Исторические этапы развития промышленности строительных материалов. Роль науки и техники в истории человечества

ИСТОРИЯ ТЕХНИКИ

Учебное пособие

 

 

Белгород

2018

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

 

ИСТОРИЯ ТЕХНИКИ

Учебное пособие

Утверждено ученым советом университета в качестве учебного пособия

для студентов всех форм обучения направления 15.03.02 ‒ Технологические машины и оборудование

                                                                                        

 

 

Белгород

2018

УДК 658.27(07)

ББК 30.605я7

И-90

 

 

       Автор: канд. техн. наук, доц.  Александрова Е. Б.

 

И-90	История техники: практикум / Е.Б. Александрова. − Белгород: Изд-во БГТУ, 2018.  − 87   с.

В учебном пособии представлены некоторые этапы  истории возникновения и развития техники и технологий производства строительных материалов, а также оборудовании, применяемом с древнейших времен до наших дней.

Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения направления 15.03.02− Технологические машины и оборудование.

 

 

Данное издание публикуется в авторской редакции.

 

 

УДК 658.27(07)

ББК 30.605я7

 

 

© Белгородский государственный

  технологический университет

   (БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2018

ВВЕДЕНИЕ

Промышленность производства строительных материалов является одной из ведущих отраслей экономики страны.

История техники для  производства строительных материалов – это наука о развитии процессов производства строительных материалов и оборудования на различных этапах развития общества. Она показывает, какие средства труда применяли люди в разные времена, как менялись производственный опыт и навыки к труду в процессе производства.

Целью данного пособия является ознакомление с историей возникновения и развития техники и технологий  производства строительных материалов, изучение истории развития оборудования для производства строительных материалов от первых ручных приемов и приспособлений до современного оборудования, работающего без участия человека.

ИСТОРИЧЕСКИЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ. РОЛЬ НАУКИ И ТЕХНИКИ В ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

История техники промышленности строительных материалов – изучает развитие процессов производства строительных материалов и оборудования на различных этапах становления общества. Она показывает, какие средства труда применяли люди в разные времена, как менялись производственный опыт и навыки к труду в процессе производства. Строительные материалы являются основой нашего строительства —промышленного, жилищного, гидротехнического, транспортного и др.

К числу важнейших строительных материалов относятся: металл, лесные материалы, цемент, бетон, кирпич, камень, асбестоцементные изделия, черепица, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, теплоизоляционные, стекло и др.

Техника (от греч. téchne – искусство, мастерство, умение) в наиболее широком смысле этого слова означает:

1) совокупность устройств, искусственных предметов, артефактов (буквально, предметов, возникших на основе умения), куда входят как простейшие орудия труда, так и сложные технические системы;

Наука о материалах имеет глубочайшую историю развития. Условно можно выделить три основных не равных по своей продолжительности этапа в истории развития ПСМ.

Первый этап охватывает наиболее длительный период. Он включает в себя древнейшие (8-10 тыс.лет назад), древние времена (4 тыс. лет назад), средние (конец V до XVI в.) и длится до 2-й половины 19 в. Имеется достаточно оснований утверждать, что исходным моментом для становления науки о материалах явилось получение керамики путем сознательного изменения структуры глины при ее нагревании и обжиге.

Следует отметить, что понятие «Техника» намного старше науки, она возникла вместе с возникновением человека, Homo sapiens. Умение хранить и использовать огонь человек приобрёл приблизительно 800 тыс. лет назад. Это событие, по-видимому, имело огромное значение – укротив огонь, человек уже смог достигнуть того, чего не достигало ни одно живое существо.

Человек развивался вместе с техникой. Первые орудия (копье, каменный топор) стали усовершенствованием руки. Создавая технику, ручные орудия, человек копировал природу и собственный организм. Как отмечает немецкий философ Э. Капп, «изогнутый палец становится прообразом крючка, горсть руки – чашей; в мече, копье, совке, граблях, плуге и лопате нетрудно разглядеть различные позиции и положения руки, кисти, пальцев, приспособление которых к рыбной ловле и охоте, садоводству и использованию полевых орудий достаточно очевидно». В результате использования орудий человек увеличил свою силу, ловкость, быстроту. Однако развитие первобытной техники шло медленными темпами, тысячелетия существования человека оставляли на планете мало следов, поэтому первый период и занял столь продолжительное время.

В IV тыс. до н.э. С появлением государства первобытнообщинный строй постепенно сменяется рабовладельческим. В этот период расцветает ремесленное производство. Веками существовавший неэффективный рабский труд не способствовал прогрессу в технике, люди, как и при первобытнообщинном строе, преимущественно пользовались простейшими ручными орудиями. (Механические машины Архимеда и Герона Александрийского можно считать в этом плане редким исключением.

 Вместе с тем период рабовладельческого строя смог продемонстрировать образцы совершеннейших технических творений, к которым относится, в частности, пирамида Хеопса.

С течением значительного времени человечество познало самородные, а затем и рудные металлы. В III-м тысячелетии до н.э. научились изготовлять и использовать бронзу как сплав меди с оловом. Масштабы использования металлов возрастали, и человечество вступило из бронзового века в железный, поскольку железные руды оказались доступнее медных. В 1-м тысячелетии до н.э. преобладало железо, которое научились соединять с углеродом при кузнечной обработке в присутствии древесного угля.

Следующее событие, повлиявшее на развитие техники, связано с широким распространением религиозного мировоззрения. Это время приходится на эпоху Средневековья (5-14 в. н.э.). Рабовладельческий строй постепенно приходит в упадок. А вместе с этим возникает потребность найти эквивалентную замену человеческой рабочей силе. В эту эпоху начинают применяться ветряные и водяные мельницы – первые экономящие труд устройства, которые почти не нуждались в человеческих усилиях.

Техника стала ориентироваться на улучшение условий труда. Теперь ручной труд был наделён благодатью и являлся формой служения Господу, он одухотворял и облагораживал человека. В немалой степени такое отношение к труду сложилось благодаря примерному образу жизни монахов, которые с радостью занимались самой грязной ручной работой.

Подъём промышленного производства и сельского хозяйства в Средние века связан, прежде всего, с многообразными техническими усовершенствованиями, а также с чудесными изобретениями, занесенными в Европу с Востока (бумага, фарфор, компас, порох). В результате улучшились методы выплавки и обработки металлов, и, соответственно, увеличился объём их производства. Следует добавить, что к концу эпохи средневековья (14 век) начали появляться цеха, представляющие собой сословные организации ремесленников, занимающихся определённым видом производства. Внутри таких цехов, мастерских, из-за усложненности технологических операций интенсивно шёл процесс разделения труда.

Далее, вслед за эпохой Средневековья последовала эпоха Возрождения, которая охватывала период с XIV по XVI век. Эпоха Возрождения связана с глубокими переменами, произошедшими в образе жизни и мировоззрении людей. В эпоху Возрождения совершаются первые революционные шаги в науке (Н. Коперник, Д. Бруно). И не менее значимые события происходят в развитии техники. Одним из самых ярких таких творцов был Леонардо да Винчи (1452-1519 гг) – великий живописец, математик, механик и инженер.

Таким образом, в эпоху Возрождения традиционную ремесленную деятельность мало-помалу сменяет деятельность инженеров.

В эту эпоху появляется также и первая техническая литература. В основном это были энциклопедии.

Изобретения эпохи Возрождения: книгопечатание, телескоп, изобразительное искусство, литература, гелиоцентрическая модель мира, созданная Н.Коперником, военная техника и т.д.

В дальнейшем возрастала необходимость в более глубоком понимании свойств материалов, особенно прочности, ковкости и других качественных характеристик, а также способов возможного изменения их. Большой вклад в развитие науки о материалах был внесен гениальными русскими учеными М.В. Ломоносовым (1711-1765гг) и Д.И. Менделеевым (1834-1907 гг).

Второй этап развития производства строительных материалов условно начался со второй половины 19 в. и закончился в первой половине 20 в. Важнейшим показателем этого этапа явилось массовое производство различных строительных материалов и изделий, непосредственно связанное с интенсификацией строительства промышленных и жилых зданий, общим прогрессом промышленных отраслей, электрификацией, введением новых гидротехнических сооружений и т.п. Характерным является также конкретное изучение составов и качества производимых материалов, изыскание наилучших видов сырья и технологических способов его переработки, методов оценки свойств строительных материалов с целью совершенствования изготовления продукции на всех этапах ее производства.

Второй этап отличается сравнительно быстрым ростом производства новых ранее отсутствовавших материалов.

В номенклатуре материалов, кроме применявшихся на первом этапе камня немолотого или грубо околотого, меди, бронзы, железа и стали, керамики, стекла, например гипса, извести, появились новые цементы, и начался массовый выпуск портландцемента, открытого Е. Челиевым в начале 19 в.

Быстро развивалось производство цементных бетонов различного назначения; сформировалась специальная наука о бетонах — бетоноведение.

В конце 19 в. формируется технология изготовления железобетона и получает развитие наука о железобетоне. В 1911 г. были изданы первые технические условия и нормы для железобетонных конструкций и сооружений.

Третий этап охватывает период со второй половины ХХ в. до настоящего времени. Он характеризуется, во-первых, процессом дальнейшего расширения производства строительных материалов и углублением соответствующих им специализированных наук и, во-вторых, — активным использованием новых научных разработок для создания принципиально новых строительных материалов.

Отечественная наука играла и играет важную роль в развитии строительных материалов. Созданные нашими учеными технологии производства цемента, металла, бетона, керамики, теплоизоляционных материалов, заводского домостроения используют многие страны.

В конце ХIХ и в начале ХХ веков получило развитие производство искусственных каменных материалов (силикатного кирпича, асбестоцемента, шлакобетона и др.), а также различных тепло- и гидроизоляционных материалов. В настоящее время широко используют такие материалы как пенбетон, гипсокартон,стеклопластики, пенополиуретан, изделия из пластических масс, карбон, он же углепластик (от «carbon», «carbone» -- углерод) - это такой полимерный композитный материал, который состоит из нитей волокна углерода, переплетённых и скреплённых между собой полимерными смолами (например, эпоксидными).

Созданы и применяются в строительстве новые, более экономичные материалы (пустотелый кирпич, шлаковые цементы, цементы с активными добавками, легкие бетоны, и др.), значительно расширено производство местных материалов, не требующих дальних перевозок и удешевляющих строительство.

Высокими темпами развивается машиностроительная промышленность. Основной объем машин занимают машины для подготовки сырьевых материалов к которым относятся машины для дробления, помола, механической и воздушной сортировки, обогащения и смешивания.

Мировая практика показывает, что наиболее эффективными является переход к автоматизированному проектированию и изготовлению машин.

При исследовании процессов развития в технике следует рассматривать любой технический объект (ТО) как систему взаимосвязанных элементов, образующих единое целое.

Техническим объектом называют созданное человеком или автоматом устройство, предназначенное для удовлетворения определенной потребности. К техническим объектам можно отнести отдельные машины, аппараты, приборы, ручные орудия труда, здания и сооружения. К техническим объектам также относят любой из элементов (агрегат, блок, узел, деталь), из которых состоят машины, аппараты, приборы и т. д., а также любой из комплексов взаимосвязанных машин, аппаратов, приборов. Это может быть технологическая линия, цех, завод т.п.

Несмотря на огромное разнообразие, технические системы обладают рядом общих свойств, признаков и структурных особенностей, что позволяет считать их единой группой объектов.

Основные признаки технических систем:

1) состоят из частей, элементов, то есть имеют структуру;

2) созданы для каких-то целей, то есть выполняют полезные функции;

3) элементы (части) системы имеют связи друг с другом, соединены определенным образом, организованы в пространстве и времени.

Таким образом, техническая система (ТС) - это совокупность упорядоченно взаимодействующих элементов, обладающая свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов, и предназначенная для выполнения определенных полезных функций.

 Создаваемая ТС должна быть цельной, функционирующей и организованной.

  По функциональному назначению технику подразделяют на производственную, военную, космическую, бытовую, медицинскую, для научных исследований, организационную (оргтехника) и др.

Технику также классифицируют по отраслевой структуре производства - техника промышленности, транспорта, сельского хозяйства, авиационная, мелиоративная, энергетическая и т. д.

Часто технику классифицируют по естественно-научному признаку. Это, например, ядерная, холодильная, вычислительная и другая техника.

Основное назначение техники — облегчение и повышение эффективности труда человека, расширение его возможностей, освобождение (частично или полностью) человека от ручного труда, от работы в опасных для здоровья условиях и т. п.

Первоначально первобытный человек в своей деятельности по добыванию пищи, изготовлению одежды, строительству жилья и прочему использовал или создавал различные инструменты.

Инструмент{лат. instrument — орудие) — это техническое изделие, используемое в качестве орудия для непосредственного воздействия на предмет труда. Различают инструменты: ручной, станочный, механизированный (ручные машины). Инструментами называют также приборы, устройства, приспособления, применяемые для измерений и других операций в производстве, в медицине для хирургических операций, а также музыкальные инструменты. (сверло, молоток, гаечный ключ)

Приспособление — техническое устройство, присоединяемое к машине или используемое самостоятельно для базирования и (или) закрепления предметов труда при выполнении технических операций. Приспособления бывают ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические, а также неразборные, универсальные наладочные, универсально-сборочные, сборно-разборные, универсальные безналадочные и специализированно-наладочные. (крюк для перемещения, различные фиксаторы и т.д)

Для подъема тяжестей, для использования движущих сил природы, ведения боевых и других действий люди создавали и создают различные механизмы.

Механизм — система тел, предназначенных для преобразования движения энергии одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. Если в преобразовании движения участвуют жидкие или газообразные тела, то механизм называется гидравлическим или пневматическим.

Позднее человек создал более совершенные технические средства — машины.

Машина{франц. machine) — это техническое изделие, работа которого, посредством преобразования вещества, энергии, силы, движения и информации, частично или полностью заменяет, облегчает и приумножает физический и умственный труд человека. Различают машины: энергетически е (электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания), преобразующие любой вид энергии в механическую и наоборот; рабочие, в том числе технологические, преобразующие форму, свойства, положение материала (обрабатываемого предмета) (металлообрабатывающие станки,, ткацкие станки, упаковочные, полиграфические машины); транспортные, преобразующие положения (перемещаемого предмета) и др.)

Аппарат (от лат. apparatus) — это техническое устройство, прибор, механизм или иное изделие, выполняющее отдельную операцию. Примеры аппаратов: фотоаппарат, киноаппарат, сварочный аппарат и т. п.

Агрегат — механическое соединение нескольких машин, работающих в комплексе, или укрупненный унифицированный элемент машины, обладающий полной взаимозаменяемостью. (помольный агрегат, насосный агрегат состоит из насоса, передачи и двигателя)

Оборудование— совокупность механизмов, машин, устройств, приборов, необходимых для чего-либо.

Для разработки и использования машин человечеством созданы специальные технические науки: механика, теория машин и механизмов и другие.

Замена ручного труда и труда с использованием мускульной силы животных на машинный привела к машинному производству.

Машинное производство — важнейшая стадия становления материальной основы индустриального производства, в ходе которой произошла замена мануфактуры фабрикой.

Для машинного производства характерно применение систем машин. Возникло оно в результате промышленной революции во 2-й половине XVIII в. Новая ступень развития машин связана с научно-технической революцией.

После изобретения машины дальнейшее улучшение качества жизни людей, удовлетворение их всевозрастающих потребностей может быть обеспечено только путем улучшения качества машин и другой технической продукции.

Для оценки уровня качества продукции все показатели ее свойств сводят в группы показателей: назначения, надежности, экономичного использования сырья, топлива и энергии, технологичности, транспортабельности, экологические, безопасности, эстетические, стандартизации и унификации, патентно-правовые, экономические.

Современная техника характеризуется высокими темпами ее модернизации и автоматизации, интенсивным развитием энергетики, радиоэлектроники, химической технологии, широким использованием автоматики, ЭВМ и других достижений, базирующихся на фундаментальных научных исследованиях и открытиях.

История строительной отрасли тесно связана с историей техники и технологиями ее использования. Поэтому под общим названием «История техники» обычно понимается фактически история техники и технологий производства как самой техники, так и иной продукции, получаемой с помощью техники.

Слово «технология» произошло от двух греческих слов: techne — искусство, мастерство и logos — понятие, учение.

Технология— совокупность методов обработки и изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции.

Производственный процесс — есть совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции.

В производственный процесс входят основные процессы, связанные с изготовлением заготовок деталей машин (литьем, ковкой, сваркой и другими методами), их обработкой (резанием, термической, электрофизической и электрохимической и др.) и сборкой из деталей сборочных единиц и машин в целом, а также вспомогательные процессы, обеспечивающие возможность изготовления продукции (контроль ее качества, транспортирование материалов, заготовок, деталей и оснастки, изготовление приспособлений и инструментов, энергообеспечение и др.).