ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Михайлов А.Н. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина)
Донецкий национальный технический университет

Источник :   Михайлов А. Н. Функционально-ориентированные технологии машиностроения // Известия ТулГУ. Сер. Инструментальные и метрологические системы. Вып. 2. Труды Международной юбилейной научно-техн. конф. «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием». – Тула: ТулГУ, 2006.° C. 24 – 32.

   In given work are considered general particularities function-oriented technology machine building and are brought their main features. It is shown that these technologies pertain to special fine, exactly oriented and scientifically based technology, which provide get fat adapting the product to particularity of its usages. Will installed eight principles to orientation technological influence at realization these technologies.

1.Введение:

   С развитием научно-технического прогресса непрерывно повышаются требования к качеству, возможностям и эстетической красоте создаваемых машин, технических систем и оборудования. Это особенно проявляется в современных условиях с постоянно изменяющимися особенностями конъюнктуры международных рынков сбыта товаров. Поэтому выпускаемые изделия должны непрерывно совершенствоваться и при этом обеспечиваться их качественно новая совокупность свойств и мера полезности. Для решения этих вопросов необходимо посто-янно обновлять и технологическое обеспечение по изготовлению изделий.

   Следует отметить, что обычно в современных машинах и технологических системах каждый узел и изделие реализует целый комплекс различных по назначению функций. Это обу-словлено техническим назначением машины или системы и их элементов. При этом на этапе производства процесс изготовления изделия направлен на обеспечение комплекса заданных функций всем изделием. А также применяемые технологии ориентированы обычно на дости-жение заданного свойства всего изделия в целом. Особенно это ярко проявляется на первых этапах изготовления изделий, получении заготовки, термической обработке, нанесении покры-тия и других операциях. Применение одинакового технологического воздействия для всего изделия, в ряде случаев экономически не выгодно, так как приходится выполнять технологиче-ские воздействия в зонах, где это совершенно не потребно. Это приводит при эксплуатации изделия в машине к эффекту не равномерной потери свойств изделия в различных зонах в зависимости от времени, так как в них действуют различные по виду и параметрам функции. При этом для определенных типов изделий это совершенно не допустимо, так как теряется функциональная устойчивость, и снижаются эксплуатационные характеристики выпускаемых машин. Все это ведет к значительному повышению себестоимости выполнения заданной функции при эксплуатации изделия, а в ряде случаев к увеличению трудовых и технико-экономических затрат. Поэтому стремительное развитие науки и техники диктует, в современных условиях, более тщательно и тонко разрабатывать и применять специальные технологии, технологические воздействия которых с необходимыми параметрами топологически точно ориентированы только на зоны изделия, где действуют отличные друг от друга функции при эксплуатации. Причем подобные воздействия необходимо выполнять на всех этапах комплексного технологического процесса, начиная от получения материала до заключительной отделочной обработки изделия, так как технологическая наследственность особенностей воздействий и параметров на каждом этапе изготовлении может привести при эксплуатации изделия в машине к серьезным отклонениям от заданных параметров

   На основании этого в данной работе приводятся данные по созданию специальных тех-нологий, обеспечивающих реализацию качественно новой совокупности свойств и меры полезности изделий машиностроения при эксплуатации на всех этапах комплексного технологического процесса. Здесь эти технологии именуются функционально-ориентированными технологиями [1, 2, 3, 4].

2. Основные принципы синтеза.

   Функционально-ориентированная технология изготовления изделия машиностроения это специальная технология, которая основана на точной топологически ориентированной реализации необходимого множества алгоритмов технологического воздействия орудий и средств обработки в необходимые микро, макро зоны и участки изделия, которые функционально соответствуют условиям их эксплуатации в каждой отдельной его зоне. При этом их вид, тип, вариант, количество, качество и алгоритм технологического воздействия целенаправленно определяются, а также топологически, функционально и количественно ориентируются при их реализации в отдельные зоны изделия в зависимости от заданных функциональных особенностей их эксплуатации. Применение функционально-ориентированных технологий для изделий машиностроения позволяет максимально повысить их общие эксплуатационные параметры за счет местного увеличения технических возможностей и свойств отдельных элементов, поверхностей и/или зон изделия в зависимости от функциональных местных особенностей их эксплуатации. При этом изделия машиностроения, изготавливаемые по предлагаемым технологиям, максимально адаптируются по своим свойствам к особенностям их эксплуатации и проявляют свой полный потенциал возможностей в машине. Следует отметить, что предлагаемый новый класс технологий усложняет процесс изготовления изделий, но в целом обеспечивает качественно новую совокупность свойств и меру полезности изделий машиностроения при эксплуатации. Это дает возможность существенно повысить технико-экономические показатели эксплуатации и использования машин и технических систем.

   Можно отметить, что функционально-ориентированные технологии относятся к специальным видам тонких (прецизионных) и высоких технологий. Эти технологии особенно эффективны только тогда, когда они используются на всех этапах комплексного технологического процесса изготовления изделия [4].

   Основными особенностями функционально-ориентированных технологий является то, что технологические воздействия орудий обработки на изделия и процесс обеспечения заданных и требуемых свойств изделий выполняется на следующих уровнях (рис. 1): на уровне всего изделия в целом; на уровне участков; на уровне составляющих; на уровне зон; на уровне макрозон; на уровне микрозон; на уровне нанозон

   При этом заданные, требуемые и предельные свойства изделий обеспечиваются за счет ориентации технологических воздействий потоков материи, энергии и информации на базе следующих восьми особых принципов [4]:

   1.   Функционального соответствия особенностей действия элементарной функции в каждом функциональном элементе изделия, характеристик реализации технологических воздействий и параметров обеспечения необходимых свойств этом функциональном элементе изделия на каждом уровне глубины технологии.

   2.   Топологического соответствия геометрических параметров функционального элемента изделия, в котором действует элементарная функция при эксплуатации, геометрическим па-раметрам зонального элемента реализации технологических воздействий потоков материи, энергии и информации на изделие и геометрических параметров зонного элемента обеспечения необходимых свойств на каждом уровне глубины технологии.

   3.   Количественного соответствия множества функциональных элементов, в которых действует множество различных элементарных функций при эксплуатации, множеству реализации технологических воздействий и множеству элементов обеспечения необходимых свойств в функциональных элементах изделия на каждом уровне глубины технологии.

   4.   Адекватной зависимости пространственных особенностей действия элементарной функции при эксплуатации, технологических воздействий и эксплуатационных свойств в пространстве каждого функционального элемента изделия на каждом уровне глубины технологии.

   5.   Адекватной зависимости временных особенностей действия элементарной функции при эксплуатации, временных или пространственных особенностей реализации технологических воздействий и временных эксплуатационных свойств в каждом функциональном элементе изделия на каждом уровне глубины технологии.

   6.   Структурного соответствия действия множества элементарных функций, реализации множе-ства технологических воздействий и выполнения множества свойств в функциональных элементах изделия из условия обеспечения заданных, требуемых или предельных свойств всего изделия на каждом уровне глубины технологии.

   7.   Адекватного структурно-функционального соответствия свойств в пространстве и во времени каждого функционального элемента заданному, требуемому или предельному потенциалу общих свойств всего изделия в целом на каждом уровне глубины технологии.

   8.   Адекватного структурно-функционального соответствия свойств в окрестностях каждого функционального элемента в пространстве и во времени заданному, требуемому или пре-дельному потенциалу общих свойств всего изделия в целом на каждом уровне глубины технологии.

   При этом можно отметить, что процесс реализации приведенных принципов ориентации технологических воздействий и свойств изделия должен выполняться на базе итерационного подхода. На рис. 2 приведена итерационная схема реализации основных принципов ориентации технологических воздействий и свойств. Итерационный подход дает возможность выполнять синтез функционально-ориентированных технологий посредством реализации приведенных принципов с учетом, как последовательных процессов, так и многократных повторяющихся возвратных процессов, выполняемых за счет обратных связей.

   На основе разработанных принципов выполняется синтез функционально-ориентированных технологий и изготовление изделий, которые обеспечивают полную адаптацию изделия и его элементов по эксплуатационным свойствам к условиям эксплуатации. Из-готовление изделий на основе функционально-ориентированных технологий обеспечивает возможность реализации их полного потенциала функциональных возможностей при эксплуатации. Это существенно повышает технико-экономические показатели изготовления и эксплуатации изделий.

3. Общая методика синтеза..

   В целом общая методология синтеза функционально-ориентированных технологий изготовления изделий машиностроения базируется на разработанных новых принципах. Это дает возможность обеспечить изделиям машиностроения качественно новую совокупность свойств и меру их полезности. Общая методология синтеза функционально-ориентированных технологий изготовления изделий машиностроения обусловлена реализацией множества различных по качеству и свойствам технологических воздействий, общая структура и параметры каждого из которых обеспечивается в соответствии с функциональными особенностями эксплуатации отдельных элементов модуля изделия в машине.

   Общая методика синтеза функционально-ориентированных технологий изделий маши-ностроения базируется на основании общей методологии и выполняется в пять этапов.

   Следует отметить, что на базе предлагаемого общего подхода синтеза функционально-ориентированных технологий разработан частный случай технологического процесса для этапа нанесения покрытий изделий. Здесь предлагается выполнять вакуумное ионно-плазменное напыление различных видов, типов и вариантов функционально-ориентированных сверхпрочных покрытий изделий машиностроения в зависимости от зональных особенностей их эксплуатации. Осуществление этой технологии обеспечивает реализацию качественно новой совокупности свойств и меры полезности изделий.

   На рис. 3 приведена классификация функционально-ориентированных технологий. Здесь каждый из приведенных иерархических уровней подразделяется на ряд подуровней.

   На основе приведенной классификации технолог или разработчик может выбирать необходимое технологическое решение и формировать наиболее рациональные или оптимальные варианты функционально-ориентированных технологических процессов.

4. Выводы

   В заключение можно отметить, что в данной работе разработан общий подход создания функционально-ориентированных технологий. Он основывается на целом комплексе новых принципов их проектирования, которые предложены в данной работе. Для реализации функционально-ориентированных технологий приведена общая методология и методика их выполнения. Разработанные функционально-ориентированные технологии существенно повышают технико-экономические показатели эксплуатации изделий и обеспечивают реализацию их полного потенциала возможностей, а также создаются возможности обеспечения равной долговечности и качества эксплуатации всех элементов изделия в целом. При этом существенно снижаются трудовые затраты по изготовлению изделий и их себестоимость.

Список литературы:

   1.   Михайлов А.Н., Михайлов В.А., Михайлова Е.А. Методика и основные принципы синтеза функционально-ориентированных вакуумных ионно-плазменных покрытий изделий машиностроения. // Упрочняющие технологии и покрытия. – М.: Машиностроение, №7. 2005. С. 3–9.

   2.   Михайлов А.Н. Общий подход в создании функционально-ориентированных и интегрированных технологий машиностроения // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XII международной научно-технической конференции в г. Севастополе 12-17 сентября 2005 г. В 5-ти томах. – Донецк: ДонНТУ, 2005. Т. 2. С. 261-275.

   3.   Михайлов А.Н. Основные принципы и особенности синтеза функционально-ориентированных технологий машиностроения. // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XIII международной научно-технической конференции в г. Севастополе 11-16 сентября 2006 г. В 5-ти томах. – Донецк: ДонНТУ, 2006. Т. 3. С. 61-77.

   4.   Михайлов А.Н. Общие особенности функционально-ориентированных технологий и принципы ориентации их технологических воздействий и свойств изделий. // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XIV международной научно-технической конференции в г. Севастополе 17-22 сентября 2007 г. В 5-ти томах. – Донецк: ДонНТУ, 2007. Т. 3. С. 38-52.