О.А.Пермяков, І.Е.Яковенко

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ПРОГНОЗУВАННЯ Вступний курс

0

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Пермяков О.А., Яковенко І.Е.

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ПРОГНОЗУВАННЯ Вступний курс Навчальний посібник для студентів спеціальності 131 – Прикладна механіка та 133 – Галузеве машинобудування

Харків НТУ «ХПІ» 2022 1

УДК 621.9 П47 Рецензенти: Купріянов О.В., д-р. техн. наук, проф., Українська інженерно-педагогічна академія; Степанов М.С., д-р. техн. наук, проф., Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Рекомендовано вченою радою НТУ «ХПІ», протокол №6 від 23 вересня 2022 р. Авторський колектив Пермяков О.А., проф., д-р. техн. наук, Яковенко І.Е., проф., к-т. техн. наук Пермяков О.А. Пермяков О.А., Яковенко І.Е. Технологічне прогнозування. Вступний курс: навчальний посібник для студентів спеціальності 131 – Прикладна механіка та 133 – Галузеве машинобудування /О.А.Пермяков, І.Е.Яковенко – Харків: НТУ «ХПІ», 2022. – 178 с. ISBN Метою технологічного прогнозування є визначення на перспективу змін споживчих властивостей виробів, технологічних процесів і устаткування щодо їх виготовлення. Розглянуто основні питання, пов’язані з оцінкою технологій у машинобудуванні, що проводяться з метою виявлення їхнього потенціалу, які неможливі без розуміння еволюції технологічного обладнання для реалізації технологій у часі та прогнозування їх нових параметрів якості. Розглянуто методологію та методи прогнозування технологічних систем у машинобудуванні. Призначено для студентів спеціальності 131 – Прикладна механіка, 133 – Галузеве машинобудування та інших спеціальностей галузі знань 13 – Механічна інженерія.

Іл. 75. Табл. 18. Бібліогр. 25 назв. УДК 621.9 © О.А. Пермяков, І.Е. Яковенко

ISBN

© НТУ «ХПІ», 2022

2

Оглавление Вместо предисловия

6

Введение

7

1 МЕТОДОЛОГИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

10

1.1 Термины и определения

10

1.2 Цель и задачи технологического прогнозирования

12

1.3

Методы

прогнозирования

технологических

систем

в

машиностроении

15

1.4 S-кривые в иллюстрации жизненных циклов спроса на товары (продукцию) и технологии

25

1.4.1 Закон S-образного развития

25

1.4.2 Анализ жизненного цикла технологии

32

1.4.3 Становление и смена технологических укладов в мировом технико-экономическом развитии

35

Вопросы для самоконтроля

44

2 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ

45

2.1 Общие сведения о временных рядах

45

2.2 Трендовые модели на основе кривых роста

46

2.3 Модель Хольта-Уинтерса

47

2.4 Пример прогнозирования временных рядов сбыта проточнонакопительных электрических водонагревателей (ЗВН) на основе модели Хольта-Уинтерса

50

Вопросы для самоконтроля

54

3 ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ В ОТРАСЛИ

55

3.1 Мировой рынок технологического оборудования

55

3.2 Прогрессивные технологии в машиностроении

64

3.2.1.

Классификация

методов

машиностроении 3

обработки

деталей

в

64

3.2.2. Термическая обработка и методы термомеханического упрочнения 3.2.3.

64

Лезвийные

способы

обработки

и

методы

их

интенсификации

68

3.2.4 Современные способы абразивной обработки

70

3.2.5 Способы поверхностного пластического деформирования

72

(ППД) 3.2.6 Физико-химические способы обработки

72

3.2.7 Светолучевая обработка

73

3.2.8 Электронно-лучевая обработка материалов

73

3.2.9 Ультразвуковая обработка

74

3.2.10 Электронно-импульсная обработка

74

3.2.11 Электромеханическая обработка

74

3.3 Бережливое производство 3.4

Мехатроника

как

75

приоритетное

направление

развития

техносферы

85

Вопросы для самоконтроля

95

4 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

96

4.1 Технологическое прогнозирование и принятие решений по выбору технологического оборудования

96

4.2 Ретроспективный анализ тенденций в период 1960-1990 г.г., 1990-2000 г.г и экстраполяция на период до 2010 г.

102

Вопросы для самоконтроля

106

5 МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНОЙ КОНСТРУККЦИИ, ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ, БУДУЩЕЕ

107

5.1 Агрегатные станки и автоматические линии. История и современность

107

4

5.2 Компонетика (теория компоновок) агрегатных станков

123

5.3 Анализ компоновок агрегатных станков последнего поколения

132

Вопросы для самоконтроля

174

6 ПОРТАТИВНЫЕ СТАНКИ КАК ПЕРСПЕКТИВА РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АГРЕГАТНОМОДУЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ

175

6.1 Назначение портативных станков

175

6.2 Причины возникновения портативных металлорежущих станков

175

6.3 Примеры компоновки мобильных станков агрегатно-модульной конструкции для ремонта недемонтируемых деталей и узлов турбоагрегатов

176

Вопросы для самоконтроля

191

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

5

192

Теория есть обоснование предпринимаемых действий Вместо предисловия Мотивом подготовки к изданию данного учебого пособия послужил опыт преподавания

учебной

прогнозирования»

для

дисуиплины будущих

«Основы

технологического

инженеров-механиков.

Технологичекое

прогнозирование как область знаний являнтся традиционным для направлений «Экономика», «Менеджмент», «Государственное управление» и т.д., связанных в первую очередь с прогнозированием и планированием деятельности предприятий, отраслей. Для них написано, издано и рекомендовано множество учебников, монографий, научных статей. При постановке учебного курса и подготовке конспекта лекций для студентов, обучающихся в области знаний 13 «Механическая инженерия» специальностей 131 «Прикладная механика» и 133 «Отраслевое машиностроение», эти материалы изучались и анализировались. Все системные положения использованы как канва преподавания данной дисциплины для студентов техничеких специальностей, чья квалификация в первую очередь связана с основами технологии машиностроения, созданием и эксплуатацией

технологичекого

оборудования,

организацией

производственных процессов механической обработки и сборки машин. Авторы, имея базовое техническое образование по специальности «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» и многодесяилетний проектирования,

опыт

научной

деятельности

совершенствования

в

области

технологических

изучения, прозессов

механообработки, в том числе с использованием высокопроизводиельного металлорежущего принципу,

оборудования,

постарались

создаваемого

привнести

в

по

агрегатно-модульному

разделы

технологического

прогнозирования свои знания и практический опыт работы в этой сфере.

6

Введение Прогнозы дело неблагодарное. Говорят ведь, что метеоролог, делающий прогноз погоды, как и сапер, ошибается один раз, но каждый день. Тем не менее, люди хотят знать о будущем, иначе, чем объяснить популярность гороскопов и благополучие гадалок. В этом деле главное не путать понятия предсказания и прогноза. Предсказание субъективно, в него, а вернее тому, кто его делает, нужно слепо верить или не верить вообще. Скептики обычно не верят, как не верят те, кто хочет получить объяснение, на каких фактах эти предположения делаются. И чем выше степень риска и ответственности при последующем несовпадении сделанных предположений, тем большую степень недоверия к такого рода предсказаниям следует проявлять. Иначе стоит относиться к прогнозам. Прогноз обладает большей объективностью, поскольку должен опираться на некоторые факты. По сути, прогноз это субъективный вывод на основе объективных данных или фактов. Если

прогноз,

а

точнее

выводы

сделанные

прогнозистом,

Вас

не

удовлетворяют, его можно принять с некоторой поправкой или не принять вовсе. При этом у Вас всегда есть возможность проверить как основу прогноза (фактические данные), так и логику выводов (предположений), или на основе собственного анализа представленных данных и понимания проблемы сделать свои выводы и составить собственный прогноз. При разработках прогнозов специалисты нередко встречаются трудностями,

которые

связаны

с

недостаточной

с

определенностью

терминологии этого сравнительно нового направления научных исследований. Будущее стремятся предвидеть, предсказать, предвосхитить, предугадать, спрогнозировать

и

т.д.

Но

будущее

можно

также

планировать,

программировать, проектировать. По отношению к будущему можно ставить цели и принимать решения.

7

Термины предвидение и прогнозирование могут быть определены как процессы

разработки

прогнозов,

целей,

планов,

программ,

проектов,

организационных решений. С этой точки зрения прогноз определяется как вероятностное научно обоснованное суждение о перспективах, возможных состояниях того или иного явления в будущем и (или) об альтернативных путях и сроках их осуществления. Прогнозирование

–

это

предвидение,

опережающее

отображение

действительности, основанное на познании законов природы, общества, мышления. Различают три формы предвидения: гипотезу, прогноз, план. Гипотеза характеризует научное предвидение на уровне общей теории, т.е. она основывается на теории, открытых причинно-следственных связях. Прогноз, в отличие от гипотезы, описывает не только качественные, но и количественные отношения.

Прогноз выражает предвидение на уровне

конкретно-прикладной теории. Таким образом, прогноз отличается от гипотезы меньшей степенью неопределенности и большей достоверностью. В то же время связи прогноза с исследуемым объектом, явлением не являются жесткими, однозначными: прогноз носит вероятностный характер. План представляет собой постановку точно определенной цели и предвидение достижения конкретных, детальных событий исследуемого объекта. В нем фиксируются пути и средства развития в соответствии с поставленными задачами, обосновываются принятые управленческие решения. Его главная отличительная черта – определенность и директивность заданий. Таким образом, в плане предвидение получает наибольшую конкретность и определенность. Как и прогноз, план основывается на результатах и достижениях конкретно-прикладной теории. Начало исследований – процесс предвидения состояний объекта, завершающий этап – составление плана развития. Важным средством для этого служит прогноз как связующее звено между общенаучным предвидением и планом. План и прогноз представляют собой взаимодополняющие друг друга 8

стадии планирования при определяющей роли плана как ведущего звена управления производством. Между прогнозом и планом существуют и различия. Главное из них – план имеет директивный, а прогноз – вероятностных характер. План – это однозначное решение, в том числе и тогда, когда он разрабатывается на вариантной основе. Прогноз же является альтернативным, вариантным. Разработка прогнозов основана на прогностических методах, в то время как планирование опирается на строгие, точные методы балансовых и других расчетов. Еще одно существенное отличие прогнозирования от планирования состоит в том, что прогнозирование, будучи составной частью планирования, существует самостоятельно. Прогнозирование и планирование отличаются еще и тем, что характеризуют разные ступени познания исследуемого объекта, различные, хотя и взаимосвязанные, формы предвидения его будущего состояния. Планирование направлено на принятие и практическое осуществление управляющих

решений,

а

цель

прогнозирования

–

создать

научные

предпосылки для их принятия. Эти предпосылки включают: научный анализ тенденций развития производства, вариантное предвидение предстоящего развития производства, учитывающие сложившиеся тенденции, поставленные цели. Таким образом, задача прогнозирования состоит в том, чтобы выяснить перспективы будущего в исследуемой области, руководствуясь реальными процессами действительности, а с другой стороны – способствовать выработке оптимальных текущих и перспективных планов, опираясь на составленный прогноз и оценку принятого решения.

9

1 МЕТОДОЛОГИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ 1.1 Термины и определения Методология - это учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности. Метод - способ достижения какой-либо цели, совокупность приемов или операций практической или теоретической деятельности. Способ - это один из вариантов осуществления чего либо. Средство

-

это

вспомогательный

элемент

в

деле

реализации

определенного способа действия. Прогностика – наука о законах и способах разработки прогнозов динамических систем. Прогноз – научно обоснованное суждение о возможных состояниях (в количественной

оценке)

объекта

прогнозирования

в

будущем

и/или

альтернативных путях и сроках их осуществления. Технологическое

прогнозирование

-

процесс

в

ходе

которого

определяется на перспективу изменение потребительских свойств изделий, технологических процессов и оборудования, а также адекватные изменения в затратах на производство. Технологическое прогнозирование — это вероятностная оценка на относительно высоком уровне уверенности будущего перемещения технологии (technology transfer). Изыскательское (или поисковое) технологическое прогнозирование (exploratory technological forecasting) начинается с имеющегося в данный момент базиса знаний и ориентировано на будущее, тогда как при нормативном, технологическом прогнозировании (normative technological forecasting) первоначально оценивают будущие цели, потребности, желания, миссии и т. п. и идут в обратном направлении — к настоящему.

10

Оценки технологии, проводимые с целью выявления ее потенциала, невозможны без понимания эволюции технологического оборудования или технологий во времени и прогнозирования их новых параметров качества. Поскольку цель любой новой технологии - повышение конкурентоспособности, а осуществление технологической разработки часто занимает годы, важно, чтобы к моменту ее завершения цель проекта (достижение каких-то определенных

конкурентных

преимуществ)

оставалась

по-прежнему

актуальной, а достигнутые параметры сохраняли превосходство по отношению к возможным конкурентам.

11

1.2 Цель и задачи технологического прогнозирования Требования к современному машиностроительному производству в развитых

странах

постоянно

усложняются:

число

составляющих

производственного процесса увеличивается, характер их взаимодействия становится все более динамичным и многопараметрическим. Мировая практика показывает, что за последние 25-30 лет сложность машины как объекта производства возросла в 4-6 раз, а требования к точности изготовления деталей и сборки выросли примерно на порядок. К тому же значительно расширилась номенклатура выпускаемой продукции при одновременном сокращении продолжительности выпуска изделий одной номенклатурной группы. Объемы выпуска продукции, как и прежде, находятся в широком диапазоне - от единичных образцов до массового производства, однако преобладающим становится мелко- и среднесерийное производство. Повышение эффективности производства

выдвигает

постоянно

растущие

требования

к

росту

производительности и сокращению производственного цикла, в особенности сокращения сроков освоения новой продукции. Значительную роль в управлении технологией играют прогнозирование и стратегическое планирование. Уже на начальной стадии технологической подготовки производства ожидаемые параметры производимой продукции следует

сопоставить

технологий

и

с

прогнозируемым

технологического

развитием

оборудования.

соответствующих

Результаты

подобного

прогнозирования имеют большое значение при разработке долгосрочных программ и формулирования концепций развития ключевых технологий предприятия.

К

сожалению,

методы и инструменты технологического

планирования и прогнозирования являются недостаточно известными среди технических руководителей. Технологическое

прогнозирование

определяют

как

“предсказание

будущих характеристик используемых машин, технологий или методов”. При 12

этом акцент делается на практических приложениях технологий, на конкретных характеристиках,

параметрах,

достигаемых

возможностях.

В

другом

определении технологическое прогнозирование представляет собой усилия по “проецированию технологических возможностей [на нужный отрезок времени] с целью предсказания возможных открытий и инноваций”. Действительно, в узком смысле прогнозирование означает предсказание, однако в более широком смысле

прогноз

подразумевает

некое

описание

ожиданий

и

оценку

необходимых условий их реализации. Оценки технологии, проводимые с целью выявления ее потенциала, невозможны без понимания эволюции технологического оборудования или технологий во времени и прогнозирования их новых параметров качества. Поскольку цель любой новой технологии - усиление конкурентоспособности, а осуществление технологической разработки часто занимает годы, важно, чтобы к моменту его завершения цель проекта (достижение каких-то определенных конкурентных

преимуществ)

оставалась

по-прежнему

актуальной,

а

достигнутые параметры сохраняли превосходство по отношению к возможным конкурентам. Целью технологического прогнозирования является определение на перспективу изменений потребительских свойств изделий, технологических процессов и оборудования, а также адекватные изменения в затратах на производство. Соответственно, задачи, которые решает технолог-руководитель при прогнозировании успеха новой технологии, обычно включают:  проведение

сравнительного

анализа

(определение

технического

уровня) осваиваемой продукции;  анализ внешних тенденций в процессе технологической подготовки производства, которое должно сохранять свою конкурентоспособность в течение всего срока производства продукции;  экспертные перевооружения

суждения

производства

о возможных последствиях технического для

предприятия 13

на

прогнозируемую

перспективу. Определение сравнительного уровня конструкторской разработки при запуске ее в производство

всегда было неотъемлемой частью технико-

экономического обоснования

технологической подготовки производства.

Условность такого сравнительного анализа заключалась в том, что при этом, как

правило,

не

учитывались

возможная

эволюция

технологий

в

конкурирующих организациях и/или странах. Определение сравнительного уровня разработки на любой стадии, связанной с вовлечением новых ресурсов, требует выполнения следующих шагов:  выявление всего набора критических параметров технологии или продукта, определяющих их конкурентоспособность;  формализованное описание этих параметров;  сопоставление

этих

параметров

с

соответствующими

характеристиками, достигнутыми основными конкурентами;  определение возможного развития или эволюции технологии или продукта за время предполагаемого осуществления разработки. Описание результатов технологического прогноза содержит четыре обязательных элемента:  оговоренный период времени (пять, семь, десять лет);  прогноз общей ситуации в конкретной области технологий;  прогнозируемые характеристики качества технологии или продукта по возможности в виде количественных параметров;  вероятность указанных изменений к оговоренному времени. По времени упреждения разделяют прогнозы:  оперативные (до одного месяца);  краткосрочные (от месяца до года);  среднесрочные (1–5 лет);

14

 долгосрочные (5–15,20 лет);  дальнесрочные (>20 лет). Эти типы прогнозов отличаются друг от друга по своему содержанию и характеру оценок исследуемых процессов. Оперативный прогноз основывается на предположении о том, что в прогнозируемом

периоде

не

произойдет

существенных

изменений

в

исследуемом объекте как количественных, так и качественных. Краткосрочные прогнозы предполагают только количественные изменения. Среднесрочные и долгосрочные прогнозы исходят как из количественных, так и из качественных изменений в исследуемом объекте. Дальнесрочные прогнозы исходят только из качественных изменений в общей закономерности развития объекта.

1.3

Методы

прогнозирования

технологических

систем

в

машиностроении В практической деятельности руководителей предприятий важным является относительная точность используемых методов прогнозирования. Ни один специалист в области прогнозирования или аналитик не полагается на какой-то один из методов. В зависимости от предмета, цели анализа и имеющихся

ресурсов,

следует

использовать

одновременно

несколько

различных методов. Различия в результатах применяемых методов и приемов, как и использовании полученных выводов, чаще связаны с предметом анализа, чем совершенством соответствующего метода. Существует

более

20

различных

методов

прогнозирования,

отличающихся конкретными преимуществами и недостатками, которые в целях последующего рассмотрения удобно объединить в три большие группы:  Анализ тенденций  Экспертные оценки  Многовариантные методы анализа. 15

Общие замечания о наблюдаемой практике использования методов прогнозирования в целом сводятся к следующему: цели прогнозирования должны быть сформулированы до выбора соответствующего метода их достижения; следует использовать сочетание методов, поскольку ни один метод не может ответить на все вопросы; конкретный набор методов анализа тенденций, экспертных оценок и многовариантного анализа в большой степени зависит от квалификации технолога-руководителя. В идеальном случае прогноз развития технологий и стратегический анализ

выполняют

три

задачи:

предоставляют

прогноз

будущей

технологической среды, предлагают руководителям альтернативные варианты технологических стратегий, а также оценивают эти стратегии с точки зрения возможности получения желаемых результатов. Почти все методы технологического прогнозирования и стратегического анализа (кроме анализа патентных тенденций и S-кривых) могут также использоваться для целей прогнозирования других тенденций. Анализ тенденций остается наиболее распространенным подходом к прогнозированию технологий. Его базовые предпосылки просты: надо собрать уместные исторические данные и затем графически или в численной форме спроецировать соответствующие изменения на будущее. К методам анализа тенденций относятся:  экстраполяция тенденций и регрессионный анализ;  S-кривые и исторические аналогии;  анализ патентных тенденций и научно-технической литературы. Экстраполяцию тенденций используют для прогнозирования параметров эффективности

технологий

и

технологического

оборудования

(производительности, точности и т.п.). Простые экстраполяционные графики могут служить полезными “квалифицированными подсказками”. При

наличии

необходимых

данных

экстраполяция

тенденций

-

достаточно недорогой и быстрый метод прогнозирования. С учетом простоты 16

обработки

данных

этот

метод

используют

как

первую

ступень

технологического прогнозирования, получения некоего первого приближения. Основным недостатком метода анализа тенденций является то, что любые экстраполяции справедливы только на малые отрезки времени. Регрессионный

анализ

позволяет

прогнозировать

изменение

прогнозируемой переменной в виде функции (одной и более) других переменных, то есть в ситуации, когда прогнозируемая переменная находится в какой-то зависимости от другой переменной. Основной задачей регрессионного анализа является выявление этой зависимости. Многочисленные

пакеты

программ

статистической

обработки

и

регрессионного анализа делают использование этого метода простым и недорогим. Основой применения методов регрессионного анализа является наличие рядов (как правило, временных) значений переменных, взаимозависимость между которыми исследуется в ходе анализа. При этом выявляется лишь математическая форма данной зависимости, в которой, как правило, не отражается

действительная

причинно-следственная

связь

между

рассматриваемыми переменными. Получение качественного прогноза на основе регрессионного

анализа

зависит

от

правильного

выбора

независимых

переменных, а также знания их возможных значений. Регрессионный анализ непригоден для прогнозирования в тех случаях, когда неизвестны будущие значения независимых переменных. Таким образом, регрессионный анализ, в частности, не очень полезен для определения времени появления нового технологического оборудования

или предсказания того,

какие новые технологические процессы возникнут через пять лет. При наличии необходимых данных и некоторых дополнительных усилий по обработке данных регрессионный анализ дает более качественные прогнозы, чем метод экстраполяции тенденций, позволяя осуществлять средне- и долгосрочный прогноз. 17

Анализ,

получивший

название

S-кривых,

основан

на

известных

закономерностях, по которым технология или технологическое оборудование, выводимые на рынок, имеют определенный цикл жизни, в рамках которого их доля растет сначала медленно, потом быстро, а затем перестает расти и/или начинает уменьшаться. Модель S-кривой может быть применена не только к появлению нового оборудования, но и к скорости распространения и использования новых технологий или к параметрам новой технологии. Наиболее значимой пользой этого метода является напоминание о том, что увеличения технологических параметров (точности, производительности) не могут расти бесконечно. Анализ патентных тенденций как метод анализа технологической среды наиболее полезен для мониторинга изменений в области конкретных технологий. Патентные заявки на технологические инновации отсылают, чтобы защитить их правовым образом от копирования конкурентами. Патенты представляют собой некие публично доступные описания технологий. Следовательно, анализ патентов предоставляет информацию о технологических тенденциях и основных участниках разработки новых и улучшенных технологических процессов. Следует придерживаться определенной схемы патентного исследования, которая включает шесть шагов: 1. Определение объектов исследования. Определяют предмет поиска, исходя из конкретных задач управления заданной технологией (например, повышение точности обработки отверстий). Затем в зависимости от вопросов, ответы на которые ищет аналитик и, учитывая возможное использование информации, формулируют фокус на одной или нескольких технологиях или методах обработки. 2. Формулирование проблемы и установление сферы поиска. Для формирования рамок анализа необходимо понять ключевые технические 18

вопросы или проблемы, характерные для данной технологии. Для более детального

и

результативного

рассматриваемых далее

патентов

анализа и

необходимо

выбрать

разработать схему,

классы

описывающую

последовательность их изучения. Часто оказывается полезным начать анализ патентов с обзора источников, не патентных по данному вопросу, включая технические

журналы,

научно-технические

отчеты,

каталоги.

Такой

предварительный обзор может выполнять несколько важных функций. Вопервых, он может в дальнейшем помочь в поиске нужных патентов и формулировании их класса. Полученные данные могут также выявить мало известные компании или их подразделения, вовлеченные в интересующую область разработок. Кроме того, непатентные источники дополняют и углубляют понимание всех аспектов данной проблемы. 3. Поиск необходимых патентов. Существует определенная стратегия идентификации нужных патентов с использование патентных баз данных. Важно иметь необходимые данные за возможно большее число лет. Поскольку срок действия патента по конкретному техническому решению в США - 17, а в России - 20 лет, желательно, чтобы глубина поиска (если, конечно, само технологическое направление не возникло в более недавнее время) составляла не менее 17-20 лет. Критическое значение для качества полученной оценки тенденций имеют тщательность поиска, полнота и уместность выбранных для анализа патентов. 4. Загрузка патентов в программу для обработки. Здесь важна классификация полученных данных по таким категориям как тип технологии, тип

материала,

метод

производства,

процесс

или

продукт,

характер

организации. Можно также классифицировать характер и число патентов по времени их подачи, что может дать информацию об активности в конкретной сфере в определенный период времени. 5. Компьютерная обработка. На этой стадии обобщаются конкретные показатели патентных тенденций. 19

6. Интерпретация результатов патентного анализа. Список некоторых важных показателей, которые могут быть получены при патентном анализе, включает: 

Анализ активности разработок в данном направлении. Последняя характеризуется числом патентов по данному типу технологии по отдельным годам и соответственно ростом или падением интереса к данной области технологий во времени, что находится в прямой корреляции с затратами на соответствующие НИР и ОКР.



Доминирование конкретного разработчика или производителя. Этот показатель может быть определенен численно по взаимному цитированию различных групп исследователей, работающих в близкой патентной области. Наиболее часто цитируемые компании, как правило, являются обладателями наиболее прочной патентной позиции.



Характеристики индивидуальной патентной активности компаний. В эти характеристики могут входить не просто число патентов, но и общее число авторов изобретений, средний возраст патента или изобретателя и т.д.



Анализ портфеля патентов. Результаты такого анализа содержат суммарную сводку патентов, права на которые имеет данная компания, а также их опубликованные патентные описания.

Анализ патентных тенденций используется во всем мире во все увеличивающемся

объеме.

Сотни компаний предоставляют

услуги по

проведению патентного анализа. Использование баз патентных данных становится главным источником международной конкурентной разведки в области технологий. На основании указанных в патентах целей фирмы по совершенствованию своей продукции, а также используемых ею средств для достижения этих целей, определяют направления проводимых конкурентами научно-технических разработок. Кроме того, патентное описание можно 20

рассматривать в качестве анкеты, в которой изобретатель отвечает на вопрос, какую

потребность

он

хочет

удовлетворить

своим

изобретением.

Статистический анализ описаний изобретений и полезных моделей позволяет не только выявить исчерпывающий список требований, предъявляемых к данной продукции, но и проранжировать их по степени значимости (весомости), то есть составить так называемый профиль потребностей для данного вида продуктов. К

недостаткам

дороговизна,

патентного анализа

определяемая

относится

преимущественно

его сравнительная

необходимыми

затратами

времени высоко оплачиваемых сотрудников, а также тот факт, что не все изобретения патентуются и кроме того, существует, по крайней мере, 18месячное (иногда до 36 месяцев) запаздывание между временем осуществления исследования и временем появления соответствующей заявки в патентной базе данных. Для обеспечения необходимой полноты сведений следует обновлять или повторять патентный поиск каждые 6-12 месяцев. Несмотря

на

эти

недостатки,

данный метод

является

наиболее

многообещающим способом получения информации о конкурентах в области НИОКР, новых потенциальных продуктах и технологических процессах. Анализ патентов позволяет предсказать новые разработки на рынке за 6-18 месяцев до их появления и является в настоящее время одним из лучших способов отслеживания технологических изменений по всему миру, позволяя также выявить потенциальных кандидатов для покупки или лицензирования разрабатываемой технологии. Анализ научной литературы является дополняющим по отношению к анализу патентных тенденций. Сам процесс имеет много схожих признаков, с той важной особенностью, что данные научных публикаций содержат преимущественно описания деятельности, лежащей в основе изобретений. Соответствующий подход содержит те же ключевые шаги и может позволить получить весьма сходную информацию. Преимуществом метода 21

анализа научно-технической литературы является дополнительный взгляд на технологии, разработанные в исследовательских лабораториях, выявление компаний,

работающих

в

определенной

области,

ключевых

авторов,

предсказание новых фирм, которые намереваются вскоре войти в новую технологическую область. Важно, что во многих случаях статьи пишутся и публикуются намного раньше, чем патенты, охватывая область будущего изобретения, так что база данных научной литературы дает в большей степени “текущий” анализ. В то же время специальные исследования показывают, что в целом публикуется не более одной трети исследований, завершающихся изобретениями, так что анализ научной литературы является не таким исчерпывающим, как патентный. Полагают, что анализ научной литературы позволяет сделать прогноз не более чем на 3-4 года, поэтому его надо повторять регулярно, желательно ежегодно. С тех времен, когда люди стали задумываться о будущем, не было метода, на который бы полагались в большей степени, чем оценки экспертов. Методы экспертных оценок являются в известной степени сочетанием информации и интуиции. В строгом

определении

экспертные

оценки

представляют собой

суждения, или изложение выводов, которые базируются на информации, логических рассуждениях, доказательствах или обоснованных ожиданиях будущего, представляемых людьми, отличающимися выдающимся знанием рассматриваемой области. Перечень характерных обстоятельств, в которых обращаются к оценкам экспертов, включает: 1. Отсутствуют строгие необходимые для экстраполяции тенденций “исторические” данные, поэтому экспертная оценка (память эксперта) используется в качестве их заменителя. 2. Влияние внешних изменяющихся факторов опровергает результаты экстраполяции тенденций, основанных на исторических данных. 22

3. Имеющихся данных очень мало или их трудно и дорого обрабатывать с помощью доступных средств 4. Имеющиеся данные получены в форме, непригодной для другой обработки, кроме как путем оценки экспертами и специалистами. 5. Взаимодействие следственнные

связи

многих очень

факторов

важны

и

и

их

могут

сложные изменить

причинновыделенное

проецирование какого-то одного фактора. Существует несколько (по крайней мере, три) различных метода получения экспертных оценок при технологическом прогнозировании и стратегическом анализе. Их используют наиболее часто на ранних стадиях НИОКР, когда все другие подходы и статистические данные менее надежны. Как правило, экспертные оценки для прогнозирования развития новых продуктов и технологий используют совместно с другими методами прогнозирования. Метод

Дельфи.

Концепция

этого

метода

прогнозирования

подразумевает, что итерационные опросы экспертов обеспечат консенсус и точность прогноза в отсутствие прямой информации, необходимой для анализа тенденций и строгого прогнозирования. Сотни, если не тысячи примеров использования

этого

метода

за

последние

сорок

лет

подтвердили

справедливость первого утверждения концепции (возможности достижения консенсуса), но не обязательно - второго (точности). Основные шаги реализации метода Дельфи перечислены ниже. 1. Организаторы опроса определяют цели исследования и соответственно структурируют анкеты. 2. Определяется общий список экспертов, которым рассылают анкеты. Как правило, экспертов не собирают вместе, хотя в принципе это можно делать, если позволяют обстоятельства. Число респондентов колеблется от десятков до тысяч, хотя разумный предел - несколько сотен. На этой стадии эксперты не знают о других респондентах. 23

3. Получают и обобщают в виде некоторых таблиц полученные ответы, и эти обобщенные результаты снова отсылают респондентам вместе со списком участников. Метод Дельфи заключатся именно в итерационности процесса сбора экспертных суждений. Ответы, полученные в первом раунде, и имена участников, безусловно, влияют на суждения, высказываемые при втором опросе, так что наблюдается некоторая их сходимость. Чем больше итераций могут себе позволить организаторы опроса (обычно три-четыре), тем выше сходимость полученных суждений. 4. Результатом метода Дельфи является общий, согласованный прогноз. Этот

метод

интенсивно

используется

в

задачах

технологического

прогнозирования для:  Идентификации

применений

существующих

и

возникающих

технологий.  Определения времени реализации технологии.  Достижения определенных параметров продукта. Поскольку консенсус экспертов не обязательно означает точности их выводов,

имеется

определенная

полемика

относительно

оправданности

достаточно высоких затрат на реализацию этого метода применительно к технологическим прогнозам. Большое влияние на качество результатов оказывает структура анкет, исключающая возможность какой-то выраженной предвзятости организаторов анализа. Полагают, что при все жестких установках (и соответствующих затратах) метод Дельфи страдает теми же недостатками, как все методы экспертных оценок: склонностью к излишнему оптимизму или пессимизму, неполнотой информации, отсутствием синтеза выявленных тенденций, что мешает достижению всестороннего видения будущего, а также недостаточным воображением, чтобы учесть возможные структурные изменения, которые могут радикально изменить наблюдаемые тенденции.

24

1.4 S-кривые в иллюстрации жизненных циклов спроса на товары (продукцию) и технологии 1.4.1 Закон S-образного развития

S-образная

кривая

или

сигмо́ида

—

это

гладкая

монотонная

возрастающая нелинейная функция, имеющая форму буквы «S», которая часто применяется для «сглаживания» значений некоторой величины (рис.1.1).

Рисунок 1.1 S-образная кривая или сигмо́ида S-кривую также принято называть логистической кривой, кривой жизненного

цикла

-

модель,

которую

мы

часто

используем

при

прогнозировании в силу ее наглядности и удобства (рис 1.2). В XIX веке были установлены некоторые общие закономерности биологических систем: рост численности колоний бактерий, популяций насекомых и т.п. в зависимости от времени. Эти кривые похожи тем, что на них можно выделить четко три этапа: I – медленный рост, II – быстрое лавинообразное нарастание и III этап – стабилизация численности или других характеристик системы. Такие кривые получили название S-образных кривых. Закон был открыт в 1845г. Верхолстом, а затем был изучен Р.Перлом. Sобразная кривая отражает борьбу прогрессивных и регрессивных факторов. 25

Рисунок 1.2 Типичный вид S-образной (сигмоидной) кривой развития Впоследствии оказалось, что аналогичные три этапа проходят в своем развитии все технические системы: корабли, самолеты, автомобили и т.д. S-образная кривая строится в координатах: «важнейшие характеристики системы – время». Для систем типа «конструкция» в качестве характеристик могут быть, например, мощность, скорость и др., а для технологических систем, например, производительность. S-образная кривая с высокой вероятностью описывает развитие различных систем, а конкретнее - зависимость показателей системы от вкладываемых в нее затрат, в частном случае под затратами понимается время (рис.1.3).

Рисунок 1.3 S- кривая развития различных систем 26

Дадим краткую характеристику отдельных участков кривой. I этап. Зарождение системы. Система, как правило, не работает. Идет поиск

лучшей

возможностей.

организации Общество

системы,

практически

выявление ничего

не

ее

функциональных

знает

о

системе.

Экономический эффект отрицательный. Характеристики системы растут очень медленно. Пример. Самолет А.Ф.Можайского, построенный в 1882г. в натуральную величину, не полетел. Первые полеты на планере совершил кучер Джорша Кэйли, построив его в 1853 г. Первый полет на самолете совершил Орвилл Райт 17 декабря 1903 г. II этап. В точке α, как правило, начинается промышленный выпуск системы. Характеристики системы нарастают бурно, лавинообразно. Общество осознает

необходимость

использования

системы,

которая

становится

экономически выгодной. Она вытесняет с рынка устаревшие системы. Пример. В 1926 г. американец Роберт Годдард запустил первую ракету на жидком топливе, С.П.Королев – в 1933г., а в Вернер фон Браун построил ФАУ-2 во время II мировой войны. Активное освоение космического пространства началось 4 октября 1957 г., когда в космос был выведен первый искусственный спутник Земли. С этого момента космонавтика развивается стремительно. Спутники решают самые разнообразные задачи: военные, метеорологические, топографические, связь и т.д. В точке β практически все возможные ресурсы, необходимые для развития системы, исчерпываются. III-IV этапы. В точке γ исчерпываются все возможности физических законов, на которых основано ее действие. После этой точки судьба системы может развиваться двояко: 1. Система существует в таком состоянии неопределенно долго (консервируется), пользуется постоянным спросом, дает постоянный экономический эффект. 2. Эффективность системы падает вместе со спросом на нее, выпуск ее прекращается, заканчивается жизненный цикл системы. Пример. Законсервировавшихся систем в нашей жизни достаточно много. Это простейшие системы, такие как топор, станок и др. «Умерших» 27

систем также много: патефон, ламповый телевизор, паровоз и т.д. Применение закона основано на том, что, отслеживая основные параметры системы и нанося их на S-образную кривую, можно своевременно провести разработку и постановку на производство новой системы. Таким образом, рассмотренный закон имеет важное прогностическое значение. Модель S-кривой может быть применена не только к проникновению на рынок новых продуктов, но и к скорости распространения использования новой технологии как одного из видов продуктов или к параметрам новой технологии. В качестве очень характерного примера можно привести показанную на рис.1.4 кривую роста скорости (основной параметр) развития одномоторных винтовых самолетов практически за всю историю авиации. Самолет братьев Райт в первом полете (1903 год) достиг скорости около 35 миль/час. Через семь лет, в 1910 году Гордон Беннет победил на авиагонках в Белмонт-Парке (НьюЙорк), разогнав машину до 60 миль/час. По мере накопления опыта и знаний скорость самолетов медленно возрастала: 139,66 миль/час (1914 год), 145,7 миль/час (1922) и т. д. В 1925 году лейтенант Джеймс Дулитл на самолете Curtiss R3C-2 достиг 232,57 миль/час. В 1939 году рекорд скорости составил 463,9 миль/час, но на графике уже явно заметно замедление темпов роста. Следующий рекорд скорости на одномоторном поршневом самолете был установлен на гонка в Рено (штат Невада) почти через тридцать лет и составил 520 миль/час. В 1989 году эта цифра возросла, но лишь на 9 миль/час, что наглядно свидетельствует о том, что все возможности повышения скорости одномоторных поршневых самолетов практически исчерпаны и никакого дальнейшего технологического прогресса в этой области ожидать нельзя. Продукт (в данном случае винтовые самолеты) достиг своего совершенства, и любые капиталовложения в развитие бессмысленны. Появление и использование реактивных двигателей привело, естественно, к качественному скачку и последующему улучшению характеристик самолетов, что также описывается S-образной кривой. При сопоставлении этих кривых 28

(рис.1.5) отчетливо проявляется разрывность характеристик при переходе, то есть при принципиальном обновлении или смене технологий.

Рисунок 1.4 S-кривая скорости одномоторных винтовых самолетов

Рисунок. 1.5 Повторение S-образных кривых в истории техники

29

Приведенный пример роста скорости одномоторных винтовых самолетов демонстрирует одновременно две характерные особенности практически всех процессов,

связанных

с

инновациями

и

коммерциализацией

научных

достижений. Речь идет о том, что параметры выходят на некоторые пределы, а при смене технологий наблюдается разрыв в непрерывных кривых развития. Легко понять, что в начальный период развития любой технологии (нижняя часть S-образной кривой) инвестиции связаны со значительным риском и неопределенностью, но зато открывают в случае удачи большие перспективы роста и, соответственно, высокий уровень прибыльности. На среднем участке кривой возникает большая определенность ожиданий (иногда, кстати, создающая даже избыточное чувство уверенности), что приводит, конечно, и к уменьшению шансов значительного роста и быстрых успехов. Наибольший интерес представляет конечная часть кривой, соответствующая полному исчерпанию возможностей используемой технологии, но таящая в себя возможности перехода к новой S-образной кривой. На практике это означает конец развития технологии и подготовку к существенному рывку в техническом развитии. Следующий этап начинается с появления новых методов или устройств, что означает, например, переход от винтовых самолетов к реактивным, от электронных ламп – к транзисторам, от конных повозок – к автомобилям и т. д. На рис.1.6 представлено семейство кривых для отдельных технологий, характеризующих развитие средств перемещения, где скорость движения оценивается в долях от скорости света. Обобщенная кривая дает картину изменения скорости перемещения, асимптотически приближающейся со временем к скорости света. Ключом к эффективному прогнозированию с помощью S-кривых является наличие предыдущего опыта использования аналогичных технологий. Например, для прогнозирования развития скорости нового сверхзвукового самолета, использующего в качестве топлива метанол, полезно изучить 30

историю первого турбинного самолета, относящуюся к 1936 году, убедиться, что первое реальное использование этого самолета относится к 1940-му году, а затем

еще

десять

лет

ушло

на

увеличение

мощности

турбины

и

совершенствование конструкции самолета, в течение которых постепенно увеличивалась скорость полета. Далее можно предположить, что освоение и развитие

сверхзвукового

самолета

потребует

столько

же

лет

на

коммерциализацию и последующее совершенствование. В этом примере виден и основной недостаток метода - неопределенность в том, насколько прежняя технология сопоставима с принципиально новым претендентом на рынке.

Рисунок 1.6 S-кривая скорости транспорта В качестве более близкого нам примера S-кривых можно привести зависимости разрешения различных дисплеев от времени (рис.1.7), так как все эти устройства основаны на совершенно различных физических принципах и решения, найденные для одной из систем, не могут быть использованы для другой. 31

Рисунок 1.7 S-кривые разрешения различных дисплеев 1 – мониторы на ЭЛТ, 2- ЖК мониторы, 3 – плазменные панели Если присмотреться, то каждая из приведенных кривых содержит последовательную

цепь

S–кривых,

каждая

мз

которых

характеризует

последовательную смену технологий и решений позволяющих перейти к новому качеству. 1.4.2 Анализ жизненного цикла технологии Известно, что любой товар на рынке имеет определенный жизненный цикл и одну за другой проходит 3 стадии этого цикла: роста спроса, насыщения (зрелости) и спада (рис.1.8). В стадии роста обычно выделяют две части: ускоренного (или быстрого) роста и замедленного роста. Время прохождения каждой стадии для разных товаров различно. Жизненный цикл каждого конкретного товара укладывается в жизненный цикл спроса на товары данного типа, который также вначале растет, затем стабилизируется, а потом падает, уступая место на рынке принципиально новым товарам. 32

Рисунок 1.8. Жизненные циклы спроса на товары определенного типа и на конкретные товары

То же самое можно сказать о технологиях. Каждая из них имеет ограниченный срок жизни, вначале которого объемы продукции, выпускаемой по данной технологии, растут, затем рост замедляется, наступает стабилизация, а потом спад - технология устаревает. Принципиально важно разделять 3 типа технологий: стабильные, плодотворные и изменчивые - в зависимости от соотношения длительности жизненных циклов технологий, спроса на товары данного типа и конкретных товаров, которые производятся с помощью этих технологий (рис.1.9). Стабильная технология остается в основном неименной на протяжении всего жизненного цикла спроса. На стадии ускоренного роста спроса продукция, предлагаемая различными конкурентами, аналогична и остается, в основном, неизменной. Конкуренция идет по линии цен и качества изделий. На стадии замедления роста спроса конкуренция осуществляется путем улучшения отдельных параметров изделий и их конструкции, но не за счет прогресса в технологии. На участках роста спроса рост объема продаж приводит к росту прибыльности. Плодотворная

технология

сохраняется

длительное

время,

но

разрабатываются сменяющие друг друга поколения продукции с лучшими показателями и более широким диапазоном применения. Решающий фактор 33

успеха - разработка новых видов продукции. Фирмы находятся под давлением необходимости

инноваций.

Характерная

ситуация

-

"процветание

без

прибыли": при значительном росте производства прибыльность низка или даже возникают убытки, потому что интенсивная конкуренция ведет к снижению цен, а короткий жизненный цикл продукции не позволяет вернуть средства, затраченные на организацию выпуска сменявшихся поколений изделий.

Отрасль, которая оставалась технологически стабильной на стадии роста спроса, может оказаться в условиях "плодотворной" технологии на этапе зрелости

Рисунок 1.9. Жизненные циклы спроса, технологии и продукции при разных типах технологий. 34

Изменчивая технология отличается тем, что за период жизненного цикла спроса, помимо новых изделий, наблюдается появление сменяющих друг друга

базовых

технологий.

Смена

технологий

угрожает

моральным

устареванием сразу всем инвестициям фирмы в предшествующую технологию: НИОКР, кадровый потенциал, производственные фонды. Новая технология подрывает сложившуюся у персонала схему действий по достижению успеха и, тем самым, угрожает сложившейся структуре власти и влияния руководителей и лидеров. Поэтому переход к новой технологии порождает трудности не только с финансовой стороны, но и с культурной и политической.

1.4.3 Становление и смена технологических укладов в мировом технико-экономическом развитии Определяющее значение жизненных циклов сменяющих друг друга технологических укладов (ТУ) в формировании траектории долгосрочного технико-экономического

развития

(ТЭР)

макроэкономических

систем

предопределяет и соответствующую периодизацию этого процесса, задающую хронологическую шкалу его рассмотрения. Неравномерность ТЭР затрудняет его измерение и делает необходимым разбиение траектории ТЭР на этапы, содержание каждого из которых составляет рост соответствующего ТУ. Начиная с промышленной революции в Англии, в мировом ТЭР можно выделить периоды доминирования пяти последовательно сменявших друг друга ТУ, включая вступивший в настоящее время в фазу роста информационный ТУ. Их краткая обобщенная характеристика представлена в таблице 1.1. Классической страной, в техническом базисе которой раньше всех произошли изменения, приведшие к становлению первого ТУ, была Англия. Влияние этих преобразовании было столь велико, что последовавший за ними экономический спурт принято называть промышленной революцией.

35

Таблица 1.1 Характеристика технологических укладов. Номер ТУ 1

Период Базовый доминиро- энергетичесвания кий процесс 1790-1830 Водяной двигатель

2

1840-1880

Паровой двигатель

3

1890-1940

Электродвигатель

Технологическое ядро

Текстильная промышленность, выплавка чугуна и обработка железа, строительство магистральных каналов

Модернизация производства, его концентрация на фабриках

Угольная промышленность, черная металлургия, ж/д и пароходный транспорт, машиностроение, станкостроение Электротехническое и

Рост масштабов производства на основе механизации

тяжелое машиностроение, сталелитейная промышленость и прокат стали, неорганическая химия, линии электропередач, тяжёлые вооружения,

кораблестроение, 4

1950-1980

Двигатель внутреннего сгорания

Автомобилестроение, самолетостроение, ракетостроение,

моторизованное вооружение, цветная металлургия, синтетические материалы, органическая химия, производство и переработка нефти,

электронная промышленность 5

1990-…

Газовые технологии

космонавтика, телекоммуникации, роботостроение, газовая промышленность, программное обеспечение,

телекоммуникации, информационные услуги,

?

Рост разнообразия и гибкости производства, рост качества продукции, стандартизация производства, урбанизация Массовое производство серийной продукции, конвейеры и автоматические линии, дальнейшая стандартизация производства

Электронная промышленность, Сочетание крупных компьютеры, оптическая корпораций с промышленность, малым бизнесом,

авиационная промышленность и

6

Организация производства

Квантововакуумные технологии

36

влияние государственного регулирования

Ядро первого ТУ составляли технологические системы (ТС), связанные с текстильной промышленностью. Кроме собственно переработки пряжи и выделки тканей к их числу относятся соответствующие машиностроительные ТС, производство и транспортировка хлопка и т.д. Инициирующим импульсом становления первого ТУ стало изобретение ткацких и прядильных машин вместе

с

формированием

соответствующего

типа

непроизводственного

потребления. Переход

текстильной

промышленности

на

машинную

базу

сопровождался повышением спроса на продукцию машиностроения. Набиравшая здесь силу тенденция к замене деревянных деталей деталями из железа инициировала технологические сдвиги главным образом в металлообработке. Наблюдался эффект лавинообразного нарастания объёма производства с завершением становления соответствующей ТЦ. Происходило также и совершенствование процессов обработки металлов. Так, к началу XIX в. утвердилась прокатка как самостоятельный процесс металлургического производства. Организуются большие дорожные работы и разворачивается крупномасштабное строительство внутренних судоходных каналов. Итак, в конце XVIII – начале XIX вв. в Англии наблюдается значительное экономическое оживление, вызванное крупными изменениями в техническом базисе общественного производства, связанными со становлением первого ТУ. В это же время с созданием машинного производства и формированием общенационального рынка устанавливается и современный ритм ТЭР. Аналогичные

технологические

сдвиги

с

некоторым

отставанием

происходили и в других странах Европы: России, Франции, Германии. С 1790 г. эти процессы разворачиваются и в США. Становление первого ТУ в этих странах, за исключением России, было осуществлено за 30-50 лет. С 20-х годов XIX в. наблюдается формирование нового ТУ. В Англии замещение первого ТУ вторым прослеживается особенно отчётливо, а в 37

остальных странах Западной Европы и в США становление второго ТУ происходило практически одновременно с ростом предшествующего. В странах формируются общенациональные рынки, и устанавливается современный ритм ТУ. С периода 1844-1851 гг. второй ТУ становится доминирующим в экономике развитых стран. Наблюдается подъём экономической конъюнктуры. Для нового ТУ характерно бурное развитие машинного производства, в том числе

производство

машин

машинами.

Резко

возросли

значение

и

интенсивность международной торговли. Уровень развития транспортного сообщения стал сдерживать рост крупной промышленности. Поэтому важной особенностью этого ТУ стала бурное

развитие

железнодорожного

строительства

и

транспортного

машиностроения. Концентрация населения в городах и бурное строительство в сфере транспорта требовали укрепления технической базы строительства и стимулировали его механизацию. Промышленный подъём середины XIX в. обусловил возрастание спроса на полезные ископаемые, которое стимулировало техническое перевооружение горной промышленности. Главным техническим событием и здесь стало использование

парового двигателя.

К

середине

XIX

в.

горное

дело

превратилось в крупную отрасль капиталистического хозяйства. С исчерпанием возможностей механизации общественного производства на основе парового двигателя, насыщением общественных потребностей в продукции второго ТУ экономическое оживление 50-60-х годов сменилось стагнацией.

Регулярные

признаки

перепроизводства

стали

более

ожесточёнными, промышленные подъёмы менее интенсивными. В этих депрессивных условиях и начал формироваться третий ТУ, в котором лидерство переходит от Великобритании к США. Главной особенностью нового ТУ стало широкое использование электродвигателей

и

бурное

развитие

электротехники.

Одновременно

происходит специализация паровых двигателей. Доминирующим становится 38

потребление переменного тока, поскольку способы генерирования, передачи и распределения электрической энергии по системе трёхфазного тока оказались существенно

более

эффективными.

Развернулось

строительство

электростанций. Главным энергоносителем в период господства данного ТУ был уголь. В это же время на энергетическом рынке начинает завоёвывать позиции и нефть, хотя стоит заметить, что ведущим энергоносителем она стала только в четвёртом ТУ. Сталь становится ведущим конструкционным материалом. В последней трети XIX в. – начале XX в. темпы роста производства стали были очень высокими. В 1870 г. на металлургических заводах всех стран было выплавлено 7,65 млн. т стали, в 1890 г. мировое производство составило 20,95 млн. т, в 1905 г. – 35,05 млн. т, в 1915 г. – 80,65 млн. т, в 1929 г. – 121,9 млн. т. Большие успехи в этот период делает химическая промышленность. Из многих химико-технологических нововведений, наибольшее значение имели: аммиачный процесс получения соды; получение серной кислоты контактным способом, электрохимическая технология. Особенно быстрыми темпами развивалось

производство

серной

кислоты,

служившей

основой

для

производства многих химических продуктов и материалов. Но после начала первой мировой войны вплоть до 40-х годов XX в. в высокоразвитых странах наступило ухудшение экономической конъюнктуры. Циклические кризисы стали длительнее и более болезненными, оживление и подъёмы - короче. 30-е годы вошли в историю под метким названием великой депрессии и до сих пор с ужасом вспоминаются в высокоразвитых капиталистических странах. В эти годы техника, составляющая основу третьего ТУ, подошла к пределам улучшения своих возможностей. Тогда стали закладываться новые направления развития техники. Началось формирование нового – четвёртого ТУ. 39

Быстрому его становлению во многом способствовала материальнотехническая база, созданная в период доминирования третьего ТУ. Из всего многообразия составляющих её элементов укажем лишь на основные: -

создание развитой автодорожной инфраструктуры;

-

создание сетей телефонной связи;

-

освоение

новых

технологий

и

создание

инфраструктуры

нефтедобычи; -

появление новых и совершенствование технологических процессов в

традиционных отраслях цветной металлургии. Во время господства третьего ТУ был внедрён двигатель внутреннего сгорания, который явился одним из базисных НВ четвёртого ТУ, произошло становление автомобилестроительной отрасли промышленности и освоение первых

образцов

гусеничной

транспортной

и

специальной

техники,

сформировавших ядро нового ТУ. В число отраслей, составивших ядро четвёртого ТУ, входили химическая промышленность, прежде всего, органическая химия – промышленность органического синтеза и связанное с ней производство синтетических смол, пластмасс и волокон, автомобилестроение и производство моторизированных вооружений. Для этого этапа характерны новая машинная база, комплексная механизация производства, автоматизация многих основных технологических процессов, широкое использование квалифицированной рабочей силы, рост специализации производства. В течение жизненного цикла четвёртого ТУ продолжалось опережающее развитие электроэнергетики. Электричество стало использоваться не только для освещения, но и для отопления и для вентиляции воздуха. Главным энергоносителем стала нефть. Нефтепродукты стали основным топливом практически

для

всех

видов

транспорта

–

дизельных

локомотивов,

автомобилей, самолётов, вертолётов, ракет. Нефть также превратилась в важнейшее сырьё для химической промышленности. 40

С расширением производств четвёртого ТУ была создана глобальная система телекоммуникаций на основе телефонной и радиосвязи. Произошёл переход населения к новому типу потребления, отличающемуся массовым потреблением товаров длительного пользования, синтетических товаров. Однако к середине 70-х годов четвёртый ТУ достиг в развитых капиталистических странах пределов своего расширения. С этого времени основным носителем экономического роста становятся производства пятого ТУ, который завоёвывает доминирующие позиции в экономике развитых стран с середины 80-х годов. Пятый ТУ может быть определён как уклад информационных и коммуникационных

технологий.

Микроэлектроника

является

ключевым

фактором развернувшейся в настоящее время НТР. Широкое распространение микроэлектронных

устройств

обуславливает

радикальные

изменения

в

структуре общественного производства и повышение его эффективности. Другим

ключевым фактором является программное

обеспечение. Оно

определяет основные параметры траектории современного ТЭР. Становление технологических

нового

ТУ

принципов

в

определяется экономике,

распространением опосредованным

новых

несущими

отраслями. Среди основных несущих отраслей нового ТУ следует указать на производство средств автоматизации и телекоммуникационного оборудования. Большинство НВ, связанных с пятым ТУ, внедряется, как правило, в фазе доминирования предшествующего. По некоторым оценкам около 80% основных НВ рассматриваемого ТУ было внедрено ещё до 1984 г. в качестве начальной точки жизненного цикла информационного ТУ можно назвать 1947 г. – год создания транзистора. С появлением первой ЭВМ в 1949 г., операционной

системы

(1954

г.),

кремниевого

транзистора

(1954

г.)

сформировалось ядро нового ТУ и началось его становление. Одновременно с развитием

полупроводниковой

промышленности

41

наблюдался

быстрый

прогресс в области программного обеспечения. К концу 50-х годов появилось семейство первых программных языков высокого уровня. Следующий этап становления информационного и коммуникационного ТУ связан с появлением коммерчески эффективных ЭВМ (в частности, серии IBM-360 в 1965 г.). Эти НВ открыли возможности для завоевания пятым ТУ новых рыночных сегментов. Но это распространение было по-прежнему ограниченно. Распространению нового ТУ препятствовала

неразвитость

несущих отраслей, становление которых в свою очередь наталкивалось на ограниченность спроса, обусловленную: 1) относительной неэффективностью новых технологий; 2) сохраняющимися

возможностями

для

воспроизводства

других

традиционных технологий предшествующего ТУ; 3) подавлением

восприятия

новых

технологических

принципов

существующими институтами. Новый прорыв был осуществлён с внедрением микропроцессора в 1971 г. Это новшество, которое в свою очередь было подготовлено серией предшествующих НВ в производстве интегральных схем, открыло новые возможности

для

быстрого

прогресса

по

всем

направлениям

ТЭР.

Совершенствование базисных производств приняло форму устойчивого, поступательного,

кумулятивного

технического

прогресса

–

траектория

эволюции нового ТУ установилась и его распространение в мировой экономике ускорилось. Изобретение микрокомпьютера и связанный с этим быстрый прогресс в программном обеспечении сделали информационную технологию удобной, дешёвой

и

доступной

как

для

производственного,

так

и

для

непроизводственного потребления. Движущие отрасли информационного ТУ вступили в фазу зрелости. С середины 70-х годов началось массовое распространение производств нового ТУ и замещение ими традиционных технологий во многих отраслях 42

экономики. Важное значение среди несущих производств пятого ТУ в обрабатывающей промышленности имеют гибкие автоматизированные производства (ГАП). Гибкая автоматизация промышленного производства резко

расширяет

разнообразие

выпускаемой

продукции.

Вместе

с

автоматизацией сферы обращения это создаёт условия для индивидуализации потребления. Замещение культуры массового потребления индивидуализацией потребительских предпочтений населения позволяет существенно расширить его потребительский спрос. Особенно быстрыми темпами будет расширяться сфера услуг, главным образом за счёт развития информационных, на которые придётся большая часть роста фонда потребления. Другой

характерной

чертой

пятого

ТУ

является

деурбанизация

размещения населения и связанное с ней развитие новой информационной и транспортной инфраструктуры. Свободный доступ каждого человека к глобальным информационным сетям, развитие глобальных систем массовой информации,

авиационного

транспорта

радикальным

образом

меняют

человеческие представления о времени и пространстве. Это в свою очередь сказывается на структуре потребностей и мотивов поведения людей. Глобализация социальных и производственных отношений резко повышает разнообразие духовных и предметных потребностей человека, возможных сфер положения его интеллекта и труда. Это будет иметь сильный обратный эффект в расширении производственных возможностей и развитии производительных сил. В течение жизненного цикла пятого ТУ в соответствии с долгосрочным прогнозом его развития природный газ стал доминирующим энергоносителем. Это обусловлено относительно большей экологической чистотой, так и более высокой

технологичностью

его

потребления.

Следует

также

ожидать

расширения использования нетрадиционных источников энергии, на которые, возможно,

придётся

существенная

доля

совокупного

энергоносителей к концу жизненного цикла пятого ТУ. 43

потребления

Вопросы для самоконтроля: 1. Дать определение понятий Методология, Метод, Способ, Средство. 2. Что понимается под технологическим прогнозированием, его цель и задачи? 3.

Какие

методы

прогнозирования

технологических

систем

в

машиностроении вы знаете? 4. В чем заключается суть метода анализа тенденций с мспользованием Sкривых? 5. Как в зависимости от соотношения длительности жизненных циклов технологий и спроса на товары технологии подразделяются на стабильные, плодотворные и изменчивые? 6. Как происходило становление и смена технологических укладов в мировом технико-экономическом развитии?

44

2 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ 2.1 Общие сведения о временных рядах Вокруг нас происходят различные процессы, которые мы наблюдаем во времени. При этом возникают различные вопросы и задачи относительно этих процессов,

связанные

с

их

изучением,

анализом,

регулированием,

прогнозированием и т.д. В основном задачи анализа процессов (экономических, технологических, социальных и т.п.) следующие:  сделать прогноз исследуемого процесса на определенное время в будущее;  определить какие управляющие воздействия надо предпринять, чтобы получить заданные параметры;  определить существует ли взаимосвязь между выбранными параметрами процесса, и каков их вид;  определить существует ли взаимосвязь между некоторыми процессами. Многие из поставленных и других вопросов можно решать с помощью анализа временных рядов. Под временным рядом yt1, yt2, … . ytn понимается последовательность значений какого-либо признака y наблюдаемого процесса в моменты времени t1, t2, …, tn . Временной ряд может быть непрерывным или дискретным, моментным (значение уровня формируется в данный момент) или агрегированным

(значение

уровня

образуется

путем

суммирования

за

определенный период). В случае оптовых продаж следует говорить о дискретном агрегированном временном ряде с фиксацией значения уровня продаж за месяц. Важным моментом, который надо учитывать, приступая к анализу временных

рядов,

является

длина

временного

ряда

или

количество

произведенных наблюдений. В статистике принято считать, что «информация» о случайной выборке пропорциональна объему выборки. Во временных рядах, особенно при хорошей связи между наблюдениями, значение количества наблюдений n не столь бывает «информативно» для анализа. В то же время для 45

доказательства статистической значимости полученных результатов величина n иногда имеет решающее значение. Обычно считается, что если ряд содержит n>50 наблюдений (например месяцев или > 4 лет), то это достаточно для статистического обоснования выводов. Важным в прогнозировании является возможность

обновления

прогноза

при

появлении

дополнительных

наблюдений. При выборе метода прогнозирования по данному признаку следует отдать предпочтение тому, который при сходных прочих условиях, позволяет с меньшими затратами обновить (поправить) прогноз. Прогнозирование на основе анализа временных рядов целесообразно в тех случаях, когда имеется достаточно объемная выборка временных наблюдений и

обоснованное предположение о сохранении существующих

тенденций развития исследуемых явлений в будущем. Если же такой уверенности нет, то выводы, сделанные на основе анализа временного ряда, могут быть ошибочными. В этих случаях целесообразно воспользоваться эконометрическими методами прогнозирования на основе регрессионного анализа. 2.2 Трендовые модели на основе кривых роста Основная цель создания трендовых моделей экономической динамики – на их основе сделать прогноз о развитии изучаемого процесса на предстоящий промежуток

времени.

экономических

Прогнозирование

показателей

на

относится

основе к

временного

одномерным

ряда

методам

прогнозирования, базирующимся на экстраполяции, т.е. продлении на будущее тенденции, наблюдавшейся в прошлом. Наиболее

часто

в

экономике

используются

полиномиальные,

экспоненциальные и S-образные кривые роста. В экономике достаточно распространены процессы, которые сначала растут медленно, потом ускоряются, а затем снова замедляют свой рост, 46

стремясь к какому-либо пределу. В качестве примера можно привести процесс ввода некоторого объекта в промышленную эксплуатацию, процесс изменения спроса на товары, обладающие способностью достигать некоторого уровня насыщения, и др. Для моделирования таких процессов используются так называемые S-образные кривые роста, среди которых выделяют кривую Гомперца и логическую кривую. Кривая Гомперца имеет аналитическое выражение t ~ yt  kab ,

где а, b – положительные параметры, причем b меньше единицы; параметр k – асимптота функции. В кривой Гомперца (рис.2.1) выделяются четыре участка: на первом – прирост функции незначителен, на втором – прирост увеличивается, на третьем участке прирост примерно постоянен, на четвертом – происходит замедление темпов прироста и функция неограниченно приближается к значению k. В результате конфигурация кривой напоминает латинскую букву S. 3

2 )t ( Y 1

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

t

Рисунок 2.1 График трендовой модели кривой Гомперца 2.3 Модель Хольта-Уинтерса Во временных рядах экономических процессов могут иметь место более или менее регулярные колебания. Если они носят строго периодический или 47

близкий к нему характер и завершаются в течение одного года, то их называют сезонными колебаниями. Тренд

и

систематическими

сезонная

компонента

компонентами

называются

временного

ряда.

регулярными Составная

или часть

временного ряда, остающаяся после выделения из него регулярных компонент, представляет собой случайную, нерегулярную компоненту. Она является обязательной составной частью любого временного ряда, так как случайные отклонения

неизбежно

сопутствуют

любому

социально-экономическому

явлению. Если систематические компоненты временного ряда определены правильно, что как раз и составляет одну из главных целей при разработке трендовых моделей, то остающаяся после выделения из временного ряда этих компонент так называемая остаточная последовательность (ряд остатков) будет случайной компонентой ряда, т.е. будет обладать следующими свойствами:  случайностью колебаний уровней остаточной последовательности;  соответствием распределения случайной компоненты нормальному закону распределения;  равенством математического ожидания случайной компоненты нулю;  независимостью значений уровней случайной последовательности, т.е. отсутствием существенной автокорреляции. Проверка адекватности трендовых моделей основана на проверке выполняемости у остаточной последовательности указанных четырех свойств. Хольт первым использовал два параметра сглаживания для построения прогнозов в моменты t на L шагов вперед с помощью линейной модели вида: yt  L  a0 (t )  a1 (t )  L,

(2.1)

где a0 (t ) - характеризует изменение среднего уровня процесса; a1 (t ) определяет изменчивость (рост) процесса за единицу времени. Уинтерс обобщил модель Хольта для случая, когда ряд имеет сезонную

48

составляющую, при этом рассматривается аддитивно-мультипликативная модель, где сезонная компонента входит мультипликативно. Прогноз по модели Хольта-Уинтерса осуществляется по формуле: yt  j  (a0 (t )  a1 (t )  j )  s (t  j  k ),

(2.2)

где k – период сезонности, s(t+j-k) – множитель, учитывающий сезонный эффект

(коэффициент

сезонности).

Все

три

компоненты

a0 (t ), a1 (t ),s(t ) вычисляются как экспоненциальное среднее.

Формула для определения коэффициента сезонности: s(t )   0

yt

a0 (t )

 (1   2 )  s(t  k ),

(2.3)

где 0  2  1 параметр сглаживания. a0 (t )   0

yt

s(t  k )

 (1   0 )(a0 (t  1)  a1 (t  1)) ,

(2.4)

где 0   0  1 - параметр сглаживания. a1 (t )  1 (a0 (t )  a1 (t  1))  (1  1 )a1 (t  1) ,

(2.5)

где 0  1  1 - параметр сглаживания. Все параметры сглаживания 0, 1, 2 расположены в интервале (0, 1) и выбираются независимо. Хорошие результаты могут быть получены при 0 = 1 = 0,2 и 2 = 0,5. Эти значения параметров сглаживания рекомендуется брать, если нет никакой дополнительной информации. Чтобы воспользоваться формулами (2.3)-(2.5) надо задаться или определить начальные значения коэффициентов a0 (0) и a1 (0) . В качестве a0 (0) можно принять среднее значение уровней за анализируемый период, а

значение a1 (0) определить как значение приростов за этот период. Для определения начальных значений коэффициентов сезонности используем данные

анализируемого

периода.

Начальные

значения

коэффициентов

сезонности вычисляем как отношение месячных средних значений к среднему значению уровней за весь период.

49

2.4

Пример

прогнозирования

временных

рядов

сбыта

проточно-

накопительных электрических водонагревателей (ЭВН) на основе модели Хольта-Уинтерса Проточно-накопительные электрические водонагреватели (бойлеры) стали популярным товаром бытового назначения в конце 90х готов прошлого столетия как альтернатива централизованному водоснабжению домохозяйств горячей водой. В Украине несколько фирм осуществляли удовлетворение спроса на ЭВН, импортируя их, к примеру, из Италии (ивестные марки Аристон, Термекс и т.п.) и организуя оптовые продажи. Со временем рынок ЭВН развился настолько, что встал остро вопрос планирования поставок (заказа продукции у производителя). В первую очередь это необходмо для оптимизации складских запасов на II этапе S-кривой жизненного цикла спроса на товар. Известно, что во время бурного роста объемов продаж идет вымывание оборотных средств, когда поступлений от продаж (в особенности при наличии товарного кредита) может не хватать для оплаты поставок будущих периодов. Вынужденное кредитование при этом ведет к снижению рентабельности. При этом недостаток товара на складе не удовлетворит возникший спрос, а его избыток – ведет к замораживанию оборотных средств, которых и так дефицит. Как ранее указывалось, фирмы-импортеры находятся под давлением конкуренции со

своими

товарами-аналогами

(без

явных

преимуществ

по

качеству

и

потребительских свойств). Характерная ситуация для них - "процветание без прибыли": при желании сохранить или увеличить долю рынка и значительном росте продаж прибыльность низка, потому что интенсивная конкуренция ведет к снижению цен, а короткий жизненный цикл продукции не позволяет вернуть средства, затраченные на организацию поставок импортируемого товара и логистику оптовых продаж. Качественное планирование без прогнозирования нереально, поэтому возник запрос на поиск способа его реализации. Исходя из знаний об объемах ежемесячных продаж за предыдущие периоды (ретроспекция) удалось сформировать временной

50

ряд как дискретный агрегированный временной ряд с фиксацией значения

уровня продаж за месяц, который и анализировался на предмет его продления в будущие периоды. Выигрышным свойством ряда явилось наличие ярко выраженной сезонной состовляющей. ЭВН как товар удовлетворяющий потребность в горячей воде в большей мере был востребован в летний период, когда традиционно центральное водоснабжение останавливается на профилактику. В дальнейшем в научно-технической

литературе

был

выполнен

поиск

подходящего

метода

прогнозирования данного временного ряда, коих великое множество. Большим подспорьем стала книга [11]. В ней автор квалифицированно и доходчиво, а главное с примерами реализации методов с использованием MS Exel показал механизм прогнозирования временных рядов. Оставалось только выбрать для нашего временного ряда наиболее подходящий и реализовать его средствами MS Exel. Из

различных

методов

прогнозирования

временных

рядов

прогнозирование с помощью скользящих средних по модели Хольта-Уинтерса нами было выбрано по следующим причинам:  данная модель наиболее подходит для ряда, имеющего сезонную составляющую;  хорошее приближение фактических значений с теоретическими (малое значение среднеквадратического отклонения ошибок);  возможность обновления прогноза при появлении дополнительных наблюдений (выполнить не только первый среднесрочный прогноз на один год, но и сдвигать (уточнять) его по итогам каждого прошедшего месяца). На основе выбранного метода и реализованной модели в MS Exel выполнялось прогнозирование оптовых продаж ЭВН в период 2001-2009 г.г. Анализ результатов прогнозиования показал, что выбранный метод ХольтаУинтерса для временного ряда давал хорошую сходимость, отклонение первоначальных прогнозных значений от фактических за год не превышал 17%, 51

а при ежемесячном уточнении 7-8%, причем факт всегда превышал прогноз. На рис.2.2 показаны результаты моделирования в MS Exel.

t

Год

месяц

Исходный ряд

a0(t)

Восстановленны й ряд

a1(t)

p(t)

Прогноз по S(t)

S(t) a0

a1

0

дек

1

янв

9 978

11300,23

8 930

214,37

815,32

0,79

2

фев

13 952

13019,09

11 747

515,27

1718,85

0,90

янв

0,70

3

мар

14 289

14539,13

12 742

716,22

1520,04

0,88

фев

0,73

4

апр

14 119

15671,03

13 442

799,36

1131,90

0,86

мар

0,77

5

май

18 267

16506,17

18 188

806,51

835,14

1,10

апр

0,81

10 484,92

64,13

0,2 0,2 0,2 0,2 Коэффициент сезонности

июн

15 611

16800,55

16 695

704,09

294,38

0,99

май

1,10

7

июл

22 288

17726,40

21 757

748,44

925,85

1,23

июн

1,06

8

авг

12 168

17060,39

15 187

465,55

-666,01

0,89

июл

1,20

6

08

9

сен

14 717

16879,52

16 048

336,27

-180,87

0,95

авг

1,07

10

окт

17 360

16636,97

18 763

220,50

-242,55

1,13

сен

1,03

11

ноя

17 417

16291,15

18 824

107,24

-345,82

1,16

окт

1,21

12

дек

16 103

16096,23

16 757

-194,92

1,04

ноя

1,24

13

янв

7 992

15205,97

9 299

-890,25

0,61

дек

1,08

14

фев

7 314

14048,23

8 805

-1157,74

0,63

15

мар

14 085

14622,02

12 672

573,79

0,87

16

апр

9 750

13963,23

10 562

-658,79

0,76

май

13 629

13446,89

14 191

-516,34

1,06

18

июн

15 581

13453,14

14 909

46,81 140,61 344,03 160,47 260,13 311,37 247,85

19

июл

16 208

20

авг

11 534

21

сен

12 084

22

окт

14 054

23

ноя

14 112

24

дек

12 457

17

09

6,25

68 351

1,11

80 450 Факт 2006 Факт 2007 Факт 2008

118 691 125 819 186 269

6% 48%

Прогноз: янв.09 Факт 2009

Прирост к 2008 195 570 148 801

5% -20%

Рисунок 2.2 Модель прогнозирования оптовых продаж ЭВН в MS Exel

52

a2 0,5

На рис.2.3 показаны графики прогнозных и фактических значений для 2009 года (год мирового финансового кризисна) после которого выполнение прогнозирования было прекращено. Спустя время можно отметить, что продажи в 2007 г. к предыдущему году выросли на 6%, в 2008 г. на 48%, первоначальный прогноз на 2009 г. показывал прирост 5%, а по факту продажи упали на 20%.

Рисунок 2.2 Факт-прогноз оптовых продаж ЭВН на 2009 г.

53

Вопросы для самоконтроля: 1. В чем суть задач анализа процессов, которые мы наблюдаем во времени? 2. Что понимается под временным рядом процесса? 3. Что такое тренд и сезонная компонента временного ряда? Что такое остаточная последовательность, и какими свойствами она обладает? 4. В чем особенность прогнозирования временных рядов на основе модели Хольта-Уинтерса?

54

3 ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ В ОТРАСЛИ 3.1 Мировой рынок технологического оборудования В середине 2000х годов из различных источников Интернет была найдена и систематизирована информация о мировом рынке технологического оборудования,

о

потреблении,

металлообрабатывающего

производстве,

оборудования

экспорте (МОО),

и

импорте

включающего

металлорежущие станки (МРС) и кузнечно-прессововое оборудование (КПО). В табл3.1 приведено распределение мирового производства МОО по отдельным регионам мира в 2001-2003 г.г. Таблица 3.1 Распределение мирового производства МОО, млн. долл. Регион Европа Азиатско-тихоокеанский Америка Всего:

2001 г. 18100,6 14567,4 3583,0 36251,0

2002 г. 17462,8 12117,3 2579,4 32159,5

2003 г. Доля в мире 18083,7 49,8% 14964,8 41,3% 3225,7 8,9% 36274,2 100%

В табл3.2 показано потребление МОО на душу населения (показатель индустиального развития) в странах мира в 2007-2009 г.г. с рейтингом по докризисному 2008 г. Особый интерес для станкостроителей представляет технологическая структура потребления МРС в 2004 г. в крупнейшей экономике мира – США (табл.3.3). В табл3.4 показано долевое распределение МРС и КПО в общем МОО стран мира в 2006 г. В табл.3.5- 3.8 приведены данные за 2002-2009 г.г. о потреблении, производстве, экспорте и импорте по 29 странам мира с рейтингом по 2009 г., а на рис.3.1-3.4 графики этих показателей по пяти странам-лидерам.

55

Таблица 3.2 Потребление МОО на душу населения, долл. Страна Швейцария Италия Тайвань Германия Австрия Япония США КНР

2007 г. 172,18 87,09 166,37 87,98 97,25 59,94 21,06 11,85

2008 г. 184,51 147,00 122,16 120,80 92,73 63,09 22,21 14,56

2009 г. 113,86 47,15 36,86 66,21 75,76 26,12 10,97 14,66

Таблица 3.4 Технологическая структура потребления МРС в США Тип МРС Токарные горизонтальные с ЧПУ Обрабатывающие центры вертикальные Обрабатывающие центры горизонтальные Автоматические линии и специальные станки Токарные одно- и многошпиндельные автоматы Электроэрозионные вырезные проволочные Сверлильные и резьбонарезные Фрезерно-расточные горизонтальные Зубообрабатывающие Вертикально-фрезерные Шлифовальные других типов Пильные и отрезные Токарные горизонтальные с ручным управлением Плоскошлифовальные Универсально-шлифовальные Круглошлифовальные Вертикальные токарные Протяжные Роторные станки Бесцентровошлифовальные Электроэрозионные погружные с копиром Внутришлифовальные Электроэрозионные для прошивки мелких отверстий

56

Доля, % 19,1 15,8 14.0 6,6 5,1 4,3 3,4 3,4 3,1 3,0 2,8 2,7 2,2 2,2 2,1 1,9 1,6 1,2 1,1 0,9 0,8 0,4 0,2

Таблица 3.4 Распределение МРС и КПО в общем МОО стран мира в 2006 г. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Страна Австралия Австрия Аргентина Бельгия Бразилия Великобритания Германия Дания Индия Испания Италия Канада КНР Мексика Нидерланды Португалия Республика Корея Россия Румыния США Тайвань Турция Финляндия Франция Хорватия Чехия Швейцария Швеция Япония

57

2006 г. МРС КПО % % 66 34 60 40 40 60 10 90 81 19 78 22 73 27 40 60 88 12 64 36 51 49 60 40 74 26 35 65 20 80 10 90 72 28 77 23 56 44 79 21 77 23 30 70 16 84 54 46 43 57 92 8 84 17 43 57 88 12

Таблица 3.5 Потребление МОО, млн.долл. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Страна 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 5 190 6 580 9 456 10 780 13 113 16 171 19 441 19 400 КНР 4 392 4 373 5 111 5 490 5 140 7 455 9 756 5 450 Германия 3 844 3 899 5 093 5 933 6 361 5 864 6 920 3 370 США 3 218 4 109 5 943 7 759 7 859 7 637 7 793 3 319 Япония 3 186 3 294 3 280 3 301 3 786 5 151 5 291 2 741 Италия 1 960 2 766 3 059 4 424 4 020 4 150 3 796 2 586 Корея 558 575 941 1 082 1 423 1 823 2 547 2 547 Бразилия 185 277 562 1 000 1 191 1 809 1 955 1 157 Индия 1 070 1 101 1 180 1 498 1 441 1 574 1 872 1 133 Франция 1 157 1 246 1 670 1 546 1 005 Мексика 599 537 768 851 1 082 1 245 1 567 866 Швейцария 1 029 1 142 2 617 2 248 2 887 3 563 2 638 847 Тайвань 1 190 1 108 1 200 1 443 1 064 1 016 1 156 720 Канада 309 281 387 389 604 602 1 265 692 Россия 202 389 291 637 692 904 622 Австрия 792 884 1 033 1 071 1 105 1 279 1 160 560 Испания 140 168 197 287 436 562 531 464 Бельгия 414 476 805 944 1 067 1 088 798 450 Турция 759 719 681 656 817 892 782 398 Великобритания 276 299 247 408 415 503 525 348 Нидерланды 52 97 155 155 256 355 360 342 Румыния 325 306 773 405 451 623 882 338 Чехия 234 254 256 370 317 533 525 312 Швеция 198 149 174 223 371 405 400 234 Австралия 131 124 153 183 188 270 386 153 Финляндия 22 31 95 156 145 181 273 150 Аргентина 77 91 121 111 109 129 173 140 Португалия 110 132 101 159 139 219 344 136 Дания 25 30 137 145 159 159 Хорватия

58

Таблица 3.6 Производство МОО, млн.долл. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Страна 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2 350 2 910 4 080 5 100 7 060 10 750 13 960 15 000 Китай 6 990 7 525 8 959 9 797 10 120 12 922 15 680 10 429 Германия 6 077 7 862 10 573 13 186 13 558 14 323 15 567 7 095 Япония 3 771 4 181 4 639 4 863 5 708 7 293 7 831 5 239 Италия 1 587 2 059 2 362 3 511 4 112 4 550 4 372 2 665 Корея 1 775 2 064 2 884 3 394 3 841 4 492 4 807 2 419 Тайвань 2 306 2 210 3 132 3 467 3 689 3 247 3 939 2 324 США 1 825 1 736 2 333 2 656 2 964 3 515 4 013 2 118 Швейцария 292 313 711 689 957 1 158 1 289 1 288 Бразилия 861 945 1 021 1 124 1 226 1 433 1 545 1 060 Испания 261 335 373 408 729 939 1 227 857 Австрия 705 762 784 951 1 010 1 147 1 276 765 Франция 186 221 319 375 426 533 442 590 Турция 656 667 720 718 774 879 760 499 Великобритания 879 690 814 949 471 357 646 434 Канада 142 173 219 260 356 408 499 370 Бельгия 292 316 270 420 426 512 512 341 Нидерланды 107 150 220 333 371 424 404 268 Индия 160 131 161 161 182 202 421 230 Россия 188 237 199 220 276 327 300 181 Финляндия 192 237 180 198 200 276 249 147 Швеция 50 122 166 164 133 Мексика 58 70 85 85 92 105 168 113 Дания 33 37 50 49 59 71 82 80 Португалия 47 53 59 59 64 49 55 52 Румыния 9 13 15 24 29 33 37 29 Аргентина 276 235 284 390 468 677 Чехия 103 107 106 137 148 180 Австралия 22 23 78 89 98 98 Хорватия

59

Таблица 3.7 Экспорт МОО, млн.долл. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Страна Германия Япония Италия Тайвань Швейцария Китай США Корея Испания Австрия Бельгия Великобритания Франция Чехия Турция Канада Нидерланды Бразилия Швеция Финляндия Австралия Россия Дания Румыния Португалия Мексика Аргентина Индия Хорватия

2002 2003 2004 2005 2006 2007 4 169 3 170 1 728 1 453 1 562 310 959 416 513 280 468 576 442 256 83 167 149 100 159 160 88 49 67 75 20

4 757 4 132 1 927 1 651 1 527 370 889 633 568 280 465 606 497 261 103 131 160 103 201 203 88 50 80 80 23

5 670 5 169 2 437 2 248 2 005 540 1 193 963 519 411 580 736 554 356 162 176 247 179 181 160 80 73 106 103 33

8 11 22

11 13 21

9 11 70

60

6 370 6 101 2 794 2 651 2 288 820 1 438 1 157 620 451 597 796 600 400 230 220 283 221 169 180 108 74 109 103 34 21 16 14 79

7 516 6 813 3 319 2 964 2 237 1 190 1 802 1 450 699 540 721 879 640 489 308 323 345 153 232 226 95 117 109 94 42 31 12 17 89

2008 2009

9 151 10 262 7 203 7 461 8 517 4 219 4 063 4 691 3 316 3 471 3 701 1 936 3 037 3 334 1 824 1 651 2 106 1 400 1 657 1 893 1 215 1 800 1 910 1 212 850 1 077 800 780 1 025 682 854 1 100 627 944 931 569 790 822 556 673 860 516 431 350 269 300 380 247 402 426 243 149 196 196 241 243 145 264 231 139 153 93 100 129 146 80 140 155 77 79 77 73 52 48 60 42 41 33 11 15 20 36 22 12 89

Таблица 3.8 Импорт МОО, млн.долл. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Страна КНР США Германия Тайвань Италия Корея Мексика Франция Турция Великобритания Канада Индия Япония Бельгия Бразилия Испания Россия Чехия Австрия Швейцария Швеция Нидерланды Австралия Румыния Дания Хорватия Финляндия Аргентина Португалия

2002 2003 2004 2005 2006 2007 3 150 2 497 1 572 707 1 143 789

4 040 2 578 1 605 730 1 040 1 340

808 311 679 478 89 312 466 365 444 198 305 221 336 201 133 183 79 143 24 103 22 64

836 358 658 549 140 379 460 365 506 200 332 332 328 218 144 131 124 119 28 90 29 77

6 700 3 778 2 014 1 525 1 224 2 000

6 500 3 904 2 063 1 505 1 233 2 070 1 127 1 098 1 147 771 799 755 735 695 713 680 680 727 673 637 624 614 614 569 567 301 301 398 415 334 452 484 297 342 220 271 162 194 198 198 72 184 105 135 131 143 146 148 104 957

61

7 100 4 441 2 419 1 771 1 360 2 550 1 132 1 128 961 876 747 662 799 684 614 571 301 436 353 541 361 301 200 198 198 150 159 129 105

7 243 4 475 2 535 2 010 1 397 1 358 1 154 1 072 949 922 917 837 814 801 619 575 539 472 448 354 349 334 318 286 157 150 138 128 92

Рисунок 3.1 Потребление МОО, млн.долл.

Рисунок 3.2 Производство МОО, млн.долл. 62

Рисунок 3.3 Экспорт МОО, млн.долл.

Рисунок 3.4 Импорт МОО, млн.долл. 63

3.2 Прогрессивные технологии в машиностроении 3.2.1. Классификация методов обработки деталей в машиностроении Все применяемые методы обработки заготовок деталей можно разделить на три класса по способу воздействия на предмет производства: - без съема материала с поверхности заготовки; - со съемом материала; - с нанесением материала на поверхность. Методы обработки без съема материала можно разделить на два вида: с изменением формы и размеров детали (обработка давлением) и без изменения формы

и

размеров

(механическая

и

химико-термическая

обработка).

Классификация этих методов обработки приведена на рис. 3.5. Методы обработки со съемом материала по виду используемой энергии делятся на механические, электрофизические, электрохимические, химические и комбинированные (рис. 3.6). Методы обработки с нанесением материала на поверхность изделия также делятся

на

термомеханические,

механические,

электрофизические

и

химические (рис. 3.7).

3.2.2.

Термическая

обработка

и

методы

термомеханического

упрочнения Термическая совокупность

обработка

технологических

металлов

и

операций,

сплавов

представляет

связанных

с

собой

нагревом

и

охлаждением. Все виды термической обработки можно свести в три большие группы, которые

существенно

термическая

отличаются

обработка;

по

своему

термомеханическая

характеру: обработка,

собственно сочетающая

термическое воздействие и пластическую деформацию; химико-термическая обработка, сочетающая химическое воздействие с термическим.

64

65

Рисунок 3.5 Классификация методов обработки без съема материала

66

Рисунок 3.6 Классификация методов обработки со съемом материала

67

Рисунок 3.7 Классификация методов обработки с нанесением материала

3.2.3. Лезвийные способы обработки и методы их интенсификации Трудоемкость механической обработки в машиностроении продолжает оставаться весьма значительной, поэтому инженерно-технические, а также научные

кадры

много

внимания

уделяют

совершенствованию

и

интенсификации лезвийных методов обработки. Решение этих задач идет по следующим направления: - совершенствование конструкций лезвийного режущего инструмента с механически

закрепленными

пластинами

из

твердых

сплавов,

микралокерамики и керметов; - создание новых сверхтвердых материалов; - нанесение на поверхности инструмента износостойких покрытий; - совершенствование смазочно-охлаждающих сред; - введение в зону обработки дополнительных видов энергии (тепловой, электрической и др.). В последние годы предложено большое количество новых инструментов с неперетачиваемыми пластинами. Здесь еще есть огромный простор для инженеров и исследователей: нет предела их творческой активности и предела совершенствованию технических объектов. В промышленности и исследовательских учреждениях продолжается интенсивная работа по созданию и освоению в промышленности синтетических сверхтвердых материалов: - эльбор – Р (композит – 01, кубический нитрид бора – BN); - белбор (композит 02); - исмит (композит 03, синтезирован в ИСМ НАН Украины); - киборит (также синтезирован в ИСМ НАН Украины); - композит 05 (НПО ВНИИ АШ); - гексанит – Р (композит 10; тексанит – РЛ, армированный сапфирными усами, получен в НАН Украины);

68

- керамика (60 % Al2O3+до 40 %TiC+до 20 %ZrO2) – B3; BOK60; BOK71; BJ-13; ВШ и др; оксидно-нитридная керамика ОНТ-20. Стойкость инструмента, а, следовательно, производительность и качество обработки в настоящее время повышают двумя путями: - созданием

износостойких

покрытий

на

рабочих

поверхностях

инструмента; - упрочнением инструментального материала. К методам покрытий относят: оксидирование материала инструментов из быстрорежущих сталей; нанесение покрытий осаждением из газовой или паровой фазы

TiC, Al2O3 или одновременно в два слоя; конденсация из

паровой фазы с ионной бомбардировкой, т.е. плазменные покрытие ионами титана в нейтральной среде азота – TiN; термодиффузионные методы (азотирование, ионное азотирование, карбонитрация). Смазочно-охлаждающие технологические средства позволяют повысить производительность и качество обработки, существенно повысить стойкость инструмента, защитить узлы станка (станину, суппорт от коррозии). Наиболее широко применяют эмульсионные СОТС, синтетические и полусинтетические СОТС и масляные (углеводородные) СОТС. Интенсификация процессов механической обработки путем введения в зону резания дополнительной энергии ведется по направлениям плазменномеханической и лазерной обработки. Плазменно-механическая обработка заключается в использовании плазменной дуги для создания высокой концентрации тепла в зоне резания непосредственно перед режущей кромкой инструмента. Использование лазеров большой мощности с непрерывной и импульснопериодической обрабатываемого

генерацией материала

излучения

при

обработке

(лазерно-механическая

с

обработка

удалением –

ЛМО)

позволяет нагреть этот материал в зоне стружкообразования до температуры более 12500С, значительно снижая силы резания и температуру деформации и 69

трения. Создаются условия для повышения производительности при заданной стойкости инструмента заданной производительности. При ЛМО снижается шероховатость, глубина и степень наклепа обрабатываемой поверхности, повышается

износостойкость,

отсутствуют

макротрещины.

Наибольший

эффект достигается при обработке тугоплавких металлов и сплавов. 3.2.4 Современные способы абразивной обработки Эти способы занимают заметное место среди финишных процессов обработки. Их можно классифицировать по ряду признаков, например: 1. По типу обрабатываемых поверхностей: - наружных; - внутренних; - линейчатых. 2. По виду агрегатного состояния абразивного инструмента: - связанным абразивом; - свободным абразивом. 3. По роду абразивного инструмента: - абразивными зернами; - зернами из синтетических и сверхтвердых материалов. 4. По характеру воздействия на обрабатываемую поверхность: - механическое; - абразивное в сочетании с электрофизическим или электрохимическим. 5. По типу рабочего процесса: - шлифованием; - суперфинишированием; - хонингованием; - доводкой; - гидро-, вибро-, магнитно-абразивным; - свободным абразивом, уплотненным инерционными силами. 70

6. По виду рабочей поверхности круга: - периферией круга; - торцом круга. 7. По направлению рабочих подач: - с продольной подачей; - с радиальной подачей; - с тангенциальной подачей; - с подачей под углом, по контуру, обкатыванием профиля; - с круговой подачей. Тенденции к совершенствованию способов абразивной обработки сводятся к следующим: 1) повышение точности, жесткости, виброустойчивости станков; 2) автоматизация процессов абразивной обработки; 3) интенсификация процессов абразивной обработки; 4) совершенствование абразивного инструмента. Наиболее

прогрессивными

процессами

шлифования

абразивными

кругами, которым продолжают уделять серьезное внимание инженеры и исследователи, является силовое шлифование, скоростное шлифование, глубинное шлифование, упрочняющее шлифование, совмещенное шлифование, интегральное шлифование, прерывистое шлифование, ленточное шлифование и полирование, финишная обработка лепестковыми кругами, электроабразивное шлифование. К наиболее прогрессивным методам обработки свободным абразивом относятся: абразивная обработка в струе жидкости, виброабразивная обработка, турбоабразивная обработка, финишная обработка уплотненным потоком свободного абразива, магнитно-абразивная обработка. Как следует из характеристик способов шлифования абразивными кругами и свободным абразивом - они являются наиболее перспективными в машиностроении. 71

3.2.5 Способы поверхностного пластического деформирования (ППД) Эти способы находят широкое использование в машиностроении на завершающих этапах обработки заготовок деталей. Они делятся на статические и ударные. К статическим относятся: - обкатывание (шариками и роликами); - раскатывание (шариками и роликами); - выглаживание (алмазное, минералокерамическими плитками); - вибрационное ППД; - дорнование. К ударным относятся: - дробеструйная обработка; - ударное раскатывание; - центробежное обкатывание; - упрочняющая чеканка; - вибрационная объемная ударная обработка; - обработка проволочным инструментом. Применение этих методов обработки для конкретных заготовок деталей и условий требует приведения исследований, так как существующие сведения не всегда являются исчерпывающими и без дополнительной апробации не могут быть перенесены в реальные условия. 3.2.6 Физико-химические способы обработки Электрохимические обеспечивают

изменение

и

электрофизические

формы,

размеров,

способы

шероховатости

обработки и

свойств

обрабатываемых поверхностей заготовок под воздействием электрического тока и его разрядов, электромагнитного поля, электронного или оптического излучения, плазменной струи, а также высокоэнергетических импульсов и магнитострикционного эффекта. Большинство процессов и операций 72

при

использовании этих способов связано с удалением с обрабатываемых поверхностей заготовок припуска. При электрохимической обработке формирование поверхности детали осуществляется за счет анодного растворения металла. При этом различают обработку

неподвижным

электродом;

прошивание

отверстий;

точение

наружных и внутренних поверхностей; протягивание наружных и внутренних поверхностей; разрезание заготовок К электрофизической обработке относится электроэрозионная обработка, объединяющая группу способов, основанных на электрической эрозии – разрушении

поверхности

электродов

электрических разрядов. Материал

при

прохождении

между

ними

заготовки в зоне обработки плавится,

испаряется и удаляется в жидком и парообразном состоянии. Электрический разряд происходит в жидкой среде (масло, керосин, этиловый спирт, вода и др.). 3.2.7 Светолучевая обработка Основана на использовании оптических квантовых генераторов (лазеров). С их мощью выполняются технологические операции: резка металла, сварка, закалка или упрочнение, легирование. Резка выполняется лазерами мощностью до 5 кВт. Толщина разрезаемого металла до 10 мм (низкоуглеродистая сталь), до 6 мм (легированная сталь), до 5 мм (никелевые сплавы); до 10 мм (титан). 3.2.8 Электронно-лучевая обработка материалов При

этом

электронный

способе

пучок,

обработки

энергия

материалов

которого

используется

достаточна

для

мощный

осуществления

технологического процесса. Электронный луч производит нагрев, плавку и испарение практически всех материалов, сварку, размерную обработку, нанесение покрытий. Однако обработка с использованием электронного луча

73

не получила широкого распространения. Это связано со сложностями оборудования: электронная пушка, вакуумная камера, защитная система и др. 3.2.9 Ультразвуковая обработка Ультразвуковые колебания здесь используются для размерной обработки (стекла, керамики, металлов, кремния, германия), интенсификации процессов резания,

очистки

поверхности

шлифовального

круга,

ультразвукового

упрочнения для обработки свободным абразивом. 3.2.10 Электронно-импульсная обработка Используется для штамповки, гибки, чеканки, вытяжки, раздачи, а также для дробления хрупких материалов, очистки отливок от пригара, резки, развальцовки труб. Известны разновидности: с применением высоковольтного разряда, гидроударная и гидроимпульсная. 3.2.11 Электромеханическая обработка Этот процесс обработки основан на сочетании термического и силового воздействия на поверхность обрабатываемой заготовки детали. В процессе обработки через место контакта инструмента с изделием пропускают ток большой силы и низкого напряжения. Гребешки неровностей сильно нагреваются, давлением инструмента они деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой детали упрочняется. Используют

две

разновидности

процесса:

электромеханическое

сглаживание и электромеханическая высадка. По сравнению с традиционными способами поверхностного упрочнения (химико-термическим упрочнением, цементацией и ТВЧ) электромеханическая обработка менее энергоемка, а износостойкость поверхности выше в два раза.

74

3.3 Бережливое производство Бережливое производство (Lean Manufacturing) – концепция управления предприятием, основной идеей которой является фокусирование внимания на ценности, т.е. сокращение бесполезных операций и действий, не добавляющих продукции ценность для потребителя. Изначально

методология

бережливого

производства

называлась

«Производственной системой Toyota», ее создатель – Тайити Оно, инженер одного из заводов Toyota, ставший впоследствии топ-менеджером компании. Концепция возникла в рамках управления производственным процессом, однако в настоящее время ее границы расширились до управления всей деятельностью компании, работающей практически в любой сфере. Суть системы бережливого производства заключена в двух принципах. «Точно-в-срок»

(Just-in-Time,

JIT)

предполагает,

что

продукция

производится исходя из спроса со стороны потребителей. Поэтому покупатель задает темп, в котором протекает производственный процесс. Задачей производителя является так организовать процесс обработки сырья и выпуска продукции, чтобы он максимально соответствовал запросам заказчика.  «Автономизация» («Дзидока») – принцип, согласно которому нужно добиваться производства изначально качественных изделий. В случае обнаружения проблемы производственный процесс останавливается до момента ее решения.  К настоящему моменту концепция бережливого производства вобрала в себя множество элементов, которые с определенным успехом могу применяться независимо:  Вытягивающее производство, канбан — продукция «вытягивается» со стороны заказчика, а не «толкается» производителем.  Система

TPM

(Total

Productive

Maintenance)

управление обслуживанием оборудования. 75

—

комплексное

 Система 5S — система рационализации рабочего места.  SMED (Single-Minute Exchange of Dies) — переналадка/переоснастка оборудования менее чем за 10 минут.  Кайдзен (kaizen) — процесс непрерывного совершенствования.  «Пока-ёкэ» — метод предотвращения ошибок. Основные принципы бережливого производства Систему считают бережливой, если работающие в ней люди стремятся исключить действия, не добавляющие потребительской ценности, или потери. Мы рассмотрим основные приемы и инструменты, применяемые в рамках общей концепции бережливого производства. Что должны знать сотрудники, приступая к преобразованию своего предприятия в бережливое? К числу основных идей бережливого производства, которыми они обязаны овладеть, следует отнести:  общие принципы снижения производственных затрат;  семь источников потерь, которые могут присутствовать в работе предприятия;  принцип организации работы «точно вовремя»;  три фазы внедрения бережливого производства;  вовлечение всех сотрудников и «визуальный» офис. Общие принципы снижения затрат Традиционный подход к ценообразованию, применяемый менеджерами, состоит в установлении отпускной цены на продукцию путем определения себестоимости ее изготовления и добавления к ней некоторой величины прибыли, исходя из принятой на предприятии нормы рентабельности. Однако в современных условиях такой подход себя не оправдывает, поскольку на рынке всегда найдется конкурент, который, снижая цены на свою продукцию, готов будет занять ваше место. Идеи бережливого производства проистекают из философии снижения

76

затрат, исповедуемой корпорацией Toyota, согласно которой цены на продукцию предприятия диктуют рынок и, в частности, покупатели, а объектами управления со стороны компании могут быть только себестоимость продукции и прибыль от продаж. При этом в центре внимания должно быть сокращение внутренних затрат предприятия. Опираясь на идею сокращения себестоимости продукции, необходимо вначале установить цену, по которой покупатели согласны приобретать предлагаемый

товар,

после

чего

вычесть

из

нее

себестоимость

его

изготовления, чтобы оценить ожидаемую прибыль. Такой подход, при котором прибыль равна цене продукции за вычетом себестоимости ее изготовления, заставляет

производителя

отыскивать

пути

снижения

собственных

производственных затрат, чтобы получить желаемую прибыль. Отсюда также следует, что основной путь к максимизации прибыли заключается в сокращении потерь при изготовлении продукции. Семь источников непроизводительных затрат и потерь Каким образом ваши сотрудники в процессе повседневной работы могут снижать и поддерживать на достигнутом уровне собственные затраты? Все они вполне

способны

постоянно

бороться

с

потерями,

которые

принято

подразделять на семь основных разновидностей. 1. Перепроизводство. Перепроизводством принято называть изготовление лишнего количества продукции или преждевременное ее изготовление до возникновения

реального

спроса.

В

цехах перепроизводство

ведет к

изготовлению лишней продукции, а в офисах — к созданию ненужных документов или избыточной информации. Изготовление лишнего количества продукции или ее преждевременное изготовление не способствуют повышению эффективности,

поскольку

связаны

с

потреблением

дополнительных

материальных и трудовых ресурсов, необходимостью хранения излишков продукции. Это заставляет сотрудников трудиться быстрее, чем необходимо, что сопровождается иными потерями. 77

Для устранения потерь, обусловленных перепроизводством, требуется:  разрабатывать технологические процессы таким образом, чтобы предыдущие операции надежно обеспечивали последующие;  устанавливать производственные нормы и стандарты для каждого рабочего места процесса;  предусматривать сигналы, предотвращающие преждевременный запуск производства. 2. Ожидание. Любое ожидание — людей, документов, оборудования или информации — это всегда потеря. Ожидание означает работу вхолостую, и это приводит к остановкам всего процесса. В ходе ожидания не создается добавленная ценность, и потребитель, вполне естественно, не желает оплачивать простои. Потери этого вида обнаруживаются проще всего. Они особенно раздражают работников. В любом офисе нередки ситуации, когда сотрудники

подолгу

ожидают

подписей

начальников,

возможности

воспользоваться занятым оборудованием, телефонных звонков, поступления материалов от поставщиков и т.д. Для устранения данного вида потерь требуется:  проанализировать, какие подписи на документах действительно необходимы, ликвидировать все лишние и стандартизовать новую процедуру;  обучить сотрудников смежным профессиям, чтобы они могли подменять друг друга;  равномерно распределить рабочие нагрузки в течение дня, с тем чтобы оптимально использовать имеющиеся трудовые ресурсы;  обеспечить

производство

всем

необходимым

оборудованием

и

своевременными поставками покупных изделий и материалов. 3. Чрезмерная обработка. Лишними считаются те операции, которые не нужны потребителям, не желающим переплачивать деньги за их выполнение. Часто такими операциями оказываются излишние действия (например, 78

взаимные проверки выполненной работы разными сотрудниками), получение избыточного количества подписей, лишние рассмотрения документов и результатов работ. Для устранения данного вида потерь требуется:  проанализировать все работы, создающие добавленную ценность, оптимизировать или устранить все лишние операции;  определить, какие согласующие подписи на документах действительно необходимы, а все лишние ликвидировать. 4. Избыточные запасы. Любые избыточные запасы, имеющиеся на предприятии, — это потери. Хранение таких запасов требует дополнительных площадей, они могут отрицательно влиять на безопасность, загромождая проходы и производственные площади. Эти запасы могут оказаться вообще ненужными и устареть при изменении спроса на продукцию. Бережливое производство требует радикального изменения взглядов на запасы. Наличие избыточного объема запасов означает потребность в дополнительных усилиях по

управлению

ими,

оно

способно

тормозить

протекание

других

производственных процессов, поскольку приходится в поисках необходимого переворачивать груды бумаг и материалов. Для устранения данного вида потерь требуется:  производить на каждом участке или рабочем месте только то количество продукции, которое требуется потребителям, находящимся ниже по ходу производственного потока;  стандартизовать планировку производственных участков и их загрузку;  обеспечить поступление всего необходимого на последующие участки производственного процесса точно в назначенное время и не допускать задержек

с

дальнейшим

продвижением

материалов

по

производственному процессу. 5. Лишние движения. Любое движение, не требующееся для успешного выполнения рассматриваемой операции, является потерей. Такие движения 79

считаются одной из форм потерь, так как каждое совершаемое движение должно увеличивать добавленную ценность изделия или услуги. Часто неэффективная организация трудового процесса и неправильная планировка рабочих мест служат причинами лишних движений исполнителей — ходьбы, дотягивания, наклонов и т.д. Для устранения данного вида потерь требуется:  стандартизовать папки для документов, выдвижные ящики и шкафы по всему офису, как можно шире применять цветовое кодирование,  располагать файлы (с документами на столах или электронные в компьютерах) таким образом, чтобы облегчить обращение к ним,  располагать офисное оборудование общего пользования в центральной части офиса, приобрести дополнительное оборудование, чтобы сократить количество передвижений сотрудников по офису 6. Потери от дефектов, или переделки. Затраты на переделки, или повторное выполнение уже сделанной работы, в которой обнаружены дефекты, безусловно, относятся к категории потерь, поскольку любая работа сверх необходимой является лишней, увеличивающей потери предприятия. Потери от дефектов включают в себя также снижение производительности, обусловленное прерыванием нормального течения рабочего процесса для исправления дефектов или переделок продукции. Этот вид непроизводительных затрат намного проще выявить, чем потери других видов. Для устранения потерь от дефектов требуется:  ввести

стандартизованные

методы

работы

и

формы

офисных

документов,  разработать и внедрить вспомогательные средства, облегчающие работу 7. Транспортировка. Перевозки на расстояния, большие, чем это необходимо,

или

создание

временных мест

размещения,

хранения

и

складирования, лишние перемещения с места на место материалов, людей, 80

информации или документов — все это ведет к потерям времени и энергии. Материалы и покупные изделия часто перемещают с места на место внутри предприятия по нескольку раз, пока они не достигнут окончательного пункта назначения. Естественно, все эти перемещения ведут к потерям. Кроме того, размещение изделий в местах временного хранения повышает вероятность их повреждения, потери и хищений, мешает нормальному движению внутри предприятия. Для устранения потерь, обусловленных лишними перевозками, требуется:  максимально сокращать расстояния любых перевозок;  ликвидировать все места временного хранения или складирования материалов; Принцип «точно вовремя» («точно-в-срок», (just-in-time — JIT) составляет основу любого бережливого производства. Его соблюдение гарантирует поступление на каждый последующий процесс в потоке ценностей:  только тех элементов работ, которые необходимы;  именно в тот момент, когда это требуется;  точно в тех количествах, которые в этот момент действительно необходимы. Идеальное состояние процесса характеризуется его способностью выдавать очередное изделие или заготовку в тот момент, когда потребитель использовал единицу данного изделия (т.е. оно вытягивается последующей операцией). Такой процесс часто называют вытягивающей системой или системой, основанной на спросе, в отличие от принятой в настоящее время на большинстве производств выталкивающей системы, в которой изделия или заготовки

перемещаются

по

производственному

процессу

партиями,

независимо от реального спроса на них. Чтобы привести производственный процесс в идеальное состояние, каждый его участник должен сознавать, что его коллеги, занятые на последующих операциях, являются обладателями наиболее ценной для него 81

информации. Только они способны сообщить точные сведения о том, в чем, когда и в каких количествах они нуждаются. Работая в офисе, мы имеем дело с потоками разнообразных элементов работ и информации. Поэтому для применения принципов бережливого производства к совершенствованию деятельности офиса нам необходимо научиться представлять существующие в нем бизнес-процессы в виде потоков элементов работ или информации. Три фазы внедрения принципов бережливого производства Нужно различать три основные фазы реализации концепции бережливого производства: изучение спроса, обеспечение непрерывности потоков ценности и их сглаживание. Рекомендуется проходить указанные три фазы в той же последовательности, в которой происходит их изучение исполнителями. Только глубокое изучение спроса, потоков ценности и способов их сглаживания наряду с использованием рекомендаций по управлению потоками ценности способно придать надежность не только самому процессу преобразований, но и обеспечить их устойчивость. 1. Фаза изучения потребительского спроса. Необходимо прежде всего выявить, кто является потребителями результатов некоторой работы, каковы их требования, только после этого вы сможете удовлетворять потребительский спрос на ее результаты. Для выявления и удовлетворения потребительского спроса могут применяться различные инструменты и методы, например:  расчеты времени такта;  расчеты питча;  расчеты буферных и страховых запасов;  применение системы 5S;  использование методов решения проблем. 2. Фаза обеспечения непрерывности потока ценности. На этом этапе принимают необходимые меры для того, чтобы результаты рассматриваемой

82

работы поступали всем внутренним и внешним потребителям своевременно и в надлежащих количествах. Например:  создание супермаркетов внутри процессов;  система канбан;  применение принципа FIFO («первым пришел, первым ушел»);  обеспечение сбалансированности в загрузке производственных линий;  стандартизация работ;  надлежащая планировка производственных участков. 3. Фаза сглаживания. Наконец, после того как выявлен потребительский спрос на результаты работ и налажен непрерывный процесс их выполнения, переходят к его сглаживанию, с тем чтобы обеспечить равномерное и эффективное распределение объемов работ по дням, неделям и месяцам. Для этого применяются следующие средства сглаживания потоков:  применение доски для предложений и обсуждения идей (visible pitch board);  ящики выравнивания загрузки (хейдзунка);  использование логистов. Визуализация офиса подкрепляет реализацию принципа всеобщей вовлеченности работников и включает следующие действия:  выделение места для общения между сотрудниками, где те могут обмениваться идеями относительно совершенствования в той сфере деятельности, в которой они заняты;  организация

системы

поддержания

визуальных

стандартов

и

требуемых уровней чистоты и порядка на рабочих местах (система 5S);  создание небольших групп работников с постоянной ротацией членов групп в интересах непрерывного повышения эффективности работы. Преимущества визуализации офиса заключаются в следующем:  она способствует улучшению коммуникаций внутри подразделений; 83

 позволяет

посетителям

сразу

видеть,

чем

занимается

данное

подразделение;  развивает у работников чувство гордости за свое подразделение;  наглядно иллюстрирует процесс непрерывного совершенствования работы подразделения. Ключевые условия успешного внедрения принципов бережливого производства Разработать план обучения и подготовки сотрудников, отвечающий специфике

предприятия.

Все

организации

обладают

различными

потребностями, бюджетами и ресурсами. Разные группы людей располагают неодинаковыми наборами знаний и навыков. Планирование обучения должно учитывать все эти различия и уровень потребности людей в определенных знаниях. Использовать весь диапазон средств и ресурсов для обучения. Некоторые из них предпочитают учебные курсы, другие — наблюдение за работой коллег. План обучения должен предусматривать использование методов и средств, пригодных для большинства сотрудников. Получить

информацию

и

новые

идеи

посредством

проведения

бенчмаркинга. Обучение людей бережливому производству предполагает развитие их творческих способностей. При этом очень важно уметь выходить за рамки собственного предприятия и даже отрасли, чтобы увидеть, как можно вести дела более эффективно и находить способы приложения новых идей в условиях своей организации.

84

3.4

Мехатроника

как

приоритетное

направление

развития

техносферы Известно, что на стыках различных научных и технических дисциплин чаще всего появляются неординарные решения проблем, казавшихся ранее неразрешимыми. Именно на таком «стыке» механики и электроники находится мехатроника. Мехатроника является научно-технической дисциплиной, которая изучает построение электромеханических систем нового поколения, обладающих принципиально новыми качествами и, часто, рекордными параметрами. Обычно

мехатронная

система

является

объединением

собственно

электромеханических компонентов с новейшей силовой электроникой, которые управляются с помощью различных микроконтроллеров, ПК или других вычислительных устройств. При этом система в истинно мехатронном подходе, несмотря на использование стандартных компонентов, строится как можно более монолитно. Конструкторы стараются объединить все части системы воедино без использования лишних интерфейсов между модулями. В частности, применяя встроенные непосредственно в микроконтроллеры АЦП, интеллектуальные силовые преобразователи и т. п. Это даёт сокращение массогабаритных показателей, повышение надёжности системы и другие преимущества. Любая система, управляющая группой приводов, может считаться мехатронной. Термин “мехатроника” появился в 80-х гг. прошлого века, хотя машины, построенные на основе принципа, который позже был назван мехатроникой, существовали и ранее. В 1984 г. Японское общество инженеров-механиков выпустило

7-томное

издание,

посвященное

мехатронике,

тем

самым

официально утвердив этот термин. Одно из первых определений мехатроники характеризовало ее, как направление

на создание и эксплуатацию устройств с компьютерно85

управляемым движением. Приведем и другие определения: Мехатроника — приоритетное направление развития техносферы, интегрирующее механику, электронику, автоматику и информатику в целях совершенствования технологий производства и создания техники новых поколений в промышленности, энергетике и на транспорте, включая станкостроение,

робототехнику,

авиа-,

ракетно-космическую

и

биомедицинскую технику. Мехатpоника — это новая область науки и техники, посвященная созданию и эксплуатации машин и систем с компьютерным упpавлением движением, котоpая базиpуется на знаниях в области механики, электpоники и микpопpоцессоpной техники, инфоpматики и компьютерного упpавления движением машин и агpегатов (Стандартное определение 1995 г.) Мехатроника

—

это комплекс

средств и принципов механики,

электроники и информатики, синтез существующих в настоящее время технологий, эффективно используемых для достижения конкретной цели. Мехатроника — новый междисциплинарный подход, обеспечивающий создание “интеллектуальных объектов”. Мехатроника — это направление в развитии машин, связанное с интеграцией механических и электронных устройств для оптимизации технологических операций, включающих в себя механическое движение. Мехатроника – интегральное проектирование механизмов и машин с высокой степенью автоматизации с целью систематического достижения хороших общих технических характеристик устройств”. (Р. Мейзель и Х. Иржик Австрия, университет, г. Линц); Мехатроника является центром интеграции электронных аппаратных средств и программного обеспечения с механической техникой в изделии (программе) или процессе (А.П. Дорей и Д.А. Брэдли, Англия, Ланкастерский университет). Мехатроника

-

это

область

науки 86

и

техники,

основанная

на

синергетическом объединении узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, систем, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями (Из Государственного Образовательного Стандарта России 2000 года). Во всех этих определениях, прежде всего, выделим две особенности: каждый из авторов относит мехатронику к той или иной области науки (немецкие – к теории машин и механизмов, английские – к информационноизмерительной технике, русские – к механике в “широком” смысле этого термина). Общая же черта – подчеркивание интегрального характера мехатроники. Традиционно мехатронику представляют как единство трех частей (рис.3.8) – привода (1), исполнительных и передаточных механизмов (2) и управления (3). Область 4 обычно называют электромеханикой, 5 – автоматикой, 6 – областью регулируемого привода, а 7 – ядром направления мехатроники.

Рисунок 3.8 Мехатроника как триединое знание На основе рассмотренных выше определений предлагается следующая формулировка предмета мехатроники: Мехатроника изучает синергетическое объединение узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами с целью проектирования и производства качественно новых модулей, систем, машин и комплексов машин с интеллектуальным управлением их функциональными движениями. 87

Мехатроника в этом случае скорее единство четырех, а не трех областей знания (рис.3.9): систем точной механики, электроники, программирования и управления. Каждая из систем прошла в истории свой путь развития. Объединение накопленных знаний и интеграция их в новую обобщенную систему знаний дает тот самый синергетический эффект, позволяющий создавать техничесие устройства с принципиально новыми качествами и рекордными параметрами, недостижмых ранее.

Рисунок 3.9 Мехатроника как синергетическое обобщение систем знаний Следует отметить, что обеспечение высокого качества управления мехатронной системой можно только с учетом специфики конкретного управляемого

объекта.

Поэтому

изучение

мехатроники

целесообразно

осуществлять по специальностям, предметом которых являются конкретные классы производственных машин и процессов. За примерами мехатронных систем далеко ходить не надо: современные стиральные машины-автоматы, пылесосы, автомобили и т. п. В промышленности, кроме электромагнитных подвесов, заменяющих обычные подшипниковые узлы, мехатронными системам являются все современные роботы, станки (в том числе гексаподы), измерительные комплексы. Такие системы состоят из нескольких приводов, каждый из которых, в свою очередь, является мехатронной системой. В частности, 88

несомненно, мехатронная система типа «мотор-шпиндель» является частью мехатронного станка. Данная система позволяет повысить надёжность системы и уменьшить её массогабаритные показатели, так как исключает понижающие передачи и соединительные муфты из конструкции (масса и габариты могут даже увеличиться за счёт значительного увеличения требуемого момента двигателя, однако преимущества таких систем всё равно перекрывают недостатки). Мехатpоника,

являясь

основой

машиностpоительных

технологий

будущего, может существенно влиять на тpадиционные технологии, вдыхая в них

новую

жизнь,

тpадиционных

служа

для

усовеpшенствования

и

модификации

станочных систем, pоботизиpованных комплексов и тому

подобного технологического обоpудования. Возникновение и pазвитие мехатpоники и мехатpонных узлов неpазpывно связано с эволюцией электpотехники и электpомеханики, начиная с момента появления в позарошлом веке пеpвых электpических машин. Развитие констpукций

и

возможностей

электpических

машин

опpеделялось

возpаставшими тpебованиями к качеству и фоpмам пpеобpазования энеpгии. Потеpи пpи пpеобpазовании энеpгии позволяют количественно оценить совеpшенство пpоцесса пpеобpазования, и все основные вехи в истоpии электpомеханики связаны с получением pазличных видов механического движения на этой основе. Родоначальником всех мехатpонных узлов и систем можно считать их "пpапpадедушку"

-

шаговый

двигатель

с

хpаповым

механизмом

и

электpомагнитом изобpетенный и изготовленный Сальватоpе дель Негpо в 1831г.

Эта

пpостейшая

электpическая

машина

имела

механический

пpеpыватель и в ней использовался импульсный пpинцип пеpеключения обмоток. Пеpвый большой шаг в пpактическом пpименении наступил, когда в 1838 году по Темзе пpоплыл катеp, движимый электpопpиводом, созданным Б.С. Якоби на основе электpодвигателя постоянного тока и гальванической 89

батаpеи. Следующим мощным импульсом в pазвитии пpообpазов мехатpонных узлов послужило pазвитие коpабельных систем дистанционной связи и систем наведения. В значительной степени pаботами pусских ученых Максимова (1892г.) и Апостолова (1894г.) были заложены основы систем сельсинной синхpонной связи. В ходе pусско-японской войны в 1904-1905 гг. на японских кpейсеpах в качестве пpиводов для туpелей пулеметов и тpехдюймовых оpудий использовались синхpонные электpодвигатели в сочетании с системами синхpонной связи на постоянном токе. В начале 20-х годов в связи с тотальной электpификацией pодилось понятие "электpопpивод". Вплоть до конца 50-х годов электpопpиводы pассматpивались как часть механики. Это было из-за центpализации устpойства пpеобpазования энеpгии, удаленности pабочих оpганов от поpой единственного электpодвигателя, пpиводившего в движение весь механический агpегат. Пpевалиpовал гpупповой пpивод, где опpеделяющее значение имеют кинематические связи. С 60-х годов укоpеняется мнение об электpопpиводах как

электpомеханических

электpотехника.

устpойствах

Пpоисходит

и

выделение

их "Теоpии

самостоятельную дисциплину, pазмежевание

вотчиной

становится

электpопpивода"

в

с дpугими видами пpиводов.

Электpопpиводы того вpемени назывались "вpащающимися" устpойствами. Электpопpивод стал пpименяться в виде индивидуального (одиночного) пpивода , что упpостило кинематические цепи и облегчило задачи упpавления. В 70-е годы им на смену пpишли "статические" пpеобpазователи, но электpопpиводы

пpодолжали

тpактоваться

как

электpомеханические

устpойства, хотя pеально были электpически-упpавляемыми устpойствами. С этого вpемени осталось тpадиционное опpеделение электpопpиводов, как "Электpомеханической

системы,

состоящей

пpеобpазовательного,

пеpедаточного

и

из

электpодвигательного,

упpавляющего

устpойств,

пpедназначенной для пpиведения в движение вспомогательных оpганов pабочей машины и упpавления этим движением. Пpеобpазовательное и/или 90

пеpедаточное устpойство могут отсутствовать.", зафиксиpованное в ГОСТ 16593-79. Постепенный пеpеход от одиночного пpивода к многодвигательному обусловил значительное усложнение как самого электpопpивода, так и систем упpавления им. С

начала

80-х

годов

электpопpиводы

пеpешли

из

класса

электpомеханических устpойств пpеобpазования/пеpедачи энеpгии в класс устpойств упpавления. А с шиpоким

pаспpостpанением цифpоаналоговых

электpопpиводов и появлением цифpовых, на базе микpопpоцессоpных набоpов , электpопpиводы

стали

электpодвигателями,

и

технологическими

но

пpоцессами

не пpосто

устpойствами упpавления

устpойствами и

способными

коммуникациями.

К

упpавлять

концу 80-х гг.

электpопpиводы можно было охаpактеpизовать как электpонно-механические устpойства. Появляется много мехатpонных устpойств пеpвого поколения, таких как:

мотоp-шпиндели, мотоp-pедуктоpы, линейные электpодвигатели,

сеpвопpиводы на базе бесколлектоpных машин и т.п. Одними из пеpвых, кто пpоpекламиpовали свою пpодукцию именно как мехатpонные узлы, были японские фиpмы Fanuc, Sanyo Denki и Shinano Electric. Оpганичное пpодолжение эволюции электpопpиводов возможно только в напpавлении мехатpонизации. Автоматизиpованное пpоизводство, глобальная компьютеpизация оптоэлектpонных

и

новый

качественный

комплектующих

пеpеведут

уpовень

электpонных

электpопpиводы

в

и

pазpяд

мехатpонных устpойств. Развитие технологического обоpудования в стpанах с пеpедовым машиностpоением с сеpедины 80-х годов идет по пути создания агpегатномодульных констpукций. Модульный пpинцип постpоения позволяет: - создавать системы гибких (многоцелевых) электpомеханических и мехатpонных узлов, из котоpых можно обpазовывать пpинципиально новые мозаичные констpукции станков и пpомышленных pоботов с минимизацией кинематических связей; 91

- создавать гибкое технологическое обоpудование по сотовому пpинципу, позволяющему создавать модульные констpукции с учетом технологии, необходимой для пpоизводства опpеделенного ассоpтимента изделий. Блочномодульный пpинцип позволяет по ходу пpоектиpования изделия паpаллельно пpоектиpовать автоматизиpованное технологическое обоpудование для его пpоизводства, состоящее из гибких модулей, соединенных в соответствии с каpтой технологического пpоцесса; - создавать констpукции с наиболее пpостой и полной интегpацией с pабочими оpганами и упpавляющими устpойствами. Агpегатно-модульные констpукции станков, pоботов, ГПМ и т.п. в настоящее вpемя в основном базиpуются на новом напpавлении создания интегpиpованных узлов, получивших название мехатpонных, в котоpых модуль движения (линейного и/или вpащательного) выполнен на базе специальных безколлектоpных двигателей или электpических машин с электpомагнитной или

электpомеханической pедукцией, снабженных системами датчиков,

измеpительных пpеобpазователей и дpугими электpонными элементами интегpиpованными в электpомеханические узлы. Распpеделенная система упpавления, отдавая часть своего "интеллекта" встpоенным

в такие

узлы

микpопpоцессоpным устpойствам, оставляет за собой функции диспетчеpа в центpальном пpоцессоpе. Пpи

блочно-модульной

системе

постpоения

технологического

обоpудования необходимо создавать многокооpдинатные системы движения в

виде

отдельных

узлов,

котоpые

можно

пpименить

в

pазличном

технологическом обоpудовании и для создания тpаектоpий движения по любым кpуговым и линейным кооpдинатам. Мехатpонные модули (ММ) пpиводных систем должны иметь pяд исполнений pазличающихся по: мощности, точности, скоpости, положению кооpдинатных осей. В некотоpоых случаях может быть пpедусмотpена возможность

создания

многокооpдинатных 92

ММ

путем

наpащивания

элементаpных кооpдинатных движителей до тpебуемого количества линейных и вpащательных кооpдинат. Изменение тяговых усилий и моментов, степеней свободы и полезной мощности, а

также

конфигуpации достигается лишь

выбоpом числа и взаимного pасположения элементаpных движителей. Эффективность кооpдинатных

постpоения

автоматических

пpоизводственных модулей

систем

движения

на

базе

обеспечивается

иеpаpхическими уpовнями пpоизводства мехатpонных узлов: - пеpвый уpовень: элементаpные модули-движители, pассматpиваемые как объекты кpупносеpийного пpоизводства (ЭММ); - втоpой уpовень: многокооpдинатные модули движения с тpебуемыми техническими и констpуктивными хаpактеpистиками, pассматpиваемые как объекты мелко сеpийного и сеpийного пpоизводства (ММ) ; - тpетий уpовень : многокооpдинатные мехатpонные модули с оснасткой и мехатpонные узлы (МУ) ; - четвеpтый уpовень: технологические модули (станки, пpомышленные pоботы, тpанспоpтеpы и т.п.) с тpебующимся количеством pабочих опеpаций, состоящие из кооpдинатных модулей (ТМ); - пятый уpовень: состоящие

из

компютеpизиpованные

технологические

системы,

технологических модулей, с общей инфоpмационной и

упpавляющей сетью (ТС). Анализируя пеpспективы pазвития и состояние в области новых достижений станкостроения и pобототехники следует отметить, что они вытекают

из

констpукций

комплексных

исследований

технологического

технологических

обоpудования,

систем

пpоцессов,

упpавления

и

комплектующих изделий и матеpиалов. Основной

тенденцией в pазвитии станкостpоения и pобототехники

является все более интенсивное пpименение технологического обоpудования постpоенного по блочно-модульному методу необходимость pеализации котоpого обусловлена следующими пpотивоpечиями в pазвитии станкостpоения 93

и pобототехники: - постоянное тpебование к pасшиpению номенклатуpы и обновлению пpодукции , вызванное pасшиpением запpосов потpебителей; - постоянное тpебование к минимизации пpоизводственных издеpжек за счет увеличения сеpийности; - постоянное тpебование к эpгономике. Эти тенденции

опpеделяют основные тpебования к пpоизводителям

металлообpабатывающего обоpудования: - постоянное увеличение номенклатуpы (а в некотоpых случаях и объемов); - гибкое и опеpативное pеагиpование на пеpманентно изменяющиеся тpебования pынка (особенно к техническому уpовню пpодукции); - постоянное повышение конкуpентоспособности товаpа. Основные

тpебования

в

свою

очеpедь

опpеделяют

технико-

экономический уpовень, котоpый опpеделяется совокупностью уpовней, входящих в технологическое обоpудование (пpодукт) составных частей. Повышение технико-экономического уpовня станков и pоботов опpеделяется изменением технико-экономических хаpактеpистик отдельных составных частей. В станкостpоении и pобототехнике пpодукция и физически, и моpально стаpеет ни в целом, а дискpетно, по частям. Все это говоpит о том, что без пpименения блочно-модульного метода постpоения повышение техникоэкономического уpовня пpодукции пpактически невозможно. ММ и МУ являются наиболее пеpспективной базой высокопpоизводительного

технологического

для создания пpогpессивного обоpудования,

одним

из

пpинципов постpоения котоpого является автономность изготовления, сбоpки и отладки узлов и конечного пpодукта на их базе.

94

Вопросы для самоконтроля: 1. На какие регионы мира распределено мировое производство металлообрабатывающего оборудование и их долевое участие? 2. По какой стране мира может быть оценена технологическая структура потребления металлорежущих станов? Какова доля токарных стаков с ЧПУ в общей структуре? 3. Какие страны мира являются лидерами в потреблении, производстве, экспорте и импорте металлообрабатывающего оборудования? 4. На три класса по способу воздействия на предмет производства можно разделить все применяемые методы обработки заготовок деталей? 5. Какие методы обработки заготовок деталей без съема материала вы знаете? 6. Какие методы обработки заготовок деталей со съемом материала вы знаете? 7. Какие методы обработки заготовок деталей с нанесением материала вы знаете? 8. Что такое «бережливое производство» (Lean Manufacturing)? 9. Каковы основные принципы бережливого производства? 10. Дайте определение мехатронике? Синергетическим обобщением каких систем знаний она является?

95

4 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ 4.1 Технологическое прогнозирование и принятие решений по выбору технологического оборудования В

первой

половине

2000х

годов

авторы,

занимаясь

научной

деятельностю в области анализа и синтеза технологических процессов механообработки, в том числе с использованием высокопроизводиельного металлорежущего оборудования,

создаваемого по агрегатно-модульному

принципу (агрегатные станки и автоматические линии), проводили не только анализ характеристик и параметров данного высокопроизводительнгого спецмального металлорежущего оборудования, но и сравнительный анализ станков других типов. Вольно или невольно такой ретроспективный анализ привел к технологичекому прогнозированию параметров станков. Информация данного раздела это исторический экскурс в вопросы технологического прогнозирования почти двадцатилетней давности. Развитие

современного

машиностроения

на

внутреннем

и

международных рынках на порядок ужесточило требования по качеству и надежности к производимой техники нового поколения, что в свою очередь поставит

перед

предприятиями

стратегическую

задачу

технического

перевооружения. Выбор

технологического

оборудования

всегда

сопровождается

сомнениями в правильности этого выбора и с опасениями не промахнуться, приобретя станок, который не даст ожидаемых результатов. Это особенно актуально, когда свою продукцию предлагают множество разных фирм, в том числе зарубежных, приводящих в пользу покупки своего станка, казалось бы, неоспоримые доказательства, как технические, так и экономические. На этот выбор изначально влияет ряд объективных и субъективных факторов. Чтобы после того, как было принято решение о приобретении станочного 96

оборудования, осознанно подойти к его выбору, необходимо решить, следует ли закупать новые станки или достаточно модернизировать имеющиеся. Переоснастить или модернизировать свои станки можно достаточно быстро, и обойдется это сравнительно недорого (30  40 % от стоимости новых того же назначения). Кроме того, к этим станкам привыкли операторы, поэтому их не придется переучивать. Экономические трудности переходного периода к рыночной экономике 1991 - 2002 г.г. ослабили традиционно существовавшие возможности ежегодного обновления высокотехнологического оборудования в пределах 10-15 единиц по причине острого недостатка оборотных средств. Анализ состояния заводского станочного парка выявил износ технологического оборудования до 80%. Принимаемые меры по его капитальному ремонту дают определенные результаты, однако, как показала практика, восстановить его технологическую работоспособность, а тем более придать ему возможности современного не представляется возможным. Кроме того, выполненное технологическое прогнозирование на основе анализа

тенденций

основных

характеристик

универсальных

станков

(максимальная частота вращения шпинделя, диапазон регулирования привода главного движеня, максимальная подача), производимых до 1990 г., показало следующее:

изменение

технологических

характеристик

приводов

универсальных токарно-винторезных станков (типа 16К20, ИЖ-250 и др), вертикально-сверлильных станков (типа 2А125, 2А135 и др), вертикальнофрезерных станков (типа 6Н12, СФ250 и др), сверлильно-фрезерно-расточных (типа 2А636Ф1, КРС24К40 и др.) за период 1960-1990 г.г. (см. рис.4.1-4.4) с продлением тенденций на последующие 15-20 лет не всегда согласуется с параметрами приводов современных станков (рис.4.1-. 4.4) Следует сказать, что для ретроспективного анализа тенденций основных характеристик универсальных станков брались паспортные данные станкованалогов из служб главного механика предприятий их эксплуатировавших. 97

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

Диапазон регулирования ПГД

200 150

100 50

Максимальная подача суппорта, мм/мин

0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

10 000 8 000 6 000 4 000 2 000

0 1960

Риунок.4.1 Изменение технологических характеристик приводов токарно-винторезных станков

98

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2010

Диапазон регулирования ПГД

100 80 60

40 20 0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

1995

2000

2005

Максимальная подача, мм/мин

5000 4000 3000 2000 1000

0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

2010

Рисунок.4.2 Изменение технологических характеристик приводов вертикально-сверлильных станков

99

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 1960

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

Диапазон регулирования ПГД

350 300 250 200 150 100 50 0 1960

1965

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2000

2005

2010

Максимальная подача, мм/мин

18 000

16 000 14 000 12 000 10 000

8 000 6 000 4 000 2 000

0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

Рисунок.4.3 Изменение технологических характеристик приводов сверлильнофрезерно-расточных станков

100

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

1990

1995

2000

2005

2010

Максимальна я подача, мм/мин

6 000 4 000 2 000 0 1960

1965

1970

1975

1980

1985

Рисунок 4.4 Изменение технологических характеристик приводов вертикально-фрезерных станков Спустя время можно сказать, что первый опыт прогнозирования основных характеристик универсальных станков содержал ряд недочетов. Известно, что как и у большинства объектов техники, у металлорежущих станков прошла последовательно смена нескольких поколений. По сути, ретроспективный анализ был выполнен по характеристикам станков первых двух поколений, что явно видно по группированию точек на графиках. Поэтому было

возможным

в

тот

момент

использовать

для

прогнозирования

исключительно линейные тренды, а они в отличии от S-кривых менее информативны и не могут отражать качественных изменений поколений техники. Примеры из второго раздела тому подтверждение. Требовалось

для

повышения

качества

прогнозирования

выявить

характеристики станков новых поколений и дополнить временные ряды для их ретроспективного анализа.

101

4.2 Ретроспективный анализ тенденций в период 1960-1990 г.г., 19902000 г.г и экстраполяция на период до 2010 г. В период с начала 1990х до первой половины 2000х годов появились станки третьего и четвертого поколений, основные характеристики которых изменились существенно. И эти изменения в первую очередь связаны с развитием одной из составляющих знаний о механической обработке материалов

–

используемые

теории

резания.

В

инструментальные

предыдущие материалы

временные

для

периоды

металлорежущего

инструмента определяли соответсвующие уровни скоростных парметров процесса

резания

материалов,

которые

в

свою

очередь

определяли

технологические парметры станков и их приводов (диапазоны частот вращения шпинделя,

подач).

Появление

новых

инструментальных

материалов,

позволяющих работать на больших скоростях резания, и переход на высокоскоростную обработку потребовал повышения параметров приводов и совершенствования конструкции станов. Изменения технологических характеристик приводов станков третьего и четвертого поколений позволили не только дополнить временные ряды параметров, но и показали, что характер их изменений во времени может описываться S-кривой (рис.4.5-4.8). Интересен анализ технологических параметров станков по приведенным характеристикам (мощности установленных приводов, приходящихся на единицу объема рабочей зоны станка и на единицу веса). На рис.4.9-4.10 показаны тренды изменения этих параметров для станков токарных и сверлильно-фрезерно-расточных. Анализ технологических параметров станков по приведенным характеристикам за период 1960-1990 г.г. с продлением тенденций на последующие 15-20 лет показывает, что после 1990-го года наметился значительный рост энерговооруженности станков, в особенности сверлильно-фрезерно-расточной группы. 102

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

Рисунок.4.5 Изменение технологических характеристик приводов

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

токарно-винторезных станков 10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

Рисунок.4.6 Изменение технологических характеристик приводов вертикально-сверлильных станков

103

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

10 000 9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000 0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

Рисунок.4.7 Изменение технологических характеристик приводов

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

вертикально-фрезерных станков 30 000

25 000 20 000

15 000

10 000 5 000

0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

Рисунок.4.8 Изменение технологических характеристик приводов сверлильно-фрезерно-расточных станков В обрабатывающие центры последнего поколения закладывается широкая универсальность и высокая энерговооруженность, позволяющие реализовывать на них комплексную обработку деталей, зачастую в окончательном виде. 104

Интенсивность технологического воздействия в отличие от специальных и специализированных станков достигается не за счет высокой концентрации обработки, а за счет интенсификации процессов резания в сочетании с

Энерговооруженность станка, кВт/кг

Приведенная мощность на ед.объема рабочей зоны, кВт/куб.м

комплексностью обработки. 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

0,0100 0,0090 0,0080 0,0070 0,0060 0,0050 0,0040 0,0030 0,0020 0,0010 0,0000 1960

1970

1980

1990

2000

2010

2000

2010

Рисунок.4.9 Изменение приведенных параметров

100

Энерговооруженность станка, кВт/кг

Приведенная мощность на единицу объема робочей зоны, кВт/куб.м

токарно-винторезных станков

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1960

1970

1980

1990

2000

2010

0,0050

0,0040

0,0030

0,0020

0,0010

0,0000 1960

1970

1980

1990

Рисунок.4.10 Изменение приведенных параметров сверлильно-фрезерно-расточных станков Ну и в заключение интересен выполненный в 2006 году анализ и прогноз характеристик обрабатывающих центров 2-6 поколений (рис.4.11). Тенденции показывают, что максимальные частоты вращения шпинделя должны достигать 20000 об/мин при точности позиционирования узлов не ниже 0,003 мм. 105

20 000 18 000

0,016 0,014

16 000 14 000

0,012 0,010 0,008

12 000 10 000 8 000

0,006 0,004

6 000 4 000

0,002 0,000

2 000 0 2

3

4

5

Максимальная частота вращения шпинделя, об/мин

Точность позиционирования, мм

0,020 0,018

6

Поколение станков Точность позиционирования Частота вращения шпинделя

Рисунок.4.11

Экспоненциальный (Точность Сопоставлениепозиционирования) характеристик обрабатывающих

центров 2-6

поколений

Вопросы для самоконтроля: 1. Как изменения технологических характеристик приводов станков третьего и четвертого поколений позволили выполнить прогнозирование будущих параметров с использованием S-кривой? 2. Чем интересен анализ технологических параметров станков по приведенным характеристикам и что он показал? 3.

Какие

тенденции

показал

обрабатывающих центров 2-6 поколений?

106

анализ

и

прогноз

характеристик

5 МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНОЙ КОНСТРУККЦИИ, ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ, БУДУЩЕЕ 5.1

Агрегатные

станки

и

автоматические

линии.

История

и

современность Агрегатные станки (АС) являются одним из наиболее прогрессивных видов металлорежущего оборудования высокоорганизованных производств, ориентированных на выпуск сложных и ответственных деталей в условиях крупносерийного и массового производства. Основным их достоинством является сравнительно низкая трудоемкость и длительность их проектирования и

изготовления,

сравнительно

невысокая

квалификация

операторов,

работающих на этих станках, при достаточно высоких качественных показателях: нормальная точность обрабатки с высокой производительностью и невысокой технологической себестоимостью. Агрегатные оборудованием,

станки

являются

выполняющим

специальным

обработку

по

технологическим

заранее

разработанному

технологическому процессу за весь период его эксплуатации. Хотя в некоторых случаях возможно создание агрегатных станков переналаживаемого типа для выполнения нескольких подобных операций на подобных деталях. На агрегатных станках выполняются в основном операции лезвийной обработки резанием преимужественно концевым инструментом. Иногда встречаются простейшие сборочные операции. Рассмотренные

достоинства

агрегатных

станков

обусловлены

используемым при их производстве модульным принципом (принципом агрегатирования), в соответствии с которым они компонуются из заранее разработанных и выпускаемых серийно функциональных модулей-агрегатов. Основными из этих агрегатов являются силовые узлы и узлы технологического оснащения, транспортные системы, корпусные детали (элементы несущей системы станка). Такой метод создания агрегатного оборудования позволяет 107

организовать их производство, в котором основным видом технологических операций являются сборочные операции, с минимумом операций обработки составных частей, так как компоноваться они будут в основном из унифицированных

узлов

и

агрегатов,

выпускаемых

серийно

на

специализированных предприятиях. Агрегатирование, заложенное в создании АС, позволяет решить ряд организационных и экономических задач, обеспечить определенную гибкость, в

частности,

при

изменении

конструкции

детали

переналадить

(перекомпоновать) станок на новое изделие, а при снятии станка с производства использовать нормализованные агрегаты для другого оборудования. Одним из преимуществ

агрегатных

станков

является

возможность

повышения

производительности за счет высокого уровня концентрации операции и совмещения основного и вспомогательного времени. Многоместная

параллельно-последовательная

обработка

на

многопозиционных АС с круговым транспортированием заготовок дает возможность совмещать время на их установку с основным временем, сокращая общие затраты вспомогательного времени, а также совмещать основное время переходов.

Общее

основное

время

определяется

длительностью

лимитирующего перехода и числом одновременно обрабатываемых заготовок. Затраты вспомогательного времени также сокращаются пропорционально числу

одновременно

обрабатываемых

заготовок.

Сравнение

различных

структур технологических операций по интенсивности съема металла в единицу времени при обработке группы соосных поверхностей (типичной обработки на АС), демонстрирует значительное их превосходство (рис.5.1). По сравнению с универсальными станками агрегатные станки имеют значительно большую производительность, так как позволяют осуществить многоинструментальную

и

многопозиционную

обработку

изделий

одновременно с одной или нескольких сторон при автоматическом управлении рабочим циклом. Среднестатистическая производительность АС среднего 108

габарита, выпускавшихся Харьковским заводом агрегатных станков (ХЗАС) находилась в пределах 75-125 дет/час (рис.5.2).

100%

Одноместная последовательная

182%

Одноместная параллельная

549%

Многоместная параллельно-последовательная 

Рис.5.1 Эскиз группы соосных поверхностей и сравнение структур технологических операций при ее обработке по интенсивности съема металла в единицу времени

0,35 0,30

m/n

0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 25

50

75

100 125 150 175 200 225 250

Производительность, дет/час

Рисунок 5.2 Распределение АС среднего габарита по производительности 109

Агрегатные

станки

требуют

меньше

производственной

площади,

o6eспечивают стабильную точность обработки в пределах 12-14 квалитетов, а в ряде случаев и выше. Могут обслуживаться операторами невысокой квалификации; допускают многократное использование нормализованных деталей и узлов при настройке станка на выпуск нового изделия (обратимость элементной базы). Однако, эти станки не обладают технологической гибкостью по сравнению с универсальными станками, что является их недостатком. В

агрегатных

станках

сочетается

работа

большого

количества

разнообразных режущих инструментов, поэтому они имеют практически неограниченные выполняются

технологические такие

виды

возможности.

операций,

как

На

агрегатных станках

сверление,

зенкерование,

развертывание, нарезание наружных и внутренних резьб, фрезерование плоскостей, пазов и выступов, подрезание торцов, а так же сборочные, контрольные операции, клеймение деталей, отделочные виды абразивной обработки. На них обрабатываются детали из стали, чугуна, цветных металлов и их сплавов, пластмасс, дерева, имеющие различную конфигурацию и размеры (от нескольких миллиметров до нескольких метров). Возможна обработка поверхностей, расположенных в различных плоскостях.

Эффективность

применения агрегатных станков и автоматических лийний в наибольшей степени проявляется при обработке сложных деталей с большим числом обрабатываемых поверхностей (корпусные детали, картеры ДВС и т.п.). Применение многоинструментальной обработки в этом случае позволяет обеспечить с одной установки весь объем механической обработки, и тем самым не только увеличить ее производительность, но и повысить точность взаимного положения обрабатываемых поверхностей. Особенностью

обработки

на

многопозиционных

АС

с

круговой

траекторией транспортирования заготовки является ограниченность объема зоны обработки. Объем зоны обработки может быть охарактеризован удельным объемом Vуд (соотношение объема зоны обработки и объема станка). 110

Сопоставление групп станков по этому показателю показывает (рис.5.3), что специальные АС имеют наиболее жесткие пределы зоны обработки. Высокая концентрация обработки при малом удельном объеме зоны обработки – отличительная особенность АС.

Агрегатный станок среднего габарита с ПДС Многошпиндельный горизонтальный токарный автомат Вертикальный патронный многошпиндельный полуавтомат Горизонтально-фрезерный Вертикально-фрезерный Токарно-револьверный Токарно-винторезный

-

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

Vуд, %

Рисунок.5.3 Сравнение групп станков по удельному объему зоны обработки 111

В

зависимости

от

назначения

агрегатные

станки

могут

быть

специальными и специализированными. Специальные станки предназначены для

обработки

конкретной

детали

одного

типоразмера

и

не

могут

переналаживаться. При переходе на обработку другой детали такие станки, как правило, заменяется.

перекомпоновываются, В

отличие

от

технологическая

специальных

оснастка

полностью

специализированные

станки

предназначены для обработки нескольких однотипных деталей разных классов и типов. По технологическому признаку агрегатные станки можно разделить на одно- и многопозиционные. Ретроспективный взгляд на историю агрегатных станков показывает, что за почти 100 летний период они прошли все четыре этапа своего жизненного цикла: становление (1920-1930 г.г.); бурный рост (1940-1960 г.г.); зрелость (1970-1980 г.г.); упадок 1990-2000 г.г.) Основоположником агрегатного станкостроения США является Эдвард Кингсбури (рис 5.4). Возглавив в 1920 г. компанию Kingsbury Machine Tool, он в 1923 г. реализовал концепцию высокопризводительной обработки путем синхронизации многопозиционного сверления, разместив сверлильные узлы вокруг поворотного стола, и, положив тем самым начало агрегатным станкам.

Рисунок.5.4 Edward J. Kingsbury (1893-1973) На рис.5.5 приведены некоторые из патентов, полученных Э.Кингсбури на конструкции и компоновки агрегатных станков. 112

Рисунок 5.5 Патенты полученные Э.Кингсбури на конструкции АС 113

Корпорация Webco/Kingsbury остается одним из лидеров агрегатного станкостроения.

На

сайте

www.webcoindustrial.com

презентуются

АС

различных компоновок (рис.5.6-5.10).

АС сверлильно-фрезерный горизонтальной

АС сверлильный вертикальной компоновки

компоновки

АС сверлильный горизонтальный

АС сверлильно-фрезерный двухсторонний

двухсторонний

Рисунок 5.6 Однопозиционные компоновки АС Webco/Kingsbury 114

Круглая станина

Рисунок 5.7 Многопозиционные АС Webco/Kingsbury горизонтальной компоновки с поворотно-делительным столом 115

Поворотно-делительный стол

Рисунок 5.8 Многопозиционные АС Webco/Kingsbury вертикальной компоновки с поворотно-делительным столом 116

Станина с центральной колонной

Рисунок 5.9 Многопозиционные центроколонные АС Webco/Kingsbury 117

Станина с поворотным барабаном

Рисунок 5.10 Многопозиционные АС Webco/Kingsbury барабанного типа На сайте www.kingsburycorp.com презентовалась многопозиционная технологическая система модели 207, представляемая как новое поколение центроколонных АС с круговым транспортированием заготовки (рис.5.11). Указывается, что, как и все технологические системы Кингсбури, она проектируется для работ разного уровня сложности –

структура системы

определяется производственной необходимостью. Компоновка эргономична, 118

обеспечивает простоту доступа и удобство обслуживания, имеет систему «сухой пол». Система транспортирования заготовки имеет высокую точность и малое время индексации. При необходимости может снабжаться поворотными приспособлениями, устройствами автоматической загрузки/выгрузки заготовок, контроля целостности инструмента.

Рисунок 5.11 Общий вид АС 207 фирмы Kingsbury Другим известным производителем АС является компания Hydromat Inc. (St.Louis). Станки этой фирмы преимущественно имеют многопозиционные компоновки с круглым столом и горизонтально располагаемыми силовыми агрегатами. На сайте www.hydromat.com демонстрировались АС традиционной компоновки (рис.5.12) и технологическая система традиционной компоновки (рис.5.13). Фирма Toyoda Machinery USA, производитель АЛ, и фирма Turmatic Systems, Inc. Thyssen Krupp, производитель АС, входят в ассоциацию RBR Associates, Inc. Machine Tools. На сайте ассоциации www.rbrusa.com были представлены многопозиционные АС. АС TURMAT традиционной компоновки спроектирован для высокопроизводительной обработки деталей большой номенклатуры (рис.5.14). Может иметь от трех до десяти рабочих позиций. 119

Рис.5.12 Компоновка АС фирмы Hydromat

Рис.5.13. Технологическая система фирмы Hydromat Переналаживаемый АС TRIFLEX оригинальной компоновки совмещает возможности возможностями

многопозиционной

обработки

многооперационных

станков

агрегатных за

счет

станков

с

использования

четырехпозиционного поворотного стола и силовых агрегатов с револьверными головками, по два на каждой позиции обработки (рис.5.15).

120

Рис.5.14 Общий вид и компоновочная схема технологической системы фирмы Turmatic Systems, Inc. Thyssen Krupp

Рисунок 5.15 АС TRIFLEX фирмы Turmatic Systems, Inc. Thyssen Krupp

Фирма GIULIANI (Bolognia), на сайте www.giulianico.com представляла несколько различных АС, в том числе барабанной компоновки (рис.5.16). 121

Рисунок.5.16 АС барабанной компоновки фирмы GIULIANI

В станкостроении продукция и физически, и морально стареет ни в целом, а дискретно, по частям. Все это говорит о том, что без применения агрегатно-модульного метода построения повышение технико-экономического уровня

продукции

практически

невозможно.

Агpегатно-модульные

конструкции станков в настоящее время во многом базируются на новом направлении создания интегрированных узлов, получивших

название

мехатpонных, в которых модуль движения (линейного и/или вращательного) выполнен на базе специальных безколлектоpных двигателей или электрических машин с электромагнитной или электромеханической редукцией, снабженных системами

датчиков,

измерительных

преобразователей

и

другими

электронными элементами интегрированными в электромеханические узлы (рис.5.17). Мехатронные

модули

и

мехатронные

узлы

являются

наиболее

перспективной базой для создания прогрессивного высокопроизводительного технологического оборудования, одним из принципов построения которого

122

является автономность изготовления, сборки и отладки узлов и конечного продукта (технологических систем) на их базе.

Рисунок 5.17 Мехатронные модули вращательного движения и многокоординатные мехатронные узлы фирмы GIULIANI

5.2 Компонетика (теория компоновок) агрегатных станков Современное

технологическое

оборудование

образует

большое

множество разнообразных компоновочных схем, конструктивных форм и размеров. Причиной тому многообразие решаемых технологических задач. В процессе развития технологии машиностроения, как науки, и в частности 123

теории производительности, именно необходимость реализации различных структур

выполнения

технологических

операций

привело

от

простых

одношпиндельных одноинструментных компоновок станков к компоновкам сложной структуры.

Высокопроизводительные структуры конструктивно

нашли свое воплощение в агрегатных станках и автоматических линиях и достигли предела в роторных и роторно-конвеерных линиях. Многолетняя практика создания и эксплуатации станков сложной структуры постоянно указывает на то, что правильный выбор и рациональное построение компоновки оказывает большое влияние на их качество. Во многих случаях создания специальных и универсальных станков это влияние оказывается решающим. Влияние компоновки на качество технологической станочной системы проявляется по двум направлениям. Во-первых, через структуру, правильный выбор

которой

обеспечивает

необходимую

универсальность

или

специализацию и соответствие ряду технологических и других требований. Вовторых, через выбор рациональных конструкторских исполнений, размерных пропорций и расположения узлов в пространстве, чем обеспечиваются высокие технико-экономические показатели качества. Понятия качества компоновки и качества технологической системы отождествлять нельзя. Между выбором и построением компоновки на стадии эскизного проектирования и испытанием готового станка или системы лежит большой путь проектирования, изготовления и сборки. Однако предпосылки качества закладывают на первом этапе – при построении компоновки. Под качеством компоновки следует понимать свойственные ей потенциальные возможности создания

технологического оборудования

более

высокого

качества, чем оборудование с другими компоновками. Качество компоновки определяют

путем

расчетного

сопоставления

компоновок

на

основе

сравнительных методов, для которых характерны относительные оценки и возможность сравнения по различающимся особенностям. 124

Использование принципа агрегатирования позволяет не только сокращать сроки проектирования, удешевлять изготовление станков и систем, но и создавать системы различного технологического назначения с разной степенью автоматизации. Проблема создания станков различного технологического назначения на базе общих целевых узлов-агрегатов требует пересмотра многих установившихся взглядов и традиций в области компонетики станков и систем. Принцип

агрегатирования

привнес

ряд

особенностей

в

компонетику

металлорежущих станков и технологических систем. К технологическому металлорежущему оборудованию, создаваемому на основе принципа агрегатирования, в полной мере применимо определение "уникальное

оборудование",

поскольку

практически

каждая

такая

технологическая система не имеет полных аналогов. Уникальность АС, кроме того, определяется особенностью их объектов функционирования - практически неограниченной

номенклатурой

обрабатываемых деталей.

Многообразие

геометрических форм, габаритных размеров, точности и шероховатости формообразуемых поверхностей, точности координатных размеров, требуемой производительности является причиной разнообразия компоновок. Основное

отличие

в

подходах

необходимости

технической

многопозиционной

обработки.

к

компонетике

реализации Задача

синтеза

АС

состоит

в

многоинструментной варианта

взаимного

пространственного расположения компонуемых элементов системы является многовариантной многофакторной задачей теснейшим образом связанной с технологической задачей синтеза маршрута обработки детали. Специфика выполнения технологических операций, требующих сложной комбинации исполнительных движений, в АС заключается в том, что обработка на них ведется, как правило, при неподвижной заготовке, а все рабочие и установочные движения осуществляются инструментом. При построении технологических процессов обработки деталей на АС используют любые методы

концентрации

операций, 125

рассматриваемые

в

технологии

машиностроения: поверхностей;

обработка

комбинированным

многоинструментная

параллельными

осями

одним

обработка силовым

инструментом групп

соосных

поверхностей

агрегатом;

с

многоместная,

многопозиционная, многосторонняя обработка. Разработка компоновки АС распадается на несколько этапов. Это, прежде всего проектирование технологической компоновки (анализ задания на проектирование, выбор элементной основы, разработка технологического маршрута обработки, выбор схемы базирования деталей и т.д). Далее следуют этапы определения расположения исполнительных узлов, конструирования несущей системы и т.д. Основным моментом при выборе схемы компоновки является положение заготовки на АС, т. к. это влияет на конструкцию приспособления для ее закрепления, на взаимное расположение заготовки, инструментов, приспособления, силовых агрегатов и габаритные размеры в целом. Разработка схемы обработки (технологической компоновки), являясь особенно трудоемкой и оригинальной для данного класса оборудования, строится на принципах концентрации и дифференциации технологических операций и преследует цель, с одной стороны, обеспечения требуемой производительности обработки, а с другой - достижение оборудованием характеристик в соответствии с принятыми при проектировании критериями эффективности. Обсуждая вопрос целесообразности исследований в области компонетики станков и технологических систем, обратимся к истории развития данного вопроса. В литературе немало работ, в той или иной мере посвященных или связанных Благодаря

с

вопросами работам

компонетики

Н.С.Ачеркана,

металлорежущего

оборудования.

В.И.Дикушина,

В.А.Кудинова,

А.С.Проникова, Д.Н.Решетова, А.А.Федотенка и других видных ученых общая теория

конструирования

металлорежущих станков и систем

значительное развитие. 126

получила

Основу

многообразия

компоновок

станков

всегда

определяло

многообразие кинематических структур, обеспечивающих требуемый набор формообразующих движений. В основу классификации компоновочных схем положено сочетание формообразующих движений. Сложные относительные движения заготовки и инструмента составлены из простых элементарных формообразующих

движений

(поступательных

и

вращательных).

На

металлорежущих станках практически реализована лишь меньшая часть всех рассмотренных

схем

движений.

Число

элементарных

движений

формообразования редко бывает более трех. Значительным вкладом в развитие теории компоновок металлорежущих станков является работа Ю.Д.Врагова [3]. Он предложил представлять компоновку станка как структуру блоков: одного стационарного и нескольких подвижных, разделенных линейными или круговыми направляющими. Блоки в компоновке сопрягаются последовательно или параллельно. Понятие о блочной структуре станка и способах сопряжения блоков позволяет обозначать любую компоновку

с

помощью

структурных

формул.

Структурная

формула

компоновки – это определенная последовательность символов, обозначающих блоки компоновки, раскрывающая координатную принадлежность и способ сопряжения блоков. Для того чтобы судить о расположении частей компоновки в пространстве и предоставить возможность исследования того или иного математического аппарата исследований в структурных формулах используют систему обозначений осей координат, отвечающую рекомендациям ИСО. Особенностью системы ИСО является то, что ось координат Z принимают всегда параллельной оси главного шпинделя станка независимо от того, как расположен

этот

шпиндель

–

вертикально

или

горизонтально.

За

положительное направление оси Z принимают направление от заготовки к инструменту. Ось X – всегда горизонтальная. Если ось Z вертикальная, то положительное направление оси X будет вправо, если смотреть от лицевой 127

стороны станка в сторону тыльной. Если ось Z горизонтальная, то положительное направление оси X будет вправо, если смотреть в направлении от шпинделя к заготовке. Положение оси Y определяется по расположению двух других осей. Положительное направление оси Y определяется по правилу винта с правой резьбой, расположенного вдоль оси Z: поворот винта в направлении от оси +X к оси +Y должен соответствовать его продвижению в направлении +Z (правая система координат). Начало координат можно принимать произвольно. Дополнительные движения, параллельные осям X, Y, Z:

вторичные соответственно: u, v , w;

третьей очереди соответственно: p,

q , r. Вращательные движения вокруг осей X, Y, Z:

соответственно a, b, c.

Положительные направления вращательных движений инструмента +a, +b и +c соответствуют направлению вращения правого винта при его движении соответственно вдоль осей +X, +Y, +Z. Дополнительные вращательные движения обозначают буквами d и e. Движения заготовки помечают штрихом сверху (x, y, z, a, b, c и т.д.), а положительные направления перемещений заготовки

соответствуют

отрицательным

направлениям

перемещений

инструмента (левая система координат). При поворотах оси шпинделя за основное положение, соответствующее оси Z, принимают направление, перпендикулярное плоскости установки заготовки. Вращение главного шпинделя всегда обозначают буквой С . Система координат с обозначениями движений, приведена на рис.5.18. Правила для составления структурных формул: 1.

Подвижные

блоки

обозначают

теми

же

знаками,

какими

обозначают выполняемые ими координатные движения. 2.

Стационарный блок обозначают знаком О, чем подчеркивают

отсутствие движения. 3.

Блоки, выполняющие формообразующие движения, обозначают

прописными

буквами,

а

выполняющие

вспомогательные движения – строчными. 128

установочные

и

другие

+v

+q

+Y +b

+X

+a +Z +c

+c

+p

+Z

+a

+w +r

+X

+b

d;e

+Y

+u

p,q,r

Рисунок 5.18 Схема координатных осей

4.

Блок, выполняющий главное движение резания, может быть

помечен знаком ^, например Cˆ или Dˆ . 5.

Обозначения записывают в порядке расположения блоков, причем

обозначение концевого блока, несущего

режущий инструмент, записывают

всегда крайним справа, а блока, несущего заготовки, - крайним слева. 6.

Блоки, выполняющие одновременно два движения, например

поступательное и вращательное, записывают с косой дробной чертой (Z/C). Это относится и к блокам, перемещающимся под углом, когда их движение происходит одновременно по двум осям координат, например Y и Z, чему соответствует запись Y/Z. Преобладающее по скорости движение записывают справа, если перемещается инструмент, и слева, если перемещается заготовка. 7.

Параллельно – сопряженные блоки записывают в скобках со

знаками «+»; если же они одинаковы, то взамен скобок число блоков записывают цифрой перед соответствующим обозначением. 8.

Положение оси шпинделя (вертикальное или горизонтальное)

обозначается соответственно v и h при знаке шпиндельного блока. 129

Блок, имеющий горизонтальную ось, обозначается подчеркиванием

9. ( Z или C ). 10.

Если ось шпинделя поворотная, при знаке шпиндельного блока

ставится дробный индекс v/h. 11.

Блоки поворота вокруг вертикальной оси и делительные блоки

обозначают

знаком

d,

а

вспомогательные

блоков

поворота

вокруг

горизонтальной оси – знаком е. Эти знаки могут также иметь индексы v и h. Примеры компоновок станков приведены в табл.5.1. Таблица 5.1 Примеры компоновок станков Станок

Структурная формула

Вертикальный

X – стол, Y – салазки, Z – консоль, О –

XYZО Cˆ 

косольно–

Пояснения

станина, Cˆ  вертикальный шпиндель

фрезерный

С – шпиндель, О – станина, Z – продольный суппорт, X – поперечные

CОZXbWd

Токарный

салазки, b – поворотные салазки, W – задняя

бабка,

d

–

поворотная

резцедержавка Dv – поворотный стол, u – движение врезания,

D uОX C / Zˆ

Зубодолбежный

О

–

станина,

горизонтальное (наладочное)

X

–

перемещение шпиндельной

головки,

C / Zˆ  штоссель с вращательным и поступательным движением

Агрегатный

с

d  – поворотный стол, О – станина,

поворотным

Z 4Cˆ  вертикальная головка с 4-мя

столом, вертикальной

и

d  О( Z 4Cˆ + Y 4 Bˆ + X 2 Aˆ )

шпинделями,

Y 4 Bˆ 

горизонтальная

двумя

головка с 4-мя шпинделями, X 2 Aˆ 

горизонтальными

горизонтальная

головками

шпинделями

130

головка

с

2-мя

Первая попытка систематизации многообразия компоновок агрегатных станков и автоматических линий с критическим рассмотрением их технических и экономических показателей сделана в книге Х.Гёбеля [4]. вариант

сокращенного

обозначения

компоновок.

Предложен

В

качестве

классификационных признаков для обозначения компоновок агрегатных станков Х.Гёбель предложил использовать основное направление подачи (горизонтальное H, вертикальное V), тип направления подачи (параллельно оси инструмента, перпендикулярно оси инструмента, радиально и перпендикулярно оси инструмента), транспортировочное перемещение заготовок (шаговое, непрерывное), число сторон обработки, траекторию транспортирования заготовок (прямолинейная G, круговая K). На основе возможных комбинаций классификационных

признаков

составлена

систематизационная

таблица

компоновок (рис.5.19), а также приведены примеры возможных практически важных (реализованных) компоновок.

Рисунок 5.19 Компоновочные схемы АС (по Х.Гебелю) 131

5.3 Анализ компоновок агрегатных станков последнего поколения Анализ

исследований

и

публикаций,

посвященных

компонетике

современных агрегатных станков показал, что в промышленно развитых странах

основу

технологическое

высокоорганизованных оборудование,

создаваемое

производств по

составляет

агрегатно-модульному

принципу. Созданием

высокопроизводительных многопозиционных агрегатных

станков (rotary transfer machines) и автоматических линий (transfer line machines) занимается ряд ведущих станкостроительных фирм. Лидером в этой отрасли промышленности является швейцарская фирма Pfiffner. Pfiffner − это всемирно известный производитель агрегатных станков с поворотным делительным столом,

основанных на агрегатно-модульном

принципе. Модельный ряд станков серии Hydromat ® построен специально для среднесерийного, крупносерийного и массового производства сложнейших металлических деталей. Агрегатные станки Hydromat ® могут изготавливать детали как из прутковых и рулонных материалов, так и с использованием автоматической подачи заготовок. Одновременная высокоточная обработка деталей на каждой из станций обеспечивает высокую эффективность оборудования. Каждый станок Hydromat® специально конструируется и настраивается для обработки конкретного типа деталей.

Возможность

горизонтальной и вертикальной установки рабочих станций обеспечивает возможность выполнения самых сложных задач в кратчайшие сроки. Универсальность станков Hydromat® обеспечивает возможности немедленного удовлетворения постоянно растущих запросов мирового рынка. На

станках

серии

Hydromat®

обработка

деталей

происходит

одновременно на нескольких станциях. «Сердцем» станка является поворотноделительный стол, на котором закрепляются обрабатываемые детали. Цанги, крепежные тиски и специальные приспособления могут использоваться при 132

изготовлении деталей из прутка диаметром от 3 до 45 мм или для крепления предварительно

обработанных

заготовок

с

максимальными

размерами

100х100х100 мм. До 8 вертикальных шпинделей может быть установлено на комплекте, содержащем от 10 до 16 горизонтальных рабочих станций для поперечной

обработки

или

специальных

применений.

Все

операции

выполняются одновременно на всех станциях, что обеспечивает исключительно короткое время изготовления каждой детали. Сверление, токарная и фрезерная обработка, развертывание и нарезание резьбы – все эти операции выполняются специальными обрабатывающими узлами,

расположенными

вокруг

поворотно-делительного

стола.

Такая

конструкция гарантирует высокоточное изготовление сложнейших деталей в кратчайшие сроки. Для обеспечения максимальной универсальности этих процессов

фирма

Pfiffner

разработала

систему

специальных

стандартизованных, взаимозаменяемых обрабатывающих узлов (рис.5.20).

Рисунок 5.20 Обрабатывающие узлы, используемые фирмой Pfiffner 133

Эти взаимозаменяемые узлы могут использоваться на станках различных типов, вне зависимости от их года выпуска. При возникновении необходимости перехода к другому технологическому процессу, применение данной системы позволяет переналадить или, в определенной степени, изменить конструкцию любого станка серии Hydromat ®. Эта уникальная особенность станков данной серии делает производственный цикл максимально гибким и обеспечивает возможность для любой фирмы быстро реагировать на изменяющиеся запросы рынка. Флагманом фирмы является агрегатный станок с поворотно-делительным столом HB 32/16 (рис.5.21). Данный агрегатный станок скомпонован на основе агрегатных станков разработанных ещё в 50-х годах прошлого века. Х.Гёбель в своей

работе

рассматривал

компоновку

подобного

типа

(рис.5.22).

Современный станок HB 32/16 отличается от первых прототипов агрегатных станков большим количеством силовых узлов, и более компактным их расположением на станине, а так же гораздо меньшими габаритными размерами самого станка. Данный станок предназначен для среднесерийного и крупносерийного производства. Hydromat® HB 32/16 отличается максимально допустимым размером обрабатываемой заготовки, а также количеством устанавливаемых рабочих станций. При этом этот станок имеет модульное исполнение. Такое конструктивное

решение

позволяет

унифицировать

рабочие

станции,

управляющие вентили и инструментальные головки для всех станков серии Hydromat®. Это в свою очередь, увеличивает вариативность исполнения оборудования и позволяет производить быстрое переоснащение станка.

134

Рисунок 5.21 Агрегатный станок с поворотно-делительным столом Pfiffner Hydromat® HB 32/16 135

Рисунок 5.22 Первые модели АС с радиально расположенными горизонтальными головками и горизонтальным круговым перемещением заготовок Компоновка агрегатного станка модели HB 32/16 показана на рис.5.23. Все агрегаты этого станка смонтированы на станине, это объясняется условием расположения силовых агрегатов относительно поворотного делительного стола и их числом. Заготовки обрабатывают в стандартных одноместных цанговых зажимах типа B 45, B 32 или B 32-45 (рис.5.24), которые транспортируются по технологическому циклу обработки на поворотно136

делительном столе. Поворотно-делительный стол шестнадцатипозиционный, что соответствует пятнадцати рабочим позициям и одной загрузочной, станок не имеет дополнительного узла выгрузки, готовые детали автоматически выбрасываются между первой и последней станцией без использования дополнительной рабочей станции. На столе равномерно может устанавливаться до 16 горизонтальных, также предусмотрена установка до 8 вертикальных станций (рис.5.25), в зависимости от обрабатываемой детали. Наличие управляемого ЧПУ модуля (рис.5.26) с возможностью многоканальной (многоконтурной) обработки дает возможность одновременно и независимо управлять позициями агрегатного станка.

Рисунок 5.23 Компоновка агрегатного станка модели HB 32/16 137

Рисунок 5.24 Поворотно-делительный стол с цанговыми зажимами

Рисунок 5.25 Вертикальный суппорт для установки вертикальных обрабатывающих узлов

Рисунок 5.26 Управляемый ЧПУ модуль контурной токарной обработки для производства деталей сложных форм 138

Профильные заготовки и заготовки в виде прутка могут иметь диаметр до 45 мм и максимальную длину 150 мм. Обработка заготовки может производиться с двух сторон, специальный поворотный узел извлекает заготовку из цангового зажима, поворачивает ее на 180° и возвращает в цанговый зажим. Данный станок имеет гидравлическую систему управления, которая позволяет производить плавную регулировку каждого рабочего движения, скорости подачи заготовки, а также скорости обработки для каждой рабочей станции. В качестве альтернативного решения на станке может быть установлена электрогидравлическая система управления. В этом случае работа обрабатывающих станций регулируется и контролируется с помощью пульта управления. Пример типовой последовательности обработки детали со всеми технологическими переходами приведен на рис.5.27.

Рисунок 5.27 Пример типовой последовательности обработки: 139

Технические характеристики агрегатного станка Pfiffner Hydromat ® HB 32/16 приведены в табл.5.2. Таблица 5.2 − Технические характеристики Pfiffner Hydromat® HB 32/16 Кол-во обрабат. станций Кол-во обрабат. узлов горизонт. макс. вертик. макс. общее кол-во узлов Поворотный стол индексация скорость перемещения Цанговых зажимов количество тип макс. диаметр зажима Заготовка макс. длина заготовки Вес станка, включая загрузочный магазин для прутка (4 м)

16 16 8 24 16 станционный 0,7 сек. 16 В 32 32 мм 150 мм около 6500 кг

Габариты станка длина ширина высота

9,8 м 4,0 м 2,9 м

Ещё две модели промышленных станков Pfiffner с поворотным столом серии HS 12 и HS 16 (рис.5.28), отвечающие требованиям средних и крупных производственных предприятий, нашли свое место на мировом рынке АС. В отличие от других станков с поворотным столом серии Hydromat ® модели HS оснащены дополнительными вращающимся зажимными патронами. 12 или 16 зажимных патронов, которым могут быть присвоены любая индексация и направление вращения, позволяют производить обработку детали с 5 сторон, не перезакрепляя ее. Станки серии Hydromat® HS 12 могут быть оснащены в максимальной комплектации 12 горизонтальными и 6 вертикальными рабочими станциями. Станки серии HS 16 позволяют устанавливать до 16 горизонтальных и 8 вертикальных станций. 140

Рисунок 5.28 Компоновка агрегатного станка с поворотно-делительным столом Pfiffner серии Hydromat® HS Агрегатно-модульный принцип, реализуемый в конструкции всех станков серии

Hydromat®,

нашел

свое

применение

и

в

данных

моделях.

Универсальность узлов позволяет при необходимости легко модернизировать 141

оборудование. Гидравлически управляемые зажимные патроны подбираются индивидуально

для

обрабатываемой

заготовки.

Сила

зажима

плавно

регулируется с помощью гидравлической системы управления. Благодаря этому станок может обрабатывать как заготовки кубической формы с длиной стороны до 100 мм, так и заготовки в виде прутка диаметром до 45 мм и макс. длиной 200 мм. Как и у всех других станков серии Hydromat® данные модели позволяют производить с помощью гидравлической системы управления плавную регулировку каждого движения, скорости подачи заготовки, а также скорости обработки

для

каждой

рабочей

станции.

В

станках,

оборудованных

электрогидравлической системой управления, работа обрабатывающих станций регулируется и контролируется с помощью пульта управления. Разнообразные варианты настроек и комплектации станков серии Hydromat ® позволяют быстро и без значительных затрат производить переналадку оборудования, адаптируя его к новым производственным задачам. Х.Гёбель в своей работе также предусмотрел вариант такой компоновки (рис.2.29)

Рисунок 5.29 Модель АС с вертикальными и радиально расположенными горизонтальными головками вокруг поворотно-делительного стола Технические характеристики агрегатного станка Pfiffner Hydromat ® HS12 и HS16 приведены в таблице 5.3.

142

Таблица 5.3 − Технические характеристики Pfiffner Hydromat® HS12 и HS16 Кол-во обрабат. станций Кол-во обрабат. узлов горизонт. макс. вертик. макс. общее кол-во узлов Поворотный стол индексация скорость перемещения Гидравлические цанговые зажимы количество Заготовка кубической формы макс. длина стороны Прутковая заготовка макс. диаметр прутка макс. длина заготовки Вес станка Габариты станка длина ширина высота

HS 12

HS 16

12

16

12 6 18

16 8 24

12-ти станционный 1,0 сек.

16-ти станционный 1,0 сек.

12

16

120 мм

100 мм

45 мм 200 мм около 8000 кг

45 мм 150 мм около 8500 кг 5,7 м 4,0 м 2,9 м

Другим известным производителем АС является швейцарская компания ALMAC SA. Станки этой фирмы предназначены для обработки мелких и микро-деталей. ALMAC MCT 644 – это агрегатный станок с поворотным столом и сменными паллетами, предназначен для высокоточной скоростной обработки. Станок имеет от 24 до 26 степеней подвижности, и заменяет семь обычных вертикальных обрабатывающих центров. На последней рабочей станции находится измерительный прибор, для контроля качества изделия. Компоновка MCT 644 показана на рис.5.30, как и в случае Pfiffner Hydromat® HS 12 и HS 16, она подобна первым АС построенным в 50 годах ХХ века. MCT 644

- обладает не

только

высокой

производительностью,

характерной для агрегатных станков, но и «гибкостью» (возможностью переналадки).

Каждая

из

7

рабочих

143

станций

оснащена

отдельным

программированием, способна выполнять несколько операций и полностью автоматизирована. В дополнение к производственной гибкости и адаптивности, станки надежны и стабильны. Сварная конструкция станков выполнена на несущей нагрузку чугунной станине, она обеспечивает достаточную массу для высокой устойчивости и высокое качество обработки деталей.

Рисунок 5.30 Компоновка агрегатного станка с поворотно-делительным столом ALMAC MCT 644 144

Обрабатываемые детали могут устанавливаться вручную, а так же с помощью робота автоматической загрузки, который может находиться снаружи или интегрироваться в базовую конфигурацию. Это позволяет выполнять обработку круглосуточно и

дает возможность работать

автономно

и

независимо. Вся система находится под постоянным контролем и управлением ЧПУ и измерительных устройств. MCT 644 оснащён X и Y салазками, установленными на линейных рельсах. Вертикальная ось каждой рабочей станции, изготовлена из твердого чугуна, на которой прямоугольные втулки направляются вдоль 4 рельсов. Поворотно-делительный стол приводится в движение с помощью асинхронного безщеточного двигателя с цифровой обратной связью. X, Y и Z оси снабжены оптическими шкалами Heidenhain, которые способны считывать до одной десятой микрона. Седьмая рабочая станция, предназначенная для мониторинга и измерений, она оснащена динамическими датчиками Renishaw, которые работают в качестве автоматической коррекции и обнаружения поломки инструмента системы. Специализированное оборудование и общий дизайн MCT 644 обеспечивают максимальные возможности обработки. На каждую рабочую станцию механической обработки может быть установлено до четырех вертикальных шпинделей, в то время как 5 и 6 рабочая станция может быть оснащена вертикальным и горизонтальным шпинделями (2+2). Это дает MCT 644 в общей сложности 24 шпинделя (28, если измерительная станция будет заменена на дополнительную рабочую станцию), и 24 оси - или 26 если есть загрузочно-разгрузочное

устройство.

Загрузочно-разгрузочное

устройство

оснащено устройством очистки от стружки. Технические характеристики АС MCT 644 приведены в таблице 5.4.

145

Таблица 5.4 − Технические характеристики АС ALMAC MCT 644 Перемещение X Y Z

150 мм 120 мм 230 мм

Подача скорость подачи быстрая подача точность Системы привода двигатель система упр. с обр. связью шаровая опора Поддоны плавающий системы передачи время передачи Стандартный шпиндель скорость количество и параметры механической энергия державка инструмента макс. диаметр зажима Жесткое нарезание резьбы Измерительный прибор 7 рабочая станция Бак с охлаждающей жидкостью объем расход фильтрация Регулирование температуры мощность Цифровое управление мощность установленного двигателя напряжение пневматическое давление Вес станка машина + блок управления Размеры машины длина ширина высота Размеры блока управления длина ширина высота

от 0 до 12 000 мм/мин 40 м/мин 0.0001 мм асинхронный двигатель цифровой ø 20 x 10 мм тип 3R (601-7.P) поворотный кулачок 2 сек от 1000 до 20 000 мин-1 станции 1-4: вертикальная (4х) станции 5 и 6 вертикальная (4х) или вертикально-горизонтальная (2/2) 0.8 / 1.9 кВт ISO 10 биконические цанга ESX 16 10 мм на 3 рабочих станциях датчик Renishaw ø 0,2 мм 300 л 40 л/мин 35 µm 1300 Вт при температуре +30 C 15 кВт 3 х 400 В, 50 Гц 6 бар 5000 кг 2480 мм 3300 мм 2400 мм 2000 мм 1000 мм 2000 мм 146

Тайваньская фирма WE FUN INDUSTRIAL CO., LTD. на своем веб-сайте http://www.we-fun.com предлагает агрегатный станок с поворотно-делительным столом модели WF 32/12 (рис.5.31). Этот станок способен обрабатывать широкий

диапазон

пневматических

и

гидравлических

соединений

и

соответствующие части из пруткового металла. Среднее время, затраченное на одну операцию, составляет приблизительно шесть секунд. Благодаря большой производственной мощности, обработка деталей осуществляется за один проход, что экономит время, энергию и трудоемкость. WF 32/12 подходит для обработки различных материалов: медь, алюминий, нержавеющая сталь и т.д. Заготовка длиной до 3 метров может подаваться автоматически. Достоинством данного металлорежущего станка является обработка деталей на повышенных скоростях, надёжность, простота эксплуатации и обслуживания. Станок, в зависимости от обрабатываемой детали, может быть оснащен 10, 12 или 16 рабочими горизонтальными станциями, которые смонтированы на станине круглой формы. Агрегатный станок WF 32/12 предназначен для выполнения механические операции: сверление, точение, фрезерование, нарезание резьбы, растачивание, долбление и т.д. Поворотно-делительный стол может иметь от 10 до 16 позиций, что соответствует количеству рабочих станций. Заготовка в виде прутка подается на первую рабочую позицию по транспортировочному конвейеру, где происходит операция отрезания, после чего она транспортируется по технологическому циклу на планшайбе поворотно-делительного стола. За полный оборот стола снимается готовая деталь. Станок не имеет дополнительного узла выгрузки, готовая деталь выбрасывается между первой и последней рабочими станциями, что позволяет сэкономить на одной рабочей позиции. Станок оснащен современной системой ЧПУ, что позволяет легко программировать каждую рабочую позицию под конкретную операцию. Размеры и технические параметры агрегатного станка WF 32/12 приведены в таблице 5.5. 147

Рисунок 5.31 − Компоновка АС с поворотным столом WF 32/12 148

Таблица 5.5 Технические характеристики АС WF 32/12 Максимальный диаметр заготовки Ø Максимальная длина готовой детали Материал заготовки Бак охлаждающей жидкости скорость двигатель Подачи прутка, длина Гидромотор Двигатель шпинделя Мощность серводвигателя Скорость вращения шпинделя Источник питания Размеры машины длина ширина высота Вес станка

32 мм 27 мм 22 мм 80 мм Латунь, сталь, алюминий и нержавеющая сталь. 800 л/мин 5 л.с. (7 HP) до 3000 мм (7 HP) 1.5 кВт 100 ~ 5000 об/мин 35 л.с. 8400 мм 3350 мм 2200 мм 6500 кг

Итальянская фирма IMTT (Italian Machine Tools Technologies) на своем веб-сайте http://www.imasgroup.it представляет современный станок IMASFLEX 150. IMASFLEX 150 (рис.5.32) – агрегатный станок с горизонтальным поворотно-делительным столом оснащён 10-ю позициями, где до 9-ти из них могут быть оборудованы двумя трёхкоординатными обрабатывающими узлами с ЧПУ, с одним горизонтальным и другими вертикальными шпинделями. Десятая позиция используется для загрузки и разгрузки заготовок. Узлы могут использовать различные виды рабочих головок, в зависимости от операции, частота вращения шпинделя может достигать от 15000 до 40000 об/мин, благодаря использованию высокочастотных двигателей. Следовательно, в полной конфигурации станок оснащен 18 узлами с 3 независимыми осями с ЧПУ и 18 шпинделями, которые могут работать одновременно. Зажимное приспособление для заготовок фиксируется на спутнике, управляемом приводом с ЧПУ, который может не только поворачиваться, но и вращаться, 149

так что 9 позиций могут действовать как токарный станок. Максимальный ход осей позволяет обрабатывать заготовки, чьи габариты вписываются в параллелепипед 130x150x130 мм.

Рисунок 5.32 − Компоновка АТСМ с поворотным столом IMASFLEX 150 Станок может быть легко и полностью интегрирован с оборудованием подачи прутка (рис.5.33), которое оснащено управляемой системой ЧПУ отрезной позицией, для легкого регулирования длины отрезаемого прутка. Когда детали нуждаются в обработке за 2 установа, то в IMASFLEX 150 может быть добавлен этап внецикловой обработки. Внешний узел может быть неподвижным или поворотного типа; он управляется той же следящей и программной системой и полностью интегрирован с основной стадией. Станок скомпонован так, что расстояние между двумя смежными обрабатывающими узлами обеспечивает оператору легкий доступ к шпинделю для смены инструмента или к зажимному приспособлению при смене производства. Область обработки полностью изолирована, гарантируя защиту окружающей среды и долгий срок службы узлов станка. Любое вмешательство в работу узлов станка для технического обслуживания может быть совершено с внешней стороны простым удалением маленьких и легких перегородок. 150

Рисунок 5.33 АС полностью интегрирован с оборудованием подачи прутка Другой моделью этой же фирмы является IMASFLEX 300 (рис.5.34) − агрегатный станок, на котором может быть оборудовано до 10 позиций, первая из которых предназначена для загрузи и разгрузки заготовок, а другие могут быть оснащены вертикальными обрабатывающими узлами с ЧПУ.

Рисунок 5.34 Компоновка АС с поворотным столом IMASFLEX 300 Компоновка IMASFLEX 300 не является оригирнальной, Х.Гёбель в своей работе предусмотрел возможность построения таких станков, и привел пример первых станков такой конструкции (рис.5.35). Детали движутся от позиции к позиции посредством высокоточного горизонтального поворотного стола, вращающегося с помощью двигателя с программным управлением. 151

Рисунок 5.35 − АС с несколькими вертикальными головками и горизонтальным круговым перемещением заготовок Стол оснащен поворотными спутниками; каждый спутник фиксирует зажимное

приспособление

и

может

обладать

исключительными

характеристиками, такими как, плавное регулирование силы зажима через программу обработки деталей. Каждый спутник может поворачиваться на 360° вокруг горизонтальной оси с шагом до 1 градуса, позволяя таким образом обрабатывать 5 сторон детали на каждой позиции. Поворот спутника осуществляется с помощью двигателя с программным управлением, как опция, доступен плавный поворот. Благодаря особенностям проектирования, вращение спутника осуществляется во время поворота стола, позволяя сократить существенное время. Программно управляемый двигатель позволяет спутнику производить очень быстрый поворот без ограничений в количестве поворотов. Поворотный стол, обрабатывающие узлы и револьверные головки IMASFLEX 300 произведены из качественного чугуна для получения высокой 152

жесткости и вибрационной стойкости. Салазки на осях X, Y и Z оснащены оптической шкалой для точности позиционирования. При всех вращательных движениях

(стол,

спутники,

револьверные

головки)

используются

трехступенчатые шестерни Hirth, которые совмещают большие скорости вращения и незначительное изнашивание с позиционной повторяемостью, типичной для соединения Hirth. Каждый

обрабатывающий

узел

оснащён

шестишпиндельной

револьверной головкой (рис.5.36), спроектированной IMAS. Другая важная особенность IMASFLEX 300 − это распознавание спутника с помощью программного обеспечения, которое позволяет каждому узлу распознавать какое зажимное приспособление находится перед ним в любое время цикла, это позволяет существенно сократить время, и соответственно, производительность,

а

также

автоматически

регулировать

увеличить отклонения

различных узлов.

Рисунок 5.36 − Шестишпиндельная револьверная головка фирмы IMAS Все станки IMASFLEX оборудованы мощными и гибкими системами управления Fanuc 16 iMB и пакетом программного обеспечения GO!. Станок оборудован

замкнутой

системой

циркуляции

СОТС,

включающей

двухступенчатую фильтрацию и секцию высокого давления для внутреннего 153

охлаждения; звукоизолирующим покрытием, вытяжкой испарений, системой фильтрации и специальной платформой для предотвращения скольжения, это гарантирует

лучшую

эргономику

и

соблюдение

условий

по

охране

окружающей среды. Ещё одним производителем агрегатных станков с поворотным столом является немецкая фирма Variomatic, на своем сайте http://www.variomatic.de они представляют агрегатный станок RTC600. Variomatic RTC600 (рис.5.37) был специально разработан для массового производства деталей в электротехнической, строительной (замки, крепления и различные

фитинги),

аппаратно-приборостроительной

и

автомобильной

промышленности. RTC600 имеет агрегатно-модульную конструкцию, поэтому станок легко переналаживается, и без особого труда может быть адаптирован к требуемым операциям механической обработки. На нем можно выполнять операции: сверление, резьбонарезание, точение, протягивание, развертывание, зенкование, поворот детали, удаления заусенцев, шлифование, снятие фасок и т.д. Компоновка этого станка показана на рис.5.38.

Рисунок 5.37 Агрегатный станок с поворотным столом Variomatic RTC600 154

Рисунок 5.38 Компоновка АС с поворотным столом Variomatic RTC600 Все агрегаты станка смонтированы на круглой станине, наружный диаметр которой 4830 мм. Это объясняется условием расположения силовых агрегатов относительно поворотно-делительного стола и их числом. Заготовка обрабатывается

в

стандартном

зажимном

приспособлении,

которые

смонтированы на планшайбе поворотного стола, их число может варьироваться

155

от

6

до

11,

в

зависимости

от

количества

необходимых операций.

Приспособления имеют двухкулачковые зажимные механизмы (рис.5.39), управление которыми осуществляется от гидроцилиндров для зажима деталей, которые питаются от маломощной гидростанции. Поворотно-делительный стол двенадцатипозиционный, что соответствует одиннадцати рабочим позициям и одной

загрузочно-разгрузочной

многопозиционного

станка.

позиции,

Силовые

он

установлен

агрегаты,

в

в

центре

зависимости

от

обрабатываемой детали, могут быть горизонтальными, вертикальными и установленными под любым углом к обрабатываемой детали, причем конструкцией

предусмотрена

возможность

установки

одновременно

нескольких силовых агрегатов на одну рабочую позицию, к примеру, одновременно и горизонтальную и вертикальную головку.

Рисунок 5.39 Двухкулачковый зажимной механизм На одной из рабочих станций установлен специальный поворотный узел, который извлекает заготовку из зажимного устройства, поворачивает её на 1800 и возвращает в зажимное устройство. Это делает возможным за полный оборот планшайбы поворотно-делительного стола снять готовую деталь. Основными частями данного АС является силовые агрегаты, имеющие индивидуальный привод. Силовые головки имеют как электромеханический, так и гидравлический привод. Эти узлы имеют очень малые габаритные размеры, обеспечивают высокую точность, и к тому же имеют свойство

156

быстрой переналадки. Поворотно-делительный стол приводится в действие с помощью централизованного электромеханического привода. Для обеспечение высокой производительности (в среднем 360 дет/час) данный станок оборудован загрузочно-разгрузочным устройством. Так же есть возможность установки подачи пруткового материала в зону резания, тогда заготовка в виде прутка подается на первую рабочую позицию по транспортировочному конвейеру, где происходит операция отрезания, после чего она транспортируется по технологическому циклу на планшайбе поворотно-делительного стола. Готовая деталь в этом случае выбрасывается в специальный лоток между первой и последней позицией. Технические характеристики АС Variomatic RTC600 приведены в табл.5.6. Таблица 5.6 Технические характеристики АС Variomatic RTC600 Кол-во обрабат. станций Кол-во обрабат. узлов

от 6 до 12 горизонт. макс. вертик. макс. общее кол-во узлов

11 11 22

Поворотный стол индексация скорость перемещения Гидравлические двухкулачковые зажимы количество Заготовка кубической формы макс. длина стороны Прутковая заготовка макс. диаметр прутка макс. длина заготовки Вес станка Габариты станка длина ширина высота Материал заготовки

157

12-ти станционный 0,6 сек. 12 100 мм 80 мм 200 мм около 9000 кг 9200 6425 2930 Латунь, сталь, алюминий и нержавеющая сталь.

Итальянская фирма VIGNOTTO, которая специализируется на выпуске современных агрегатных технологических систем и другого специального металлообрабатывающего оборудования на своем сайте http://www.vignotto.it представляет высокопроизводительные агрегатные станки с горизонтальным и вертикальным

перемещением

заготовок.

Станки

главным

образом

предназначены для массового производства гидро- и пвневмосоединений, различных клапанов, фитингов и автомобильных запчастей. Металлорежущий станок модели Vi11 показан на рис.5.40, этот агрегатный станок является малогабаритным, и предназначен для таких операций как: сверление, точение и резьбонарезания. Все агрегаты этого станка смонтированы на квадратной станине, которая имеет размер 1500х1500 мм. В центре АТСМ расположен поворотноделительный стол с вертикальной осью вращения. Стол четырехпозиционный, 3 рабочие позиции и одна загрузочная, крутящий момент на стол от бесщеточного серводвигателя передается посредством зубчатой передачи. Для загрузки заготовок используется робот-манипулятор, готовая деталь при разжиме зажимного устройства выпадает на транспортировочный конвейер, после чего она транспортируется в лоток или тележку для готовых деталей. Заготовка зажимается в гидравлическом одноместном самоцентрирующемся патроне, который питается от маломощной гидростанции. Все обрабатывающие узлы

установлены

электрошкаф

и

вертикально.

гидравлическая

Рядом система,

со

станком

станок

так

устанавливается же

оснащается

транспортером для удаления стружки. Технические характеристики агрегатного станка VIGNOTTO Vi11 приведены в табл.5.7.

158

Рисунок 5.40 Компоновка агрегатного станка с поворотным столом VIGNOTTO Vi11

159

Таблица 5.7 − Технические характеристики АС VIGNOTTO Vi11 Станина Количество обрабатывающих станций Поворотный стол ось количество позиций двигатель привода вид передачи время поворота стола Зажимное приспособление тип макс. диаметр зажима регулирование силы сжатия Гидравлическая станция емкость масляного бака типа насоса Система ЧПУ тип серводвигатели/приводы ПК/дисплей Количество устанавливаемых ЧПУ модулей Стандартный шпиндель тип диаметр корпуса номинальный ход пиноли привод мощность двигателя скорость вращения шпинделя

квадратной формы, сварная конструкция 4 вертикальная 4 бесщеточный серводвигатель с высокоточным редуктором HIRTH зубчатая передача с точностью 0,30 0,6-0,8с (в зависимости от массы заготовки) одноместный самоцентрирующийся патрон изготовлен из закаленной стали 26 мм регулятор давления независимо на каждом патроне 120 л поршневой насос с регулируемой мощность BECKHOFF Danaher Motion промышленных ПК компании BECKHOFF с 12,1" ЖК-дисплеем и IP65 клавиатурой 3 F95-40 95 мм 135 мм асинхронный векторный привод до 7,5 кВт 4 фиксированные скорости или плавное регулирование с векторным преобразованием частоты

Габариты станка длина

3800 мм

ширина

2000 мм

высота

2000 мм

Другой моделью АС фирмы VIGNOTTO является Vi03 (рис.5.41), это агрегатный станок с поворотным барабаном, который предназначен для массового производства нетрудоемких деталей. Его производительность может

160

достигать до 2000 деталей в час. Х.Гёбель в своей работе рассматривал компоновку подобного типа (рис.5.42).

Рисунок 5.41 − Агрегатный станок с поворотным столом VIGNOTTO Vi03 161

Рисунок 5.42 Компоновка агрегатного станка с несколькими горизонтальными головками и вертикальным круговым перемещением заготовок Все агрегаты станка смонтированы на станине,

и расположены

перпендикулярно к поворотному барабану, как с левой, так и с правой стороны от него, что позволяет обрабатывать деталь с нескольких сторон. Так же, в зависимости от конкретной детали, может быть установлено несколько рабочих узлов радиально к поворотному барабану, что позволяет обрабатывать деталь ещё с одной стороны. VIGNOTTO Vi03 оснащен десятипозиционный поворотным

барабаном,

что

соответствует

одной

контрольной,

одной

загрузочно-разгрузочной, и восьми рабочим позициям. В качестве зажимного устройства, как и в модели Vi11, используется стандартный одноместный самоцентрирующийся

патрон.

VIGNOTTO

Vi03

является

полностью

автоматической АТСМ, для загрузки-разгрузки деталей используется роботманипулятор, который обладает функцией «технического зрения», что позволяет устранить такой монотонный человеческий труд, как правильное укладывание заготовок в специальный лоток. Заготовки к роботу поступают 162

посредством вибробункера и ленточного конвейера, с которого робот забирает заготовки. Станок также оснащен конвейером для транспортирование стружки. Технические характеристики VIGNOTTO Vi03 приведены в табл.5.8. Таблица 5.8 − Технические характеристики АС VIGNOTTO Vi03 Станина Количество обрабатывающих станций Поворотный барабан ось количество позиций двигатель привода вид передачи время поворота стола Зажимное приспособление тип макс. диаметр зажима регулирование силы сжатия Гидравлическая станция емкость масляного бака типа насоса Система ЧПУ тип серводвигатели/приводы ПК / дисплей Количество устанавливаемых ЧПУ модулей левая сторона правая сторона радиально всего Стандартный шпиндель тип диаметр корпуса номинальный ход пиноли привод мощность двигателя скорость вращения шпинделя

прямоугол. формы, сварная конструкция 23 горизонтальная 10 бесщеточный серводвигатель с высокоточным редуктором HIRTH зубчатая передача с точностью 0,30 0,5-0.8с (в зависимости от массы заготовки) самоцентрирующийся патрон изготовлен из закаленной стали 26 мм регулятор давления независимо на каждом патроне 120 л поршневой насос с регулируемой мощность BECKHOFF Danaher Motion Промышленных ПК компании BECKHOFF с 12,1" ЖК-дисплеем и IP65 клавиатурой 9 9 5 23 F95-40 95 мм 135 мм асинхронный векторный привод до 7,5 кВт 4 фиксированные скорости или плавное регулирование с векторным преобразованием частоты

Габариты станка длина ширина высота

5950 мм 2600 мм 3500 мм 163

Ещё одним итальянским производителем современных АС является фирма Picchi, которая входит в состав Bugatti Group, на своем сайте http://www.picchimachines.it

производитель

предоставляет

информацию

о

множестве АТСМ, одним из них является современный агрегатный станок для обработки фитингов TR 6-9/OSE (рис.5.43).

Рисунок 5.43 Компоновка агрегатного станка с поворотно-делительным барабаном Picchi TR 6-9/OSE

164

При проектировании станка инженеры за основу взяли классическую компоновку.

Станок

оборудован

поворотно-делительным

барабаном

с

блокирующим устройством Hirth на 6 установочных мест. Поворотноделительный барабан приводится в движение двигателем Brushless и особо точным редуктором с эпициклоидным зацеплением. Время поворота барабана на одну позицию составляет лишь 0,35 сек., полный цикл 0,45 сек. Поворотноделительный

барабан

может

быть

оснащен

двухместным

зажимным

устройством, для одновременной обработки двух деталей, то есть при необходимости может одновременно обрабатываться до 12 заготовок. Все

силовые

агрегаты

станка

смонтированы

на

высокопрочной

монолитной станине прямоугольной формы. Общее число агрегатом равно 9, из них 6 расточных единиц, и 3 резьбонарезных. Шесть расточных агрегатов типа U.F.E. 125 (ISO 40) с ходом шпинделя 125 мм и диаметром пиноли 100 мм обеспечивают высокую точность благодаря использованию Регулирование

шариковинтовой пропускной

передачи

способности

от

двигателя

осуществляется

Brushless. посредством

электроклапана. Также есть возможность бесступенчатой регулировки скорости подвода инструмента для каждой установки: быстрый подвод, медленный подвод, очень медленный подвод, быстрый отвод. Подвод контролируется специальным линейным потенциометром. Три резьбонарезные агрегата для нарезания резьбы метчиком типа U.M.P. 80 (ISO 40) с ходом 80 мм. Подача ходового винта в масляную ванну осуществляется двигателем Brushless. Подвод инструмента контролируется специальным линейным потенциометром. Многошпиндельная головка может быть установлена на любую из позиций, это обусловливается особенностями обрабатываемой детали. Автоматическая

погрузка

и

разгрузка

посредством робота-манипулятора.

165

деталей

осуществляется

Пульт управления с ЧПУ Siemens 840D и персональный компьютер с операционной системой Windows используется для сохранения программ работы и самообучения, а также для управления отдельно каждым силовым узлом АС. Производительность станка при нетрудоемких деталях может достигать 3600 - 4000 деталей в час. Итальянская фирма Porta Solutions на сайте http://www.porta-solutions.com представляет несколько различных систем, в том числе TRANSFER TRO барабанной компоновки (рис.5.44).

Рисунок 5.44 Общий вид АС барабанной компоновки фирмы Porta Solutions Модель TRANSFER TRO относятся к числу наиболее традиционных современных АС барабанного типа с горизонтальной осью вращения. TRANSFER TRO подходит для обработки деталей по 2 или 3 осям. Станок может быть оснащен от 4 до 8 зажимными устройствами, что соответствует индексации поворотного барабана, и от 4 до 21 рабочими станциями. Рабочие станции и поворотно-делительный барабан (рис.5.45) контролируются с помощью ЧПУ модуля.

166

Рисунок 5.45 Общий вид поворотно-делительного барабана В TRANSFER TRO обрабатывающие узлы используются исключительно с шариковой винтовой передачей производства фирмы FMU ® (рис.5.46).

Рисунок 5.46 3D модель рабочего модуля с ЧПУ Этот

выбор

фирма

Porta

Solutions

объясняет

возможностью

существенного сокращения трения, достижения высокой скорости движений и повторяемой точности, а также устранения таких недостатков как: фильтрация 167

и утечки масла. Также такие силовые узлы гарантируют высокую надежность по сравнению с традиционными гидравлическими или сервоклапанными узлами. Фирма Porta Solutions использует безщеточный, управляемый от ЧПУ модуля,

поворотно-делительный

барабан

(рис.5.47).

Диаметр

барабана

составляет 2300 мм, а время поворота на одну позицию составляет всего 0,16 секунды. Количество позиций барабана может варьироваться от 4 до 8, в зависимости от обрабатываемой детали.

Рисунок 5.47 − Компоновка поворотно-делительного барабана установленного на АС модели TRANSFER TRO фирмы Porta Solutions 168

Количество одноместных гидравлических зажимных устройств (рис.5.48) отвечает количеству позиций стола.

Рисунок 5.48 − Общий вид зажимного устройства установленного на АС TRANSFER TRO фирмы Porta Solutions Станина в TRANSFER TRO (рис.5.49) состоит из толстых стальных листов, и имеет сварную конструкцию, что обеспечивает необходимую жесткость и виброустойчивость. Эргономический дизайн станины способствует легкому доступу оператора ко всем элементам станка.

Рисунок 5.49 − Станин TRANSFER TRO фирмы Porta Solutions 169

Двухкоординатный агрегатный станок итальянского производства BTB TRO 10S-12U HSK63 CN –EL (рис.5.50) представлен на сайте компании ww2.btb.it. Данный станок предназначен для обработки стальных деталей различных размеров и форм автомобильной промышленности, позволяет выполнить полную обработку изделия при высокой производительности.

Рисунок 5.50 Общий вид АС барабанной компоновки фирмы BTB Станок состоит из 10-ти позиционного вертикально поворотного барабана, где первая рабочая станция – загрузочная, восемь рабочих станций, и десятая – разгрузочная позиция с устройством пневматической выгрузки и шарнирным ленточным транспортером. Технологическая система может быть оснащена 17 обрабатывающими узлами, из которых: - 11 токарных блоков с шариковыми ходовыми винтами с ЧПУ, 5 из которых оснащены системой охлаждения под высоким давлением, рабочий ход составляет 135 мм; - 1 сверлильно-фрезерный блок с шариковыми ходовыми винтами, с ЧПУ, рабочий ход 135 мм; 170

- 3 расточные головки с шариковыми ходовыми винтами с ЧПУ, ход каретки 12 мм; - 2 гидравлические протяжки с ЧПУ. WINEMA RV20 Flexmaster (рис.5.51) это агрегатный станок с ЧПУ немецкого производства, предназначен для обработки деталей за одну установку. На станке можно обрабатывать заготовки диаметром от 4 до 30 мм, заготовки в виде прутка до 42 мм. WINEMA RV20 Flexmaster имеет восьмипозиционный поворотный барабан, который имеет горизонтальную ось вращения. Для обработки заготовки может использоваться максимально до 14 осевых (7 слева и 7 справа) и 3-х радиальных узлов. Все узлы станка оборудованы ЧПУ модулем, что позволяет программировать каждый узел отдельно, к тому же их можно легко перепрограммировать под новую деталь, что делает данный станок очень гибким.

Рисунок 5.51 Компоновка агрегатного станка WINEMA RV20 Flexmaster 171

На первую рабочую позицию заготовка в виде прутка или труб (диаметром

до

42

мм)

попадается

специальным

транспортировочным

устройством, где она зажимается в стандартном цанговом зажимном патроне, на первой позиции происходит операция отрезания, и далее заготовка транспортируется по технологическому циклу на поворотно-делительном барабане. Максимальная длина заготовки может достигать 180 мм. Заготовки другой формы подаются с помощью робота-манипулятора. Технические характеристики WINEMA RV20 Flexmaster приведены в табл.5.9. Таблица 5.9 Технические характеристики WINEMA RV20 Flexmaster Максимальный диаметр заготовки в виде прутка Максимальная длина стороны заготовки кубической формы Максимальная длина заготовки Количество зажимные станции Выход готовых деталей, шт/мин. Количество обрабатывающих узлов Максимальный ход стандартной обрабатывающей станции Зажимные устройства Система ЧПУ\ Вес (зависит от комплектации)

42 мм 50 мм 180 мм 8 1 - 50 17 (14 осевых, 3 радиальных) 90 мм гидравлический цанговый зажимной патрон Siemens 840 D 8500 кг

Турецкая фирма TTM Makine San ve Tic.Ltd.Şti на своем сайте http://www.cnctransfer.com представила модель агрегатного станка с высокой степенью гибкостью и точностью обработки CNC-F1-TWINPLUS (рис.5.52). Этот станок оснащен двенадцатипозиционным поворотно-делительным барабаном с горизонтально расположенными рабочими узлами справа и слева от него (11 слева, 11 справа), 12 рабочая позиция используется для загрузки/разгрузки деталей. На каждой из 12 позиций поворотно-делительного барабана установлено двухместное зажимное приспособление, что позволяет обрабатывать

одновременно

по

2

детали.

Зажимные

приспособления

приводятся в действие от маломощных гидравлических или пневматических станций. 172

Рисунок 5.52 Общий вид АС барабанной компоновки фирмы TWINPLUS Каждая рабочая станция оснащёна многошпинделем с сервоприводом, поэтому они способны работать на высоких скоростях с высокими допусками точности. Для достижения максимальной производительности станок способен работать в интеграции с двумя роботами FANUC 200IC или MITSUBISHI RV6SQ, тем самым увеличивая производительность и минимизируя расходы на производство. Производительность станка, в зависимости от обрабатываемой деталь, может достигать до 2400 деталей в час.

173

Вопросы для самоконтроля: 1. В чем состоит модульный принцип и принцип агрегатирования при создании технологического оборудования? 2. Какими достоинствами и недостатками обладают агрегатные станки и автоматические линии на их основе? 3. Как при сравнении различных структур технологических операций по интенсивности съема металла в единицу времени проявляет себя многоместная параллельно-последовательная обработка на многопозиционных агрегатных станках? 4. Какой отличительной особенностью обладают специальные агрегатные станки в сравнении со станками других типов? 5. Кого можно считать основоположником агрегатного станкостроения, и какие известные фирмы занимаются выпуском станков агрегатно-модульной конструкции? 6. В чем особенность компонетики агрегатных станков? Что понимается под качеством компоновки и как его определяют? 7.

В

чем

заключается

принцип

представления

компоновок

металлорежущих станков по Врагову? 8. Каковы правила для составления структурных формул компоновок станков по методике Врагова? 9. Какие классификационные признаки для обозначения компоновок агрегатных станков предложил использовать Х.Гёбель? 10. Какие ведущие станкостроительные фирмы занимаются выпуском многопозиционных

агрегатных

станков

автоматических линий (transfer line machines)?

174

(rotary

transfer

machines)

и

6 ПОРТАТИВНЫЕ СТАНКИ КАК ПЕРСПЕКТИВА РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ 6.1 Назначение портативных станков Мобильные станки позволяют выполнять те же работы, что и стационарные, с двумя только отличиями: не изделие доставляется к станку, а станок доставляется к обрабатываемому изделию. Не изделие монтируется на станке, а станок монтируется непосредственно на обрабатываемом изделии. Мобильность создает уникальные возможности экономии времени и средств при ремонте тяжелого оборудования, габаритных изделий, трубопроводов, систем нефте- и газопереработки, промышленного оборудования и многих других. Мобильные станки вместе с инструментом крепятся непосредственно на обрабатываемом изделии и позволяют производить точные операции даже в очень ограниченном пространстве. 6.2 Причины возникновения портативных металлорежущих станков Чаще ремонт габаритного оборудования подразумевает выполнение операции

механической

обработки

с

точностью,

недостижимой

при

использовании ручного инструмента. При этом демонтаж и перемещение изделия либо значительно увеличивает простой оборудования (получение специальных разрешений для передвижения по логистическим маршрутам к месту ремонта, длительность извлечения изделия из конструкции), либо вообще невозможно технически (изделие находится в помещении, которое не подготовлено для вывоза оборудования без реконструкции). К тому же станки, позволяющие обрабатывать части такого оборудования, являются уникальными и дорогими и, как правило, имеют высокую степень 175

загрузки на использующих их предприятиях, что накладывает дополнительные риски на сроки выполнения ремонта. Покупка таких станков ремонтным предприятием для разовых работ нецелесообразна из-за высокой стоимости. В связи с этим возникает задача сокращения сроков операций демонтажа, перемещения и обработки при ремонте габаритного оборудования, влияющих непосредственно на стоимость ремонта. в пользу применения мобильных станков. Современные мобильные станки за счет использования инновационных конструкционных решений позволяют производить обработку габаритных изделий без их перемещения с той же точностью и производительностью, что и станки стандартной конструкции. При этом обеспечивается простая, быстрая установка и сборка мобильного станка непосредственно на изделии. Указанные станки

удобны

и

экономичны

в

транспортировке

с

использованием

стандартного грузового (иногда и легкового) автотранспорта или самолета. 6.3 Примеры компоновки мобильных станков агрегатно-модульной конструкции

для

ремонта

недемонтируемых

деталей

и

узлов

турбоагрегатов С начала ХХ века турбина вытеснила паровые машины и стала основным двигателем для приведения электрогенераторов в действие. Турбиностроение является

основой

современного

энергомашиностроения,

определяющего

потенциал промышленности и экономики в целом. При этом развитие атомного энергомашиностроения относится к доминирующим тенденциям нынешнего, пятого технологического уклада, переживаемого экономически передовыми странами мировой цивилизации. Харьковский турбогенераторный завод, построенный в 1934 году по проекту американской фирмы Дженерал Электрик и начинавший с выпуска турбин как ее лицензиат, сегодня имеет замкнутый цикл производства турбин 176

от проектно-конструкторских работ до натурных испытаний и всемирно известный бренд «Турбоатом». По накопленному опыту разработок и объему установленных мощностей турбин для АЭС АО «Турбоатом» успешно конкурирует с крупнейшим в Европе немецким транснациональным концерном Сименсом и крупнейшей многоотраслевой производственной группой Японии Мицубиси.

Вместе

с

крупной

французской

компанией

Альстом

и

американскими транснациональными Дженерал Электрик (рис.6.1) входит в четверку мировых конкурирующих лидеров атомного энергомашиностроения, на долю которых суммарно приходится 2/3 глобального рынка.

Рисунок 6.1 Распределение установленных мощностей турбин для АЭС по фирмам-производителям Свои трудовые успехи, прокладывая свой девятый десяток, АО «Турбоатом» на протяжении всей своей истории неразрывно связывает с учебно-научно-производственным сотрудничеством с отечественной высшей технической школой, прежде всего с НТУ «ХПИ». Для обеспечения конкурентоспособных эксплуатационных характеристик и технологичности производства турбин необходимы наукоемкие знания по 177

металловедению, динамике и прочности машин, технологии машиностроения, автоматизированного управления. Не случайно одновременно с закладкой в Харькове турбогенераторного завода в 1930 году в Харьковском механико-машиностроительном институте (ХММИ, ныне НТУ «ХПИ») создается ряд факультетов и кафедр, вовлеченных в подготовку специалистов и решение конструкторско-технологических инженерно-научных

проблем

становления

и

развития

отечественного

турбостроения. Создается уникальная кафедра турбин строительства (1930 г.), научно-исследовательская лаборатория, которая в современной истории Украины официально признана ее национальным достоянием (с 2006 г.), кафедра динамики и прочности машин (1930 г.), кафедра металловедения и термической

обработки

металлов

(1932

г.),

кафедра

технологии

машиностроения и металлорежущих станков (1934 г.) и др. Актуальной производственной задачей завода «Турбоатом» является ремонт деталей и узлов турбоагрегатов, эксплуатируемых в Украине и за рубежом. Нецелесообразность, а иногда и техническая невозможность демонтажа крупногабаритных деталей делает невозможным их текущий ремонт в условиях завода. В этом случае эффективным и единственно возможным является

использование

оборудования

для

присоединительных

мобильного

механической поверхностей

портативного обработки

технологического

восстановленных

недемонтируемых

и

крупногабаритных

деталей и узлов турбоагрегатов. Рассмотрим задачи, которые нужно решать при модернизации турбинного оборудования непосредственно по месту установки агрегата и модели портативных станков, производимых для различных задач механической обработки: расточки, фрезерования, точения, сверления. Каскад гидроэлектростанций, дамб и водохранилищ, существующий на р.Днепр в Украине, представляет собой одну из самых крупных гидросистем мира. 178

Первая гидроэлектростанция (ГЭС) каскада (Днепровская ГЭС-1) была построена возле города Запорожья в 1934 году, а последняя (Днепровская ГЭС2) была завершена в 1980 году. Другие гидроэлектростанции, входящие в состав каскада:

Киевская

гидроаккумулирующая

гидроэлектростанция электростанция

(Киевская

(Киевская

ГАЭС),

ГЭС)

и

Каневская

гидроэлектростанция (Каневская ГЭС), Кременчугская гидроэлектростанция (Кременчугская

ГЭС),

Среднеднепровская

гидроэлектростанция

(Середнепровская гидроэлектростанция) . Всего на участке г. Днепр от Киева до Новой Каховки протяженностью в 1000 км расположены шесть дамб и восемь гидроэлектростанций. Общая установленная мощность восьми гидроэлектростанций составляет 3981,6 МВт (94 гидроагрегата). На рис.6.2 представлена карта энергетики Украины.

Рисунок 6.2 Карта энергетики Украины Средний возраст энергетической инфраструктуры сейчас превышает 40 лет. Для того чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию, долговременную 179

надежность и генерирующую мощность, основные объекты ГЭС должны пройти серьезную реконструкцию. Такие работы также снизят количество незапланированных простоев и снизят затраты на техническое обслуживание и внеплановые ремонты. В рамках реализации Энергетической стратегии Украины до 2035г. по продолжению эксплуатации действующих энергоблоков станций и программе участия

в

модернизации

оборудования

ГЭС

Украины,

предусмотрена

реконструкция и повышение мощности ГЭС Днепровского каскада: 3 агрегата Киевской ГАЭС, 7 агрегатов Каневской ГЭС, 2 агрегата Днепровской ГЭС-2, 2 агрегата Среднеднепровской ГЭС, 2 агрегата Кременчугской . Основные цели реконструкции — это увеличение срока службы ГЭС, повышение ее мощности, выработки, надежности и безопасности оборудования и сооружений, выполнение требований по защите окружающей среды, улучшение качества производимой электроэнергии за счет реконструкции системы управления. Одним из основных направлений развития гидроэнергетики в последние десятилетия стало создание нового оборудования для реконструкции и модернизации устаревшего энергетического оборудования как Украины, так и зарубежья. В эти годы значительно сократилось строительство новых крупных энергетических объектов не только в Украине, но и других странах. В то же время в гидроэнергетике все больше проявляется тенденция к реконструкции и техническому переоснащению действующих электростанций. Это направление во многих случаях рассматривается как приоритетное, поскольку позволяет получить положительные результаты при значительно меньших затратах (капитальные затраты в 2-3 раза ниже, чем при новом строительстве). Как правило, модернизация силового оборудования затрагивает основные рабочие органы турбины – рабочее колесо, лопатки направляющего аппарата, часть механизмов турбины типа «Каплан» (рис.6.3). 180

Рисунок 6.3 Продольный разрез гидроагрегата типа «Каплан» с указанием мест необходимой механической обработки деталей при ремонте и монтаже 181

С одной стороны, это снижает общие затраты, а с другой, ограничивает поиск оптимального решения для проточной части гидротурбины из-за сохранения, как правило, таких элементов тракта как спираль, статор, отсасывающая труба. Таким образом, в пределах существующих размеров блока и форм подвода и отвода воды необходимо достичь максимально возможного уровня основных параметров турбины (номинальная и максимальная мощность, КПД, запасы по кавитации, допустимый диапазон работы по нагрузкам и др.) за счет усовершенствования рабочего процесса в основном направляющем аппарате и рабочем колесе Замена закладных частей при реконструкции связана с объективными трудностями и, как правило, выполняется их инструментальное обследование, расчет остаточного ресурса и реконструкция в условиях ГЭС. Особенность конструкции направляющего аппарата Среднеднепровской ГЭС, Кременчугской ГЭС состоит в том, что нижнее и верхнее кольца забетонированы и невозможно демонтировать для реконструкции в заводских условиях. Согласно проекту реконструкции, существующее нижнее кольцо модернизируется

на

станции.

На

месте

установки

оно

подвергается

дробноразрушительной очистке и проходит тщательный неразрушающий контроль. При ремонте производится заварка и зачистка обнаруженных дефектов, наплавка нержавеющей сталью толщиной 5 мм горизонтальной поверхности

нижнего

кольца

в

зоне

расположения

торцов

лопаток

направляющего аппарата в закрытом положении, а также производится новый паз под уплотняющий шнур. К узлам, также подлежащих модернизации, относится статор турбины. В процессе

модернизации

обработку

контактных

статора

необходимо

поверхностей

(в

выполнить

зависимости

от

механическую конструкции

гидроагрегата) под установку камеры рабочего колеса, крышки турбины,

182

опорного кольца. Особенность состоит в том, что статор забетонирован и его невозможно демонтировать для реконструкции в заводских условиях. Модернизируются также рабочее колесо, вал турбины, вал генератора. В зависимости от станции и объема работ по модернизации существует несколько компоновок. Например, на Днепровской ГЭС-2 и Киевской ГАЭС вал генератора остается существующий, а вал турбины меняется на новый. Доработку фланцевого соединения валов между собой выполняют на ГЭС при сборе линии гидроагрегата в проектное положение. На Каневской ГЭС вал турбины остается существующим, а рабочее колесо турбины меняется на новое. Доработку фланцевого соединения колеса и вала между собой выполняют на ГЭС при сборе линии гидроагрегата в проектное положение. Чаще всего ремонт габаритного оборудования подразумевает выполнение операции механической обработки с точностью, недостижимой при слесарном способе ручным инструментом, и использование мобильных портативных станков в этом случае является едва ли не единственным выходом. Агрегатно-модульный

принцип

разработки

и

производства

металлорежущих станков, применяемый в настоящее время, основан на использовании унифицированных или нормализованных функционально и конструктивно законченных узлов и механизмов (модулей), выпускаемых либо станкостроительными фирмами (ограничено для своих моделей станков), либо производимых специализированными фирмами, выпускающими достаточно широкий ряд различных узлов и механизмов для различных типоразмеров. Анализ типажа и технико-технологических характеристик современных силовых агрегатов

позволяет

сделать

вывод

о

многообразии

выбора

унифицированной элементной базы для создания станков и о перспективности данного технологического оборудования. Ниже приведены примеры реализованных на заводе «Турбоатом» компоновок мобильного портативного технологического оборудования для 183

механической обработки восстановленных и присоединительных поверхностей недемонтируемых крупногабаритных деталей и узлов турбоагрегатов. На рис.6.4 приведен пример реализованной компоновоки мобильного портативного станка для фрезерования паза под уплотнительный шнур в нижнем кольце направляющего аппарата гидротурбины Кременчугской ГЭС. Мобильный станок состоит из опоры, фрезерной головки, включающей в себя устройство вертикальной подачи, механизма горизонтальной подачи и привода горизонтальной

подачи.

Перед

обработкой

станок

опорой

поз.

1

устанавливается центрирующими выступами в отверстия Ø280А, центрируется относительно оси фрезеруемого паза, размеченной на нижнем кольце направляющего аппарата, и закрепляется.

Рисунок 6.4 Компоновка мобильного портативного фрезерного станка 184

На рис.6.5 приведена компоновка портативного расточного станка для совместной обработки 9 осевых отверстий с Ø128 мм до Ø144H7 мм во фланцевом соединении вала генератора и вала турбины гидроагрегата Среднеднепровской ГЭС.

Рисунок 6.5 Компоновка мобильного портативного расточного станка

185

На рис.6.6 показана компоновка портативного сверлильного станка для обработки отверстий Ø30H7 в цилиндре и корпусе рабочего колеса ЛАРДЖИ ГЭС (Индия).

Рисунок 6.6 Компоновка мобильного сверлильного станка 186

Для решения задачи по совместной обработке отверстий под радиальные шпонки в соединении корпуса рабочего колеса и вала турбины гидроагрегата после сборки в проектное положение линии агрегата на Среднеднепровской ГЭС, был создан портативный станок агрегатно-модульной конструкции (рис.6.7). Фланцевое соединение вала турбины и корпуса рабочего колеса имеет диаметр Ø2790мм, находится на глубине 9000мм в шахте турбины. Совместной обработке подлежат 6 радиальных отверстий Ø170H7мм. Станок скомпонован и изготовлен на основе агрегатно-модульного принципа. В нем используются унифицированные агрегаты – силовая режущая машина XТ7809-0524, пневматическая машина ХТ7809-0527 и базовые элементы позиционирования. Габаритные размеры – 740х600х1150мм, вес в сборе – 182 кг.

Рисунок 6.7 Мобильный портативный станок для растачивания На рис.6.8 изображен мобильный портативный станок для обработки 16 дренажных отверстий Ø177H11 мм в крайних трубных досках конденсатора турбины К-1000-60/3000 Южно-Украинской АЭС. 187

Рисунок 6.8 Мобильный портативный станок для сверления Работы производятся

в передней камере

конденсатора,

в очень

ограниченном рабочем пространстве. Диаметр люка для попадания в камеру Ø450мм, рабочее пространство от трубной доски до стенки камеры 1100х1750мм. Материал трубной доски для обработки – аустенитная сталь ТР316L, толщина S=30 мм. На рис.6.9 изображен мобильный портативный станок для обработки 8 отверстий Ø30H7 в цилиндре и корпусе рабочего колеса ЛАРДЖИ ГЭС (Индия). В нем используется модуль портативного станка на магнитной подошве МАВ 825. Материал рабочего колеса – аустенитная сталь СА6NM, материал цилиндра – сталь 20. Диаметр рабочего колеса Ø2630мм, вес 21т, диаметр цилиндра Ø830мк, вес 87 Для решения задачи по совместной обработке отверстий Ø95H7 в промежуточном валу и валу генератора турбины К-1000-60/1500 на ЮжноУкраинской АЭС был создан портативный станок (рис.6.10). В станке используются унифицированные агрегаты – силовая режущая машина XТ78090524, машина для пневматического привода ХТ7809-0527 и базовые элементы позиционирования. 188

Рисунок 6.9 Мобильный портативный станок для сверления

Рисунок 6.10 Мобильный портативный станок для растачивания Фланцевое соединение вала промежуточного и вала генератора имеет диаметр Ø1510мм, совместной обработке подлежат 21 осевое отверстие Ø95H7мм.

189

Станок

состоит

из

подставки

поз.1,

расточной

машины

поз.2

(включающей устройство вертикальной подачи), привода пневматического поз.3. Станок укомплектован оснасткой для центровки шпинделя по оси отверстия, набором режущего и измерительного инструмента. Габаритные размеры – 660х150х1150мм, вес в сборе – 98 кг. Для

решения

задачи

по

ремонту

недемонтируемого

статора

Кременчугской ГЭС был создан портативный станок (рис.6.11).

Рисунок 6.11 Мобильный портативный станок для кругового точения

190

На обработанной поверхности необходимо обеспечить плоскостность 0,15мм, шероховатость Ra6,3мкм. Статор имеет внутренний диаметр Ø8400мм, наружный диаметр Ø11900мм, находится на глубине 12000мм в шахте турбины. В нем используются унифицированные агрегаты - силовая режущая машина XТ7809-0524, машина для пневматического привода ХТ7809-0527, консоль для круговой обработки, тяговой механизм с пнемоприводом ХТ7809-0527 и базовые элементы позиционирования. (включающее устройство вертикальной подачи), тягового механизма круговой подачи поз.3, траверсы поз.4 крепления фрезерной головки. Устройство укомплектовано деталями для центровки фрезы по оси обработки, набором режущего и измерительного инструмента. Габаритные размеры под механическую обработку – наружный диаметр Ø8440, внутренний диаметр под позиционирование Ø7545, вес в сборе – 4370 кг. По результатам разработок и систематизации компоновок на заводе «ТУРБОАТОМ» создан каталог портативных станков, освещающий опыт их разработки

для

решения

задач

по

технологическому

обеспечению

механической обработки крупногабаритных деталей турбоагрегатов при ремонте и модернизации. Он может использоваться в дальнейшем для выбора прототипов

и

пополнения

новыми

конструкциями.

В

качестве

классификационных признаков используется количество формообразующих движений, положение шпиндельного узла в пространстве, вид обработки, структурная формула компоновки. Вопросы для самоконтроля: 1. В чем состоит назначение портативных станков и их достоинства? 2. Какиовы причины возникновения портативных металлорежущих станков?

191

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ

1. Александров

Л.B.

Карпова

Н.Н.

Методы

прогнозирования

технических решений с использованием патентной информации. - М.: ВНИИПИ, 1991. -113с. 2. Багриновский

К.А.

и

др.

Современные

методы

управления

технологическим развитием. - М.: РОССПЭН, 2001. - 272с. 3. Врагов Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков: (Основы компонетики) – М.:Машиностроение, 1978. – 208 с. 4. Гёбель Х. Компоновка агрегатных станков и автоматических линий. //Пер. с нем. – М.: ГНТИ МЛ, 1959. – 189 с. 5. Гмошинский В.Г. Инженерное прогнозирование. М.: Энергоиздат, 1982. - 208 с. 6. Денисов Ю.Д., Соколов А.В. Технологическое прогнозирование и научно-технические приоритеты в индустриально развитых странах. М., 1998.-87с. 7. Дерзский

В.Г.

и др.

Прогнозирование

технико-экономических

параметров новой техники. - Киев: Наукова думка, 1982. - 175 с. 8. Дитер И.Г. Технологический маркетинг. - М.: Янус-К, 2003.- 478с. 9. Добров Г.М. и др. Экспертные оценки в научно-техническом прогнозировании. - Киев: Наукова думка, 1974. - 160 с. 10. Добров Г.М. Прогнозирование науки и техники. - М.: Наука, 1977. 209 с. 11. Иванов

В.В.

Анализ

временных

рядов

и

прогнозирование

экономических показателей. – Харьков: ХНУ им.Каразина, 1999.- 229 с. 12. Капица С.П. и др. Синергетика и прогнозы будущего. – М: Едиториал УРСС, 2003. - 288 с. 192

13. Лисичкин В.А. Отраслевое научно-техническое прогнозирование. М.: Экономика, 1981. -232с. 14. Максименко В.И., Эртель Д. Прогнозирование в технике и науке. М: Финансы и статистика, 1982. 238 с. 15. Мартино Дж. Технологическое прогнозирование. - М.: Прогресс, 1977.-592 с. 16. Обрабатывающее

оборудование

нового

поколения.

Концепция

проектирования /В.Л.Афонин, А.Ф.Крайнев, В.Е.Ковалев и др.; под ред. В.Л.Афонина. М.: Машиностроение, 2001.-256 с. 17. Половинкин

А.И.

Основы

инженерного

творчества.

М:

Машиностроение, 1988 - 368 с. 18. Поляков В.В. Мировой рынок: вопросы прогнозирования: Учебное пособие. - КноРус, 2004. - 240 с. 19. Прогнозирование технологического развития. Управление наукой в странах ЕС. Том 2. /Хариольф Групп, Кнут Блинд, Керстин Кульс. М.: Наука, 1999, -392с. 20. Прогностика. Общие понятия. Объект прогнозирования. Аппарат прогнозирования. Терминология. - М.: Наука, 1978, вып. 92 - 32 с. 21. Сторожук О.А. Моделирование и вариантное прогнозирование развития техники. М.:Машиностроение, 2005 – 252 с. 22. Чабровский В.А. Прогнозирование развития науки и техники. - М.: Экономика, 1983. - 152 с. 23. Черняк В.З. История и философия техники. М: КНОРУС, 2006 – 576 с. 24. Янсен Ф. Эпоха инноваций. М: ИНФРА-М, 2002- 308 с. 25. Янч

Эрих.

Прогнозирование

М.:Прогресс, 1974. – 586 с.

193

научно-технического

прогресса.

Навчальне видання ПЕРМЯКОВ Олександр Анатолійович ЯКОВЕНКО Ігор Едуардович ТЕХНОЛОГІЧНЕ ПРОГНОЗУВАННЯ. Вступний курс Навчальний посібник для студентів спеціальності 131 – Прикладна механіка та 133 – Галузеве машинобудування Російською мовою Роботу до видання рекомендував проф.Шелковий О.М. В авторській редакції Комп’ютерний набір і верстка План 2022 р., поз.____/____ Підп. до друку __.__.__. Формат ________________. Папір друк. №2. Друк ризографія. Гарнітура TimesNewRoman. Ум. друк. арк. ___. Обл.-вид. арк. ___. Наклад ____прим. Зам №_____. Ціна договірна. ______________________________________________________________ Видавничий центр НТУ „ХПІ”. Свідоцтво про державну реєстрацію ДК № 116 від 10.07.2004 р. 61002, Харків, вул. Кирпичова, 2. ______________________________________________________________

194

ПЕРМЯКОВ Олександр Анатолійович, доктор технічних наук, профессор, завідувач кафедри технології машинобудування та металорізальних верстатів НТУ «ХПІ»

ЯКОВЕНКО Ігор Едуардович, кандидат технічних наук, доцент, професор кафедри технології машинобудування та металорізальних верстатів НТУ «ХПІ»

195