Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.



  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

К технологиям машиностроительных производств XXI-го века
12 сентября 2007             

Информация об Авторе
В.Ф. Горнев, профессор кафедры "Компьютерные системы автоматизации производства (РК-9)" МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Нерецензируемый материал.
К технологиям машиностроительных производств XXI-го века
Технологии будущего  - это интеллектуальные производства

Технология машиностроения конца 20-го века – это неразрывное и равнозначное сочетание производственных и информационных технологий. На современном этапе развитие машиностроительных технологий определяется в первую очередь развитием информационных технологий инжиниринга. Рассмотрены проблемы и задачи их разработки и обеспечения, и, в первую очередь кадрового инженерно-технического обеспечения.

Технология машиностроения как научная дисциплина

Технология машиностроения – это совокупность методов, средств, способов и процессов создания машин, элементов и систем машин. Технология машиностроения основана на знаниях, полученных человечеством в процессе его эволюции. Непосредственные цели – описание, объяснение и предсказание (проектирование) технологических процессов и явлений. Способы изготовления орудий, машин, элементов машин создавались, накапливались, передавались из поколения в поколения человечеством с самого начала его рождения. Накопленные знания, т.е. технологии, являются одним из основных богатств человечества.

Технологии реализуются совместным использованием производственных ресурсов: материальных, энергетических, информационных, кадровых, финансовых. Для технологий, реализуемых в условиях современного автоматизированного производства, особо важное значение имеют первые три вида ресурсов. Каждый вид ресурса прежде чем он может быть использован в конкретном технологическом процессе проходит ряд этапов преобразования, определяемых его производственным циклом. Поэтому можно говорить об отдельных материальных, энергетических, информационных производственных потоках, имеющих свои технологии, свое управление. Особенностью современного периода – усиление роли информационных технологий и превращение их из вспомогательного средства для реализации производственных технологий в равноправные с последними технологии, совместно с ними обеспечивающими высокий уровень машиностроительных технологий.

Информационные технологии инжиниринга являются ключевым направлением для развития машиностроительных технологий. Для того, чтобы определенное направление было отнесено к разряду ключевых необходимо соблюдение двух условий: во-первых, чтобы это направление было востребовано многими другими направлениями и во-вторых, чтобы разработанное достижение науки и техники обеспечивали возможность реализации данного направления. Все это в полной мере относится к информационным технологиям. Рассмотрим отдельные положения технологии машиностроения, определяющие необходимость и востребованность развития информационных технологий инжиниринга.

Технология машиностроения это не только совокупность сведений о способах и методах изготовления, но и научная дисциплина о закономерностях методов, средств, способов создания машин, элементов, систем машин.

Особенно большое значение научные положения технологии машиностроения получили в последнее время, с появлением и развитием сложных машин, приборов. Здесь мы имеем дело с взаимосвязанными процессами. Для того чтобы развивалась технология машиностроения, чтобы развивались новые способы и технологические методы, необходим социальный заказ, т.е. необходима потребность общества в развитии этих технологий. Однако для того чтобы появился социальный заказ на определенные машины, приборы, оборудование, необходимо чтобы технология достигла такого уровня, при котором могут быть созданы такие машины. Очевидно, проектирование машин и технология их изготовления идут параллельно и являются общими закономерностями развития и накопления знаний.

Как и любая другая наука, технология машиностроения прошла путь от отдельных способов, методов обработки и изготовления изделий через их обобщение к научно - обоснованным и прогнозным методам, представляющим научные технологические знания. Научные знания или научные обобщения необходимы для ускоренного развития технологий и науки о производстве машин. В то же время, они базируются на опыте, полученном в процессе изготовления и эксплуатации этих машин. С точки зрения представления и передачи знаний, технологические знания можно разделить на три группы:

  • Научные знания. Это формализованные знания о закономерностях, методах, способах, средах, процессах создания машин, элементов и систем машин, основанные на практическом опыте и теоретических обобщениях.
  • Рецептурные знания. Это неформализованные технологические знания, основанные на предыдущем опыте различных организаций и специалистов.
  • Экспертные знания. Это неформализованные знания специалистов предметной области, основанные на личном опыте и обобщении.

Формализация технологических знаний

Возможность формализации технологических знаний определяется средствами, методами, инструментальным аппаратом формализации этих знаний. До настоящего времени основным аппаратом формализации являлись традиционные математические модели, однако они позволили формализовать только небольшую часть технологических знаний, главным образом связанных с рабочими технологическими процессами. На основании математических моделей появились такие положения в технологии машиностроения как теория резания, теория пластического деформирования, теория лучевых методов обработки, теория точности, теория производительности, надежности, наследственности и т.п., которые составляют основу теоретических положений машиностроения. Однако, в целом, они представляют только отдельные островки науки “Технология машиностроения”, способной обеспечить научными положениями инженерные методики решения технологических задач.

Большая часть технологических знаний оставалась неформализованной. Это определяется несовершенством аппарата, который не предназначен для описания и учета всех особенностей технологических процессов. Действительно, возьмем простейший пример обработки деталей типа “ валик ”. Предположим, что мы собрали сто специалистов в этой области, которые смогут сами обработать детали, получив необходимые качественные показатели. Эффективно обработать так, чтобы это было и экономически выгодно, и достаточно производительно из этих 100 человек могут примерно 80 человек. Объяснить любым способом, что они делают - примерно 60 человек, объяснить то что надо было делать каждому, кто захочет обрабатывать – примерно 20 человек, составить письменную инструкцию 5–8 человек, и формализовать эти знания , таким образом, чтобы можно было использовать математические модели – не более 1-2 человек, если это вообще возможно.

Это говорит о том, что существующий аппарат формирования научных знаний, который хорошо работает в таких фундаментальных дисциплинах как физика, химия, некоторые конструкторские дисциплины, для технологии машиностроения является несовершенным. В последние годы 20-го века появился новый аппарат, основанный на достижениях новых информационных технологий. Это аппарат методов искусственного интеллекта, который позволяет использовать не только традиционные математические модели, но логические, логико – лингвистические модели, для создании которых возможно использование естественного технического языка предметного специалиста. Это значительно расширило круг задач, которые могут быть формализованы, а следовательно, обеспечены в большей степени инструментарием представления технологий, как научных знаний.

На основе логико – лингвистических моделей, проведя их обобщение, можно формализовать экспертные знания специалистов. Рецептурные знания могут быть обобщены, оценены их адекватность, область применения, точность, объективность. Они могут быть обобщены в определенные группы с дополнением методиками нахождения или определения по некоторым входным параметрам их областей применения или решения тех или иных задач. Научному обобщению подвергаются здесь не сами знания, а методы их получения, кластеризации, формализации и вывода. Это тоже является научной обработкой и эти знания могут составлять также научные знания технологии машиностроения.

Инструментарий для решения формализованных задач может быть различным. Но, учитывая сложность технологических задач, базой для любого инструментария должны быть компьютерные технологии. Это означает формализацию предметным специалистом знаний в виде логико-лингвистических и логико-математических моделей на его предметном языке. Последующие их преобразования в алгоритмическое представление осуществляется механизмом преобразования и лежат вне сферы деятельности предметного специалиста. Это избавляет его от необходимости овладения специальными методами программирования.

Возможность представления формализованных знаний в ЭВМ говорит об уровне и качестве формализации и, таким образом, о полноте нашего понимания определенной задачи. В 1984 г. Д. Кнут, выступая с “Тьюринговской лекцией”, предложил свой вариант определения границы между наукой и профессиональным искусством:

"Наука - это та часть наших знаний, которую мы сумели понять настолько хорошо, что можем обучить этому ЭВМ. Там, где мы еще не достигли такого уровня понимания, речь пока идет лишь о профессиональном искусстве. Формальная запись программы ЭВМ, по существу, позволяет нам выполнить весьма полезный тест глубины наших знаний, так как переход от искусства к науке просто означает, что мы поняли, наконец, как автоматизировать данную предметную область".

Развитие научных положений технологии машиностроения

С учетом сказанного можно ожидать в ближайшие годы ускоренного развития “Технологии машиностроения”, как научной дисциплины и появления таких ее фундаментальных положений и теорий:

  • Теория проектирование маршрутных технологических процессов изготовления деталей и сборки узлов и машин (включая управление проектированием).
  • Теория проектирование операционных процессов изготовления деталей и сборки узлов и машин.
  • Унификация представления производственных данных и знаний.
  • Теория управления технологическими процессами.
  • Конструкторско-технологическое проектирование на основе единой модели объекта.
  • Интеллектуальное моделирование технологических процессов и прогнозирование свойств изделий.

Таким образом, одно из основных научных направлений развития технологии машиностроения лежит в сфере его информатизации, т.е. использование информационных технологий в первую очередь для научного обобщения представления тех знаний и накопленного опыта, которые раньше были не формализованы и не могли быть представлены как научные положения.

Интенсивное развитие научных основ технологии, переход к модельному представлению отдельных технологических процессов позволит значительно ускорить развитие производственных технологий за счет проведения более глубоких исследовательских работ, более полного прогнозирования получаемых результатов. В ближайшее время следует ожидать ускоренного развития технологических наук и, в связи с этим, развития новых технологических процессов (ТП), новых методов проектирования изделий и конструкций, появления новых перспективных машин, технологий форм организации производств.

Однако, этим не ограничиваются возможности информатизации технологии. Другим направлением ее использования является передача большей части функциональных задач, решаемых при проектировании и реализации технологических процессов, не аппаратным, техническим средствам, а информационным программным или программно-аппаратным средствам. В частности, большое развитие получит теория управления технологическими процессами на основе интеллектуальных, адаптивных систем управления, самообучающегося производства и т.п., т.е. на основе использования информационных моделей, представляющих наши знания.

Очевидно, такое направление требует не только представление имеющихся знаний в новой форме для возможности управления, но и некоторый пересмотр имеющихся разработок в области производственных технологий с точки зрения более эффективного использования моделей для выявления их возможностей, организации управления. В частности, новые возможности открываются в управлении процессом получения изделий методами пластического деформирования, управлении процессом резания, сварки, плазменного напыления, изготовления изделий из композиционных материалов и др. с точки зрения обеспечения оптимальности процесса, приспособления к заданным условиям.

Следует особо подчеркнуть, что информатизация, интеллектуализация производства не снижают а, напротив, повышают значение предметного специалиста. Основу автоматизированных систем составляют не алгоритмы и программные продукты, а знания специалистов, представленные в виде моделей. Системные аналитики создают аппарат для комфортной работы специалиста и организации им самим своего рабочего места. Упрощается процесс формализации знаний специалиста и, следовательно, расширяются возможности научного, аналитического исследования процессов в областях, где ранее полностью господствовал эксперимент.

В перспективе интеллектуальный потенциал предприятия будет создаваться специалистами предприятия и храниться на электронных носителях. Это в значительной степени повысит защищенность предприятия от временной текучести кадров, их старения. Конечно, первичным в системе рабочий технологический процесс (ТП) – информационное обеспечение останется рабочий ТП. Но информационные технологии обеспечивают наилучшие возможности его использования, часто принципиально изменяя их, или открывают новые области применения.

К интеллектуальным производствам 21го века

Информатизация одно из основных, но далеко не единственное направление развития машиностроительных технологий. Среди перспективных направлений развития науки технологии машиностроения можно назвать:

  • развитие высокоэнергетических технологических процессов;
  • создание технологических процессов обеспечивающих высокую и сверхвысокую точность изделий – нанотехнологии, (точность обеспечивается на молекулярном уровне);
  • широкое внедрение комбинированных технологических процессов;
  • развитие лучевых методов обработки, контроля, изменения свойств материала;
  • разработка безотходных технологий для получения высокоточных изделий;
  • высокоскоростные методы обработки.

Каждое из этих направлений имеет важнейшее значение в развитии технологии машиностроения XXI-века. Однако в этом перечне информатизация занимает особое место, во-первых, в связи с тем, что она интенсифицирует каждое из этих направлений, во-вторых, потому что в общем цикле развития технологий информатизация технологий является новым направлением, пока еще не достаточно развитым для равноправного обеспечения совместно с производственными технологиями новых технологический процессов. Поэтому на первых этапах развития технологии XXI-века информационные технологии будут иметь приоритетное значение. И рубль вложений в развитие информационных технологий приносит большую прибыльность, чем развитие других направлений технологии машиностроения.

Информатизация машиностроительных технологий означает, что на рубеже 21 века закончился 200-летний период “тейлоризма” индустриального производства с его неразрешимыми парадоксами. Концепция “тейлоризма” основана на глубоко эшелонированном пооперационном разделении труда исполнителей, их жесткой специализации и, как следствие, снижению интеллектуального уровня производственных задач. Главным стратегическим и наиболее ценным ресурсом при этом оказывались не люди, а технологические машины, изначально призванные облегчить труд людей.

Концепция “информатизации” производства, напротив, основана на интеграции производственных задач, усилении интеллектуальной составляющей, востребованности творческого потенциала исполнителей. Новая эра “информатизации” производства требует разработки базовых принципов организации производства в век информатизации. В настоящее время ведутся интенсивные поиски и разработки, реализованы отдельные принципы, производственные и информационные технологии, которые и должны, вероятно в первые 10 - 20 лет нового века лечь в основу научных основ интеллектуальных производств. Если учесть, что система Ф. Тейлора появилась через 100 лет после начала индустриальной эры, то это не такое уж большое запаздывание.

Но чтобы ускорить переход к таким производствам и не отстать от научно-технического развития индустриальных мировых держав, мы уже сегодня должны готовить научную и, что особенно важно, кадровую базу для таких производств. Интеллектуализация производств приводит к появлению новых инженерных специальностей и специализаций, изменению квалификационных требований. Создание и эксплуатация каждого предприятия требует, по нашему мнению, совместного участия нескольких категорий инженеров:

Инженера – предметного специалиста, профессионала в своей технической области, умеющего формализовать свои знания для ввода в ЭВМ и программно организовать свое автоматизированное рабочее место с помощью интеллектуального инструментария.

Инженера по знаниям (brainware engineer) – специалиста в области формализации представления знаний, их получения, обработки, хранения, передачи, развития.

Инженера-системного аналитика – специалиста по созданию интеллектуальных автоматизированных систем или подсистем отдельного предприятия; разработки их состава, архитектуры общих принципов организации, этапности реализации на основе выбранного инструментария.

Инженера-администратора проекта (или менеджера проекта) – специалиста, координирующего работу инженерной команды по разработки проекта в режиме параллельного проектирования.

Инженера-программиста (software engineer) – специалиста в области создания общего и специального программного обеспечения на алгоритмических языках высокого уровня.

Инженера электроника (hardware engineer) – специалиста по организации и эксплуатации вычислительных сетей.

Выводы

  • Окончание 20-го века в области машиностроения характеризуется формированием технологии машиностроения как равнозначного сочетания производственных технологий и информационных технологий инжиниринга.
  • Это предполагает переход в 21-м веке от Тейлоровской индустриальной эры к эре интеллектуальных производств с приоритетным развитием в начале века информационной составляющей машиностроительных технологий.
  • Для сохранения статуса промышленно развитой державы, обеспечения национальной безопасности, создания машиностроительной базы подъема экономики России необходимо создание отечественной отрасли: Информационные технологии инжиниринга.
  • Перспективное развитие машиностроительных технологий 21-го века требует в ближайшие 10 – 15 лет разработки их методологических, научных и информационных основ.
  • Важнейшей задачей Технических Университетов, ВТУЗов и академических институтов страны является создание кадрового инженерно-технического обеспечения интеллектуальных производств 21-го века.
  • В настоящее время в мировых научно-технических центрах ИТИ происходит этапный переход к новому поколению программно-методического обеспечения предприятий – интеллектуальным ПМК. Государства, которые смогут решить эту проблему в течении 4-х – 6-ти лет имеют шансы стать мировыми промышленными лидерами 21-го века.
  • В России имеется необходимый потенциал для решения этой задачи. Требуется государственное понимание важности этой проблемы, государственная поддержка в организации работ, желание, понимание и интенсивная работа ученых, научно-технических работников.
  • Показаны основные возможные научные, технические и организационные направления решения стоящих задач.

Литература

  1. Горнев В.Ф. Компьютерно-ориентированные обучающие технологии в инженерной подготовке. – М., 1998. – 52с. – НИИВО: Вып.12.
  2. Горнев В.Ф. Проблемы и технология комплексной автоматизации// Автоматизация проектирования.– 1998. - №4 (10). – С.40-44; – 1999. - №1 (11). – С.28-36.
  3. Горнев В.Ф. Информационная интеграция производств// Компьютерная хроника. – 1999. - №3.-С.5-24.
  4. Горнев В.Ф., Ковалевский В.Б. Компьютерная интеграция и интеллектуализация производств на основе их унифицированных моделей// Программные продукты и системы. - 1998. - №3. - С.12-19.
  5. Горнев В.Ф. Информационная интеграция производств// Компьютерная хроника. – 1999. - №3.-С.5-24.
  6. Горнев В.Ф., Ковалевский В.Б. Компьютерная интеграция и интеллектуализация производств на основе их унифицированных моделей// Программные продукты и системы. - 1998. - №3. - С.12-19.
  7. Громов Г.Р.Очерки информационной технологии.-М.: ИнфоАрт.1993.–336 с.
  8. Емельянов В.В. Модели в задачах анализа и управления сложными системами и процессами// Компьютерная хроника. – 1999. - №3.-С.51-69.
  9. Емельянов В.В., Ясиновский С.И. Введение в интеллектуальное имитационное моделирование сложных дискретных систем и процессов. Язык РДО. - М.: АНВИК, 1998.
  10. Овсянников М.В., Шильников П.С. Использование стандартов CALS для информационного обеспечения агентов виртуального предприятия// Программные продукты и системы. – 1998. - №3. – С.31-38.
  11. Попов Э.В. Реинжиниринг бизнес-процессов и искусственный интеллект// Новости искусственного интеллекта. - 1996. - №4. - С.3-38.
  12. Попов Э.В. Бизнес-процесс реинжиниринг и интеллектуальное моделирование компаний// Сб. трудов V национальной конференции “Искусственныйинтеллект-96”, т.1 (Казань, сентябрь 1996). - Тверь: АИИ. - С.1-9.
  13. Тарасов В.Б. Новые стратегии реорганизации и автоматизации предприятий: на пути к интеллектуальным предприятиям// Новости искусственного интеллекта.– 1996. – №4.– С. 40-84.Тарасов В.Б. Искусственная жизнь - новая метафора для моделирования и перепроектирования предприятий// Известия ТРТУ. – 1997. – №3. – С. 87-92.
  14. Тарасов В.Б. Причины возникновения и особенности организации предприятия нового типа // Международный журнал “Проблемы теории и практики управления”. - 1998. - №1. - C.87-90.
  15. Тарасов В.Б. Предприятия XXI-го века: проблемы проектирования и управления// Автоматизация проектирования. - 1998. - №4 (10). – С.45-52.
  16. Тарасов В.Б. Концепция МетаКИП: от компьютерно интегрированного производства к Internet/ Intranet-сетям предприятий// Программные продукты и системы.– 1998.–№3.– С.19-22.
  17. Тарасов В.Б. От реинжиниринга процессов к интеллектуальным организациям// Сборник научных трудов YI национальной конференции по искусственному интеллекту КИИ’98 (Пущино, 5-11 октября 1998 г.). – Пущино: РАИИ, 1998. – С.649-657.
  18. Gornev V.F., Tarassov V.B., Soenen R., Tahon C. Virtual Enterprises: Reasons, Sources and Tools// Preprints of IFAC/IFIP Conference on Management and Control of Production and Logistics (MCPL’97, Campinas, SP, Brazil, August 31-September 3 1997). - P. 53-58.
  19. Pawlak A., Cellulary W., Smirnov A.V. et al. Collaborative Engineering Based on the Web// Advances in Information Technologies: The Business Challenge// Ed. by J.-Y.Roger, B.Stanford-Smith, P.T.Kidd. – IOS Press, 1998. – P.434-441.
  20. Tarassov V.B., Soenen R. A Basic Multi-Agent Structure for Virtual Enterprise Modeling// Preprints of the 4th IFAC Workshop on Intelligent Manufacturing Systems (IMS’97, Seoul, Korea, July 22-23 1997). - P. 323-328.

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Оборудование для литья по выплавляемым моделям ЛВМ Оборудование для литья по выплавляемым моделям ЛВМ:
Шприц-машина для восковых моделей
Бойлерклав
Установка отделения керамики
Пескосып и смеситель
+ 86 152 532 57083