Непрерывный процесс научно-технического прогресса постоянно требует совершенствования современных технологий, в том числе и технологий машиностроения. При этом они в своем развитии проходят многосторонние преобразования, обычно значительно усложняются и приобретают новые свойства и возможности. Этому способствуют исследования фундаментального и прикладного характеров. Вместе с тем, в основе их развития лежат общие тенденции действующие в технике, а также новые принципы, возникающие благодаря прогрессу науки и техники.

К новым и перспективным тенденциям прогрессивного развития технологий машиностроения [1] можно отнести следующие:

- повышение концентрации и параллелелизма технологических зон обработки, обеспечивающих повышение производительности и новых возможностей технологических систем [2];

- создание нетрадиционных прогрессивных пространственных структур технологических зон обработки (создание многомерных циклических структур, повышение размерности многообразия и объектов в каждом многообразии структуры), реализующих повышение технологических возможностей пространства и среды [2];

- обеспечение компоновки технологических зон обработки в линейные, поверхностные и объемные структуры (рис.1); обеспечение компоновки этих структур в производственные ячейки (поточно-пространственные технологические модули) (рис.2); обеспечение компоновки производственных ячеек в пространственные структуры и заполнение ими всего объема пространства производственного цеха с возможностью изменения их пространственного расположения (рис.2);

- повышение степени компактирования структуры за счет увеличения плотности (линейной, поверхностей, объемной) технологических зон обработки;

-создание новых классов технологических машин [2], разработка и функционирование которых базируется на основе новых принципов;

- организация поточности функционирования технологических зон обработки на основе многомерных замкнутых рекуррентных групп, выполняемых на базе их сложных транспортных движений и повышения интенсивности;

- обеспечение одновременности или параллельности выполнения функций технологических систем;

- повышение непрерывности и устойчивости функционирования технологических систем в соответствии с заданным алгоритмом;

- повышение информационности технологий, снижение массы технологических систем и повышение их энерговооруженности;

- создание технологий и технологических систем с использованием принципов механотроники и адаптроники;

- упрощение функциональной структуры за счет совмещения различных функций технологических систем, выполнение технологических функций посредством транспортных функций и наоборот.

Анализируя эти тенденции можно отметить, что в настоящее время перспективным является переход от линейных компоновок к поверхностным и объемным компоновкам. На рис. 1 показана: а – линейная компоновка технологических зон, б – поверхностная компоновка, в – объемная компоновка. Здесь обозначено: 1 – входные потоки изделий, 2 – поток единичных технологических зон, 3 – единичная технологическая зона, 4 – изделие (предмет обработки), 5 – пространственная технологическая зона, 6- выходные потоки изделий. Буквами показано: vTi - транспортная скорость изделий и hi - шаг изделий.

На основе этих тенденций разработаны принципиально новые технологические системы [2] с качественно новыми свойствами.

- линейно-пространственная технологическая зона ;

- поверхностно-пространственная технологическая зона ;
                             ,         (1)

- объемно-пространственная технологическая зона;
                                                                       (2)

где – теоретическая производительность технологической системы с линейной, поверхностной и объемной зоной соответственно;

Li, Si ,Vi – длина, площадь, объем технологических зон соответственно;

hi, S Еi V Еi- длина (шаг), площадь, объем единичной технологической зоны соответственно;

То – длительность основного времени технологического воздействия орудий и средств обработки на изделие;

boi, soi- ширина, площадь поперечного сечения технологической зоны соответственно;

PLi, PSi, PVi- линейная, поверхностная, объемная плотность изделий в соответствующих технологических зонах;

NLi, NSi, NVi - интенсивность потоков изделий соответственно в линейной, поверхностной и объемной пространственной технологических зонах.

Здесь:         

На основании выражений (1), (2) установлена зависимость относительной производительности П/По технологических модулей непрерывного действия, где По –теоретическая производительность базового варианта, от их геометрических параметров e пространственных технологических зон (рис. 2).Анализ этих зависимостей показал, что увеличение габаритных размеров технологического модуля ведет к увеличению его производительности по следующим законам: с линейной технологической зоной (график 1) - по прямой пропорциональной зависимости, с поверхностной технологической зоной (график 2) – по квадратичной зависимости, с объемной технологической зоной (график 3) – по кубической зависимости. Поэтому технологическим системам с поверхностной и объемной технологическими зонами свойственны качественно новые, более высокие технико-экономические показатели по сравнению с технологическими системами с линейной компоновкой, на базе которой создаются современные автоматические линии.

Важным моментом при проектировании технологических систем является увеличение коэффициента использования технологического пространства на всех иерархических уровнях:
                                                

где KR - коэффициент использования технологического пространства на R уровне;

Vk - объем пространства в котором располагается технологическое оборудование (технологические элементы);

VOR - общий объем пространства, ограничивающий функциональную единицу.

При этом необходимо стремиться к повышению плотности технологических элементов пространственной технологической зоны и интенсивности функционирования поточно-пространствен-ных технологических модулей. Кроме того, при проектировании технологических систем, состоящей из n поточно-пространствен-ных модулей, необходимо пространственно их компактировать в производственные ячейки (рис.3) и затем ячейки пространственно компоновать во всем объеме производственного цеха. Причем здесь также следует вести их размещение из расчета повышения плотности поточно-пространственных технологических модулей в производственных ячейках и ячеек в производственном цеху. На рис.3 показана формализованная объемно-пространственая производственная ячейка. Здесь

1 – технологическая система,

2 – поточно-пространственный технологический модуль,

3 – связь между технологическими модулями,

4 – граница производственной ячейки,

5 – граница поточно-пространственного технологического модуля. Модульность построения поточно-пространственных технологически систем позволяет реализовать основные принципы автоматизированных производств. Это, прежде всего гибкость, непрерывность и высокие технико-экономические показатели изготовления изделий. Однако процесс создания таких технологий это сложный процесс, который требует длительных исследований фундаментального и прикладного характера. Для выявления полного множества нетрадиционных вариантов новых прогрессивных технологий разработан общий теоретический подход их создания [1], [3], [4]. В основе этого подхода лежит поле, образованное на пересечении следующих объектов : механотроника, автоматизация и пространственная композиции. Указанное поле нетрадиционных вариантов новых прогрессивных технологий определяется с помощью следующего выражения:
                                                                         

где S– множество кортежей, образующих качественно новые свойства создаваемых технологий;

А – множество, образованное на пересечении объектов (принципов) механотроники;

В – множество, образованное на пересечении принципов автоматизации;

С – множество, образованное на пресечении принципов пространственной композиции.

Использование такого подхода [3] позволяет разработать прогрессивные технологии нового поколения, основные характеристики которых могут быть оценены на базе схемы, представленной на рис. 5 [1]. Она имеет иерархическую структуру и содержит: основные признаки, особенности и обеспечение прогрессивных технологий.

Анализ процесса развития прогрессивных технологий показывает, что их создание должно осуществляться комплексно как минимум в двух направления «вглубь» и «вширь» [5]. Здесь развитие технологий «вглубь» можно трактовать как обеспечение высокой степени прецизионности оборудования инструмента и оснастки. В этом случае необходим определенный специальный характер системы диагностики, контроля, рабочей технологической среды и т.п. Развитие технологий «вширь» это совершенствование технического обеспечения, направленного на автоматизацию и интенсификацию процесса получения заданного множества изделий за счет повышения производительности, надежности и оптимального использования всех ресурсов. Такой комплексный подход в развитии технологий позволяет создать технологии нового поколения , которые со временем

– в перспективе преобразуются в технологии будущего, и будут иметь следующие особенности:

- качественно новую совокупность свойств изделий;

- качественно новую меру полезности изделий.

На основе предлагаемых тенденций развития технологий и разработанного теоретического подхода в создании и функционировании высокоэффективных технологических систем [1] разработаны качественно новые поточно-пространственные технологические системы непрерывного действия [2]. Эти технологические системы относятся к новому 5-му классу технологических машин [6] нового поколения.

Основным при создании поточно-пространственных технологических систем является переход от линейной компоновки технологических элементов к поверхностной и затем к объемной компоновке технологических элементов. Здесь каждый вид, из трех предлагаемых, имеет открытое множество вариантов геометрических форм компоновок, что дает возможность создавать значительное число вариантов технологических систем и выявлять наиболее приемлемые для реализации заданного технологического процесса.

Для решения вопросов компоновки поточно-пространственных технологических систем предложен метод синтеза принципиально-структурных моделей, на базе которых разрабатываются компоновочные варианты технологических систем [4]. В основу этого метода положена операция декомпозиции пространственной структуры и сложной принципиальной кинематической схемы транспортного движения [2].

Для наглядности на рис.4 приведена принципиально-структурная модель поточно-пространственной технологической системы [2]. Здесь показано: 1 – транспортный ротор, 2 – ПВТМ, 3 – ПСТМ, 4 – транспортный ротор, 5 – ПВТМ, 6 – транспортный ротор, 7 – ППТМ, 8 – транспортный ротор, 9 – ПГТМ, 10 – транспортный ротор, 11 – блок технологического воздействия, 12 – изделие, 13 – пространственная траектория движения блока технологического воздействия, 14 – поток блоков технологического воздействия, 15 – замкнутые рекуррентные, траектории движения блоков технологического воздействия. Поступают изделия в технологическую систему по входному потоку V, а выгружаются по выходному потоку W. Стрелками обозначены движения блоков технологического воздействия в каждом технологическом модуле.

Таким образом, разработанный новый теоретический подход и новые принципы позволяют на строгой методологической основе объектно-ориентированного проектирования создавать нетрадиционные прогрессивные технологии. Это позволяет существенно повысить технико-экономические показатели изготовления изделий машиностроения на базе технологий и технологических систем нового поколения.

Список литературы: 1. Михайлов А.Н. Закономерности эволюционного процессе развития технологий машиностроения//Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Сб. научн. статей.- Донецк: ДонГТУ, 1995, Вып. 2. С. 32-49. 2. Михайлов А.Н. Разработка методов проектирования высокоэффективных поточно-пространственных технологических систем. Автореф. дис. … .д-ра техн. наук. – Киев: КПИ, 1992.-33с. 3. Михайлов А.Н. Общий теоретический подход создания новых прогрессивных технологий // Прогрессивные технологии машиностроения и современность: Сб. трудов междунар. научно-техн.конф.- Донецк: ДонГТУ, 1997. С. 168-171. 4. Михайлов А.Н. Новая концепция развития технологических систем непрерывного действия // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Сб. научно-техн. тр.- Донецк: ДонГТУ, 1994, Вып. 1, С. 74-91. 5. Михайлов А.Н. Перспективы развития высоких технологий // Резание и инструмент: Республ. межвед. научно-техн. сб. – Харьков: ХПИ, 1993, Вып. 48, С. 39-41. 6. Михайлов А.Н. Основы синтеза принципиальных кинематических схем и новых классов технологических систем непрерывного действия // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Сб. научно-техн.тр. – Донецк: ДонГТУ, 1991. Вып.1. С. 92-109.

Михайлов А.Н. Перспективы создания и развития прогрессивных технологий машиностроения. Прогрессивные технологии и системы технологий. Сборник статей. - 1999, №8. - 178 с.