<<
>>

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МАШИН

Главной движущей силой развития машинной техники является потребность общества в материальных и культурных благах. Как писали К. Маркс и Ф. Энгельс, «сама удовлетворенная первая потребность, действие удовлетворения ...

ведут к новым потребностям, и это порождение новых потребностей является первым историческим актом» \ В процессе создания материальных и культурных благ непрерывно возникают новые потребности производства и, соответственно, технические задачи, для разрешения которых нужны определенные технические возможности. Техника — явление общественное, социальное и поэтому ее история неразрывно связана с историей человеческого общества. Новые технические идеи появляются непрерывно, однако их реализация зависит как от достигнутого уровня производительных сил, так и от социально-экономических условий. Темпы, характер и направление развития техники определяются общественными, экономическими законами.

Изобретение в конце XVIII начале XIX вв. рабочих машин, парового двигателя, точных (для того времени) металлообрабатывающих станков и создание на их основе машинной техники в корне изменили не только технологию производства, но и структуру общества. Произошел переход от мануфактурного к машиннофабричному производству. Эти события получили название промышленной революции. Ее причины, содержание и последствия были глубоко проанализированы основоположниками марксизма- ленинизма.

Промышленная революция опирается всегда на техническую революцию, предполагающую глубокое качественное изменение технической базы производства.

Однако далеко не все изобретения и разработки, находящие применение, вызывают техническую революцию. Техническую революцию предопределяют только те изобретения и разработки, внедрение которых приводит к замене функций, выполняемых человеком в производстве, машинами, Рассматривая историю изобретений, К.

Маркс отмечал, например, что в мануфактурный период (а в ряде случаев и задолго до него) применялись насосы для откачки воды. Однако их использование не революционизировало способа производства в целом, а только изменяло технические средства водоотлива *. Между тем применение рабочих машин сначала в текстильном производстве, а затем в машиностроении привело к техническому перевороту, так как первая рабочая машина позволила заменить «не какое-либо особенное орудие, а самую человеческую руку» [I] и дала возможность производить машины с помощью машин.

Современная научно-техническая революция характеризуется принципиально новым направлением в развитии рабочих машин, а именно: автоматизацией операций управления и контроля с помощью ЭВМ.

Если первые рабочие машины были основой технической революции конца XVIII начала XIX вв., то ЭВМ стали базой современной научно-технической революции. Процесс передачи производственных функций от человека к машине выходит на новый качественный уровень, когда в роли этих функций выступают уже не технологические, а контролирующие и управляющие.

Наиболее совершенная современная автоматическая рабочая машина (автомат) представляет собой комплекс, состоящий не только из машины-двигателя, передаточного механизма и рабочей машины, он, кроме того, имеет управляющую машину. Основное отличие данного звена современного автомата от всех остальных его составляющих заключается в том, что именно оно берет на себя функцию управления, которая до этого всегда осуществлялась человеком.

Весь исторический опыт показывает, что развитие техники подчиняется законам марксистско-ленинской диалектики: единства и борьбы противоположностей, перехода количественных изменений в качественные и обратно, закону отрицания.

Было бы наивным полагать, что новые проекты машин возникают из ничего вследствие творческого «озарения» отдельных изобретателей. В действительности конструкции машин развиваются в определенной логической последовательности. Любая современная машина имеет богатую историю своего возникновения и развития, за ней стоят десятки, сотни и даже тысячи изобретений, сделанные в разное время.

Чтобы перейти к конструкции более высокого технического уровня, нужен опыт создания менее совершенных конструкций, нужен опыт успехов и неудач, опыт идей и исследований. Каждая новая конструкция — это как бы ступенька в развитии конструкторской мысли, которая открывает горизонты дальнейших достижений.

Главная закономерность развития машин заключается в чередовании эволюционных (постепенных) и революционных (скачкообразных) стадий. Эволюционная стадия характеризуется незначительным изменением конструкции, внесением в нее усовершенствований и накоплением научно-технической информации. Эволюционная стадия подготавливает условия коренных качественных изменений, замены традиционных маншн принципиально новыми, т. е. переход к революционной стадии.

В ходе эволюционного развития конструкции машины наступает такое положение, когда дальнейшие ее усовершенствования не дают необходимого эффекта. Иными словами, дальнейшее использование принципа, заложенного в конструкцию машин, уже не может отвечать возросшим требованиям производства. Все попытки улучшить КПД, снизить массу, увеличить мощность, повысить надежность и т. п., не меняя принципиальной схемы, не приносят желаемого результата. В этом случае только создание новой машины, действие которой базируется на совершенно ином принципе, открывает путь решения возникшей технической задачи. Замена старых машин новыми, работающими на совершенно иных принципах, означает революционную стадию в развитии техники.

В процессе эволюции техники можно выделить три фазы ее развития. В начальной фазе происходит зарождение новой конструкции машины и рост ее функциональных параметров. При этом скорость роста параметров еще небольшая, но непрерывно увеличивается, машина как бы находится в «младенческом возрасте».

В центральной фазе происходит интенсивное развитие конструкции. В этой фазе наблюдается наибольшая скорость возрастания параметров. Однако примерно в середине фазы происходит перегиб кривой, после которого скорость приращения параметров начинает непрерывно уменьшаться, что обуславливается влиянием сдерживающих факторов для данного вида техники.

Например, в 40-е годы сдерживающим фактором скорости самолета был поршневой двигатель, который не давал возможности преодолеть звуковой барьер.

И, наконец, заключительная фаза, охватывает период морального старения конструкции, когда исчерпываются возможности ее дальнейшего совершенствования на старых принципах. В этой фазе развития скорость приращения параметров небольшая, при этом она непрерывно уменьшается. Только принципиально новое решение даст качественный скачок параметров и преодолеет сдерживающий фактор.

Описанное изменение параметров по трем фазам можно изобразить в виде S-образной кривой, напоминающей по виду логистическую кривую. Интересно отметить, что аналогичный характер имеет и кривая, огибающая кривые локальных эволюционных изменений и характеризующая общую тенденцию изменения параметров. Семейство S образных кривых строят для одного ведущего параметра, который показывает основное назначение изделия.

Преодоление противоречий, единство и борьба противоположностей является другой закономерностью^ развития техники.

У машин есть несколько важнейших параметров, характеризующих степень их совершенства и их возможности: масса, габаритные размеры, мощность, надежность и т. д. Между этими параметрами существуют определенные взаимосвязи. Так, на одну единицу мощности требуется определенная масса конструкции. Чтобы улучшить один параметр известным способом, приходится поступиться другим параметром. Например, увеличение в 2 раза площади вертикального оперения одного из типов самолетов уменьшило амплитуду колебаний самолета всего лишь на 50%. Но это, в свою очередь, повысило восприимчивость самолета к порывам ветра, увеличило лобовое сопротивление, утяжелило конструкцию самолета, что выдвинуло дополнительные сложные задачи [1.2].

Разработчик, учитывая конкретные условия, выбирает наиболее благоприятное сочетание характеристик: в чем-то выигрывает, в чем-то проигрывает. Другими словами, конструктор должен всегда идти на компромисс, отыскивая такое решение, при котором выигрыши превалируют над проигрышами.

Интересны высказывания известного авиационного конструктора О. К. Антонова: «Когда вы обдумываете решение и технические условия, которые может быть и не будут никогда записаны на бумаге, выделите самое главное. Только в крайнем случае, если что-нибудь не удается выполнить, идите к допустимому. Допустимое — это некоторое невыполнение заданных технических условий, так сказать, компромиссное решение. Предположим, конструируя самолет, вы выполните требования по грузоподъемности и скорости, но у вас немножко не выйдет с длиной разбега. Тогда вы начнете взвешивать эти три важных требования и, возможно, несколько поступитесь разбегом — пусть разбег будет^не 500 м, а 550 м, зато все остальные качества будут достигнуты. Это как раз то, что допустимо» [II].

Возникновение и преодоление технических противоречий есть одна из главных особенностей развития техники вообще и машин в частности. На это обстоятельство указывал К. Маркс, анализируя развитие мельниц, он писал: «Увеличение размеров рабочей машины и количества ее одновременно действующих орудий требует более крупного двигательного механизма... Уже в XVII веке была сделана попытка приводить в движение два бегуна и два постава посредством одного водяного колеса. Но увеличение размеров передаточного механизма вступило в конфликт с недостаточной силой воды, и это было одним из тех обстоятельств, которые побудили к более точному исследованию законов трения» [III].

Многочисленные примеры технических противоречий приводит Ф. Энгельс в статье «История винтовки». Он пишет: «...Винтовка старого образца была непригодна для массового вооружения стрелков. Старая винтовка, для того чтобы облегчить забивание пули, должна была быть короткой, настолько короткой, что она уже не подходила в качестве рукоятки для штыка» [IV]. В то же время для усиления штыковых свойств винтовки нужно было, наоборот, удлинять ствол. Эти противоречивые качества были соединены в винтовке, заряжающейся с казенной части.

Об одном из таких технических противоречий, имеющих место в кораблестроении, писал акад.

А. Н. Крылов: «Необходимость обеспечения мореходных качеств ставит условия противоположные: так, например, чтобы корабль не был валок или, говоря морским языком, был бы «остойчив», выгодно его делать пошире, а чтобы он был «ходок», очевидно, что его надо делать подлиннее и поуже — требования противоположные» [1.7].

Из истории развития техники известно, что создание двигателя внутреннего сгорания потребовало около 40 лет настойчивого и упорного труда конструкторов-и изобретателей. Им.пришлось преодолевать, в частности, такие противоречия: с осуществлением сжигания топлива непосредственно внутри цилиндра двигателя отпала необходимость в котельном оборудовании и КПД двигателя значительно возрос, но высокие температура и давление внутри цилиндра потребовали для его изготовления жаропрочных сплавов. Смазка цилиндра также становилась затруднительной. В то же время ничего не могли придумать кроме принудительного охлаждения стенок водой. Обходя это препятствие, натолкнулись на другие: охлаждающая вода уносила до 30% полезного тепла, что не давало возможности резко повысить КПД и целый ряд других технических трудностей.

При создании теплотехнического оборудования встречаются с таким противоречием. Сокращение массы конструкции в целях экономии металла приводит к уменьшению теплообменной поверхности, а следовательно, к снижению КПД и перерасходу топлива. Разрешение этого противоречия является весьма важным фактором прогрессивного развития котельной техники. Подобные технические противоречия имеются в любой области техники и примеров можно привести много.

В последние годы в машиностроении происходят крупные сдвиги в технике, технологии и структуре производства, заметно активизируется деятельность и повышается роль научно- исследовательских и проектно-конструкторских организаций. При всем многообразии форм и методов развития конструкций выпускаемых и используемых машин можно выделить следующие наиболее общие направления и тенденции, которые отражают закономерности современного научно-технического прогресса:

  1. расширение ассортимента выпускаемых машин; 2) ускорение темпов сменяемости моделей машин; 3) повышение уровня автоматичности машин, переход от отдельных машин к системе машин; 4) усложнение конструкций машин; 5) улучшение качества, повышение надежности и долговечности; 6) увеличение единичной мощности.

Необходимо подчеркнуть, что все перечисленные тенденции тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены, а внутри некоторых из них появляются новые тенденции и задачи.

Расширение ассортимента выпускаемых машин соответствует общей тенденции роста ассортимента всей продукции. Так, ассортимент машин, приборов и механизмов исчисляется теперь многими миллионами типов, и он продолжает расширяться. Если взять типаж металлорежущих станков, то в нашей стране число их типоразмеров увеличивается каждые десять лет примерно в 1,5 раза [1.8].

В росте ассортимента проявляется стремление как можно полнее и качественнее удовлетворить разнообразные запросы потребителей, создать достаточно широкий по параметрам и возможностям диапазон машин, которые были бы эффективны в различных условиях эксплуатации.

Ассортимент выпускаемых машин расширяется как бы двумя путями: во- первых, увеличение диапазона значений параметров машин одного класса, и во-вторых, создание модификаций , обладающих д оп ол нител ь ным и              свой -

Го6 автомобилей с бортовой Рис. 1.1. Динамика полезной нагрузки гру- платформой. Массовый вы- зовых автомобилей с бортовой платформой (для различных моделей указан год начала выпуска)

Динамика полезной нагрузки

ствами для эффективного функционирования в специфических условиях эксплуатации. Первый путь этого развития наглядно иллюстрирует рис. 1.1, на котором приведены данные о полезной нагрузке отечественных грузовых

пуск грузовых автомобилей в нашей стране начался в начале 30-х годов, в то время промышленность выпускала две-три модели грузовых автомобилей небольшого диапазона по грузоподъемности 1,5— 3 т. Значительное расширение этого диапазона произошло в послевоенные годы (1947—1948 гг.) — от 2,5 до 7 т. В настоящее время наша автомобильная промышленность выпускает грузовики с данным видом кузова полезной нагрузки от 0,8 т (УАЗ-452Д) до 20 т (МАЗ-7310). На рис. 1.1 видна также и тенденция увеличения единичной мощности, так как расширение диапазона параметров — грузоподъемности автомобиля и мощности двигателя — происходило наиболее значительно именно в сторону увеличения. В последние годы полезная нагрузка была существенно повышена за счет применения прицепов, создания автопоездов.

Вторая тенденция в расширении ассортимента машин — это увеличение числа модификаций. Характерной особенностью типажа выпускаемых в настоящее время отечественных грузовых автомобилей является относительно небольшое число базовых моделей при значительном развитии их модификаций. Модели базовых грузовых автомобилей в совокупности представляют собой ряд автомобилей грузоподъемностью: 0,35; 1; 2,5; 4; 5—6; 8-Ю; 12—14,5; 27—30; 40 и 75—80 т.

Каждая базовая модель имеет от двух до шести модификаций. Модификации позволяют приспособить базовую модель к разнообразным условиям эксплуатации и потребностям народного хозяйства. Это позволяет изготовлять широкую гамму автомобилей разного назначения: автомобили-самосвалы, предназначенные для перевозки промышленных, строительных и сельскохозяйственных грузов, вскрышных пород и полезных ископаемых; автомобили-фургоны с изотермическими и рефрижераторными кузовами; автомобили-лавки, передвижные мастерские и отделения связи; автомобили-фургоны для перевозки почты, живой птицы, автомобили медицинской и ветеринарной служб; автомобили-цистерны; автомобили-лесовозы и плете- трубовозы; автомобили-тягачи и т. д.

Развитие модификации техники характерно и для тракторостроения. Если, например, в 1946 г. на одну базовую модель выпускаемых в США тракторов приходилось 2,5 модификации, то в 1956 г. их увеличилось до 3,5, а в 1967 г. —до 10,1 [1.9].

Если в период становления отечественное тракторостроение выпускало только тракторы для пахоты, то теперь все более широкое распространение получают специализированные машины, предназначенные для механизации хлопко- и свекловодства, работ на чайных плантациях, в садах и огородах, на лесоразработках и в строительстве. Создаются модели для работы в холмистой и заболоченной местностях, в разных климатических условиях — для отдаленных северных районов и для работы в южных, жарких районах.

Расширение числа модификаций машин означает углубление их специализации; выбор машин по принципу—для каждого вида работ — своя модель. Однако в развитии специализации возникают трудности, противоречия. Ассортимент машин нельзя расширять безгранично, так как с его ростом снижается серийность их производства и, следовательно, повышается себестоимость. Кроме того, повышаются издержки эксплуатации за счет увеличения разномарочности парка машин. Вот почему разработчики новых машин находятся между двумя противоречивыми требованиями: с одной стороны, приспособить конструкцию как можно лучше к требованиям потребителей, дать им достаточный ассортимент для выбора, а с другой, не допустить чрезмерного многообразия конструкций.

Создавая новую машину, конструктор стоит перед такой дилеммой: что лучше, либо сделать машину достаточно универсальной, чтобы удовлетворить запросы многих потребителей, хотя с расширением универсальности в ряде мест машина будет эксплуатироваться не на полную мощность, либо сделать машину специализированной и добиться ее полного использования по назначению. В этом случае таких машин потребуется немного и для других потребителей нужно будет создавать другие специальные машины, следовательно, ассортимент расширится.

Очевидно, нужно стремиться к оптимальной степени универсальности (соответственно специализированности) машин. Причем чрезмерная специализация опасна для технологических машин еще с точки зрения косвенного или вторичного старения.

Например, специальный высокопроизводительный станок предназначен для производства деталей определенного наименования. Завод переходит на выпуск другой модели машины, где данная деталь отсутствует, а следовательно, и отпадает надобность в этом станке. Однако завод должен будет сохранять некоторое время этот станок, так как детали нужно делать в качестве запасных. Но потребность в запасных частях с каждым годом снижается и, следовательно, загрузка данного станка с каждым годом уменьшается со всеми отсюда вытекающими негативными последствиями, которые тем ощутимее для экономики предприятия, чем дороже станок, чем больше площади он занимает и чем он сложнее.

Вот почему в решениях, принятых на XXVI съезде КПСС, обращено особое внимание на необходимость «создавать многофункциональные машины и оборудование, переналаживаемые при изменении технологических процессов, видов выпускаемых изделий и производимых работ».

Особенно важное значение для обеспечения разнообразных потребностей народного хозяйства в технике имеет разработка оптимального типажа машин, т. е. технически и экономически обоснованной их номенклатуры.

Оптимальные типажи машин разрабатываются во всех отраслях машиностроения. Так, в станкостроении типаж станков разрабатывается систематически с 1932 г. Причем он непрерывно претерпевает значительные количественные и качественные изменения. Если в 1932 г. станкостроение выпускало лишь 47 типоразмеров станков, в основном универсальных, то в 1975 г. в типаж входило 1632 типоразмера, в том числе 857 (52,6%) универсальных и 775 (47,4%) специализированных станков [1.8].

Изменение типажа станков отражает те задачи, которые стоят перед отраслями на определенные планируемые периоды. В первой и второй пятилетках в связи с развитием отраслей с крупносерийным и массовым характером производства в значительной мере предусматривалось увеличение в типаже удельного веса специализированных станков. При разработке типажа на 1959—1966 гг. особое внимание уделялось повышению удельного веса автоматов и полуавтоматов. В десятой пятилетке в связи с поставленными задачами по резкому повышению производительности труда в отраслях машиностроения и металлообработки основное внимание было сосредоточено на развитии станков с ЧПУ и автоматических систем.

При разработке оптимального типажа машин противоречие между тенденцией роста ассортимента и тенденцией повышения серийности производства преодолевается также на базе унификации и стандартизации сборочных единиц, агрегатов и деталей.

Развитие унификации и стандартизации является важным средством сокращения сроков подготовки производства новых машин, их трудоемкости и себестоимости. Конструкторская унификация и стандартизация развиваются во всех отраслях машиностроения.

Ускорение темпов сменяемости моделей машин вытекает из общей закономерности развития производства и потребления с точки зрения экономии общественного труда. В ускорении обновления техники отражается возрастание темпов научно- технического прогресса. Каждый вид техники, как известно, развивается путем последовательной смены конструкций (моделей и модификаций), в ходе которой реализуются экономические возможности заложенных в них конструктивных идей и дальнейших усовершенствований.

Интенсивность смены моделей машин характеризуется как освоением новых моделей, так и снятием с производства старых. Поскольку ранее освоенные модели постепенно снимаются с производства по мере освоения новых, то происходит некоторое увеличение общего числа находящихся в производстве моделей.

О возрастании темпов обновления выпускаемых машин, оборудования, аппаратов и приборов видно из следующих данных. В девятой пятилетке в среднем за год создавалось примерно 4000 образцов новой техники, осваивалось 3300 новых видов промышленной продукции — вдвое больше, чем в среднем за год в восьмой пятилетке. За первые четыре года десятой пятилетки освоен выпуск около 14 тыс. новых видов машин, оборудования и приборов и снято с производства свыше 7 тыс. устаревших изделий [1.5]. Наблюдается не только общий рост объемов машиностроительного производства, но и значительные сдвиги в структуре выпускаемой машинной техники в сторону расширения производства прогрессивных автоматизированных видов машин и оборудования.

Большое внимание уделяется увеличению объемов производства средств механизации и продукции универсального применения, в первую очередь оборудования для непрерывного транспорта, подвесных конвейеров с автоматическим адресованием грузов, ленточных конвейеров, мостовых и козловых кранов, портальных кранов, специальных контейнерных козловых кранов, причальных перегружателей. В станкостроении предусматриваются опережающий выпуск станков с ЧПУ, увеличение выпуска специальных станков и автоматических линий, создание комплексов высокопроизводительного металлообрабатывающего оборудования, управляемого с помощью ЭВМ, производство манипуляторов с программным управлением (роботов).

Ускорение темпов сменяемости моделей машин наблюдается и в развитых капиталистических странах. Однако этот процесс носит там неравномерный «пикообразный» характер, что связано не с закономерностями развития самой техники, а с конкурентной межфирменной борьбой: чтобы не утратить своих рыночных позиций, каждая даже небольшая фирма выпускает на рынок свою новую модель одновременно и немедленно вслед за фирмами- лидерами.

Повышение уровня автоматичности машин и переход от отдельных машин к их системам есть две взаимосвязанные стороны, отражающие одно из главных направлений современного научно- технического прогресса — развитие комплексной механизации и автоматизации производства.

Процесс развития комплексной механизации и автоматизации производства в последнее время получил новые организационные формы своего осуществления. Они заключаются в разработке и осуществлении так называемых комплексных программ по техническому перевооружению производства на базе систем (комплексов) машин и механизмов. Успешные работы по реализации таких программ в объединениях «ЗИЛ» и ГАЗ были отмечены государственными премиями в 1977 г.

Комплексная программа технического перевооружения про- изв( детва на «ЗИЛе» включает такие направления, как: создание комплексно-механизированного производства путем внедрения поточно-механизированных и автоматических линий, модернизация универсального оборудования путем встраивания механизмов загрузки и выгрузки, устройств активного контроля; внедрение большого числа агрегатных многооперационных металлорежущих станков с автоматическим циклом работы; механизация внутрицехового и , межцехового транспорта с применением напольных и подвесных толкающих конвейеров, ящичных оборотных поддонов и пакетов; механизация и автоматизация процессов оперативного управления производством.

В результате осуществления комплексной программы в объединении «ЗИЛ» число автоматических линий увеличилось с 109 до 259, число поточно-механизированных линий с 151 до 625, число комплексно-механизированных цехов с 4 до 18, протяженность конвейеров с 49 до 121 км.

В объединении ГАЗ успешно реализована программа по комплексной механизации транспортно-складских работ. В результате головное предприятие объединения получило 20 млн. руб. годовой экономии за счет сокращения потребности в товарных железнодорожных вагонах на 9,5 тыс., уменьшения расходов лесоматериалов на 25 тыс. м3, механизации ручных работ, уменьшения в 3 раза потребности в помещениях для хранения продукции. Коренным образом изменился характер труда на этих операциях.

Другим наглядным примером эффективного применения систем машин является опыт ГПЗ-1, на котором более 30% выпуска изделий осуществляется в цехах и на участках-автоматах, а около 70% — с помощью комплексов автоматического оборудования [1.3].

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» намечено существенно увеличить производство систем машин и оборудования, автоматических манипуляторов с программным управлением (промышленных роботов), позволяющих исключить применение ручного малоквалифицированного и монотонного труда, особенно в тяжелых и вредных для человека условиях.

В докладе на XXVI съезде КПСС товарищ Н. А. Тихонов отметил, что в одиннадцатой пятилетке значительно расширится производство миниатюрных электронных управляющих машин как составной части основного технологического оборудования, приборов, различных систем и средств управления и контроля.

Отечественным машиностроением накоплен положительный опыт создания систем машин, в том числе для весьма сложных многономенклатурных производств. Так, система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства включает примерно 2000 наименований различных машин и устройств: тракторов, комбайнов, других сельскохозяйственных машин, погрузочно-разгрузочных средств, оборудования для животноводческих ферм, средств автоматизации производства и управления, обеспечивающих последовательное и согласованное выполнение технологических операций в земледелии и животноводстве. Данная система состоит из комплексов оборудования для выполнения законченных технологических цепочек для обработки почвы, для внесения удобрений, для уборки зерна и т. д. В отрасли химического и нефтяного машиностроения проектируются, изготовляются и поставляются крупные комплексы (системы), состоящие из десятков и сотен единиц оборудования: линии для производства аммиака, серной, азотной кислоты и других химических продуктов и т. д.

Еще в 60-х годах была разработана в рамках комиссии СЭВ по сельскому хозяйству система машин для мелиоративного строительства, которая охватывала 20 производственных процессов по орошению, осушению, лесомелиорации и т. д.

В 1975 г. была завершена разработка проекта первой системы машин для строительства. В ее основу положено требование полного обеспечения строительства необходимыми средствами механизации для всех видов работ, где такая механизация возможна и необходима [1.10].

Усложнение конструкций машин можно рассматривать как следствие повышения уровня автоматичности машинной техники, определенное влияние на эту тенденцию оказывает также улучшение качественных характеристик машин. Развитие автоматизации, передача машине все большего числа функций, которые раньше выполнял человек, вызывает «обрастание» машины новыми функциональными системами, агрегатами, сменными приспособлениями.

Усложнение конструкции машины само по себе нельзя рассматривать как положительное явление. Ведь с увеличением числа деталей и сборочных единиц повышается себестоимость, а следовательно, цена машины. Усложиение конструкции ведет также к снижению ее надежности, к усложнению обслуживания и ремонта, возрастанию потребностей в запасных частях, т. е. в конечном счете к росту эксплуатационных затрат.

Техническая мысль конструкторов и изобретателей стремится преодолеть негативные последствия этой тенденции. Известно, что новое изобретение тем ценнее, чем проще решение оно предлагает. Устранение функционально ненужных элементов, выявление стоимостных резервов конструкции в ходе функциональностоимостного анализа, отработка конструкций на технологичность, применение унифицированных и стандартных деталей и сборочных единиц — вот те основные пути, которые позволяют преодолевать негативные последствия усложнения конструкции.

Усложнение конструкции машин проявляется не только в увеличении ее конструктивных элементов, но также и в том, что происходит усложнение материального состава и расширяется диапазон физических процессов, протекающих при функционировании машин.

Непрерывное улучшение свойств материалов, используемых для изготовления машин, — характерное явление истории техники. Так, за последние 40 лет прочность чугуна возросла с 12— 20 до 70—80 кг/мм2. Создание новых композиций сплавов, использование новых легирующих добавок, соблюдение высокой чистоты исходных материалов, а также применение довых технологических процессов горячей обработки сплавов обеспечивают повышение прочности и улучшение других важных свойств конструкционных материалов. Например, комбинирование термической и механической обработки позволяет получать стали с прочностью до 300 кг/мм2. Получены также сплавы на основе титана с прочностью 140—160 кг/мм2, способные успешно работать при температуре 300—350 °С.

В результате расширения ассортимента выпускаемых материалов и повышения их качественных характеристик достигается неуклонное снижение материалоемкости машин, оцениваемой такими показателями, как техническая удельная масса машины, эксплуатационная масса на единицу мощности или полезной работы, коэффициент компоновки и т. д. Помимо сплавов и других материалов, создаваемых на металлической основе, все более широкое распространение получают неметаллические, синтетические материалы, а также комбинированные материалы.

Усложнение машинной техники сопровождается расширением .спектра физических процессов, образующих рабочий процесс машины. Причем это распространяется на все части машины: рабочие органы, привод, передаточное устройство и систему управления. Если первые рабочие машины представляли собой только механические системы, то современные являются сложными системами, включающими не только механизмы, но и различные электрические, электронные, гидравлические, теплохимические

и оптические элементы. Не исключено в перспективе применение элементов биологического характера.

Улучшение качества, повышение надежности и долговечности особенно отчетливо проявляется при смене моделей машин. Каждая новая модель машины по своим эксплуатационным техникоэкономическим показателям существенно превосходит предыдущую модель того же класса. Это можно проследить, например, на развитии конструкций автомобилей Горьковского автозавода (ГАЗ-MM, ГАЗ-51А, ГАЗ-52 и ГАЗ-53), Московского автозавода им. И. А. Лихачева (ЗИС-5, ЗИЛ-150, ЗИЛ-164,- ЗИЛ-130). Эти последовательно сменявшие друг друга базовые модели автомобилей и их основных агрегатов отличаются удельными мощностями, удельной полезной нагрузкой, эксплуатационной надежностью, долговечностью, комфортабельностью, удобством обслу- *¦ живания, качеством отделки и т. д. Например, производительность автомобиля ЗИЛ-130 выше, чем автомобиля ЗИЛ-164А, почти в 1,5 раза.

Улучшение показателей автомобилей и других машин является следствием не только совершенствования их конструкций, но и совершенствованием технологии их производства.

На современном этапе машинной техники особенно актуальной является проблема повышения надежности и долговечности. Это объясняется тем, что, во-первых, наблюдающаяся тенденция усложнения конструкций в связи с ростом их автоматичности усиливает требование к надежности машины в целом и ее частей и, во-вторых, затраты, связанные с эксплуатацией машин, остаются довольно высокими. Так, хотя ресурс грузовых автомобилей за последнее десятилетие увеличился в 1,5—2,5 раза, однако затраты на ремонт и обслуживание автомобиля за весь амортизационный срок службы еще в 3—4 раза превышают себестоимость его изготовления.*

В связи с этим продолжаются научные исследования и опытноконструкторские работы по совершенствованию отдельных сборочных единиц и агрегатов, лимитирующих надежность и долговечность автомобилей.

Процесс повышения качества машин на протяжении некоторого продолжительного периода времени можно наблюдать по динамике их основных параметров, которые, как отмечалось выше, изменяются согласно S-образной кривой, близкой к логистической. В качестве примера на рис. 1.2 показаны кривые роста пробега автомобиля до первого капитального ремонта на протяжении последних лет.

В настоящее время автомобилестроителями подготовлены комплексы мероприятий, внедрение которых в будущем позволит увеличить ресурс бензинового двигателя до 300—350 тыс. км, а шасси автомобиля — до 350—400 тыс. км.

Увеличение единичной мощности — тенденция, характерная ^ля развития многих видов машин. Вот как выглядит рост единичной мощности энергетических машин. Средняя единичная мощность изготовляемых машиностроителями нашей страны паровых турбин в 1965 г. составляла 100,9 тыс. кВт, а в 1970 г.— 156 тыс. кВт. Повышение единичной мощности турбин продолжается. Это ускорит ввод крупных энергетических мощностей, даст значительную экономию металла, расходуемого на их создание, и повысит экономичность работы тепловых электростанций. Кроме того, новые энергетические установки будут отличаться высокой степенью автоматизации.

Увеличение пробега автомобиля до первого капитального ремонта

Рис. 1.2. Увеличение пробега автомобиля до первого капитального ремонта

Первые              машины              определенного конструктивного принципа

обычно создаются, если можно так выразиться, средней величины по мощности и размерам и применительно к наиболее распростра- ¦ ненным условиям. А затем начинается их развитие в двух противоположных направлениях: идет увеличение размерных и мощ- ностных параметров и одновременно создаются конструкции все более миниатюрные. Эти две тенденции можно проследить в конструкциях              автомобилей,              тракторов, экскаваторов, станков и

многих других машин, причем для транспортных, энергетических и отчасти технологических машин характерна тенденция к росту их размеров, мощности, вместимости, пропускной способности. В то же время контрольно-измерительная и вычислительная техника проявляет тенденцию к уменьшению размеров.

Увеличение мощности не является самоцелью, через увеличение мощности достигается повышение производительности и экономичности в эксплуатации. Например, статистические данные показывают, что производительность тракторов повышается почти пропорционально росту их мощности.

Кроме того, с ростом единичной мощности происходит улуч-‘ шение многих удельных технических параметров: снижаются материалоемкость конструкции, расход топлива и энергии на единицу полезной работы.

Таким образом, главные тенденции развития машин на современном этапе заключаются в непрерывном расширении ассортимента и ускорении сменяемости моделей, повышении уровня их автоматичности, переходе от отдельных машин к системам (комплексам) машин, в конструктивном усложнении, а также в улучшении качества и увеличении единичной мощности. Анализ показывает тесную взаимосвязь всех перечисленных тенденций.

<< | >>
Источник: Кац Г. Б., Ковалев А. П.. Технико-экономический анализ и оптимизация конструкций машин. —М.: Машиностроение,1981. — 214 с., ил.. 1981

Еще по теме СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МАШИН:

  1. 1.1. Современное состояние автомобилестроения в Российской Федерации
  2. 1.3. Тенденции и направления государственной политики в области «новой экономики»
  3. 8.3. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕСТРАХОВОГО РЫНКА РОССИИ
  4. 103. Машиностроение мира
  5. Тенденции развития сленга в начале XXI века
  6. О СВЯЗИ ПРОЦЕССОВ РАЗВИТИЯ ЛИТЕРАТУРНОГО ЯЗЫКА И СТИЛЕЙ ХУДОЖЕСТВЕННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
  7. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МАШИН
  8. §1. Разработка теоретических основ и особенности развития правового регулирования общественных отношений в условиях НЭПа
  9. Любовь и её распад в современном обществе
  10. Y.2. ФОРМАЦИОННАЯ КОНЦЕПЦИЯ ОБЩЕСТВЕННОГО РАЗВИТИЯ В ФИЛОСОФИИ ИСТОРИИ МАРКСИЗМА
  11. 5. Тенденции развития средств автоматизации для серийного и массового производства
  12. §2.2. Тенденция к экономичности выражения смысла
  13. 46. Основные тенденции развития советской психологии во второй пол. ХХ в._
  14. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ТЕНДЕНЦИЯХ В РАЗВИТИИ СОЦИАЛЬНО-ТРУДОВЫХ ОТНОШЕНИЙ: ТЕОРИИ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ, СОЦИАЛЬНОГО ПАРТНЕРСТВА, МОТИВАЦИИ, СОЦИАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
  15. Тенденции развития институциональной структуры регионального иск
  16. § 1. Познание сущности информации как одна из тенденций развития науки криминалистики
  17. НОВЫЕ ЧЕРТЫ СОВРЕМЕННОГО ЯЗЫКОЗНАНИЯ
  18. Развитие нерыночных отношений в современной экономике
  19. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИНСТИТУТА ЛИШЕНИЯ СВОБОДЫ В 1920-30-х ГОДАХ В СССР