Формирование технологической базы знаний

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Машиностроения

                                                                                                

                                          Допущены

                                                             к проведению занятий в 2019-2020 уч. году

                       Заведующий кафедрой

    профессор

                                                                                                     В.В. Максаров

                         «03» сентября 2019 г.

ТЕКСТЫ ЛЕКЦИЙ

По учебной дисциплине

«НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ»

Специальность (направление подготовки): 15.03.01 «Машиностроение»

Специализация (профиль): Технологии, оборудование и автоматизация                                                             машиностроительных производств

Разработал: доцент Красный В. А.

                                                                                              

Обсуждены и одобрены на заседании кафедры

Протокол № 1 от 29 августа 2019 г.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2019

Лекция 1

Введение. Формирование технологической базы знаний

Введение

Развитие машиностроения определяет прогресс во многих отраслях. Успешное выполнение работ по созданию конкурентоспособной техники определяется не только удачностью выбора конструктивной схемы машины, но и тем, насколько разработанная конструкция удовлетворяет возможностям современного производства. Последнее свойство называется технологичностью. Это интегральное свойство определяется возможностью применения на всех стадиях изготовления прогрессивных технологий.

В условиях своеобразия машиностроения, с его многообразием объектов производства, постоянным их обновлением и повышением требований, особое значение имеет становление и развитие научно обоснованной технической базы знаний, как совокупность информации о рассматриваемых явлениях и процессах, так и описание процедур использования этой информации. Вторая составляющая собственно и определяет квалификацию специалиста.

Учебный вопрос №1

Формирование технологической базы знаний

Технология машиностроения ставит перед собой цель определения и систематизации знаний о закономерностях построения (проектирования) рациональных объектов производства. В своем развитии она прошла ряд этапов от накопления и систематизации практических знаний и опыта до формирования и развития ее как науки.

Начальный этап (начало XIX–XX вв.) – этап накопления и систематизации практических знаний о технологических процессах.

Получение фундаментальных знаний об изготовлении машин на начальном этапе привело к созданию теоретических основ технологии машиностроения и формированию ее как науки. Технология машиностроения как наука сравнительно молода, ей более 80 лет. За этот период можно выделить несколько этапов в ее развитии.

Первый этап (20-е гг. XX в.) характеризуется проведением работ по обобщению отечественного и зарубежного опыта изготовления машин. В технических журналах, каталогах и брошюрах публикуются рекомендации по реализации процессов изготовления различных деталей, по применению оборудования и инструмента.

Второй этап (30-е гг. XX в.) ознаменовался разработкой общих научных принципов построения технологических процессов.

Третий этап (40-70-е гг. XX в.) отличается интенсивным развитием технологии машиностроения в связи с возрастающими потребностями производства.

Четвертый этап (70-е гг. XX в. по настоящее время) отличается широким использованием достижений фундаментальных (математики, теоретической механики, физики, химии) и общеинженерных (материаловедения, метрологии, электроники) наук для решения практических задач производства.

Знания, полученные в процессе развития технологии машиностроения как науки, составляют основу современной базы знаний. В ней представлена разнообразная информация об объектах и средствах производства, а также процессах их взаимодействия (технологических процессах).

Разнообразие объектов исследований ставит вопрос об их изучении с единых позиций, именно в этом состоит принцип унификации подхода, т.е. выявление общих закономерностей, без чего невозможно построение единой теории. Таким общим подходом является системный подход, реализующий один из основополагающих принципов - принцип системности.

Элементы – это части, или компоненты, системы. При описании любой системы необходимо выделять три аспекта, определяющих становление современной базы знаний.

1. Функциональное описание. Оно призвано отразить назначение системы, место и время ее функционирования, взаимодействие с другими системами.

2. Морфологическое описание. Оно определяет состав элементов, их свойства и связи.

3. Информационное описание. Оно содержит сведения о требованиях к параметрическим характеристикам системы, о возможности системы обеспечить их, о наличии в системе погрешностей и закономерностях их образования.

Изучение объектов и процессов основывается на разработке их моделей. Моделью называется некоторое материальное и мысленное описание, которое сходно с объектом исследования и способно заменять его в познавательном процессе. Моделирование является инструментом исследования и построения теории.

Сложность и громоздкость современных баз знаний объясняют причины введения принципа автоматизации в число определяющих принципов. Реализация последнего предполагает использование в качестве технологического средства современного компьютера. Этим отчасти и объясняется обусловленность процесса компьютеризации современного общества как проявление научно-технического прогресса в его жизни.

Принцип преемственности декларирует необходимость использования ранее накопленных знаний при принятии решений, т.е. создавая новое, не нужно отбрасывать старое и применять только все новое.

 

Учебный вопрос №2

Современные машины

Машина представляет собой устройство, выполняющее механические движения и силовые воздействия, необходимые для выполнения тех или иных рабочих процессов. Любая машина создается для удовлетворения определенной потребности человека, которая находит отражение в служебном назначении машины. Современные машины являются, как правило, сложными системами, состоящими из нескольких функциональных частей. Такими частями являются двигатели, механическая система и система управления движением. Двигатель является той функциональной частью машины, в которой осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в механическую работу. Механическая система осуществляет преобразование простейших движений, создаваемых двигателями, в сложные движения рабочих органов машины.

Основными разновидностями машин являются:

- энергетические;

- рабочие (технологические и транспортные);

- информационные.

Энергетическая машина – машина, предназначенная для преоб­разова­ния энергии. Структура энергетической машины включа­ет источник энергии и преобразователь. Технологическая машина – машина, предназначенная для обра­ботки пред­мета, изменения его размеров, формы, свойств или состояния.

Технологические машины предназначенны для преобразования обрабатываемого предмета, изменения его размеров, форм, свойств или состояния, включает: двигатель (машину-двигатель) – энергетическую машину, передаточный механизм и исполнительный механизм.

Исполнительный механизм – такой механизм, который, получив соответствующее движение от двигателя через передаточный механизм, совершает своими рабочими органами технологические операции (те, что раньше совершал рабочий подобными орудиями). Передаточный механизм служит для согласования скорости двигателя и исполнительного механизма.

Транспортные машины предназначенны для перемещения людей, животных, грузов. Исполнительным механизмом в таких машинах является колесный либо гусеничный движитель – для наземных транспортных машин, гребной винт – для морского транспорта, воздушный винт – для нереактивных летательных аппаратов (турбовинтовых) и пр.

Двигатели в зависимости от используемого вида энергии разделяются на тепловые; электрические; гидравлические и пневматические. Каждый из указанных типов двигателей подразделяется на ряд подтипов, классов и подклассов.

Автомат - это самоуправляющаяся технологическая машина, которая при осуществлении технологического процесса производит все рабочие и все холостые движения цикла и нуждается лишь в контроле со стороны рабочего.

В автоматической технологической машине исполнительный механизм наряду с механизмами рабочих ходов имеет все механизмы, необходимые для осуществления холостых ходов рабочего цикла, в том числе распределительный механизм, управляющий в заданной последовательности всеми механизмами машины.

Исполнительный механизм (исполнительное устройство) обычно имеет ряд целевых механизмов, осуществляющих как рабочие, так и холостые ходы. Под целевым механизмом понимается составной элемент исполнительного механизма, выполняющий частные задачи общего цикла. Степень автоматизации машины может быть повышена за счет введения новых механизмов для выполнения операции, не связанных с рабочим циклом или так называемыми внецикловыми, механизмами могут быть, например, механизмы сбора и отвода отходов (стружки – на металлорежущих станках), устройства контроля качества изделий (не связанные с автоматической подналадкой) и пр.

На рис. 1 в развернутой форме показана схема исполнительного механизма холостых ходов в общей форме. Если отсутствует хотя бы один из основных механизмов для автоматического осуществления холостых ходов, рабочий цикл прерывается и требует вмешательства оператора (рабочего). В таких случаях машина является полуавтоматической технологической (или полуавтоматом). Для выполнения любой работы требуются затраты времени

T = t _p +t _х,

где T – время обработки одного изделия; t _p – время рабочих ходов; t _х - время холостых ходов при выполнении одного изделия.

 

Рис. 1. Структура автомата

 

Под установившейся работой понимается работа без изменений режима обработки материала или номенклатуры изделия. Такой процесс будет циклическим.

Период рабочего цикла является промежутком времени, в течение которого осуществляются все рабочие и холостые ходы рабочего цикла машины.

Производительность машины циклического действия определяется как частота повторения рабочего цикла, ^шт./_мин, т.е.

Q = 1 / T = 1 / (t _p+ t _х).

Таким образом, производительностью технологической машины называется количество обрабатываемых деталей в единицу времени.