Одними из важнейших функций инженера являются проектирование изделий и технологических процессов их изготовления. В связи с этим САПР принято делить по крайней мере на два основных вида:

САПР изделий (САПР И);

САПР технологических процессов (САПР ТП) их изготовления.

Ввиду того, что на Западе сложилась своя терминология в области автоматизированного проектирования и она часто используется в публикациях, будем рассматривать и «западные» и отечественные термины.

САПР изделий. На Западе эти системы называют CAD (Computer Aided Design). Здесь Computer - компьютер, Aided - с помощью, Design - проект, проектировать, т.е. по - существу термин «CAD» можно перевести как «проектирование с помощью компьютера». Эти системы выполняют объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерные расчеты и анализ, оценку проектных решений, изготовление чертежей.

Научно - исследовательский этап САПР иногда выделяют в самостоятельную автоматизированную систему научных исследований (АСНИ) или, используя западную терминологию, автоматизированную систему инжиниринга - CAE (Computer Aided Engineering). Пример такой системы в России - «изобретающая машина», поддерживающая процесс принятия человеком новых нестандартных решений, иногда и на уровне изобретений.

САПР технологии изготовления. В России эти системы принято называть САПР ТП или АС ТППП (автоматизированные системы технологической подготовки производства). На Западе их называют CAPP (Computer Automated Process Planning). Здесь Automated - автоматический, Process - процесс, Planning - планировать, планирование, составление плана. С помощью этих систем разрабатывают технологические процессы и оформляют их в виде маршрутных, операционных, маршрутно - операционных карт, проектируют технологическую оснастку, разрабатывают управляющие программы для станков с ЧПУ.

Более конкретное описание технологии обработки на оборудовании с ЧЧПУ (в виде кадров управляющей программы) вводится в автоматизированную систему управления производственным оборудованием (АСУПР), которую на Западе принято называть CAM (Computer Aided Manufacturing). Здесь Manufacturing - производство, изготовление. Техническими средствами, реализующими данную систему, могут быть системы ЧПУ станков, компьютеры, управляющие автоматизированными станочными системами.

Помимо этого различают: систему производственного планирования и управления PPS (Produktionsplaungs system), что соответствует отечественному термину АСУП (автоматизированная система управления производством), а также систему управления качеством CAQ (Computer Aided Qulity Control). Здесь Qulity - качество, Control - управление. В России используется термин АСУК (автоматизированная система управления качеством).

Самостоятельное использование систем CAD, CAM дает экономический эффект. Но он может быть существенно увеличен их интеграцией посредством CAPP. Такая интегрированная система CAD/CAM на информационном уровне поддерживается единой базой данных. В ней хранится информация о структуре и геометрии изделия (как результат проектирования в системе CAD), о технологии изготовления (как результат работы системы CAPP) и управляющие программы для оборудования с ЧПУ (как исходная информация для обработки в системе CAM на оборудовании с ЧПУ) - рисунок 40.

Основные системы компьютерно - интегрированного производства (КИП) показаны на рисунке 41.Этапы создания изделий могут перекрываться во времени, т.е. частично или полностью выполняться параллельно. На рисунке 41 показаны лишь некоторые связи этапов жизненного цикла изделий и автоматизированных систем. Так, например, автоматизированная система управления качеством взаимосвязана практически со всеми этапами жизненного цикла изделия.

Рисунок 40 - Элементы интегрированной системы

Рисунок 41 - Основные системы компьютерно-интегрированного производства

В настоящее время основной тенденцией в достижении высокой конкурентоспособности западных и российских предприятий является переход от отдельных замкнутых САПР и их частичного объединения к полной интеграции технической и организационной сфер производства. Такая интеграция связывается с внедрением модели компьютерно - интегрированного производства (КИП) или в западной версии CIM (Computer Integrated Manufacturing).

Информационная структура компьютерно - интегрированного производства показана на рисунке 42.

Рисунок 42 - Информационная структура компьютерно-интегрированного производства

В структуре компьютерно - интегрированного производства выделяются три основных иерархических уровня:

• 1. Верхний уровень (уровень планирования), включающий в себя подсистемы, выполняющие задачи планирования производства.
• 2. Средний уровень (уровень проектирования), включающий в себя подсистемы проектирования изделий, технологических процессов, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.
• 3. Нижний уровень (уровень управления) включает в себя подсистемы управления производственным оборудованием.

Построение компьютерно - интегрированного производства включает в себя решение следующих проблем:

информационного обеспечения (отход от принципа централизации и переход к координированной децентрализации на каждом из рассмотренных уровней как путем сбора и накопления информации внутри отдельных подсистем, так и в центральной базе данных);

обработки информации (стыковка и адаптация программного обеспечения различных подсистем);

физической связи подсистем (создание интерфейсов, т.е. стыковка аппаратных средств ЭВМ, включая использование вычислительных систем).

Внедрение компьютерно - интегрированного производства значительно сокращает общее время прохождения заказов за счет:

уменьшения времени передачи заказов с одного участка на другой и уменьшения времени простоя при ожидании заказов;

перехода от последовательной к параллельной обработке;

устранения или существенного ограничения повторяемых ручных операций подготовки и передачи данных (например, машинное изображение геометрических данных можно использовать во всех отделах, связанных с конструированием изделий).

Любые механизмы, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, состоят из простых или сложных деталей и соединений. Все они являются продукцией машиностроения - области народного хозяйства, которая занимается производством разнообразных механизмов и машин. Технология машиностроения - это специальность, позволяющая овладеть знаниями и навыками, позволяющими работать в машиностроительной отрасли.

Начало развития этого направления народного хозяйства в нашей стране принято связывать с именем который еще в 18 веке изобрел первый русский токарный станок. В то время инженерами были единицы, в основном энтузиасты и первопроходцы своего дела. Но основной стимул для развития технология машиностроения получила во многом благодаря войнам 19 и 20 века, когда зачастую от технического оснащения войска зависела победа. Для России расцвет машиностроения пришелся на период второй мировой войны, когда практически все предприятия страны стали выпускать оружие, боеприпасы и технику. И именно в это время оказалась крайне "технология машиностроения", так как заводы испытывали острую нехватку квалифицированных и грамотных инженеров.

К сожалению, в настоящее время машиностроение также развивается благодаря соревнованию между странами на самые лучшие оружие и систему обороны.

Технология машиностроения - специальность, которая остается востребованной: каждый год на одно бюджетное место претендует не меньше 4 человек. Стоит отметить, что инженеров обучают только государственные вузы и техникумы, для коммерческих организаций это специальность является слишком дорогостоящей. Технология машиностроения требует наличия в образовательных учреждениях специального разных типов), лабораторий, компьютеров со специальными программами - для разработки чертежей, создания 3Д-моделей и т.п. Именно поэтому негосударственные учебные учреждения не могут конкурировать с государственными вузами, которые имеют хорошую материальную базу, штат высококвалифицированных преподавателей (многие из которых кандидаты и доктора наук) и многолетние традиции обучения.

Сегодня на функции инженера-технолога значительно изменились. На заводах повсеместно внедрены автоматические линии, станки с ЧПУ, оборудование, напрямую управляемое от компьютера, системы автоматизированного проектирования. Все это привело к тому, что инженеры должны на высоком уровне владеть компьютерными технологиями. При таком уровне автоматизации инженер-технолог может контролировать весь от разработки чертежа изделия до испытания уже готовой Технология машиностроения - быстро развивающаяся и изменяющаяся специальность, которая постоянно подстраивается под новые технологии, появляющиеся в производстве. Поэтому студентам, выбравшим это профессию, необходимо знать, что учиться придется не только до получения диплома - инженеры всю жизнь должны повышать свою квалификацию.

Компьютеризированное Интегрированное Производство - применение гибких производственных систем, управляемых интегрированной системой управления производством.

CIM (Computer-Integrated Manufacturing) – модель архитектуры информационных систем, в соответствии с которой все производственные процессы контролируются посредством CAD- и CAM-систем.

В соответствии с моделью CIM все информационные системы предприятия делятся на уровни по двум критериям: дискретность оси времени, в единицах которой функционируют информационные системы, и объемы данных, обрабатываемых на каждом уровне модели. В рамках концепции CIM информационные системы образуют пирамиду. Системы верхнего уровня оперируют данными на относительно больших временных промежутках, а нижнего - имеют дело с большим потоком данных реального времени. Каждое сечение пирамиды имеет площадь, пропорциональную объему обрабатываемых данных. На вершине этот объем минимален, в основании - максимален. Для связи дискретной оси времени наверху пирамиды с событиями реального времени в ее основании используются промежуточные системы цехового уровня, (Production Control, или Manufacturing Execution Systems - MES).

Один из вариантов модели CIM.

Нижний уровень модели представляют элементы сбора данных (датчики), средний - устройства с программным управлением (например, контроллеры станков с ЧПУ), затем идут автоматизированные системы диспетчерского управления SCADA, взаимодействующие с оборудованием. Над ними находятся MES-системы, собирающие данные о технологических процессах и предоставляющие информацию для ERP-систем.

Одной из основных концепций CIM было понятие интерфейса, т. е. способа взаимодействия информационных систем. При этом разработчиков модели не интересовало, какая именно информация передается с помощью интерфейсов (с какой частотой и точностью, как она преобразуется в процессе обмена данными) - в фокусе их внимания находились способы связывания систем различного уровня. CIM предлагала лишь модель развития различных видов интерфейсов интеграции приложений.

Особенностью модели CIM является практически полное отсутствие информационных потоков из внешней рыночной среды. Авторы CIM полагали, что в условиях постоянного рыночного спроса, избытка клиентов и недостатка товаров ключевыми бизнес-целями должны быть стабилизация производственных процессов и обеспечение надлежащего качества продукции. Таким образом, с биологической точки зрения предприятие уподоблялось простейшему организму, живущему по своим собственным законам, не взаимодействующему со своими “сородичами” и находящемуся в относительном равновесии с внешней средой. При этом основным назначением его информационной системы является сбор информации о собственном состоянии с целью поддержания внутреннего равновесия.

Задачи модели CIM

· Улучшение способа применения информационных технологий для сбора, обработки и использования информации на предприятиях с дискретным типом производства.

· Устранение островков автоматизации, т. е. информационных систем, обслуживающих определенную группу пользователей, решающих локальную задачу и не взаимодействующих с иными информационными системами (например, геометрические модели, создаваемые в САПР).

· Повышение производительности и конкурентоспособности предприятия.

Недостатки модели CIM

· Не учитывался человеческий фактор.

· Не было четкой методологии внедрения модели.

· Не удавалось правильно оценить трудозатраты на создание интеграционных решений.

Технология машиностроения – это направление, на котором зиждется экономическая стабильность многих развитых и развивающихся государств, в т.ч. и России. Специалисты, занятые в этой сфере, изготавливают детали для машин, проектируют и создают оборудование, изучают способы сокращения производственных затрат при условии сохранения качества. Так кем же и в каких секторах могут работать люди, избирающие машиностроение делом своей жизни?

Историческая справка

Научные знания, являющиеся основой данной профессии, начали собираться человечеством с давних времен – так, сам термин «техника» впервые появился в Древней Греции («techne»), где он обозначал искусство, мастерство, умение. Несмотря на то, что начальные технические достижения быстро и прочно вошли в жизнь населения (например, в виде ремесел), уже в эпоху Средневековья здесь произошло резкое торможение, ведь против новых разработок выступала Святая Инквизиция.

Обществу понадобилось дождаться наступления 15-16 веков, когда в Европу, а затем и на другие территории пришло Возрождение с его бурным развитием техники и появлением оригинальных инструментов. Положительные сдвиги наметились в военном и особенно артиллерийском деле, гидротехнике, архитектуре и строительстве. Было пересмотрено само отношение к техническому опыту, созданию оборудования, строительству аппаратов – все это начало рассматриваться как благо, приносящее ощутимую пользу в «житейских делах».

Людям стало недостаточно простого ремесленного труда. Возникла необходимость в возведении крупных и, как правило, централизованных производств с разделением обязанностей. Так в итальянских городах были построены первые мануфактуры, проекты которых затем перекочевали к англичанам, голландцам, французам. Появление этих коллективных мастерских сделало возможным дальнейшее развитие машиностроения.

Профессия в современности

Фактически по специальности «технология машиностроения» подготавливаются инженеры-технологи различных профилей. Выбор того, кем можно работать, у них просто огромный: конструкторы в авиационной, железнодорожной, судостроительной и других типах промышленности, операторы станков и оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), механики на предприятиях машиностроительного, металлургического, ракетно-космического, оборонного комплексов и т.д.

В целом сама сфера подразделяется на 3 крупных блока – это машиностроение:

1. Трудоемкое, где создаются приборы, техника, станки, сельскохозяйственные машины и аппараты, автомобили, самолеты, истребители и пр. Отличительная черта трудоемких производств – это зависимость от наличия квалифицированных и компетентных сотрудников, поэтому обычно такие комплексы располагаются в крупных городах с высокой концентрацией населения (в РФ это Москва, Казань, Самара).
2. Металлоемкое, нуждающееся в больших запасах металлов и обслуживающее производства тяжелой промышленности (металлургические, энергетические, горно-шахтные и пр.). Здесь специалисты подготавливают инструменты для металлургов, горняков, кузнецов, нефтяников, а также разрабатывают сложные автоматические конструкции больших размеров: лифты, подъемные вышки, грузоподъемные краны, конвейеры, тяжелые экскаваторы.
3. Наукоемкое, требующее опоры на достижения передовой науки. Инженеры наукоемких направлений стоят буквально на передовой, ведь в их задачи входит выпуск инновационной электрической, атомной и космической продукции. Большинство российских заводов, базирующихся на производстве ультрасовременных машин, располагаются вблизи Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, Новосибирска и т.н. подмосковных «наукоградов» – Жуковского, Зеленограда, Дубны, Королева, Обнинска.

Куда поступать

Чтобы понять, что представляет собой профессия «технология машиностроения», молодой человек может поступить на эту или смежную с ней техническую специальность как в среднее специальное, так и высшее учебное заведение. Средний срок обучения составляет 3 года 10 месяцев для СПО (согласно государственному образовательному стандарту номер 15.02.08) и 4 года для ВПО (согласно стандарту номер 15.07.00).

Наиболее перспективными вариантами считаются именно институты и университеты, а не техникумы и колледжи. Хотя последние и позволят выпускнику быстрее реализовать собственные амбиции в работе, все же эксперты советуют получить диплом бакалавра в одном из престижных ВУЗов.

Среди них можно выделить:

1. МФТИ – Московский физико-технический институт.
2. МГУ – Московский государственный им. М.В. Ломоносова.
3. РГУ – Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина.
4. МИФИ – Национальный ядерный университет.
5. ВШЭ – Национальный университет «Высшая школа экономики».

Учебный процесс по специальности «технология машиностроения» выстраивается точно так же, как и по всем другим техническим направлениям:

1. На 1 курсе студенты изучают общеобразовательные предметы и получают начальные знания о профессии.
2. На 2 курсе происходит углубление в профильные научные области. Так, к общей физике, высшей математике, информатике добавляется техническая механика, теория резания, менеджмент, металловедение или другие предметы, предусмотренные программой. В процессе обучения и прохождения практик у ребят складывается понимание того, кем они хотят и будут работать в будущем. Если практиканты хорошо проявят себя, предприятия могут взять их на дальнейшую стажировку или частичную занятость.
3. На 3 и 4 курсах молодые люди изучают только узкоспециализированные предметы. Это может быть электротехника, основы технических процессов при изготовлении машин и деталей, теория и практика экономического анализа.

Обязанности и требования

Становится понятно, что такая профессия, как технология машиностроения, подойдет далеко не каждому. Человек должен обладать техническим и аналитическим складом ума, высоким уровнем внимания и концентрации, хорошей памятью, пространственным воображением. Успешно доводить до конца сложные процессы помогут дисциплинированность, усидчивость, аккуратность. В связи с тем, что инженерам-технологам часто приходится сталкиваться с большими объемами работ, им необходимо уметь грамотно организовывать собственное время, чтобы извлекать из него максимальную пользу.

В обязанности инженера-технолога входит:

1. Разработка и внедрение новых технологических процессов в изготовление деталей машин.
2. Взаимодействие с конструкторской, отчетной и иными видами документации (их использование, анализ, дополнение графиками выработки, оформление и пр.).
3. Проектирование путей создания составных частей и блоков.
4. Использование специализированного программного обеспечения для упрощения своей деятельности (например, компьютерных утилит «Компас» и «AutoCAD», которые позволяют моделировать любые приспособления в режиме 3D).
5. Расчет производственных мощностей с целью получения данных о материальных затратах и экономической выгодности проекта.
6. Организация и проведение патентных исследований.
7. Выявление брака, установление причин его появления и принятие мер по устранению недочетов в выпускаемой продукции.
8. Контроль над соблюдением стандартов и норм при использовании оборудования сотрудниками.
9. Своевременное выявление систем и комплексов, нуждающихся в ремонте, и оповещение об этом своего непосредственного начальника.
10. Обеспечение общей технологической безопасности предприятия.

Перспективы: трудоустройство, заработная плата, карьерный рост

Профессия технолог машиностроения является стабильной и хорошо оплачиваемой, ведь практически каждый цех или производство нуждается в универсальном квалифицированном специалисте подобного профиля. Средний уровень зарплаты составляет 30000-35000 рублей, причем у сотрудника есть все шансы увеличить данную цифру путем повышения собственного разряда. В будущем достаточный уровень квалификации обеспечит ему место начальника цеха или заведующего производством.

В учебных заведениях молодые люди получают такой большой багаж знаний, что впоследствии могут позволить себе устроиться на любую из следующих должностей:

• заточник;
• зуборезчик;
• шлифовщик;
• наладчик автоматических линий и станков;
• слесарь;
• токарь;
• фрезеровщик;
• станочник широкого профиля;
• техник-ядерщик;
• техник жилищно-коммунальных хозяйств и пр.

Вакансии для технологов машиностроения не иссякают, а лишь появляются снова и снова, причем их предлагают как отечественные, так и заграничные работодатели.

Острая нехватка представителей этой прикладной профессии в промышленных секторах экономики обеспечивает таким инженерам уверенность в завтрашнем дне, ведь без работы они точно не останутся.

Раздел 1. Методологические основы технологии машиностроения

Введение

Опорный конспект

Машиностроение определяет технический прогресс страны и оказывает решающее влияние на создание материальной базы всех отраслей экономики. В связи с этим его развитию всегда придавалось и придается первостепенное значение.

Потребности развивающегося машиностроительного производства вызвали появление новой технической науки, получившей название «Технология машиностроения».

Технология машиностроения – это наука об изготовлении машин требуемого качества в установленном производственной программой количестве и в заданные сроки при наименьшей себестоимости.

Технология машиностроения имеет ряд особенностей, отличающих её от других специальных наук.

1. Технология машиностроения является прикладной наукой, вызванной к жизни потребностями развивающейся промышленности.

2. Являясь прикладной наукой, технология машиностроения вместе с тем имеет значительную теоретическую основу, включающую в себя: учение о типизации технологических процессов и групповой обработке, о жесткости технологической системы, о точности процессов обработки, теорию базирования заготовок, теорию рассеяния размеров обрабатываемых заготовок, погрешностях технологической оснастки и оборудования, о влияниях механической обработки на состояние металла поверхностных слоев заготовок, эксплуатационные свойства деталей машин, о припусках на обработку и другие теоретические разработки.

3. Технология машиностроения является комплексной инженерной и научной дисциплиной, тесно связанной и широко использующей разработки многих дисциплин, изучаемых в университете.

4. Технология машиностроения является одной из самых молодых наук, быстро развивающейся вместе с возникновением новой техники и совершенствованием промышленного производства.

5. Технология машиностроения в значительной мере определяет уровень профессиональной подготовки инженера-машиностроителя и его способности к практическому использованию достижений общетеоретических и общеинженерных наук.

Предметом изучения в дисциплине «Технология машиностроения» являются процессы изготовления деталей и сборки машин, проектирование этих процессов и управление ими.

Технология машиностроения как наука в своем развитии в нашей стране прошла несколько этапов.

Первый этап (до 1929 / 30 гг.) совпал с завершением периода восстановления и началом реконструкции промышленности страны. Он характеризуется накоплением отечественного и зарубежного опыта изготовления машин.

Второй этап (1930 – 1941 гг.) определяется продолжением накопления производственного опыта и проведением его обобщения и систематизации. В этот момент началась разработка общих научных принципов проектирования технологических процессов. На этом этапе разрабатываются:

Принципы типизации технологических процессов;

Теория базирования заготовок при их обработке, измерении и сборке;

Методы расчета припусков на обработку;

Расчетно–аналитический метод определения погрешностей обработки заготовок.

Третий этап (1941 – 1970 гг.) отличается исключительно интенсивным развитием технологии машиностроения, разработкой новых технологических идей и формированием научных основ технологической науки. В этот период подверглись глубокому изучению и научному анализу, а также теоретической проработке результаты практического применения дифференциации и концентрации обработки, методы поточного производства в условиях серийного и крупносерийного изготовления военной техники, применение переналаживаемой оснастки, методы скоростной обработки металлов.

В эти годы формируется и разрабатывается:

Теория точности обработки заготовок;

Учение о жесткости технологической системы и её влияние на точность и производительность обработки;

Учение о технологической наследственности;

Групповой метод обработки заготовок в серийном производстве.

Проводятся:

Теоретические и экспериментальные исследования качества обрабатываемой поверхности;

Исследования влияния динамики технологической системы на точность механической обработки, шероховатость и волнистость обрабатываемых поверхностей;

На базе типизации технологических процессов и групповой обработки с использованием переналаживаемого оборудования и технологической оснастки создаются поточные линии серийного производства.

Продолжается накопление производственного опыта изготовления машин, совершенствуются различные методы обработки заготовок.

Четвертый этап (1970 г. по настоящее время). Отличительной особенностью современного этапа развития технологии машиностроения является широкое использование достижений фундаментальных наук (математика, теоретическая механика, физика, материаловедение и др.) для решения теоретических проблем и практических задач технологии машиностроения. Распространяется применение вычислительной техники при проектировании технологических процессов и математическое моделирование механической обработки, применяется теория графов для моделирования технологических процессов. Создаются системы автоматизированного проектирования технологических процессов.

В настоящее время продолжаются разработки проблем технологической наследственности и упрочняющей технологии. Разрабатываются методы оптимизации технологических процессов по достигаемой точности, производительности и экономичности. Создаются системы автоматизированного управления ходом технологического процесса с его оптимизацией по всем основным параметрам изготовления и требуемым эксплуатационным качествам. Развертываются работы по созданию гибких производственных систем на основе использования ЭВМ, станков с ЧПУ, автоматизации межоперационного транспорта и контроля и робототехники.