Хотите узнать об истории и развитии машиностроения? Добро пожаловать!
Развитие машиностроения во многом определяет в целом уровень развития той или иной страны, безусловно, составляет большую часть современного мира, позволяет оптимизировать научные исследования и производство для разработки сложных механических систем. Например, машиностроение обеспечивает 2/3 экспорта Японии и экспорта таких стран, как США и Германия. С момента своего создания оно развивалось и изменялось, доведя его уровень до сегодняшнего состояния. 3D-печать, ионно-лучевая обработка (IBM), плазменно-дуговая обработка (PAM), электроразрядная обработка (EDM), абразивно-струйная обработка (AJM), ультразвуковая обработка (USM), гидроабразивная обработка (WJM), плазменно-дуговая обработка (PAM), сварка и обработка с ЧПУ модернизировали эту отрасль, но каков был ее путь, какова история машиностроения?
Эволюция машиностроения с самого начала до настоящего времени.
Инструменты модернизировали машиностроительную отрасль, но они не существовали вечно.
Что такое машиностроение? По сути, это разнообразная и разносторонняя отрасль, сочетающая в себе области физики, математики, инженерии (очевидно) и материаловедения. Оно используется для проектирования, производства, анализа и обслуживания любых механических систем или систем в движении. Широко известно как одна из старейших и обширнейших инженерных дисциплин и затрагивает практически все аспекты современной жизни.
Машиностроение широко известно как самая широкая инженерная дисциплина, оно восходит к тому времени, когда самые первые колеса были установлены на ось, чтобы сделать подвижную тележку. Даже Гарри Поттер путешествовал на паровой машине!
Машиностроение всегда присутствовало в мире, Древняя Греция, средневековый Китай и Античность показали первые признаки работ по механике. После этого Золотой век ислама (с 7 по 15 века) включал в себя множество артефактов, относящихся к механическому дизайну.
Наиболее ярким примером этого является книга знаний о хитроумных механических устройствах Аль-Джазари, написанная в 1206 году «Китабул-Хиял». Именно Аль-Джазари изобрёл столь важную механическую деталь как коленчатый вал. Кроме того, он сконструировал клапанные насосы, водоподъёмные машины, водяные часы, фонтаны, музыкальные автоматы. Однако это все знания, которые были приобретены очень давно, то, что мы действительно знаем о машиностроении, действительно пришло со времен промышленной революции.
Это было связано с растущим спросом на машины во второй половине 18 века, включая создание паровой машины. Создание Джеймсом Ваттом эффективной паровой машины изменило промышленность и общество к лучшему, помогло Великобритании стать первым в мире промышленно развитым обществом, что привело к необычайным темпам экономического роста и ускорению технологического развития во всем мире. Доступность эффективных и надежных источников энергии сделала экономически возможными различные совершенно новые классы промышленности и вместе с этим вызвала большие социальные изменения, в результате чего миллионы сельских семей перебрались в города. Развитие форм и видов инструментов и оборудования стимулировало развитие машиностроения создавая новые отрасли: производство автомобилей и тракторов, металлургическое, горно-топливное и химическое машиностроение, производство авиационных моторов, производство радиоаппаратуры, производство измерительных и оптических приборов и т. п.
Машины и инструменты
Развитие станков, инструментов и физики позволило машиностроению отделиться в отдельную отрасль. Это произошло в 19 веке и привело к созданию машин и двигателей, которые использовались для питания этих инструментов. Производство систем с персональным силовым приводом было одним из первых серьезных препятствий, которые пришлось преодолеть машиностроению - происходил интенсивный процесс перехода от общей трансмиссии, от мотора, обслуживающего целый цех или группу машин, к индивидуальному мотору.
В последние два десятилетия некоторые сверхтвердые и труднообрабатываемые металлы и сплавы нелегко производить, но постоянные исследования в этой области приведут к быстрому развитию этой современной технологии обработки. Концепция удаления материала с помощью обработки обычным режущим инструментом неэкономична для таких более твердых и трудных в производстве материалов, а достижимая степень точности и чистоты поверхности оставляет желать лучшего. Обработка этих режущих инструментов с пластической деформацией и образованием стружки известна человеку уже несколько сотен лет. Более высокий уровень прочности имел бы катастрофические последствия для общей стоимости обработки, если бы не было соответствующего улучшения в технологии обработки.
Используя результаты фундаментальных и прикладных исследований, теперь стало возможным обрабатывать некоторые материалы, которые раньше считались необрабатываемыми в нормальных условиях. Некоторые из этих методов используются в коммерческих целях, тогда как другие все еще находятся на экспериментальной стадии. Разработанные таким образом новые процессы обработки часто называют «современными процессами обработки» или «нетрадиционными процессами обработки». Название нетрадиционное подразумевает, что обычные инструменты не используются для резки металла; скорее энергия используется в ее прямой форме. Современные процессы обработки классифицируются в зависимости от типа используемой основной энергии обработки, например механической, электрохимической, химической или термоэлектрической.
Обрабатывающая промышленность также выросла вместе с постоянным развитием цивилизации. В 19 веке появились первые машины с механическим приводом, а с течением времени в 20 веке эти системы становились все более и более сложными. Обработка лазерным лучом (LBM) и контроль на основе лазера является одним из примеров технологического прогресса, который повысил точность и эффективность производственного процесса.
Технология 3D-печати также кардинально изменила способ работы некоторых отраслей и в некоторой степени изменила правила и скорость игры на рынке при использовании в правильной ситуации.
Машиностроение - одна из старейших, но "вечнорасцветающих" отраслей машиностроения. Инженеры-механики всегда ассоциируются с универсальностью - возможностью работать в большинстве отраслей. Первое профессиональное общество инженеров-механиков, было создано в Великобритании в 1847 году. С тех пор появилось множество обществ, в том числе Американское общество инженеров-механиков или ASME, и они сыграли важную роль в развитии стандартов машиностроения.
Потребность в машинах и автоматизации производства огромна. Инженеры участвуют в разработке инструментов и их компонентов, используя определенные навыки и знания. Это позволяет им разработать лучшую и наиболее эффективную механическую систему для конкретного использования.
Мощность бывает всех форм и размеров.
Машиностроение занимает первое место среди отраслей промышленности по стоимости продукции. На него приходится около 35% стоимости мировой промышленной продукции
Энергия - это то, от чего мир стал зависеть сегодня, но именно к инженерам-механикам обратились, чтобы улучшить существующие технологии. Движение может быть обеспечено за счет мышц людей или животных, гидравлических или пневматических приводов, тепла и давления сгорания, силы тяжести, пружин и электромагнетизма. Потребность в энергии привела к созданию солнечной и ветряной энергии, турбин, ядерной энергии и так далее. Возобновляемые источники энергии - такая важная тема в наши дни, и инженеры-механики играют важную роль в ее успехе.
Материаловедение не часто является темой или предметом, который часто связывают инженеров-механиков при обсуждении их классических обязанностей. Это часть набора инструментов инженера-механика, которую часто упускают из виду, но она важна для перехода продукта, будь то деталь или компонент, от проектирования к производству. Наноматериалы, такие как улучшенные катодные материалы, могут создавать более эффективные батареи и фотоэлектрические элементы, которые могут накапливать избыточную солнечную энергию.
Углеродное волокно - легкий и прочный материал, однако с помощью нанотехнологий можно разработать новые материалы, которые будут легче и прочнее его. Хотя инженеры-механики имеют опыт проектирования и часто просматривают спецификации и схемы, здесь выявляется их умение выбирать материалы и способы их применения. Нанотехнологиям есть место в каждом секторе как коммерческого, так и промышленного будущего. Его успех зависит от того, как он внедряется и поддерживается, и инженеры-механики будут нести ответственность за обеспечение успеха нанотехнологий в машиностроении будущего.
Объединение машин и энергии привело к решению многих сложных проблем, одной из которых была транспортировка. Преобладала потребность в быстром путешествии на большие расстояния, и инженеры смогли предоставить довольно много вариантов, которые могли бы удовлетворить эту потребность. Хотя требуется много инструментов, людей, пота, крови и слез, чтобы собрать что-то действительно сложное, например машину, все они знают, что это можно сделать, благодаря инженеру-механику.
Для обычного человека нет повода задуматься о том, сколько отдельных компонентов объединяются, чтобы образовать полноценный двигатель внутреннего сгорания, подобный тому, который находится под капотом большинства современных авто. Каждый из этих компонентов должен быть спроектирован и испытан инженерами-механиками перед запуском в производство, чтобы убедиться, что он будет работать правильно, поскольку допуски в двигателе минимальны.
Тем не менее, эта конструкция двигателя в настоящее время находится под угрозой того, что уйдет в прошлое, появление электромобилей и их минималистичные интерьеры меняют вклад инженеров-механиков в автомобильную промышленность. Конечно, инженеры-механики по-прежнему несут ответственность за работу в определенных областях, как и в случае с традиционными автомобилями. Основное внимание будет уделяться таким компонентам, как рулевое управление, трансмиссия, а также нельзя забывать о подвеске, тормозах и системах обогрева / охлаждения.
Прогресс, благодаря созданию новых технологий и новых изобретений, он распространился на множество различных областей. Вот несколько примеров этих новых и существующих направлений: нанотехнологии, композиты и мехатроника, которые представляют собой сочетание механической, электрической и программной инженерии.
Машиностроение имеет самый сложный отраслевой состав (более 300 различных направлений), который постоянно меняется. Новейшие отрасли быстро переходят в новые, а затем становятся уже старыми.
Дисциплины в области машиностроения включают:
- Автоматизация
- Биотехнологии
- Материаловедение и композитные материалы
- Компьютерный дизайн и анализ в пакетах САПР
- Системы контроля на производстве
- Энергетика
- Механика
- Протезы
- Нанотехнологии
- Робототехника
Инженер-механик должен хорошо разбираться во всех этих дисциплинах, чтобы иметь возможность разрабатывать более сложные устройства, обеспечивая безопасную, эффективную и надежную работу конструкции при приемлемой стоимости. В этих областях можно использовать ряд технологических инструментов, чтобы помочь процессу, с помощью которого инженер может упростить и оптимизировать рабочий процесс, с помощью которого он выполняет поставленную задачу.
Современный день
Инженерная деятельность в машиностроении, связанна с созданием и функционированием технических и экономических процессов, которые преобразуют сырье, энергию и приобретенные предметы в компоненты для продажи другим производителям или в конечные продукты для продажи покупателю.
Свидетельства из истории машиностроения присутствуют во всех аспектах современной жизни и имеет самый большой, постоянно расширяющийся ассортимент выпускаемой продукции (несколько миллионов наименований). При этом продукция отрасли различна по массовости выпуска (например, самолетов – около 1 тыс. в год, металлорежущих станков – 1,2 млн, тракторов – 1,3 млн, автомобилей – 40-50 млн, электронной техники – 150 млн, часов – 1 млрд штук). Машиностроение, вероятно, является одной из самых разнообразных инженерных областей, поскольку оно влияет практически на все аспекты нашей человеческой жизни. Будь то автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, преобразование энергии - почти везде машиностроение. В мире имеется громадный спрос на продукцию машиностроения, который постоянно увеличивается. Заглядывая в будущее, ожидается, что занятость инженеров-механиков вырастет на 9 - 15 процентов, и это соответствует всем направлениям. Движущей силой этого роста является дальнейшее развитие индустрии нанотехнологий и автомобилестроения.
В частности инженерия в машиностроении включает анализ и модификацию конструкции продукта, чтобы гарантировать технологичность; проектирование, выбор, подбор и оптимизация необходимого оборудования, инструментов, процессов и операций, а также определение других технических вопросов, необходимых для производства данного продукта в соответствии с желаемым объемом, графиком, стоимостью, уровнем качества. Обрабатывающие отрасли стремятся снизить себестоимость продукции, чтобы быть конкурентоспособными в условиях глобальной конкуренции.
Кроме того, необходимо постоянно повышать качество и производительность. Был достигнут значительный прогресс в создании передовых технологических инструментов, которые позволяют оптимизировать процесс от анализа до проектирования, а затем производства. Многие инженеры механики используют компьютерное программное обеспечение, чтобы ускорить выбор решений, автоматизированное проектирование (CAD), анализ методом конечных элементов (FEA), вычислительная гидродинамика (CFD) и анализ режимов и последствий отказов (FMEA) - это лишь некоторые из них. Некоторые из конкретных пакетов программ, используемых инженерами-механиками, - это Компас 3D машиностроение, Mechanical AutoCAD, T-FLEX, SolidWorks Full Premium , Autodesk Inventor Pro и др.
Подобные программы используют 3D-технологии для создания 3D-моделей текущего проекта. Эта технология в сочетании с 3D-печатью и системой виртуальной реальности VR дает инженерам, дизайнерам, маркетологам возможность работать над прототипами и конструкциями, создавая столько итераций проекта, сколько необходимо. Затем эти 3D-модели можно использовать для создания технических и производственных чертежей, маркетинговых материалов которые затем можно использовать для продажи и производства фактического конечного продукта.
Будущее выглядит блестящим как для машиностроителей, так и для инженеров-механиков, в то время как технологии становятся все более заметными в современном мире, равно как и роль инженера-механика. Если роботы и машины будут продолжать появляться в нашей жизни, их будут разрабатывать инженеры-механики!
Естественно, «инструкции инженера механика» могут быть в разном виде, в зависимости от конкретной специфики - чертёж, модель, спецификация, руководство, программа для ЧПУ, - суть в том, что она пишется на том «языке», который понимает потенциальный исполнитель: слесарь дядя Вася понимает «язык» эскиза, 3D-принтер понимает «язык» управляющей программы, соседний завод понимает «язык» документации «по ГОСТу»... Со всеми этими и многими другими задачами я знаком и помогу вам их решить недорого и в кратчайшие сроки.
Большое спасибо за то, что вы нашли время прочитать статью. Если вам есть что добавить, не стесняйтесь оставлять комментарии внизу и подписываться на блог, чтобы получать свежие статьи и актуальную информацию в сфере инжиниринга.
