Инноватика

Глава 11. Классификация технологий

Технологические процессы их изготовления относятся в данном случае к директивным15.

3. Обеспечение повышения качества поверхностного слоя деталей или структуры материала. Спектр рекомендуемых для использования технологий, особенно в области создания покрытий, довольно широк: от электрохимического окрашивания деталей из сплавов алюминия в различные цвета для улучшения сопротивления коррозии, солнечному облучению и улучшения эстетических свойств, до упрочнения деталей машин различными способами (термомеханическое, электромеханическое, газотермическое, лазерное термоулучшение, термодиффузионное хромирование, плазменношликерная обработка и т.п.). Эти технологии чаще всего обеспечивают повышение надежности и долговечности изделий.

Данные работы по улучшению качества поверхности наиболее нагруженных деталей машин часто могут быть связаны с применением новых методов формирования физико-химического и структурно-фазового состояния поверхностного слоя. Они обеспечивают повышение эксплуатационных свойств изделия (износостойкости, коррозионной и эрозионной стойкости, фреттинг-стойкости, длительной жаропрочности, жаростойкости, пластичности, пористости, долговечности и др.) и повышение надежности (снижение вероятности разрушения, повышение безотказной работы или снижение интенсивности отказов) деталей, сборочных единиц и изделий в целом.

Получение улучшенных параметров поверхностного слоя, обеспечивающего долговечность и надежность деталей (шероховатости, степени и глубины наклепа, остаточных макро- и микронапряжений, физико-химических свойств и структурно-фазового состояния), нередко обеспечивают путем применения на стадии окончательной обработки деталей специальных методов:

−отделочно-упрочняющих (пневмо- и гидродробеструйное, вибро- и пневмодинамическое упрочнение, виброшлифование и алмазное выглаживание, виброконтактное полирование алмазными лентами, упрочнение микрошариками, металлическими щетками и ультразвуком);

−химико-термических (азотирование, цементация, цианирование, одно- и двухстадийные диффузионные покрытия);

−поверхностно-термических (интенсивный нагрев и резкое охлаждение),

поверхностно-термомеханических и механотермических (например, нагрев с одновременной деформацией);

15 Реализация такого типа директивных технологических процессов может предусматривать использование в качестве заготовок: специальных методов литья, в том числе получением структуры направленной кристаллизацией и монокристаллов; уникальных штамповок (изотермическая, высокоскоростная, взрывом, в условиях сверхпластичности металла); применение ротационной вытяжки; электровысадки; использование композиционных, керамических и нанокристаллических материалов и т.п.

271

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

−химических и электрохимических (нанесение одно- и многокомпонентных покрытий),

−физических (вакуумно-плазменные одно- и многокомпонентные покрытия, лазерное, электронное, ионное модифицирование и их комбинирование; плазменные одно- и многокомпонентные покрытия в контролируемой атмосфере) и т.п.

4.Обеспечение специальных геометрических форм деталей, например,

изготовление тонкостенных алюминиевых отливок в бегущем магнитном поле; изготовление глубоких отверстий диаметром менее 1 мм в трудно обрабатываемых сплавах электроструйной прошивкой или электроэрозионной обработкой.

***

Перспективные технологические процессы как средства ресурсосбережения и повышения производительности. Основные требования к проектированию перспективных технологических процессов изготовления типовых изделий или технологий обработки типовых элементов деталей формулируют в другом ключе. Перспективные технологические процессы, так же как и директивные технологические процессы, нередко предусматривают использование наиболее прогрессивных методов формообразования: скоростное протягивание, высокоскоростное резание, вибрационное сверление и развертывание, глубинное шлифование, электрофизические и электрохимические методы обработки и другие прогрессивные способы изготовления, но делается это в первую очередь для обеспечения ресурсосбережения в производственном процессе.

Основная часть технологических процессов и операций при разработке проекта, например, технического перевооружения претерпевает замещение не только по изменению метода или способа обработки (сборки). В проектном деле широко используют изменение структурного состава технологических операций, их технологических переходов, парка технологического оборудования, инструментов, приспособлений в целях повышения технического уровня технологических процессов и производства, обеспечения роста объемов выпуска продукции в условиях ресурсосбережения.

Применение перспективных технологических процессов можно рассматривать в приложении к различным стадиям жизненного цикла изделия: технической (или технологической) подготовки производства, собственно производства, эксплуатации, ремонта и утилизации. В данном разделе перспективные технологические

272

Глава 11. Классификация технологий

процессы эксплуатации, ремонта и утилизации машин и приборов, а именно: восстановления изношенных деталей (например, плазменной наплавкой, электрошлаковой наплавкой, плазменным напылением), извлечения вторичных ресурсов, например, драгоценных металлов, на стадии утилизации изделия и другие технологии мы подробно рассматривать не будем. В перечне перспективных ресурсосберегающих технологических процессов рассмотрим только те, которые ориентированы на повышение эффективности и производительности: материалосберегающие, трудосберегающие, энергосберегающие и фондосберегающие технологические процессы основного производства.

***

Справочные данные.

Материалосберегающие технологические процессы принято классифицировать на малоотходную и безотходную технологию; технологии экономии драгоценных и остродефицитных материалов (вольфрама, тантала, кобальта, золота, серебра, платины); технологические процессы, обеспечивающие сокращение производственных потерь от брака.

Малоотходные и безотходные технологические процессы основного производства (например, безуклонная штамповка, изотермическая штамповка в режиме сверхпластичности, точное литье тонкостенных отливок и тому подобные) позволяют не только повысить коэффициент использования материала, но и в ряде случаев устранить дисбалансы производственных мощностей в механических цехах. Сказанное может служить важной профилактической мерой завышения капиталовложений в их реконструкцию или техническое перевооружение.

Материалосберегающие технологические процессы вспомогательного производства в отличие от основного производства обеспечивают экономию вспомогательных материалов и использование вторичных ресурсов16.

16 В этой области инноваций можно определить следующие направления работ:

−переработка отходов, например, изготовление из алюминиевых отходов основного производства тонкостенных деталей из дискретных материалов; изготовление из стружки титана медицинских приспособлений и других изделий;

−восстановление формовочной смеси (вакуумное прошивание, разрушение и выбивка литейных форм, электрообеспыливание конвейеров в целях возврата пылевых фракций);

−очистка промышленных стоков в целях возврата технической воды в производственный процесс, например, ионообменная технология очистки промышленных стоков гальванических цехов, технологии регенерации водных и масляных СОЖ (смазывающеохлаждающих жидкостей);

−очистка воздуха (после сухого шлифования или с помощью термокаталитического дожига вентиляционных выбросов в атмосферу).

273

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Трудосберегающие технологические процессы разрабатывают по трем главным направлениям проектирования:

1)использования прогрессивных способов (методов) обработки или сборки, которые обеспечивают снижение трудоемкости;

2)унификации технологии на основе создания типовых, групповых и модульных технологических процессов, которые в дополнение к трудосбережению обеспечивают также важнейшее рыночное свойство технологии – высокую гибкость производства;

3)механизации и автоматизации технологических процессов, в том числе на основе применения мехатронных станков, модульного оборудования с ЧПУ, агрегатного оборудования с программным управлением, роботизации производства, создания гибких производственных систем, проектирования и внедрения автоматических линий, роторных и роторно-

конвейерных комплексов и т.п.

Трудосбережение является основным фактором интенсификации производства, повышения конкурентоспособности за счет снижения технологической себестоимости и цены изделий, устранения средствами технического перевооружения дисбалансов производственных мощностей.

Фондосберегающие технологические процессы, равно как и материалосберегающие технологические процессы, могут быть также связаны со снижением трудоемкости (станкоемкости) обработки или сборки изделий. В частности, снижение затрат времени на выполнение технологического процесса может приводить к высвобождению оборудования и площадей, так как и количество единиц основного технологического оборудования (и соответственно занимаемая им площадь) находятся в прямой пропорции от трудоемкости и станкоемкости изготовления изделий. Технологический процесс, внедрение которого приводит к высвобождению производственных фондов либо к увеличению коэффициентов загрузки оборудования и сменности его работы или требует незначительных капиталовложений, например, только за счет модернизации части технологического оборудования, принято считать фондосберегающим.

Энергосберегающие технологические процессы связаны, как правило, со снижением затрат не только электроэнергии на технологические нужды (электрофорез, гальванопокрытия, окраску в электростатическом поле, электрохимическую и электроэрозионную обработку), но и лучшим использованием силовой энергии, более рациональным применением других источников энергии (сжатого воздуха, горячей воды, вакуума и т.п.), использованием вторичных энергоресурсов.

***

Кроме разработки и внедрения новых технологических процессов, обеспечивающих замену оборудования и других средств технологического оснащения, проекты технического перевооружения

274

Глава 11. Классификация технологий

часто предусматривают большой объем работ по комплексной автоматизации производственных процессов путем создания:

−гибких производственных систем, роботизированных производ-

ственных участков, участков на основе оборудования с числовым программным управлением и агрегатного оборудования с программным управлением, автоматических и автоматизированных поточных линий, роторных и роторноконвейерных комплексов, «автоматных» производственных участков;

−автоматизированных транспортно-складских систем, в том числе с использованием элеваторных стеллажей, трансманипуляторов (транспортных промышленных роботов) и других современных средств автоматизации перемещения тарноштучных грузов;

−компьютерных сетей, обеспечивающих внедрение автоматизированных систем управления производством (MESERP, CIM), систем автоматизированного проектирования (CAD), автоматизированных систем технологической подготовки производства (CAM), автоматизированных систем управления технологическими процессами, систем автоматизированного программирования для оборудования с числовым программным управлением, автоматизированных систем инструментообеспечения производства, систем автоматизированного контро-

ля с применением промышленных лазеров, промышленных компьютеров и измерительных машин с программным управлением. При разработке проектов технического перевооружения во многих случаях остаются актуальными проекты комплексной механизации производственных процессов. Они обеспечивают не только рост производительности труда и эффективности производства, но также сокращение тяжелого и малоквалифицированного труда, особенно снижения трудоемкости тяжелых погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ, обеспечения перемещения различных грузов не только с помощью различных манипуляторов, кранов, подъемников, штабелеров, но и использования средств механизации для удаления отходов и их

переработки.

В проектах технического перевооружения, выполняемых в последние годы, особо возросла роль модернизации оборудования,

275

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

которую сочетают с его капитальным ремонтом. Такого вида проекты позволяют расширить технологические возможности морально устаревшего оборудования, повысить уровень его механизации и автоматизации нередко с большей эффективностью, чем при использовании в проектах нового, как правило, более дорогостоящего, технологического и другого производственного оборудования.

Эти технологии в сочетании с высокими и критическими технологиями являются основой проектов технологического перевооружения производства и формирования новых, конкурентоспособных технологических укладов.

Технологии создания и использования средств труда. Средства труда – это все то, с помощью чего люди воздействуют на предмет труда. К ним относят машины и оборудование, инструменты и приспособления, средства перемещения грузов, средства связи и т.д. Средства труда можно рассматривать с двух основных точек зрения: во-первых, для предприятия-изготовителя (станкостроительного завода, инструментального завода, завода тяжелых механических прессов) – это предмет труда; во-вторых, для предприятия, на котором используются названные станки, прессы, инструменты – это средства труда.

Инновационный процесс в рассматриваемом направлении работ создания и использования средств труда в наиболее общем виде нами уже был рассмотрен (пп.5.1–5.2). В зависимости от отраслевой принадлежности он может упрощаться или усложняться по мере сложности предметов труда той или иной отрасли экономики. Выполнение рассмотренной процедуры позволяет создать предмет труда, который в свою очередь является средством труда в той или иной технологии, используемой в сфере потребления данного изделия (продукции). По этой причине в данной сфере для всех этапов и стадий жизненного цикла данного изделия стремятся разрабатывать различные технологии его эффективного применения, выполнения регламентных работ, ремонта, технического обслуживания, модернизации и даже утилизации. Уровень таких технологий нередко характеризуют понятиями «высокая» или «критическая» технология. Рассмотрим их подробнее.

Высокие технологии. Технологии как совокупность знаний о способах и средствах проведения трудовых процессов, в результате которых происходит качественное изменение обрабатываемого

276

Глава 11. Классификация технологий

объекта, а также сами указанные процессы характеризуют специальные научные закономерности развития – это так называемые S-образные закономерности развития новых технологий и смены поколений техники и технологий (пп.5.3; 6.3). Аналогичные данные можно проиллюстрировать на примере металлорежущих станков сверлильной и фрезерной групп (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Закономерности смены поколений мехатронных станков сверлильной и фрезерной групп: 1 – сверлильные станки; 2 – фрезерные станки; 3 – обрабатывающие центры сверлильно-фрезерной группы 5-го поколения; 4 – обрабатывающие центры сверлильно-фрезерной группы 6-го поколения.

Анализ зависимостей, представленных на данном рисунке, показывает, что на графике имеются три типа S-образных кривых:

1) Кривые 1 – для сверлильных станков и 2 – для фрезерных станков 4-го поколения (условно показана только верхняя часть

277

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

S-образных кривых), работающих по технологии силового резания металла (она характерна для больших припусков и напусков металла на обработку, резания труднообрабатываемых материалов, применения металлорежущих инструментов в которых не предусмотрены упрочняющие износостойкие покрытия). Такие технологии механической обработки не требовали высоких скоростей резания, что вполне было приемлемо для создания конструкций механизированных и механизировано-ручных станков

2) Кривая 3 характеризует собой создание скоростных станков с ЧПУ (числовым программным управлением), которые за счет использования более точных заготовок с небольшими припусками на обработку, более совершенных инструментов с многослойными покрытиями, использования высокоавтоматизированных систем числового программного управления, обеспечили на базе станков сверлильной и фрезерных групп создание многооперационных обрабатывающих центров сверлильно-фрезерной группы. Они могут выполнять несколько разновидностей операций путем их концентрации на одном станке. Сказанное позволило резко поднять производительность изготовления деталей механической обработкой. Такие металлорежущие станки отнесены к 5 поколению, для которых полное формирование S-образной кривой закончилось к концу XX в.

3) Кривая 4 – это современные мехатронные станки шестого поколения, работающие по технологии высокоскоростной и прецизионной (высокоточной) обработки. Из рисунка видно, что S-образная кривая для данного поколения техники и технологии пока еще не завершила свое развитие (на рис. 11.4. она еще не достигла точки перегиба).

Главными отличительными особенностями в последних двух случаях являются: выполнение дополнительных технологических функций; обязательная интеграция технологических функций в конструкциях сверлильно-фрезерных станков 5-го поколения (в конструкциях токарных станков того же поколения такое суммирование технологических функций, например точения и фрезерования, встречалось только эпизодически); появление существенно большего разнообразия, чем среди токарных станков

278

Глава 11. Классификация технологий

(см. пп. 6.3; 6.4), моделей 6-го поколения станков сверлильнофрезерной17 группы уже начиная с конца XX в.

Анализ S-образных кривых рассмотренного типа позволяет классифицировать такую технику и технологии не только по поколениям и методам обработки. В зависимости от места нахождения точки, характеризующей то или иное средство труда (в данном случае – металлорежущего станка) на S-образной кривой данного вида техники и технологии мы вправе говорить:

−о артефактах и реликтовых технологиях, точки которых находятся в начале S-образной кривой предшествующих поколений техники;

−промежуточных технологиях, точки которых находятся в фазе интенсивного и/или дефлирующего18 развития S-образной кривой предшествующих поколений техники;

−высоких технологиях, точки которых находятся в верхней части S-образной кривой ( i–1 ) поколения техники;

−критических технологиях, точки которой находятся на вновь зарождающейся S-образной кривой технологии нового принципа действия, нового поколения техники, обеспечивающей решительный исход (технологический прорыв или технологический разрыв) по показателям технического уровня

и/или качества в сравнении с возможностями техники и высокой технологии предшествующего ( i–1 ) поколения.

Критические технологии. Особенностью критической технологии в сравнении с высокой технологией предшествующего поколения техники является следующее обстоятельство. В верхней части S-образной кривой при появлении «высоких технологий» начинают существенно снижаться темпы роста главного показателя качества или технического уровня технической системы при ее замене на новые образцы техники или технологии, которые основаны на том же самом принципе действия. Возникает необходимость отказа от «стареющей» технической системы и замены ее более прогрессивной, которая основана на ином физическом эффекте или принципе действия. Таким образом, осуществляется технологический сдвиг и переход к технике или технологии нового поколения путем

17Например, МЦ-1, ИС-630 , VB-1, и т.д.

18От лат. deflare – сдувание, процесс характеризуемый уменьшением темпа роста.

279

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

разработки «критической технологии», которая позволяет перейти на другую, более прогрессивную S-образную кривую развития.

В этот момент начинает формироваться новая S-образная кривая, но не на основе старой технологии, а на совершенно новых принципах, например, электронные лампы в радиоприемниках были заменены на полупроводники; самолеты с поршневыми двигателями – на реактивные; ленточные магнитофоны – на проигрыватели с компакт-дисками и т.д. Таким образом возникает «кризис» (от гр. crisis – поворотный пункт, исход, решение) в развитии технологии на данной S-образной кривой, а технология, которая обеспечивает «решительный исход», переход от старой S-образной кривой развития к новой S-образной траектории развития принципиально новой техники и технологии, к смене поколения техники и технологии, называется, соответственно, «критической технологией».

Рассмотрим такие принципиально важные для инноватики критические технологии более подробно в следующей главе, так как именно критические технологии обеспечивают смену поколений техники, технологические прорывы, создание конкурентоспособной продукции, решительное улучшение качества и технического уровня.

Выводы

1. Технология – это совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов, в результате которых происходит качественное изменение обрабатываемого объекта,

а также сами указанные процессы. Таким образом, технологии необходимо рассматривать и как систематизированную совокупность знаний (наука) и как систематизированные методы (процессы), которые на основе научных знаний ведут к целенаправленному изменению структуры и функций предметов и средств труда (товаров, предметов труда, продукции, изделий, услуг, средств труда).

2.Технологическая наука обобщает класс технических наук, которые изучают процессы и связанные с ними проблемы превращения природных материалов или предметов, энергии и информации в их искусственные целесообразные формы. Основой технологической науки являются различные технологические теории, которые дают системотехническое описание законов и закономерностей техноло-

гических взаимодействий различной природы, критерии,

280