Часто для оценки различных вариантов используют удельные показатели-- отношение массы изделия к его характерному параметру (мощности, вращающему моменту, производительности и т. п.).
Требования к машинам и деталям
В соответствии с современными тенденциями к большинству проектируемых машин предъявляются следующие общие требования:
· высокая производительность;
· экономичность производства и эксплуатации;
· равномерность хода;
· высокий коэффициент полезного действия;
· автоматизация рабочих циклов;
· точность работы;
· компактность, надежность и долговечность;
· удобство и безопасность обслуживания;
· транспортабельность;
· соответствие внешнего вида требованиям технической эстетики.
При конструировании и изготовлении машин должны строго соблюдаться Государственные стандарты (ГОСТы).
Применение в машине стандартных деталей и узлов уменьшает количество типоразмеров, обеспечивает взаимозаменяемость, позволяет быстро и дешево изготовлять новые машины, а в период эксплуатации облегчает ремонт. Изготовление стандартных деталей и узлов машин производится в специализированных цехах и на заводах, что повышает их качество и снижает стоимость.
Одним из главных требований, предъявляемых к машинам и их деталям, является технологичность конструкции, которая значительно влияет на стоимость машины.
Технологичной и называют такую конструкцию, которая характерна минимальными затратами при производстве и эксплуатации.
Технологичность конструкции характеризуется:
1. применением в новой машине деталей с минимальной механической обработкой, При этом широко используется штамповка, точное литье, фасонный прокат, сварка;
2. унификацией данной конструкции, т. е. применением одинаковых деталей в различных узлах машины;
3. максимальным применением стандартных конструктивных элементов деталей (резьб, канавок, фасок и др.), а также стандартных квалитетов и посадок;
4. применением в новой машине деталей и узлов, ранее освоенных в производстве.
Надежность машин
Основными показателями надежности являются вероятность безотказной работы и интенсивность отказов.
Вероятностью безотказной работы Р (f) называется вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия.
Если за время наработки t из числа No одинаковых изделий были изъяты из-за отказов Nt изделий, то вероятность безотказной работы изделия
3.1. Р (f) = (N 0 - N t)/N 0 = 1 - N t /N 0 .
Так, напримеh, если по результатам испытания в одинаковых условиях партии изделий, состоящей из Nо=1000 шт., после наработки 5000 ч вышли из строя N 1 = 100 изделий, то вероятность безотказной работы этих изделий
P(t)== 1 – Nt/Nо= 1-100/1000=0,9.
Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов:
P (t) = P 1 (t) P 2 (t)…Pn(t)
Из формулы 3.2. следует, что чем больше элементов имеет изделие изделие, тем меньше его надежность.
Интенсивность отказов (t). В разные периода эксплуатации или испытаний изделий число отказов в единицу времени различно. Число отказов, приходящихся на единицу времени, называется интенсивностью отказов.Так, в предыдущем примере при испытаний в интервале от О до 5000 ч из строя вышли 100 изделий. Это значит, что в среднем в 1 ч отказывает 0,02% изделий (1 изделие за 50 ч работы).
Типичная зависимость интенсивности отказов K(t) от времени эксплуатации t для большинства машин и их узлов показана на рис. 0.1. В начальный период работы - период приработки - интенсивность отказов велика. В этот период проявляются различные дефекты производства. Затем она убывает, приближаясь к постоянному значению, соответствующему периоду нормальной эксплуатации. Причиной отказов в этот период являются случайные перегрузки, скрытые дефекты производства (микротрещины и др.) . В конце срока эксплуатации наступает период проявления изнашивания, когда интенсивность отказов быстро возрастает и, следовательно, эксплуатация изделии должна быть прекращена.
Основы надежности закладываются конструктором при про-) актировании изделия. Надежность зависит также от качестваизготовления изделия и от соблюдения норм эксплуатации. Она монотонно снижается в течение срока службы.
В технике имеются высоконадежные устройства, например в железнодорожном транспорте, авиации, космонавтике и др.
Рис. 3.1. Зависимость интенсивности отказов от времени эксплуатации
«Надежность машин» - - новая форма соединения науки с производством, призванная ускорить научно-технический прогресс.
Эффективное развитие всех отраслей экономики страны в решающей мере зависит от машиностроения. Именно в машиностроении в первую очередь материализируются передовые научно-технические идеи, создаются новые машины, определяющие прогресс в других отраслях экономики.
Для современного машиностроения характерно повышение требований к техническому уровню, качеству и надежности изделий, сокращение сроков морального старения средств техники. Это приводит к необходимости постоянного сокращения сроков проектирования при одновременном совершенствовании конструкций новых машин и технологии их изготовления, внедрения новых материалов, более точных методов расчета.
Показателем высокого уровня машиностроения является гибкое автоматизированное производство (ГАП) - производство изделий, основанное на комплексной автоматизации собственно технологического процесса и таких операций производственного процесса, как контроль качества, диагностика технологического оборудования, складирование и транспортировка, а также процедур и операций проектирования и технологической подготовки производства. В связи с этим технологический процесс реализуется в ГАП с помощью роботизированного технологического оборудования - гибких производственных модулей (робот-станок, робот-пресс, робот - сварочный центр). Управление модулями осуществляется с помощью сменяемых программ, при этом широко используются микропроцессоры (устройства для автоматической обработки информации и управления этим процессом). Проектирование объектов в ГАП выполняют с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР, см. ниже) и автоматизированных систем технологической подготовки производства.
Характерным является применение материало-, трудо- и энергосберегающей технологий, станков с программным управлением, гибких производственных систем, в которых технологическое оборудование и системы его обеспечения функционируют в автоматическом режиме и обладают свойством автоматизированной переналадки в пределах установленного класса изделий и диапазонов их характеристик.
Применение промышленных роботов позволяет повысить производительность оборудования, улучшить условия и безопасность труда рабочих, уменьшить влияние субъективного фактора и повысить качество за счет оптимизации и автоматизации технологических процессов.
Дальнейшее повышение технико-экономического уровня и качества машиностроительной продукции связано с тем, насколько успешно будут решены следующие задачи:
1) расширение областей применения автоматизированного проектирования;
2) повышение надежности и ресурса машин;
3) уменьшение материалоемкости конструкций;
4) уменьшение энергозатрат, повышение КПД механизмов.
В основе решения многих из этих задач лежит совершенствование расчетов и оптимизация конструкции, которые, в свою очередь, могут быть решены с применением современной вычислительной техники.
Эффективное развитие всех отраслей экономики страны в решающей мере зависит от машиностроения. Именно в машиностроении в первую очередь материализируются передовые научно-технические идеи, создаются новые машины, определяющие прогресс в других отраслях экономики.
Для современного машиностроения характерно повышение требований к техническому уровню, качеству и надежности изделий, сокращение сроков морального старения средств техники. Это приводит к необходимости постоянного сокращения сроков проектирования при одновременном совершенствовании конструкций новых машин и технологии их изготовления, внедрения новых материалов, более точных методов расчета.
Показателем высокого уровня машиностроения является гибкое автоматизированное производство (ГАП) - производство изделий, основанное на комплексной автоматизации собственно технологического процесса и таких операций производственного процесса, как контроль качества, диагностика технологического оборудования, складирование и транспортировка, а также процедур и операций проектирования и технологической подготовки производства. В связи с этим технологический процесс реализуется в ГАП с помощью роботизированного технологического оборудования - гибких производственных модулей (робот-станок, робот-пресс, робот - сварочный центр). Управление модулями осуществляется с помощью сменяемых программ, при этом широко используются микропроцессоры (устройства для автоматической обработки информации и управления этим процессом). Проектирование объектов в ГАП выполняют с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР, см. ниже) и автоматизированных систем технологической подготовки производства.
Характерным является применение материало-, трудо- и энергосберегающей технологий, станков с программным управлением, гибких производственных систем, в которых технологическое оборудование и системы его обеспечения функционируют в автоматическом режиме и обладают свойством автоматизированной переналадки в пределах установленного класса изделий и диапазонов их характеристик.
Применение промышленных роботов позволяет повысить производительность оборудования, улучшить условия и безопасность труда рабочих, уменьшить влияние субъективного фактора и повысить качество за счет оптимизации и автоматизации технологических процессов.
Дальнейшее повышение технико-экономического уровня и качества машиностроительной продукции связано с тем, насколько успешно будут решены следующие задачи:
1) расширение областей применения автоматизированного проектирования;
2) повышение надежности и ресурса машин;
3) уменьшение материалоемкости конструкций;
4) уменьшение энергозатрат, повышение КПД механизмов.
В основе решения многих из этих задач лежит совершенствование расчетов и оптимизация конструкции, которые, в свою очередь, могут быть решены с применением современной вычислительной техники.
Требования к машинам и деталям
В соответствии с современными тенденциями к большинству проектируемых машин предъявляют следующие общие требования:
высокая производительность;
необходимые точность, надежность и долговечность;
экономичность изготовления и эксплуатации;
удобство и безопасность обслуживания;
транспортабельность;
современный дизайн.
При расчетах, конструировании и изготовлении машин должны строго соблюдаться стандарты: государственные (ГОСТы), отраслевые (ОСТы), предприятий (СТП). Стандартизация в области деталей машин охватывает материалы, геометрические параметры (предпочтительные ряды размеров, форма и размеры резьб, шлицевых, шпоночных соединений, исходные контуры зацепления и др.), нормы точности, последовательность создания и характер конструкторской документации, правила оформления чертежей и т. д.
Стандарты в максимально возможной степени основываются на стандартах Международной организации по стандартизации (ISO).
Применение в машине стандартных деталей и узлов уменьшает количество типоразмеров, обеспечивает взаимозаменяемость, позволяет быстро и дешево изготовлять новые машины, а в период эксплуатации облегчает ремонт. Изготовляют стандартные детали и узлы машин на специализированных заводах или в специализированных цехах, что повышает их качество и снижает стоимость.
Стандартизация изделий, узлов и деталей предполагает их унификацию. Унификация - приведение изделий одинакового функционального назначения к единообразию, включающее обеспечение преемственности при изготовлении и эксплуатации. Показателем уровня стандартизации и унификации является коэффициент применяемости по типоразмерам деталей, определяемый как отношение разности общего числа типоразмеров деталей и числа типоразмеров впервые разработанных деталей к общему числу типоразмеров деталей в изделии.
Одним из главных требований, предъявляемых к машинам и их деталям, является технологичность конструкции, которая существенно влияет на стоимость машины.
Технологичной называют такую конструкцию, которая характерна наименьшими затратами при производстве, эксплуатации и ремонте.
Технологичность конструкции характеризуется:
1) применением в машине деталей с минимальной механической обработкой. С этой целью широко используют штамповку, точное литье, фасонный прокат, сварку;
2) унификацией деталей, т. е. применением одинаковых деталей в различных узлах машины;
3) максимальным применением стандартных конструктивных элементов деталей (резьб, канавок, пазов, фасок и др.), а также стандартных допусков и посадок;
4) применением деталей и узлов ранее освоенных в производстве;
5) учетом количества выпускаемых изделий (серийности), условий изготовления и технологической целесообразности;
6) снижением трудоемкости сборочных операций, удобной компоновкой с легко доступными местами крепления, возможностью применения сборочных автоматов, роботов;
7) возможностью «сращивания» систем автоматизированного проектирования и производства.
Показателями технологичности конструкции являются: трудоемкость, материалоемкость, энергоемкость в изготовлении, обслуживании, эксплуатации и ремонте.
Показатели стандартизации и технологичности характеризуют качество изделия.
Надежность машин
Надежность - свойство изделия сохранять во времени способность к выполнению требуемых функций в заданных режимах применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.
Надежность характеризуется работоспособностью и отказом.
Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно нормально выполнять заданные функции.
Отказ - событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.
Показателями качества изделия по надежности являются безотказность, долговечность и ремонтопригодность.
Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени.
Долговечность - свойство изделия длительно сохранять работоспособность при соблюдении норм эксплуатации до наступления предельного состояния. Под предельным понимают такое состояние изделия, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.
Ремонтопригодность - свойство изделия, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности путем технического обслуживания и ремонта.
Ресурс - суммарная наработка изделия от начала эксплуатации до перехода в предельное состояние. Ресурс выражают в единицах времени работы (в часах) или длины пути (в километрах).
Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации изделия от начала до перехода в предельное состояние. Выражается обычно в годах. Срок службы включает наработку изделия и время простоев.
Основными показателями надежности являются:
по безотказности - вероятность безотказной работы и интенсивность отказов;
по долговечности - средний и гамма-процентный ресурс;
по ремонтопригодности - вероятность восстановления.
Под вероятностью безотказной работы P(t) понимают вероятность того, что в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки не возникает отказ изделия.
Если за время t наработки из числа N одинаковых изделий были изъяты из-за отказов п изделий, то вероятность безотказной работы изделия
P(t) = (N- n)/N= 1 - n/N.
Пример 1.1. Если по результатам испытания в одинаковых условиях партии изделий, состоящих из N= 1000 шт., после наработки 5000 ч вышли из строя w=100 изделий, то вероятность безотказной работы этих изделий
P(5000) = 1 - n/N= 1 - 100/1000 = 0,9.
Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы отдельных его элементов:
p(t) = p ] (t)P 2 (t) ... P n (t)
Если P l (t) = P 2 (t) = ... = P n (t), то P(t) = P n (t). Отсюда следует, что чем больше элементов имеет изделие, тем ниже его надежность.
Интенсивность отказов λ (t). В разные периоды эксплуатации или испытаний изделий число отказов в единицу времени различно. Интенсивность отказов - отношение числа п отказавших в единицу времени t изделий к числу изделий (N-n), исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие изделия не восстанавливают и не заменяют новыми:
λ(t)=n/[(N-n)t].
Средние значения интенсивностей отказов составляют: для подшипников качения - X(t) = 1,5 10 -6 1/ч; для ременных передач -
X(t) = 15 10 -6 1/ч.
Вероятность безотказной работы можно оценить по интенсивности отказов
p(f)~l- λ(t)-t.
Для деталей машин в качестве показателя долговечности используют или средний ресурс (математическое ожидание ресурса, выраженное в часах работы, километрах пробега, миллионах оборотов), или гамма-процентный ресурс (суммарная наработка, в течение которой изделие не достигает предельного состояния с вероятностью у, выраженной в процентах). Для изделий серийного и массового производства наиболее часто используют гамма-процентный ресурс: для подшипников качения, например, 90%-ный ресурс.
Под вероятностью восстановления понимают вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния изделия не превысит заданное значение.
Основы надежности закладывает конструктор при проектировании изделия (в частности, точностью составления расчетной схемы). Определение показателей надежности выполняют методами теории вероятностей, их используют при выборе оптимальных вариантов конструкции. Надежность зависит также от качества изготовления (неточности влияют на распределение нагрузок в зоне силового взаимодействия) и от соблюдения норм эксплуатации.
В технике имеются высоконадежные устройства, например, в железнодорожном транспорте, авиации, космонавтике и др.
Сложившийся тип производственных структур машиностроительных предприятий характеризует ряд признаков:
Отсутствие ярко выраженной технологической специализации машиностроительных производств;
Распыленность технологических ресурсов;
Во многих случаях избыточность или недостаточность мощностей производственных систем;
Отсутствие гибкости производственных систем при переходе предприятия к выпуску новой продукции.
Предметная специализация по предприятиям лежала в основе отрасли. Переход на выпуск принципиально новой продукции в этих условиях требует коренной перестройки с привлечением дополнительных инвестиций, получение которых затруднено.
На смену постоянным организационным структурам промышленных предприятий предметной специализации должна прийти переменная структура на основе так называемой перманентно-изменяющейся матрицы. Промышленное производство представляется как система предприятий корпоративного типа, состоящего из головного предприятия, определяющего вид выпускаемой продукции, и набора технологически специализированных предприятий. Состав и количество таких предприятий определяются видом изготовляемых изделий. Такая структура легко изменяется в зависимости от запросов рынка. Ее формирование тесно связано с особенностями современного машиностроительного производства:
Формируется сфера информационных технологий инжиниринга, рынка предоставления информационных услуг, которые превращаются в самостоятельную отрасль, имеющую приоритетное значение для развития машиностроения;
Наука становится самостоятельным элементом производительных сил общества. Растет объем производства наукоемких изделий. Их разработки базируются на опережающих фундаментальных исследованиях, а не на ранее доминирующем эмпирическом подходе к созданию новых изделий;
В качестве важнейшего фактора развития предприятий выступает конкуренция при регулирующей роли государства;
Происходит реструктуризация предприятий на основе рыночных законов экономики. Структура предприятия обеспечивает выполнение полного жизненного цикла изделий. Корпоративные стремления находят развитие в виде создания виртуальных предприятий;
Индивидуализация заказов, частая смена моделей изделий приводят к повышению трудоемкости технологической подготовки производства и относительному уменьшению трудоемкости самого производства;
Основными показателями эффективности деятельности предприятий становятся: время и надежность сроков выполнения заказов, качество и себестоимость изделий;
Возрастает роль информационных технологий инжиниринга, существенным образом влияющих на все основные показатели экономики предприятия;
Развитие кооперации между предприятиями, расширение рынков сбыта изделий приводят к необходимости создания для производства единой информационной базы.
Таким образом, современный этап развития машиностроения характеризуется необходимостью обеспечения конкурентоспособности производимой продукции, что означает оперативное реагирование производства на изменение потребительского спроса, снижение себестоимости ее выпуска при существенном сокращении сроков выпуска и обеспечение качества.
Сегодня отрасль машиностроения интересует очень многих людей. Здесь вращаются довольно серьезные деньги. Достаточно просто устроиться на подобное предприятие и безбедная жизнь вам обеспечена. Но и трудиться придется немало. Кстати, на промышленном портале "Эксодид" вы сможете отыскать все российские предприятия, находится он по ссылке http://exoid.ru . А в данной статье рассмотрим основные направления машиностроения.
Основные сведения
Если рассматривать самую простую схему, то можно сделать вывод о том, что сама отрасль делится на три больших направления. Самой масштабной считается тяжелое машиностроение. В данном случае производится всевозможное габаритное оборудование, выделяющееся высокой мощностью. Это могут быть всевозможные установки для работы на горных породах и тому подобное.
После этого идет среднее машиностроение. В него входит производство автомобилей. Вернее, оно занимает львиную долю и больше остальных выделяется. Также создаются новые тракторы, различные станки. Отдельно стоит общее направление. Здесь работают над сельскохозяйственной техникой, транспортными средствами (кроме автомобилей).
Тяжелое машиностроение
Данное направление выделяется тем, что потребляет колоссальное количество металла. Продукция активно используется в металлургии, горной промышленности. Где размещаются предприятия, которые все это производят? В первую очередь это районы, где расположены большие запасы полезных ресурсов. Это можно объяснить логистикой. Вряд ли будет удобно возить тонны железной руды, угля, меди на сотни, а то и тысячи километров. Почему многие предприятия машиностроения в России, к примеру, находятся на Урале? В горах достаточно много металла. На перевозках удается сэкономить огромные объемы денег.
Также активно изготавливаются гидравлические турбины. Для того, чтобы протестировать их и произвести, требуется иметь контакт с большими объемами воды. Заводы по производству находятся в Санкт-Петербурге и Таганроге. А эти города находятся на берегах крупных заливов, отличающихся бурным течением, своей непредсказуемостью. А вот большинство судовых производителей разместили свои мощности на берегах крупных рек (Оби, Волги, Амуре и так далее).
Общее машиностроение
Здесь потребление металла заметно меньше, ниже энергоемкость. Как размещаются данные предприятия? В первую очередь так, чтобы можно было как можно быстрее реализовать свою продукцию. Но многое зависит от возможности набрать нужное количество кадров, сырьевая база поблизости тоже очень важна.
Это направление очень хорошо развито в большинстве стран СНГ. Оборудование изготавливается для лесной промышленности, сельско-хозяйственной, бумажно-целюлозной, нефтяной, пищевой и многими другими. Сегодня здесь трудятся миллионы людей в России, а предприятия расположены в большинстве регионов.
Среднее машиностроение
Это одно из приоритетных направлений, которое должно сделать рывок в ближайшие годы. Достаточно просто взглянуть на Китай, который просто перестал излишне контролировать производителей. Почему направлению удается так быстро расти? Дело в том, что в мире есть миллионы потенциальных потребителей такой продукции. Достаточно просто сократить издержки, сделать автомобили привлекательными.
В частности, китайские производители двигают направление колоссальными темпами. Уже сейчас они попадут в первую десятку мировых продавцов машин. Что можно сказать о среднем машиностроении в общем? Здесь малая металлоемкость и высокая энергоемкость. Нельзя также забывать, что сюда входит производство моторов, станков, оборудования для пищевой и легкой промышленности.
Что касается размещения, то таким изготовителям нужно продать свой товар как можно быстрее, поблизости должно быть много потребителей с высокой платежеспособностью. Именно поэтому практически 70% таких производств расположено в Москве и области.
Как видите, машиностроение - это очень обширная отрасль, которая имеет всего 3 основных производственных направления. Сегодня многие развивающиеся страны испытывают многочисленные трудности, связанные с производством. Это и отсутствие квалифицированных кадров, снижение темпов экономического развития. Но, как показывает практика, достаточно просто внедрить более современные технологии, тогда отрасль начинает снова становиться выгодной. И так до следующего технологического витка.
