Парадигмы производства будущего

В производстве будущего, которое предопределено существующими тенденциями развития, центральное значение для продвижения вперед в получении максимально высоких результатов занимает применение техники, способов и методов, обладающих интеллектом.

Миниатюризация технических компонентов и конструктивных элементов может сегодня выступать как новое направление развития техники производства.

Все большее значение приобретает высокая точность, которая связана с филигранными признаками конструктивных элементов. Ранее это было ограниченно технологией, которая если и применялась, то только в микроэлектронике.

Следующей областью будущей технологии изготовления являются генеративные технологии. Не «разделение», а наращивание объемов изделий является основой таких технологий для креативного машиностроения.

Перспективные высокие технологии обладают тремя новыми целевыми функциями:

• кратчайший путь от конструирования и проектирования к изготовлению;

• превентивная оптимизация процессов и их протекания за счет имитации (виртуальный инжиниринг);

• владение технической граничной областью (технический интеллект).

Миниатюризация, прецизионность изготовления и управления ведут к решению технических проблем в граничных областях. В основу исследований закладывается установление взаимосвязей процессов через проявление законов физики, материаловедения, механики, динамики, термодинамики, электроники, используемой как информатика. На базе этого возникают решения, которые позволяют управлять техническим интеллектом. Знание таких взаимосвязей можно моделировать. Это дает возможность оптимизировать процессы за счет имитации, «виртуального инжиниринга».

Каждый новый материал, каждый новый инструмент, каждый новый станок требуют повторения всех процедур, поэтому высокие затраты на испытание этих новшеств замедляют их внедрение в производство. Математическое моделирование всех компонентов процесса снижает этот барьер.

11.1. Применение технического интеллекта в технологии изготовления

Под применением технического интеллекта в машинах и устройствах понимают способность машин и систем реагировать на систематические отклонения в протекании процесса с применением определенных стратегий, способность к автоматической адаптации в условиях определенной области.

Границы применения интеллектуальных систем в технологии изготовления сегодня обусловлены техническим развитием компонентов и с другой стороны возможностями электроники и степенью обработки информации.

К числу компонентов нужно отнести развитие числового программного управления и высокоразвитую сенсорику, предпосылки для развития микротехники, основанной на регистрации импульсов.

Управление миниатюризацией процесса приводит к использованию технологий изготовления, где ключом является применение технически интеллигентных систем.

Второе направление развития позволило моделировать происходящее в системной технике и дало возможность имитировать процессы. В дальнейшем рекомендовано для технологий изготовления релевантное внедрение информационной техники коммуникации, а также анимации и взаимодействие этих компонентов, которые связаны обычно также с понятием виртуальной реальности.

11.2. Роль «интеллектуальных» инструментов

Современные машины с быстродействующей механикой и сенсорикой обеспечивают во много раз лучшую реализацию процессов, чем это делалось в ручную на основании практического опыта. Технологически ориентированное программное обеспечение является ключевым в этом вопросе.

Идея создания «интеллектуального» режущего инструмента состоит в объединении режущих и информационных свойств, т. е. конструировании такого инструмента, который одновременно является и средством обработки и средством измерения, способным определить граничные области.

Знания о текущих (мгновенных) нагрузках в зоне обработки, получаемые от такого резца, могут использоваться для управления процессом с целью исключения периодических, механических и термических нагрузок, компенсации износа, например, корректировки подачи. Такая интеграция требует способностей к обучению и учету условий, а также применения микротехнических систем позиционирования и исполнения, а также передачи к фиксированию сигналов. Важная роль отводится станкам и автономным элементам систем производства.

11.3. Адаптивные и обучающиеся станки

Станки для обработки в граничной области должны обладать способностью перейти от существующих методов обеспечения к управлению процессом. Это требует оптимизации конструкции соответственно по нагрузке, совершенствования необходимой динамики, обеспечения высокой жесткости. Применением новых кинематических решений эти требования можно учитывать уже в конструкции.

С измерениями перед, во время или после процесса можно связать как продвижение вперед, так и приближение к идеальному процессу. Регулирование должно основываться на косвенных величинах, например, силе, температуре, нагрузках и других.

Основой всех этих действий является измерительная техника. Сегодня существует множество типов мерительной техники, необходимой для регулирования процесса, которые могут в дальнейшем позволить оптимизировать процесс. Во время процесса можно регистрировать температуры, силы, механический шум, колебания и износ. Среди мерительной техники выделяется пьезотехника.

Общей проблемой при регулировании процесса является определение термовлияния. СОТС в одиночку не может компенсировать влияние тепла на точность.

11.4. Функции техники для нанесения покрытий

В классической технологии изготовления иногда пренебрегают возможностями, связанными с нанесением покрытий. Такие технологии чаще всего обладают потенциалом для улучшения и возможностью регулирования цены.

Стало возможным создание новых материалов, очень чувствительных слоистых систем, частичных или массивных покрытий Вся эта техника требуют крайне точного управления процессом, где особое место принадлежит применению технического интеллекта.

Модернизация установок для покрытий, развитие технологии их синтеза создают предпосылки для разработки новых принципов модификации материала поверхностных слоев инструмента и их свойств. К этим свойствам относятся твердость, теплостойкость, адгезия к обрабатываемым материалам, устойчивость против коррозии и окисления при высоких температурах, прочность при высоких механических и термических нагрузках и т. д.

Модернизация установок для покрытий, развитие технологии их синтеза создают предпосылки для разработки новых принципов модификации материала поверхностных слоев изделий (инструмента) и их свойств. К этим свойствам относятся твердость, теплостойкость, адгезия к обрабатываемым материалам, устойчивость против коррозии и окисления при высоких температурах, прочность при высоких механических и термических нагрузках и т. д.

Каждая технология нанесения покрытий имеет присущие ей достоинства и недостатки, области эффективного применения и т.д.

Эти технологии расширяют практические возможности конструирования поверхности изделий (инструмента) с наперед заданными свойствами.

11.5. Миниатюризация производства

Полное моделирование процессов и точное управление процессами требует продвижение вперед до элементарных процессов и механизмов и одновременно прогресс требует технику высшей точности, применяемую в машинах и оборудовании, что требует применения сенсорики. Развитие такой техники является ключом к росту экономики.

Обобщенное представление будущей концепции производства системной техники, должно быть доведено до элементарных формы и функций. Это связано с миниатюризацией и одновременно с децентрализацией и интеграцией функций. Ключевые технологии будущего должны интегрировать механику и сенсорику, а также информационную технику, которая управляет структурными элементами процесса и имеет элементы собственного интеллекта.

Миниатюризация требует:

§ надежных процессов;

§ новых концепций изготовления, сборки и логистики;

§ слежения;

§ представления.

Миниатюризация предлагает:

§ применение технического интеллекта в машиностроении;

§ новый уровень производительности, функциональных свойств и стоимости;

§ многофункциональность.

11.6. Выявление новых потенциалов снижения стоимости

С растущим техническим интеллектом и его присутствием в машинах связаны новые потенциалы снижения стоимости для всего машиностроения и, особенно для оборудования фабрик и заводов.

В связи с возрастающей сложностью машин особо важное значение приобретает их правильная конфигурация и установка. Это требует всемирной совместимости техников и инженеров, которые могут выступать в качестве виртуальных экспертов. Производитель может обращаться к ним как к виртуальным или реальным носителям знаний, способным оценить технологию, функции и применение их машин.

1. Как вы представляете дальнейшее развитие рабочих процессов высоких технологий?

2. В чем вы видите достоинства комбинированных методов обработки?

3. В чем вы видите достоинства комбинированных методов получения поверхностей?

4. Как вы понимаете суть гибридных и комбинированных рабочих процессов?

5. Что такое технический интеллект? Оборудование с техническим интеллектом?

6. Какова идея создания режущего инструмента с «интеллектом»?

7. Какова возможная роль миниатюризации производства?

8. Каковы новые потенциалы снижения стоимости производства?