Товажнянский Л.Л., Грабченко А.И. и др. Интегрированные технологии ускоренного прототипирования и изготовления

Подождите немного. Документ загружается.

потенциал в большей степени зависит от того, в каких

масштабах и в каких отраслях экономики там применяются

высокие интегрированные технологии, насколько стали

«прозрачными» и «взаимопроницаемыми» для идей и их

реализации «перегородки» между всеми участниками

процесса создания продукции – от идеи до выхода ее на

рынок, какова степень интеграции их знаний, умений, опыта,

материальных ресурсов, основных фондов и т. д. [8, 24].

Стремительно развивающаяся глобализация приводит к

объединению усилий все более широкого круга предприятий,

при этом каждое из них концентрируется на своей основной

компетенции, в результате чего параллельно в разработке

участвуют главное предприятие-разработчик, поставщики

систем и компонентов, производители станков и

оборудования, научно-исследовательские институты, т. е.

зарождается своеобразная гармоничная культура отношений

между альянсами, в том числе мировыми.

Каждое изделие машиностроения, поставляемое в

условиях жесткой конкуренции на внутренний и в

особенности на внешний рынок, должно обладать новым

уровнем свойств и отвечать все возрастающим

требованиям, предъявляемым потенциальным потребителем

к функциональным, экологическим и эстетическим

свойствам.

Эти тенденции повышения требований к качеству

изделий нашли свое отражение в международных стандартах

ISO-9000. Получение такого уровня изделий все больше

связывают с нетрадиционными конструкторскими и

технологическими решениями, реализация которых не всегда

возможна на основе использования технологии,

оборудования, оснастки общего назначения и т. д., т. е. на

основе всего того, что составляет суть традиционных

технологий (конвенциальных).

В связи с этим все большее внимание специалистов

привлекают нетрадиционные технологии, созданию которых

предшествует накопление обширных данных

фундаментальных и прикладных наук. В отличие от

традиционных, чаще аналоговых, такие технологии называют

«наукоемкими», «прецизионными», «ультрапрецизионными»,

«нанотехноло-гиями» и др. Эти названия новых технологий

связаны с тем или иным признаком технологического

процесса или свойствами изделия, который принят авторами

в качестве определяющего, при этом во внимание чаще всего

берется предельная точность, обеспечиваемая данным

рабочим процессом.

Термин «нанотехнология» используется для

определения систем оборудования и технологий

интегрированного производства, которые обеспечивают

обработку с точностью порядка 1 нм. В более широком плане

«нанотехнология занимается системами, новые функции и

свойства которых зависят только от наноэффектов их

компонентов», как звучит академическое определение

понятия, которое дает союз немецких инженеров. Известно,

например, что в мир микроизделий могут вести два пути:

можно из массивной заготовки, например, из кремния

шлифованием получать необходимое точное миниатюрное

изделие. По этому принципу функционирует системная

техника, которая в основном занимается структурами

размеров от мм до мкм. Другой возможный путь: берутся

отдельные атомы, молекулы или частички из них, которые

как кирпичики создают желаемую структуру. Этот принцип

применяется в нанотехнологии, которая занимается

структурами размеров до нанометров (млн. доля мм). Таким

образом, термины, применяемые к новым технологиям, не

являются исчерпывающими, т. к. не отражают всей

многосложности и емкости новых технологий, всего спектра

и нового уровня функциональных и других свойств макро- и

микроизделий.

Представляется, что независимо от используемой

терминологии, все эти технологии объективно представляют

собой составляющие единого, самостоятельного направления

в рамках общей технологии машино- и приборостроения,

суть которого более полно отражается в понятии высокие

технологии.

Высокими следует считать такие технологии,

которые, обладая совокупностью основных признаков –

наукоемкость, системность, физическое и математическое

моделирование с целью структурно-параметрической

оптимизации, высокоэффективный рабочий процесс

размерной обработки, компьютерная технологическая среда

и автоматизация всех этапов разработки и реализации,

устойчивость и надежность, экологическая чистота, - при

соответствующем техническом и кадровом обеспечении

(прецизионное оборудование, оснастка и инструмент,

определенный характер рабочей технологической среды,

система диагностики, компьютерная сеть управления и

специализированная подготовка персонала), гарантируют

получение изделий, обладающих новым уровнем

функциональных, эстетических и экологических свойств [21].

Понятие «высокие технологии» применительно к

машиностроению выкристаллизовалось позже, чем в других

отраслях, например, в микроэлектронике. Но, еще раз

подчеркнем, оно уже само по себе включает обязательное

наличие сочетания, совокупности целого ряда признаков,

отражающих достижения различных отраслей знаний, таких,

как наукоемкость, устойчивость, надежность, компьютерная

технологическая среда, виртуальный инжиниринг, наличие

самообучающихся систем искусственного интеллекта в

процессах конструирования, планирования и сборки,

нетрадиционное использование физических, химических и

др. эффектов и явлений, прецизионное оборудование,

оснастка, инструмент, системы диагностики, новые

материалы и др. (рис. 3).

Следовательно, высокие технологии по своей сути

являются интегрированными.

Высокие

технологии

в машино-

строении

Новые

конструкционные

материалы

Новые

инструментальные

материалы

Виртуальный

инжениринг

Моделирование

Оптимизация

Системность

Наукоемкость

Экологическая

ориентация

Устойчивость

Надежность

Компьютерная

технологическая

среда

Технический

интеллект

Специализированн

ая

подготовка

персонала

Прецизионность

Целевые рабочие

процессы

Производи-

тельность

Гарантированное получение изделий, обладающих

принципиально новым уровнем функциональных,

эстетических и экологических свойств

Рисунок 3 – К понятию «высокие технологии»

Именно новый уровень функциональных, эстетических и

экологических свойств изделий при соблюдении

экономической целесообразности интересует потребителя.

Именно этим гарантируется конкурентоспособность новой

продукции.

Предпосылками создания интегрированных технологий

следует считать повышение наукоемкости отраслевых

технологий, возможность реализации системного подхода,

тотальной компьютеризации технологий и производств

(ориентация в пределе на CALS-технологии),

совершенствование производственных структур и управления

(рис. 4). Составляющими интегрированных технологий

являются конвенциональные, разъединительные,

соединительные, перераспределительные и генеративные

технологии.

Кон венци ональны й уровень

У ровень вы соких технологий

Качество

Конвенциональные

технологии

Высокие

интегрированные

технологии

Производите-

льность

Рисунок 4 – Области конвенциональных и высоких

интегрированных технологий

В целом ведущая объединяющая идея, разработка и

реализация интегрированной технологии становятся

возможными тогда, когда в каждой из интегрируемых

областей науки, техники, технологии, материаловедения и

т. д. достигнут необходимый новый уровень развития как

главной предпосылки.

Интегрированные технологии базируются на

органическом сочетании последних достижений в различных

областях науки, техники, технологий, информатики,

материаловедения и др., использование которого

обеспечивает быстрое получение нового продукта с

принципиально иным уровнем функциональных, эстетических

и экологических свойств, гарантирующим ему высокую

конкурентоспособность на рынке.

Международная интеграция в области товаров

промышленного назначения и в сфере услуг «все в большей

степени определяется своевременным, ориентированным на

потребителя и не требующим больших затрат товарным

воплощением новых технологий или их комбинаций, их

интеграций в конкурентоспособные на мировом рынке

компоненты, изделия, процессы и системы». (Шнайдер Д.).

На рынках, характеризующихся бурным турбулентным

развитием, непрерывно происходят технологические скачки,

при которых существующие технологии вытесняются

новыми. Высокие технологии отличаются особенно

сильными скачками в сменах, прерывистостью

технологического развития.

Все возрастающие и все более дифференцирующиеся

требования в области индустриального производства, охраны

окружающей среды, охраны здоровья и безопасности

деятельности человека требуют роста объема необходимых

инноваций, слияния, интеграции различных технологий. В

процессе создания высокотехнологичных изделий

включается не одно новейшее технологическое решение. В

результате технологии, ранее четко разграниченные и,

казалось, далеко отстоящие друг от друга, сближаются,

сливаются и формируют интегрированный технологический

процесс.

Новые технологии – главная движущая сила

конкурентной борьбы.

С учетом принятого деления технологий по потенциалу

конкурентоспособности на новые, прогрессивные, ключевые

базовые и вытесняемые, можно полагать, что

интегрированные технологии могут играть существенную

роль как прогрессивные и ключевые. Именно

интегрированные технологии способны предложить такой

уровень функциональных, экологических и эстетических

свойств изделий, который другими существующими

(базовыми) технологиями обеспечить невозможно.

Время рассматривается как стратегическое оружие в

конкурентной борьбе, как эквивалент финансов, качества,

производительности. Секрет успеха перемещается от

стоимости, основанной на времени, к стратегиям,

основанным на новых технологиях, т. к. именно новые

технологии, новые рабочие процессы, прежде всего

интегрированные, позволяют не жертвовать ни

стоимостью, ни качеством при завоевании рынка и быстром

реагировании на его все новые требования.

Конвенциональные (традиционные) технологии по сути

своей не в состоянии обеспечить принципиально новый

уровень свойств изделий, решение этой задачи требует

перехода в иную область, определяемую совершенно иными

характеристиками качества (рис. 4). При этом область

высоких интегрированных технологий может лежать в более

широком интервале производительности, чем для технологий

конвенциональных, а диапазон свойств существенно уже, но

их характеристики качества естественно выгодно

отличаются.

В настоящее время можно выделить 3 направления

создания интегрированных технологий, которые базируются

на:

1. генеративных методах изготовления;

2. усовершенствованных традиционных методах –

высокоскоростное и сверхскоростное резание,

прецизионная и ультрапрецизионная обработка и др.;

3. комбинированных методах, сочетающих различные

физико-химические эффекты и способы обработки,

сочетании 1 и 2 направлений.

Степень разработки, области и объемы реализации

каждого из указанных направлений различны, как и различны

интегрирующие их идеи. Но следует учитывать то

обстоятельство, что высокие интегрированные технологии

строго ориентированы на определенный объект

производства, а, значит, имеют более узкий спектр по

сравнению с конвенциональными технологиями.

Создать по настоящему инновационный продукт,

отвечающий требованиям рынка, можно только на основе

новых технологических разработок. В настоящее время

конкуренция между предприятиями все в большей степени

определяется конкуренцией используемых технологий, т. е.

технологической конкуренцией.

Наряду с традиционными (конвенциальными)

технологиями изготовления, основанными на разделении

объемов припуска и собственно детали, в последние

десятилетия получили мощное развитие генеративные

технологии.

3. КОНЦЕПЦИЯ ТРЕХ УРОВНЕЙ

ГЕНЕРАТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

3.1. Генеративные технологии и их уровни

Понятие «генеративные технологии» происходит от

латинского «generari», что означает «вырастать», и отражает

принципиальное отличие от традиционных технологий

изготовления сначала заготовок, а затем последующей

обработки их с целью отделения объема материала,

составляющего припуск, резанием, штамповкой,

электроэрозией, лазером и др. способами,

обуславливающими заведомо низкий коэффициент

использования материала.

В соответствии с предложенной концепцией, к

генеративным относятся технологии, базирующие

изготовление изделий не на отделении объемов,

составляющих припуск, а на послойном наращивании

объектов до достижения требуемых их характеристик на

макро-, микро- и наноуровнях и конструировании физической

поверхности.

Генеративные технологии (ГТ) по своей сути являются

своеобразным отражением в технике и технологии тех

процессов, которые происходят в природных условиях в

растительном мире. В процессе роста растение формирует

только необходимые для его роста части – корни, стебель,

листья, цветы, плоды. Кольца роста на срезе ствола дерева

свидетельствуют – все части растения наращиваются

послойно.

С точки зрения формообразования природа дает пример

исключительно бережливых, чрезвычайно экономичных

процессов. Здесь уместно привести аналогию структуры

приповерхностных слоев растений и промышленных изделий,

получаемых по генеративному принципу, т. е. с послойным

выращиванием (рис. 5).

Хотя идея генеративного изготовления изделий имеет