6.3. Развитие производства и технологии обработки материалов

Идеальной моделью организации промышленности, постепенно сложившейся в сознании инженеров и экономистов первой половины XX столетия, является высокомеханизированное массовое производство стандартных изделий неизменной номенклатуры, не требующее непосредственного применения ручного труда, частых переналадок оборудования и обновления технологической оснастки. В машиностроении и машинизированной промышленности такая организация обеспечивается поточной технологией, позволяющей применять системы машин и конвейеры с характерной для них узкой специализацией отдельных технологических операций, высокой степенью автоматизации и высшим уровнем производительности труда. В середине века казалось, что от системы машин и конвейера до создания полностью автоматизированных производственных участков, «безлюдных» цехов и даже заводов только один шаг. Попытки такого рода и были предприняты еще до середины XX в. — начала научно-технической революции (НТР), однако, оказались преждевременными из-за отсутствия необходимой для этого материально-технической базы — эффективных электронных средств информатики и, главное, быстродействующих вычислительных машин.

Создаваемые на основе механических и электротехнических устройств автоматические технологические линии — отдельные производственные участки и даже цехи — оказывались чрезмерно «жесткими»: они действовали по единственной заложенной в них при изготовлении программе и требовали больших дополнительных затрат труда на переналадку, настройку всего оборудования и особенно на замену рабочего инструмента и поддержание точности обработки деталей. От полной автоматизации процессов производства и технологии обработки материалов на основе электромеханической техники пришлось отказаться. В жизни был реализован другой путь: постепенное усложнение и повышение уровня автоматизации технологического оборудования по мере развития технических средств информатики.

На смену металлообрабатывающим станкам с механическими и электротехническими автоматизированными устройствами пришли сначала станки с управлением по записанным на перфокарты и перфоленты числовых программам. Следующим шагом стало создание станков типа «обрабатывающий центр», оборудованных устройствами для автоматической замены рабочих инструментов. Все большее применение стали получать промышленные роботы — автоматизированные устройства, способные перемещать тяжелые заготовки, детали и инструменты по заданным траекториям и точно устанавливать их на место. Были созданы роботы-сборщики механизмов, роботы-маляры, роботы-сварщики, и т. д. На этой основе возникла новая отрасль технических наук — робототехника (от чеш. robot — машина с человекоподобными действиями), в которой разрабатываются, изготавливаются и применяются промышленные роботы — программно-управляемые автоматические технические устройства — манипуляторы, выполняющие рабочие операции со сложными пространственными перемещениями инструментов и других предметов. Дальнейшее развитие информатики и робототехники сделало возможным создание оборудованных роботами-штабелерами и конвейерами автоматизированных складов заготовок и деталей, которые стали подаваться к станкам по командам ЭВМ. Так технологические процессы и оборудование стали «гибкими», т.е. способными к изменению рабочих программ в процессе производства продукции без его остановки и без применения дополнительного ручного труда. ([40], с.190)

Развитие технологических средств и информационного обеспечения «гибкого производства» является реальным путем создания автоматических заводов — так называемых «безлюдных производств», способных работать по командам и под контролем информационно-управляющих систем. В принципе такие технологические системы способны выпускать массовую, но разнообразную продукцию с использованием одного и того же быстро переналаживаемого оборудования. Создание таких производств ученые и инженеры считают генеральным путем развития производства и технологии обработки материалов в постиндустриальную эпоху. В настоящее время стало ясно, что конструирование машин, выполняющих все более сложные технологические операции, не является принципиально новой и, тем более, не решаемой для машиностроения проблемой. Фактически создание роботов — задача, лежащая в области математического программирования и разработки проблем искусственного интеллекта, т.е. в современной информатике и вычислительной технике. В 1948 г. венгр Деннис Габор изобрел принципиально новый метод получения объемного изображения, основанный на явлении интерференции волн, — голографии (от греч. holos — весь, полный и graphio — пишу). Чтобы получить голограмму предмета, пучок света расщепляют на два: один падает на пленку, другой, прежде чем попасть на нее, отражается от предмета. На пленке фиксируется интерференционная картина, которая при освещении таким же пучком света, как опорный, расщепляет его на два в точности таких же, как первоначальные. В результате воссоздается трехмерное изображение предмета. После изобретения лазера в 1960 г. голография стала применяться в медицине, картографии, для диагностики сбоев в быстродействующем оборудовании, для хранения и обработки информации и в других областях техники. ([43], с.198)

В середине - второй половине XX в. в развитии наукоемких технологий производства и обработки материалов все более важную роль стали играть также квантовые устройства. На основе новейших достижений физики, химии и других естественных и технических наук была создана перспективная лазерная технология — промышленная обработка материалов (сварка, сверление, резка и т.п.) лучами оптических квантовых генераторов — лазеров (laser — аббревиатура от первых букв англ. Light Ampliifcation by Stimulated Emission of Radiation — усиление света в результате вынужденного излучения), преобразующих различные виды энергии в энергию вынужденного излучения, характеризуемого высокой направленностью и большой плотностью энергии. Основана на техническом применении теории квантовых переходов, преобразовании частоты вынужденных электромагнитных излучений и нелинейного взаимодействия вынужденного излучения с веществом. Новые и пока что еще недостаточно используемые перспективы развития техники открывает нанотехнология (от греч. nanos — карлик), обеспечивающая производство новейших технических материалов и устройств, при создании которых формируются структуры с элементами размером порядка нанометра (миллиардной доли метра). Так ученые уже сделали возможным промышленное производство принципиально новых искусственных кристаллов, мембран, композитов и других высокоэффективных видов техники, в значительной мере определяющих сегодня промышленную мощь экономически развитых государств мира. Применение нанотехнологий позволит уже в ближайшем будущем уменьшить размеры полупроводниковых приборов еще в сотни раз. В развитие всех этих областей российские ученые и инженеры внесли значительный вклад на уровне высших мировых достижений. Промышленные методы и технические средства использования живых организмов для промышленного производства биологических продуктов (кормовых дрожжей, ферментов, антибиотиков и т.п.), основанные на достижениях биологических наук, положили начало биотехнологии. На пересечении генетики, молекулярной биологии и других биологических наук с научным приборостроением и техническими науками формируется генная (генетическая) инженерия, раздел молекулярной биологии, в котором исследуются и создаются методы конструирования искусственных сочетаний генов (от греч. genos — род, происхождение) — биологических структур — носителей наследственных признаков в живых организмах.

Как известно, существенно важным элементом промышленного производства является транспорт. Во второй половине XX в. продолжается наметившееся раньше развитие грузового автотранспорта благодаря повышению мощности автомобилей и значительному развитию автодорожной сети, взявших на себя большую часть перевозок грузов в промышленно развитых странах. Железные дороги переходят на электротягу везде, где это еще не сделано; вводят системы автоматизированного ведения поездов и современные средства информатики, существенно повышающие эффективность связи и систем диспетчирования, а также повышающие безопасность перевозки грузов. Полностью обновляется материально-техническая база авиации, перешедшей на использование реактивных летательных аппаратов новых поколений, в том числе широкофюзеляжных самолетов, обладающих большой пассажировместимостью и грузоподъемностью. Наземные технические службы, используя современные технические средства, значительно увеличивают пропускную способность аэропортов и обеспечивают рост числа пассажиров и объемов перевозимых грузов. Предпринимаются попытки организации перевозки пассажиров на сверхзвуковых самолетах. В целом современная авиация с успехом «встраивается» в систему материально-технического обеспечения промышленного производства.

На современном уровне развития техники все более перспективными становятся космические технологии — технологические процессы, проводимые в космическом пространстве в условиях глубокого вакуума, невесомости и воздействия других космических факторов. Проведенные опыты показывают, что в таких условиях могут быть созданы принципиально новые полезные химические соединения, осуществлены невыполнимые на Земле технологические операции (например, создание сплавов металлов и выращивание кристаллов с особыми физическими и химическими свойствами и др.). В перспективе возможно выведение за пределы земного пространства вредных.производств, получение в космосе и транспортировка на Землю больших количеств энергии и др.