5468

Научно технический прогресс и технологии

Реферат

Производство и промышленные технологии

НТП и технология План Исторический обзор развития промышленного производства. Вклад отечественных ученых в технологию современного промышленного производства Техника и технологии в условиях НТР. Исторический обзор развития промышленного прои...

Русский

2012-12-12

182 KB

27 чел.

НТП и технология

План :

1.Исторический обзор развития промышленного производства.

2.Вклад отечественных ученых в технологию современного промышленного производства

3.Техника и технологии в условиях НТР.

Исторический обзор развития промышленного производства.   

Роль науки и техники в истории человечества

      Для людей нашего времени очевидно, что наука и техника играют в современном обществе главную, решающую роль. Однако так было далеко не всегда. Древние греки, при всей своей любви к философии, смотрели на ремесло механика, как на занятие простолюдинов, не достойное истинного ученого. Появившиеся позже мировые религии поначалу вообще отвергали науку. Один из отцов христианской церкви, Тертуллиан, утверждал, что после Евангелия ни в каком ином знании нет необходимости. Подобным образом рассуждали и мусульмане. Когда арабы захватили Александрию, они сожгли знаменитую Александрийскую библиотеку - халиф Омар заявил, что раз есть Коран, то нет нужды в других книгах. Понимание роли науки пришло лишь в эпоху Просвещения, когда Жан-Батист Кольбер, знаменитый министр Людовика XIV, создал первую Академию. С этого момента наука стала получать организационную и финансовую поддержку государства.

          Первым достижением новой науки было открытие законов механики – в том числе закона всемирного тяготения. Эти достижения вызвали восторг в обществе; Вольтер написал книгу о Ньютоне и посвятил поэму “героям-физикам”, “новым аргонавтам” науки. Философы XVIII  века - Э. Б. Кондильяк, А. В. Тюрго, Ж. А. Кондорсе - воспевали культ Разума и создали “теорию прогресса”; до этого времени никто не знал, что такое “прогресс”. В начале XIX века «теория прогресса» породила позитивизм – философию науки; эта философия утверждала, что все явления и процессы подчиняются законам, подобным законам механики, что эти законы вот-вот будут открыты, что прогресс науки решит все проблемы человечества. Действительно, промышленная революция резко изменила жизнь людей, на смену традиционному укладу сельской жизни пришло новое промышленное общество; удивительные открытия и изобретения следовали одно за другим, и мир стремительно менялся  на глазах одного поколения.  Вслед за «индустриальным обществом» родилось «постиндустриальное», а затем «технотронное» общество – и теперь трудно даже представить, куда заведет человечество технический прогресс и что нас ждет в обозримом будущем.

        Таким образом, история человечества делится на два неравных периода, первый период – это общество до промышленной революции, «традиционное общество». Второй период – это период после промышленной революции, «индустриальное общество». В «индустриальном обществе» роль науки и техники более очевидна, чем в традиционном, однако в действительности развитие традиционного общества, в конечном счете, также  определялось развитием техники.

Рождение современной науки.

Возрождение коснулось и астрономии. В 1543 году учившийся в Италии польский священник Николай Коперник издал книгу, в которой он воскресил идею Аристарха Самосского о том, что Земля вращается вокруг Солнца. Однако, как и в древние времена, эта теория не согласовывалась с наблюдениями астрономов, в частности с наблюдениями датского астронома Тихо Браге, создавшего обширные и точные астрономические таблицы. В 1609 году Иоганн Кеплер, астроном и астролог при дворе германского императора, проанализировал таблицы Тихо Браге и путем кропотливых вычислений показал, что Земля вращается вокруг Солнца – но не по кругу, а по эллипсу. Таким образом, ученые Нового времени впервые превзошли ученых Древнего мира.

       Экспериментальное подтверждение теории Кеплера было дано великим итальянским ученым Галилео Галилеем. С давних времен основным возражением против гелиоцентрической теории было то, что Луна вращается вокруг Земли – по аналогии считали, что и другие небесные тела должны вращаться вокруг Земли. В 1609 году Галилей одним из первых создал подзорную трубу и с ее помощь сделал много сенсационных для того времени открытий. Он обнаружил много новых звезд и открыл четыре спутника, вращающиеся вокруг Юпитера, -  теперь стало ясно, что Луна – это не планета, а спутник, подобный спутникам Юпитера, а планеты, в отличие от спутников, вращаются вокруг Солнца. Галилей энергично выступил в поддержку учения Коперника и был привлечен к суду инквизиции; он был вынужден, стоя на коленях, публично  отречься от своих заблуждений. Галилею тогда было уже 70 лет, и он провел остаток жизни под домашним арестом – но продолжал работать и ставить опыты. Он установил, что Аристотель был не прав, утверждая, что тяжелые тела падают быстрее легких, что пушечное ядро летит по параболе и что время колебания маятника не зависит от амплитуды. Галилей открыл закон инерции, закон равноускоренного движения и установил принцип сложения (суперпозиции) движений. Эти открытия стали началом современной механики.

         Опыты Галилея продолжал его ученик Торричелли (1608-1647), открывший вакуум, атмосферное давление и создавший первый барометр. Исследование вакуума заинтересовало ученых многих стран. Француз Блез Паскаль совершил с этим барометром восхождение на одну из гор и обнаружил, что по мере подъема атмосферное давление падает. Немец Отто Гернике и англичанин Роберт Бойль  почти одновременно изобрели воздушный насос. Бойль также установил, что объем, занимаемый газом, обратно пропорционален давлению (известный закон Бойля-Мариотта). Начатое Галилеем исследование маятника было продолжено голландцем Христианом Гюйгенсом (1629-95), который в 1657 году создал первые маятниковые часы.

        По мере развития науки решалась проблема правильного обоснования научных истин и теорем. Английский философ Фрэнсис Бэкон в сочинении «Новый Органон» (1620) дал определение индуктивного и дедуктивного методов доказательства. Французский философ Рене Декарт (1596-1650) ввел в новую науку правила математического доказательства; он настаивал на необходимости доказательства любого утверждения.  Когда у Декарта попросили доказать, что он существует, он ответил: «Я мыслю – следовательно, я существую». Декарт  первый стал изображать кривые в виде графиков функций и создал аналитическую геометрию, он ввел понятие «количество движения»  (это произведение массы на скорость – mv) и установил закон сохранения количества движения в отсутствие внешних сил.

       Идеи Декарта были восприняты Исааком Ньютоном (1643-1727). Величайшим открытием Ньютона был его «второй закон механики», утверждавший, что «изменение количества движения пропорционально приложенной силе». «Изменение количества движения» – это масса, умноженная на  производную скорости, таким образом, второй закон давал начало дифференциальному исчислению. Другим великим открытием Ньютона был закон всемирного тяготения, при доказательстве этого Ньютон использовал формулу центробежной силы, полученную ранее Гюйгенсом.

Честь создания дифференциального исчисления оспаривал у Ньютона знаменитый немецкий ученый Готфрид Лейбниц (1646-1716). Лейбниц, в частности, установил закон сохранения кинетической энергии. Работы Лейбница и Ньютона в области механики и дифференциального исчисления продолжал швейцарский ученый Иоганн Бернулли (1667-1748).

Успехи ученых привлекли внимание королей и министров. В 1666 году знаменитый министр Людовика XIV Жан-Батист Кольбер уговорил короля отпустить средства на создание Французской Академии наук. Это было восстановление традиций Александрийского Мусея, в Академии были созданы обсерватория, библиотека и исследовательские лаборатории, выпускался научный журнал. Академикам платили большое жалование; в числе академиков были такие знаменитости как Гюйгенс и Лейбниц. По примеру Людовика XIV своими Академиями поспешили обзавестись многие европейские короли. В 1710 году по инициативе Лейбница была создана  Берлинская академия. В 1724 году, незадолго до смерти, Петр I подписал указ о создании Российской академии наук. Главной знаменитостью Российской академии был ученик Бернулли знаменитый математик швейцарец Леонард Эйлер. Эйлер продолжал разработку теории дифференциальных уравнений, начатую в работах Лейбница и Бернулли. Эта теория нашла свое завершение в знаменитой книге Жозефа Лагранжа «Аналитическая механика», увидевшей свет в Париже в 1788 году.

Техника мануфактурной эпохи

Таким образом в начале XVIII века на свет родилась новая наука, теоретическая механика. В следующем столетии эта наука стала основным инструментом инженеров, рассчитывавших новые машины – но в те времена еще не было машин и ученые рассчитывали движение комет. Высшим достижением техники XVII столетия была так называемая «машина Марли»; она включала в себя 14 водяных колес диаметром 12 метров и была предназначена для обеспечения работы версальских фонтанов. Машины того времени работали с помощью приводов от водяных колес и заводы располагались у рек. Крупнейшие металлургические заводы были расположены в Швеции – в этой стране были богатые железные руды и не было недостатка в древесном угле.

В 1700 году шведский король Карл XII разгромил под Нарвой русскую армию; шведы могли бы овладеть Москвой, но шведский король двинулся в Польшу – он считал, что победа от него не  уйдет, что русские все равно ничего не смогут сделать. Карл полагал, что у русских нет хорошей железной руды, они закупали почти все качественное железо в Швеции. Однако король ошибся; незадолго до это на Урале были найдены богатейшие рудные залежи и как раз перед началом войны царь Петр приказал заложить большой завод в Каменске. Были приглашены иностранные мастера, завод строили в большой спешке; осенью 1701 года была пущена первая домна,  в 1702 году завод дал 180 пушек, а в 1703 году – почти 600 пушек  – вчетверо больше, чем было потеряно под Нарвой. Когда Карл XII  в 1708 году вторгся в Россию, его встретила мощная артиллерия; в сражении под Полтавой большая часть атакующей шведской пехоты не смогла добежать до русских шеренг – она была истреблена огнем русских пушек.  

Перенимание шведской военной техники означало для России модернизацию по европейскому образцу. Петровские реформы включали в себя создание новой промышленности, новой армии, новой государственной администрации, перенимание европейской одежды и европейских обычаев. В результате этой модернизации Россия вошла в европейский культурный круг, стала европейской страной. Уральская руда была лучше шведской, и созданная Петром уральская металлургия вскоре заняла первое место в Европе. Первым начальником уральских горных заводов был друг и сподвижник Петра голландский инженер Вильгельм де Геннин; его приемником был учившийся в Швеции Василий Никитич Татищев. Уральские доменные печи для тех времен были крупнейшими в мире, они достигали 13 метров в высоту и 4 метров в поперечнике. Русские металлурги и артиллерийские инженеры вскоре превзошли своих учителей-иностранцев; в 1757 году под руководством графа Петра Шувалова было создано лучшее артиллерийское орудие тех времен, гаубица «единорог». В 1759 году в битве при Кунерсдорфе «единороги» расстреляли армию прусского короля Фридриха II. Единорог стал новым оружием России, появление которого породило волну русских завоеваний; в начале XIX века границы России достигли Дуная и Вислы.

В то время как исход войн на суше определяла артиллерия, исход войн на море определялся совершенством конструкции кораблей. Конец  XVI века был ознаменован новым фундаментальным открытием, изменившим судьбы народов, - изобретением голландского флайта. Флайт намного превосходил испанские каравеллы своей скоростью и маневренностью – и он подарил голландцам господство на морях. В 1598 году голландский флот прорвался в Индийский океан, в воды, где до тех пор господствовали португальцы и испанцы. В течение двадцати лет голландцы изгнали с морей всех соперников и захватили в свои руки почти всю морскую торговлю. Колоссальные прибыли от монопольной посреднической торговли подарили Голландии богатства, сделавшие ее символом буржуазного процветания. Капиталы купцов вкладывались в промышленность; тысячи мануфактур работали на сырье, привозимом из других стран и вывозили свою продукцию на европейские рынки.

Европейские страны – прежде всего Англия и Франция – старались избавиться от голландского посредничества и завести свой океанский флот.  Англичане одержали победу благодаря своим достижениям в кораблестроении; в 1637 году корабельный мастер Финеас Петт построил первый трехпалубный линейный корабль «Ройял Соверен».  Это был  самый большой корабль тех времен, он имел водоизмещение 1700 тонн и 126 пушек. К концу столетия Англия имела больше ста линейных кораблей. Английский флот господствовал на морях, Англия сменила Голландию и захватила в свои руки посредническую торговлю. Голландские купцы переселялись со своими капиталами в Лондон, принимали английские имена и становились  английскими купцами. Англия стала процветающей торговой державой – и гарантом этого процветания был линейный корабль, изобретение Финеаса Петта.

Промышленная революция

Торговое процветание привело к обогащению английских купцов, к появлению избыточных капиталов, которые требовали помещения в какое-нибудь дело. С другой стороны, в результате эмиграции в Америку Англия испытывала недостаток рабочей силы. Мы помним, что в аналогичных обстоятельствах афинские капиталисты покупали для своих мастерских рабов -  англичане попытались возместить нехватку рабочей силы введением машин. Попытки использования на мануфактурах машин имели место и раньше – первым примером такого рода была шелкомотальная машина итальянского механика Франческо Боридано, созданная еще в XIII веке; эта машина приводилась в движение водяным колесом и заменяла 400 рабочих. Этот пример показывает что промышленная революция могла произойти гораздо раньше - однако машина Боридано осталась уникальным примером потому, что внедрение техники наталкивалось на противодействие ремесленников, которые боялись потерять работу.  В 1579 году в Данциге был казнен механик, создавший лентоткацкий станок. В 1598 году из Англии был вынужден бежать изобретатель вязальной машины Вильям Ли. В 1733 году ткач Джон Кей изобрел «летающий челнок», он подвергся преследованиям ткачей, его дом был разгромлен, и он был вынужден бежать во Францию. В 1769 году Ричард Аркрайт запатентовал прядильную ватерную машину, рассчитанную на водяной привод – с этого момента машины стали использоваться на мануфактурах и изобретатели получили поддержку могущественных владельцев крупных капиталов.

Первые машины создавались механиками-самоучками, они изготавливались из дерева и не требовали инженерных расчетов. Техника развивалась независимо от науки. После того как сопротивление противников машин стало ослабевать, новые машины стали появляться одна за другой. В 1774-1779 годах Самуэл Кромптон сконструировал прядильную мюль-машину, выпускавшую более качественную ткань, чем машина Аркрайта. В 1784 году Эдмунд Картрайт создал ткацкий станок, который увеличил производительность ткачей в 40 раз.

Промышленная революция была сложным процессом, происходившим одновременно в различных отраслях промышленности. В горной промышленности одной из основных производственных проблем была откачка воды из шахт. В 1698 году англичанин Севери создал машину, использовавшую для этой цели силу пара; в 1712 Томас Ньюкомен усовершенствовал эту машину, снабдив ее цилиндром и поршнем. В машине Ньюкомена находившийся в цилиндре пар конденсировался впрыскиванием воды, в цилиндре создавалось разряжение, и поршень втягивался внутрь цилиндра под воздействием атмосферного давления. К 1770 годам в Англии работало уже около 200 машин Ньюкомена, однако они имели неравномерный ход, часто ломались и использовались только на шахтах. В разных странах делались попытки усовершенствовать эти машины; в частности, России механик И.И. Ползунов построил двухцилиндровую машину аналогичного устройства. В 1763 году к работе по усовершенствованию машины Ньюкомена приступил Джеймс Уатт. В то время Уатт был лаборантом университета в Глазго и ему поручили отремонтировать сломавшуюся модель машины Ньюкомена. Разобравшись в недостатках модели, Уатт создал  машину, принципиально отличавшуюся от нее; во-первых, поршень в машине Уатта двигало не атмосферное давление, а пар, впускавшийся из парового котла; во-вторых, после завершения хода поршня отработанный пар выводился в специальный конденсатор. В 1769 году Уатт взял патент на свою машину, но специалисты утверждали, что идея Уатта не может быть практически реализована: при тогдашней технике невозможно было обточить математически правильный паровой цилиндр. Уатту повезло, что как раз в это время была создана совершенная машина, предназначенная для высверливания стволов пушек. Уатту удалось привлечь к делу крупного фабриканта Мэтью Болтона, который ради этой идеи поставил на карту все свое состояние. В 1775 году на заводе Болтона в Бирмингеме было налажено производство паровых машин; однако только через десять лет это производство стало давать ощутимую прибыль. В 1784 году Уатт запатентовал паровую машину двойного действия, в котором пар поочередно толкал поршень с двух сторон; в этой машине был применен центробежный регулятор, автоматически поддерживавший заданное число оборотов.  

В первых двигателях Уатта давление в цилиндре лишь немного превышало атмосферное. В 1804 году инженер А. Вулф запатентовал машину, работающую при давлении 3-4 атмосферы, повысив к.п.д. более чем в 3 раза. Массовое производство паровых машин было невозможно без точных токарных станков; решающий шаг в этом направлении был сделан механиком Генри Модсли, который создал самоходный суппорт. С этого времени стало возможным  изготовление деталей с допуском в доли миллиметра – это было начало современного машиностроения. Возникновение машин вызвало потребность в металле. Раньше чугун плавили на древесном угле, а лесов в Англии почти не осталось. В 1785 году Генри Корт изобрел способ производства чугуна на каменном угле. Добыча угля стала одной из основных отраслей промышленности.

Уже вскоре после появления паровой машины начались попытки создания пароходов. В 1802 году американец ирландского происхождения  Роберт Фултон построил в Париже небольшую лодку с паровым двигателем и продемонстрировал ее членам Французской Академии. Однако ни академики, ни Наполеон, которому Фултон предлагал свое изобретение, не заинтересовались идей парохода. Фултон вернулся в Америку и на деньги своего друга и покровителя Ливингстона построил пароход «Клермонт»; машина для этого парохода была изготовлена на заводе Уатта. В 1807 году «Клермонт» под восторженные крики зрителей совершил первый рейс по Гудзону - но не нашлось ни одного смельчака, который захотел бы стать пассажиром нового судна. Через четыре года Фултон и Ливингстон были уже владельцами пароходной компании, через девять лет в Америке было 300 пароходов, а в Англии - 150. В 1819 году американский пароход «Саванна» пересек Атлантический океан, а в 1830-х годах начинает действовать первая регулярная трансатлантическая пароходная линия. На этой линии курсировал самый большой по тем временам пароход «Грейт Уэстерн», имевший водоизмещение 2 тыс. тонн и паровую машину мощностью 400 лошадиных сил.  Через двадцать лет пароходы стали гораздо больше: плававший в Индию пароход «Грейт Истерн» имел водоизмещение 27 тыс. тонн и две машины общей мощностью 7,5 тыс. л. с.

Одновременно со строительством пароходов делались попытки создания паровой повозки. На многих рудниках существовали рельсовые пути, по которым лошади тащили вагонетки с рудой. В 1803 году механик Ричард Тревитик построил первый паровоз, заменивший лошадей на одной из рельсовых дорог в Уэльсе – однако Тревитику не удалось получить поддержку предпринимателей. Пытаясь привлечь внимание к своему изобретению, Тревитик устроил аттракцион с использованием паровоза, но в конце концов, разорился и умер в нищете. Судьба была более благосклонна к Джорджу Стефенсону, механику-самоучке, получившему заказ на постройку локомотива для одной из шахт близ Ньюкасла. В 1815 году Стефенсон построил свой первый паровоз, а затем руководил строительством железной дороги длиной более 50 км. Главной идеей Стефенсона было выравнивание пути с помощью создания насыпей и прорезки выемок, таким  образом достигалась высокая скорость движения. В 1830 году Стефенсон завершил строительство первой большой железной дороги между городами Манчестер и Ливерпуль; для этой дороги он сконструировал паровоз «Ракета», на котором впервые применил трубчатый паровой котел. «Ракета» везла вагон с пассажирами со скоростью 60 км/час; выгоды от дороги были таковы, что Стефенсону сразу же предложили руководить строительством дороги через всю Англию от Манчестера до Лондона. Позже Стефенсон строил железные дороги  в Бельгии и в Испании. В 1832 году была пущена первая железная дорога во Франции, немного позже – в Германии и США; локомотивы для этих дорог изготовлялись на заводе Стефенсона в Англии. 

Появление станков, паровых машин, паровозов и пароходов коренным образом изменило жизнь людей.  Появление фабрик, выпускающих огромное количество дешевых тканей, разорило ремесленников, которые работали на дому или на мануфактурах. В 1811 году в Ноттингеме вспыхнуло восстание ремесленников, которые ломали машины на фабриках – их называли «луддитами». Восстание было подавлено. Разоренные ремесленники были вынуждены уезжать в Америку или идти работать на фабрики. Труд рабочего на фабрике был менее квалифицированным, чем труд ремесленника, фабриканты часто нанимали женщин и детей, за 12-15 часов работы платили гроши. Было много безработных и нищих, после голодных бунтов 1795 года им стали платить пособия, которых  хватало на две булки хлеба в день. Население стекалось к фабрикам, и фабричные поселки вскоре превращались в огромные города; в 1844 году в Лондоне было 2,5 млн. жителей, причем рабочие жили в перенаселенных домах, где в одной комнатке, часто без  камина, теснилось по несколько семей. Рабочие составляли большую часть населения Англии; это было новое индустриальное общество, не похожее на Англию XVIII века.

Основной отраслью английской промышленности в первой половине XIX века было производство хлопчатобумажных тканей. Новые машины позволяли получать 300 и более процентов прибыли в год и выпускать дешевые ткани, которые продавались по всему миру. Это был колоссальный промышленный бум, производство тканей увеличилось в десятки раз. Однако для новых фабрик требовалось сырье – хлопок; поначалу хлопок был дорог из-за того, что его очистка производилась вручную. В 1806 году американец Эли Уитни создал хлопкоочистительную машину; после этого в южных штатах наступила “эра хлопка”, здесь создавались огромные хлопковые плантации, на которых работали рабы-негры. Таким образом расцвет американского рабства оказался непосредственно связан с промышленной революцией.

К 1840-м годам Англия превратилась в «мастерскую мира», на ее долю приходилось более половины производства металла и хлопчатобумажных  тканей, основная часть производства машин. Дешевые английские ткани заполнили весь мир и разорили ремесленников не только в Англии, но и во многих странах Европы и Азии. В Индии от голода погибли миллионы ткачей; вымерли многие большие ремесленные города, такие как Дакка и Ахмадабад. Доходы, на которые раньше существовали ремесленники Европы и Азии, теперь уходили в Англию. Многие государства пытались закрыться от английской товарной  интервенции – в ответ Англия провозгласила «свободу торговли»; она всячески – зачастую с использованием военной силы - добивалась снятия протекционистских таможенных барьеров, «открытия» других стран для английских товаров.

В 1870-х годах в развитии мировой экономики наступил знаменательный перелом, этот перелом был связан с колоссальным расширением мирового рынка. В предыдущий период масштабное строительство железных дорог привело к включению в мировую торговлю обширных континентальных областей; появление пароходов намного удешевило перевозки по морю. На рынки огромным потоком хлынула американская и русская пшеница – цены на пшеницу упали в полтора, в два  раза. Эти события традиционно называют «мировым аграрным кризисом». Они привели к разорению многих помещиков в Европе – но вместе с тем обеспечили дешевым хлебом миллионы рабочих. С этого времени наметилась промышленная специализация Европы: многие европейские государства теперь жили за счет обмена своих промышленных товаров на продовольствие. Рост населения больше не сдерживался размером пахотных земель; бедствия и кризисы, порождаемые перенаселением, ушли в прошлое. На смену прежним законам истории пришли законы нового индустриального общества. 

Промышленная революция дала в руки европейцев новое оружие – винтовки и стальные пушки. Уже давно было известно, что ружья с нарезами в канале ствола придают пуле вращение, отчего дальность увеличивается вдвое, а кучность в 12 раз. Однако зарядить такое ружье с дула стоило немалого труда, и скорострельность была очень низкой, не более одного выстрела в минуту. В 1808 году по заказу Наполеона французский оружейник Поли создал казнозарядное ружье; в бумажном патроне помещались порох и затравка, взрываемая уколом игольчатого ударника. Если бы Наполеон вовремя получил такие ружья, он был бы непобедим – но дело в том, что изготовление казенного затвора требовало ювелирной точности, а у  Поли не было высокоточного токарного станка. Позже, когда появился станок с суппортом Модсли, помощник Поли, немец Дрейзе сконструировал игольчатое ружье, которое было в 1841 году принято на вооружение прусской армии. Ружье Дрезе делало 9 выстрелов в минуту – в 5 раз больше, чем гладкоствольные ружья других армий. Дальность выстрела составляла 800 метров – втрое больше, чем у других ружей.

Одновременно произошла еще одна революция в военном деле, вызванная появлением стальных пушек. Чугун был слишком хрупок и чугунные пушки часто разрывались при выстреле; стальные пушки позволяли использовать значительно более мощный заряд. В 1850-х годах английский изобретатель и предприниматель Генри Бессемер изобрел бессемеровский конвертер, а в 60-х годах французский инженер Эмиль Мартен создал мартеновскую печь. После этого было налажено промышленное производство стали и производство стальных пушек. В России первые стальные пушки были изготовлены на златоустовском заводе под руководством П. М. Обухова; затем было организовано производство на заводе Обухова в Петербурге. Наибольших успехов в производстве артиллерийских орудий достиг немецкий промышленник Альфред Крупп, в 60-х годах Крупп наладил массовое производство казнозарядных нарезных орудий. Винтовки Дрейзе и пушки Круппа обеспечили победы Пруссии в войнах с Австрией и Францией – могущественная Германская империя была обязана своим рождением этому новому оружию. 

Изобретение ткацкого станка, паровой машины, паровоза, парохода, винтовки и скорострельной стальные пушки – все это были фундаментальные открытия, которые вызвали появление нового культурного круга  - того общества, которое называют промышленной цивилизацией. Волна новой культуры исходила из Англии; она быстро  охватила европейские государства – прежде всего Францию и Германию. В Европе началась быстрая модернизация по английскому образцу, на первой стадии она включала заимствование техники – станков, паровых машин, железных дорог. Вторая стадия включала политические преобразования – в 1848 году  Европу охватила волна революций, знаменем которых являлось свержение монархий и парламентские реформы по английскому образцу. Россия попыталась противиться этой модернизации – началась война с Англией и Францией, и винтовки заставили Россию вступить на путь реформ. В 60-х годах культурная экспансия промышленной цивилизации сменилась военной экспансией – фундаментальное открытие всегда порождает волну завоеваний. Началась эпоха колониальных войн; в конечном счете весь мир оказался поделенным между промышленными державами. Англия, воспользовавшись своим первенством, создала огромную колониальную империю с населением в 390 млн. человек.

Наука в период промышленного переворота.

      Изобретатели машин, произведших промышленную революцию, не были учеными, это были мастера-самоучки. Некоторые из них были неграмотны; к примеру, Стефенсон научился читать в 18 лет. В период промышленного переворота наука и техника развивались независимо друг от друга. В особенности это касалось математики, в это время появился векторный анализ, французский математик О. Коши создал теорию функций комплексного переменного, а англичанин У. Гамильтон и немец Г. Грасман создали векторную алгебру. В работах Лапласа, Лежандра и Пуассона была разработана теория вероятностей. Основные достижения физики были связаны с исследованием электричества и магнетизма. На рубеже XVIII-XX веков итальянский физик Вольта создал гальваническую батарею; такого рода батареи долгое время были единственным источником электрического тока и необходимым элементом всех опытов. В 1820 году датский физик Г. Эрстед обнаружил, что электрический ток воздействует на магнитную стрелку, затем француз А. Ампер установил, что вокруг проводника появляется магнитное поле и между двумя проводниками возникают силы притяжения или отталкивания. В 1831 году Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции. Это явление состоит в том, что если замкнутый проводник при своем перемещении пересекает магнитные силовые линии, то в нем возбуждается электрический ток. В 1833 году работавший в России немецкий  ученый Эмилий Ленц создал общую теорию электромагнитной индукции. В 1841 году Джоуль исследовал эффект выделения теплоты при прохождении электрического тока. В 1865 году выдающийся английский ученый Джеймс Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Теория электромагнетизма стала первой областью, где научные разработки стали непосредственно внедряться в технику. В 1832 году русский подданный барон П. В. Шиллинг продемонстрировал первый образец электрического телеграфа. В приборе Шиллинга импульсы электрического тока вызывали отклонение стрелки, соответствующее определенной букве. В 1837 году американец Морзе создал усовершенствованный телеграф, в котором передаваемые сообщения отмечались на бумажной ленте с помощью специальной азбуки. Однако потребовалось шесть лет прежде чем американское правительство оценило это изобретение и выделило деньги на постройку первой телеграфной линии между Вашингтоном и Балтимором. После этого телеграф стал стремительно развиваться, в 1850 году телеграфный  кабель соединил Лондон и Париж, а в 1858 году был проложен кабель через Атлантический океан.

        В конце XVIII века родилась новая наука, химия. Прежде алхимики считали что все вещества состоят из четырех элементов огня, воздуха, воды и земли. В 1789 году Антуан Лавуазье экспериментально доказал закон сохранения вещества. Затем Джон Дальтон предложил атомистическую теорию строения вещества; он утверждал, что атомы различных веществ обладают различным весом и что химические соединения образуются сочетанием атомов в определенных численных соотношениях. В 1809 году был открыт закон кратных объемов при химическом взаимодействии газов. Это явление  было объяснено Дальтоном и Гей-Люссаком как свидетельство того, что в равных объемах газа содержится одинаковое количество молекул. Позднее Авогадро выдвинул гипотезу, что в определенном объеме (скажем, кубометре) любого газа содержится одинаковое количество молекул; эта гипотеза была экспериментально подтверждена в 40-х годах французским химиком Ш. Жераром. В 1852 году английский химик Э. Фрэнкленд ввел понятие валентности, то есть числового выражения свойств атомов различных элементов вступать в химические соединения друг с другом. В 1869 году Д. И. Менделеев создал периодическую систему элементов.

Химическая промышленность в первой половине XIX  века производила в основном серную кислоту, соду и хлор. В 1785 году Клод Бертолле предложил отбеливать ткани хлорной известью. В 1842 году русский химик Николай Зинин синтезировал первый искусственный краситель, анилин. В 50-х годах немецкий химик А. Гофман и его ученик У. Перкин получили два других анилиновых красителя, розанелин и мовеин. В результате этих работ стало возможным создание анилинокрасочной промышленности, получившей быстрое развитие в Германии.  Другой важной отраслью химической промышленности было производство взрывчатых веществ. В 1845 году швейцарец Щенбейн изобрел пироксилин, а итальянец Сабреро – нитроглицерин. В 1862 году швед Альфред Нобель наладил промышленное производство нитроглицерина, а затем перешел к производству динамита.

В 1840-х годах немецкий химик Юстус Либих обосновал принципы применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве.  С этого времени началось производство суперфосфатных и калиевых удобрений, Германия стала центром европейской химической промышленности. 

Одним из достижений экспериментальной химии было создание фотографии. В XVIII веке был распространен аттракцион с использованием камеры-обскуры. Это был ящик с небольшим отверстием в которое вставлялось увеличительное стекло; на противоположной стенке можно было видеть  изображение находящихся перед камерой предметов. В 1820-х годах французский художник Жозеф Ньепс попытался зафиксировать это изображение. Покрыв слоем горной смолы медную пластинку, он вставлял ее в камеру; потом пластинку подвергали действию различных химикалий, чтобы проявить изображение. Все дело было в подборе фотонесущего слоя, проявителя и закрепителя. Потребовались долгие годы экспериментов, которые после смерти Ньепса продолжал его помощник Луи Дагер. К 1839 году Дагеру удалось получить изображение на пластинках, покрытых иодистым серебром после проявления их парами ртути; таким образом появилась дагерротипия. Французское правительство оценило это изобретение и назначило Дагеру пожизненную пенсию в 6 тысяч франков.

Технические достижения  конца XIX – начала XX века.

       В конце XIX столетия наступила «Эпоха электричества». Если первые машины создавались мастерами-самоучками, то теперь наука властно вмешалась в жизнь людей – внедрение электродвигателей было следствием достижений науки. «Эпоха электричества» началась с изобретения динамо машины;  генератора постоянного тока, его создал бельгийский инженер Зиновий Грамм в 1870 году. Вследствие принципа обратимости машина Грамма могла работать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя; она могла быть  легко переделана в генератор переменного тока. В 1880-х годах работавший в Америке на фирме «Вестингауз электрик» югослав Никола Тесла создал двухфазный электродвигатель переменного тока. Одновременно работавший в Германии на фирме АЭГ русский электротехник Михаил Доливо-Добровольский создал эффективный трехфазный электродвигатель. Теперь задача использования электроэнергии упиралась в проблему передачи тока на расстояние. В 1891 году состоялось открытие Всемирной выставки во Франкфурте. По заказу организаторов этой выставки Доливо-Добровольский создал первую ЛЭП высокого напряжения и трансформатор к ней; заказ предусматривал столь сжатые сроки, что не проводилось никаких испытаний; система была включена - и сразу заработала. После этой выставки Доливо-Добровольский стал ведущим электротехником того времени, а фирма АЭГ стала крупнейшим производителем электротехники. С этого времени заводы и фабрики стали переходить от паровых машин к электродвигателям, появились крупные электростанции и линии электропередач. Большим достижением электротехники было создание электрических ламп. За решение этой задачи в 1879 году взялся американский изобретатель Томас Эдисон; его сотрудники проделали свыше 6 тысяч опытов, опробуя для нити накаливания различные материалы, лучшим материалом оказались волокна бамбука, и первые лампочки Эдисона были «бамбуковыми». Лишь спустя двадцать лет по предложению русского инженера Лодыгина  нить накаливания стали изготовлять из вольфрама.

Электростанции требовали двигателей очень большой мощности; эта проблема была решена созданием паровых турбин. В 1889 году швед Густав Лаваль получил патент на турбину, в которой скорость истекания пара достигала 770 м/сек. Одновременно англичанин Чарлз Парсонс создал многоступенчатую турбину; турбина Парсонса стала использоваться не только на электростанциях, но и как двигатель быстроходных судов, крейсеров и океанских лайнеров. Появились также гидроэлектростанции, на которых использовались гидротурбины, созданные в 30-х годах французским инженером Бенуа Фурнероном. Американец Пелтон в 1884 году запатентовал струйную турбину, работавшую под большим давлением. Гидротурбины  имели очень высокий к.п.д., порядка 80%, и получаемая на гидростанциях энергия была очень дешевой.

Одновременно с работами по созданию сверхмощных двигателей шла работа над малыми передвижными двигателями. Поначалу это были газовые двигатели, работавшие на светильном газе; они предназначались для мелких предприятий и ремесленных мастерских. Газовый двигатель был двигателем внутреннего сгорания, то есть сгорание топлива осуществлялось непосредственно в цилиндре и продукты сгорания толкали поршень. Работа при высоких температурах в цилиндре требовала системы охлаждения и смазки; эти проблемы были решены бельгийским инженером Этьеном Ленуаром, который и создал в 1860 году первый газовый  двигатель.

Однако получаемый из древесных опилок светильный газ был дорогим топливом, более перспективными были работы над двигателем, работавшими на бензине. Бензиновый двигатель потребовал создания карбюратора, устройства для распыления топлива в цилиндре. Первый работоспособный бензиновый двигатель был создан в 1883 году немецким инженером Юлиусом Даймлером. Этот двигатель открыл эру автомобилей; уже в 1886 году Даймлер поставил свой двигатель на четырехколесный экипаж. Эта машина была продемонстрирована на выставке в Париже, где  лицензию на ее производство купили французские фабриканты Рене Панар и Этьен Левассор. Панар и Левассор использовали только двигатель Даймлера; они создали свой автомобиль, оснастив его системой сцепления, коробкой передач и резиновыми шинами. Это был первый настоящий автомобиль; в 1894 году он выиграл первые автомобильные гонки Париж-Руан. В следующем году Левассор на своем автомобиле выиграл гонку Париж-Бордо. «Это было безумие! – сказал победитель. -  Я мчался со скоростью 30 километров в час!» Однако Даймлер сам решил заняться производством автомобилей; в 1890 году он создал компанию «Даймлер моторен», и десять лет спустя эта компания выпустила первый автомобиль марки «Мерседес». «Мерседес» стал классическим автомобилем начала XX века; он имел четырехцилиндровый двигатель мощностью 35 л. с. и развивал скорость 70 км/час. Эта красивая и надежная машина имела невероятный успех, она положила начало массовому производству автомобилей.

К. п. д. двигателя Даймлера составлял около 20%, к. п. д. паровых машин не превосходил 13%. Между тем согласно теории тепловых двигателей, разработанной французским физиком Карно, к. п. д. идеального двигателя мог достигать 80%. Идея идеального двигателя волновала умы многих изобретателей, в начале 90-х годов ее попытался воплотить в жизнь молодой немецкий инженер Рудольф Дизель. Идея Дизеля состояла в сжатии воздуха в цилиндре до давления порядка 90 атмосфер, при этом температура достигала 900 градусов; затем в цилиндр впрыскивалось топливо; в этом случае цикл работы двигателя получался близким к идеальному «циклу Карно». Дизелю не удалось полностью реализовать свою идею, из-за технических трудностей он был вынужден понизить давление в цилиндре до 35 атмосфер. Тем не менее, первый двигатель Дизеля, появившийся в 1895 году, произвел сенсацию – его к. п. д. составлял 36%, вдвое больше, чем у бензиновых двигателей. Многие фирмы стремились купить лицензию на производство двигателей, и уже в 1898 году Дизель стал миллионером. Однако производство двигателей требовало высокой технологической культуры, и Дизелю многие годы пришлось ездить по разным странам, налаживая производство своих двигателей.

Двигатель внутреннего сгорания использовался не только в автомобилях. В 1901 году американские инженеры Харт и Парр создали первый трактор, в 1912 году фирма «Холт» освоила выпуск гусеничных тракторов, и  к 1920 году на американских фермах работало уже 200 тысяч тракторов. Трактор взял на себя не только полевые работы, его двигатель использовался для приведения в действие молотилок, косилок, мельниц и других сельскохозяйственных машин. С созданием трактора началась массовая механизация  сельского хозяйства.

Появление двигателя внутреннего сгорания сыграло большую роль в зарождении авиации. Поначалу думали, что достаточно поставить двигатель на крылатый аппарат - и он поднимется в воздух. В 1894 году знаменитый изобретатель пулемета Максим построил огромный самолет с размахом крыльев в 32 метра и весом 3,5 тонны – эта машина разбилась при первой попытке подняться в воздух. Оказалось, что основной проблемой воздухоплавания является устойчивость полета. Эта задача решалось долгими экспериментами с моделями и планерами. Еще в 1870-х годах француз Пено создал несколько маленьких моделей, приводимых в действие резиновым моторчиком; результатом его экспериментов был вывод о важной роли хвостового оперения. В 1890-х годах немец Отто Лилиенталь совершил около 2 тысяч полетов на сконструированном им  планере. Он управлял планером, балансируя своим  телом, и мог находиться в воздухе до 30 секунд, пролетая за это время 100 метров. Опыты Лилиенталя закончились трагически, он не смог справиться с порывом ветра и разбился, упав с высоты 15 метров. Работу над созданием планеров продолжили американцы братья Райт, владельцы велосипедной мастерской в городе Дейтоне. Братья Райт ввели вертикальный руль, поперечные рули-элероны и измерили подъемную силу крыльев с помощью продувания в изобретенной ими аэродинамической трубе. Построенный братьями Райт планер был хорошо управляемым и мог держаться в воздухе около минуты. В 1903 году братья Райт поставили на планер небольшой бензиновый двигатель, который они изготовили сами, в своей мастерской. 14 декабря 1903 года Вильбур Райт совершил первый моторный полет, пролетев 32 метра; 17 декабря дальность полета достигла 260 метров. Это были первые полеты в мире, до братьев Райт еще не один аэроплан не мог подняться в воздух. Постепенно увеличивая мощность мотора, братья Райт учились летать на своем аэроплане; в октябре 1905 года самолет продержался в воздухе 38 минут, пролетев по кругу 39 километров. Однако достижения братьев Райт остались незамеченными, и их обращенные к  правительству просьбы о помощи остались без ответа. В том же 1905 году братья Райт были вынуждены из-за недостатка средств прекратить свои полеты. В 1907 году Райты посетили Францию, где общественность с большим интересом относилась к полетам первых авиаторов – правда, дальность полетов французских авиаторов измерялась лишь сотнями метров, и их аэропланы не имели элеронов. Рассказы и фотографии братьев Райт произвели во Франции такую сенсацию,  что ее эхо докатилось до Америки и правительство немедленно предоставило Райтам заказ на 100 тысяч долларов. В 1908 году новый аэроплан Райтов совершил полет продолжительностью в 2,5 часа. Заказы на аэропланы посыпались со всех сторон, в Нью-Йорке была основана самолетостроительная компания «Райт» с капиталом 1 млн. долларов. Однако уже в 1909 году произошло несколько катастроф на «райтах», и наступило разочарование. Дело в том, что самолеты  братьев Райт не имели хвостового оперения, и поэтому часто «клевали носом». Французские авиаторы знали о необходимости хвостового оперения из опытов Пено; вскоре они позаимствовали у братьев Райт элероны и превзошли своих американских собратьев.  В 1909 году Луи Блерио совершил перелет через Ла-Манш. В этом же году Анри Фарман создал первую массовую модель аэроплана, знаменитый «Фарман-3». Этот самолет стал основной учебной машиной того времени и первым аропланом, который стал выпускаться серийно.  

В конце XIX века продолжалась работа над созданием новых средств связи, на смену телеграфу пришли телефон и радиосвязь. Первые опыты по передаче речи на расстояние проводились английским изобретателем Рейсом в 60-х годах. В 70-х годах этими опытами заинтересовался Александер Белл, шотландец, эмигрировавший в Америку и преподававший сначала в школе для глухонемых детей, а потом в Бостонском университете. Один знакомый врач предложил Беллу воспользоваться для экспериментов человеческим ухом и принес ему ухо от трупа. Белл скопировал барабанную перепонку, и, поместив металлическую мембрану рядом с электромагнитом, добился удовлетворительной передачи речи на небольшие расстояния. В 1876 году Белл взял патент на телефон и в том же году продал более 800 экземпляров. В следующем году Дейвиз Юз изобрел микрофон, а Эдисон применил трансформатор для передачи звука на большие расстояния. В 1877 году была построена первая телефонная станция, Белл создал фирму по производству телефонов, и через 10 лет в США было уже 100 тысяч телефонных аппаратов.

При работе над телефоном у Эдисона возникла мысль записать колебания микрофонной мембраны. Он снабдил мембрану иглой, которая записывала колебания на цилиндре, покрытом фольгой. Так появился фонограф. В 1887 году американец Эмиль Берлинер заменил цилиндр круглой пластинкой и создал граммофон. Граммофонные диски можно было легко копировать, и вскоре появилось множество фирм, занимавшихся звукозаписью.

Новый шаг в развитии связи был сделан с изобретением радиотелеграфа. Научной основой радиосвязи была созданная Максвеллом теория электоромагнитных волн. В 1886 году Генрих Герц экспериментально подтвердил существование этих волн с помощью прибора, называемого вибратором. В 1891 году французский физик Бранли обнаружил, что металлические опилки, помещенные в стеклянную трубку, меняют сопротивление под действием электромагнитных волн. Этот прибор получил название когерера. В 1894 году английский физик Лодж использовал когерер, чтобы регистрировать прохождение волн, а в следующем году русский инженер Александр Попов приделал к когереру антенну и приспособил его для принятия сигналов, испускаемых вибратором Герца. В марте 1896 года Попов продемонстрировал свой аппарат на заседании Российского физико-химического общества и произвел передачу сигналов на расстояние 250 метров. Одновременно с Поповым свою радиотелеграфную установку создал молодой итальянец Гульельмо Маркони; он первым сумел запатентовать это изобретение; а в следующем году организовал акционерное общество для его использования. В 1898 году Маркони включил в свой приемник джиггер – прибор для усиления антенных токов, это позволило увеличить дальность передачи до 85 миль и осуществить передачу через Ла-Манш. В 1900 году Маркони заменил когерер магнитным детектором и осуществил радиосвязь через Атлантический океан: президент Рузвельт и король Эдуард VIII обменялись по радио приветственными телеграммами.  В октябре 1907 года фирма Маркони открыла для широкой публики первую радиотелеграфную станцию.     

Одним из замечательных достижений этого времени было создание кинематографа. Появление кино было прямо связано с усовершенствованием изобретенной Дагером фотографии. Англичанин Мэддокс в 1871 году разработал сухобромжелатиновый процесс, который позволил сократить выдержку до 1/200 секунды. В 1877 году поляк Лев Варнеке изобрел роликовый фотоаппарат с бромсеребряной бумажной лентой. В 1888 году немецкий фотограф Аншюц создал моментальный шторный затвор. После этого появилась возможность делать моментальные снимки, и вся проблема свелась к созданию скачкового механизма, чтобы производить  снимки  через промежутки в долю секунды.  Этот механизм и первый киноаппарат были созданы братьями Люмьерами в 1895 году. В декабре этого года был открыт первый кинотеатр на бульваре Капуцинов в Париже. В 1896 году Люмьеры объехали все европейские столицы, демонстрируя свой первый кинофильм; эти гастроли имели колоссальный успех.

В конце XIX в. впервые создаются вещества, именуемые теперь пластмассами. В 1873 г. Дж. Хайеттом (США) был запатентован целлулоид — первое из таких веществ, вошедшее в широкий обиход. Перед Первой мировой войной были изобретены бакелит и другие пластмассы, носящие общее название фенопластов. Производство искусственного волокна началось после того, как в 1884 г. французский инженер Г. Шардонё разработал метод получения нитрошелка; впоследствии научились производить искусственный шелк из вискозы. В 1899 г. русский ученый И. Л. Кондаков положил начало получению синтетического каучука.

Последние десятилетия XIX в. были  временем технических сдвигов в строительном деле. Строительство высотных зданий, или, как их стали называть, «небоскребов», началось в Чикаго в 80-х гг. XIX века. Первым зданием нового типа считается 10-этажный дом чикагской страховой компании, построенный в 1883 г. архитектором У. Дженни, который применил  стальные перекрытия. Усиление стен стальным каркасом, на который начали опирать балки междуэтажных перекрытий, позволило увеличить высоту зданий вдвое. Самым высоким зданием тех времен был нью-йоркский 58-этажный небоскреб высотою в 228 метров, построенный в 1913 году. Но высочайшим сооружением была Эйфелева башня, своеобразный памятник «века стали». Воздвигнутая французским инженером Гюставом Эйфелем на Марсовом поле в Париже в связи со Всемирной выставкой 1889 года, эта ажурная башня имела 300 метров высоты.

Наряду с металлическими конструкциями широкое применение получили в это время конструкции из железобетона. Человеком, открывшим железобетон, считается французский садовник Жозеф Монье. Еще в 1849 году он изготовил кадки для плодовых деревьев с каркасом из железной проволоки. Продолжая свои опыты, он в 60-х году запатентовал несколько способов изготовления труб, резервуаров и плит из бетона с железной арматурой. Наиболее важным был его патент на железобетонные сводчатые перекрытия (1877 г.).

Конец XIX века был временем бурного роста мировой железнодорожной сети. С 1875 по 1917 год протяженность железных дорог выросла  в 4 раза и достигла 1,2 млн. километров. Знаменитыми стройками того времени были магистраль Берлин-Багдад и Великий Сибирский путь; протяженность Сибирского пути к 1916 г. составила 7,4 тысяч километров. На новых железных дорогах укладывали стальные рельсы, они пересекали величайшие реки мира, и на этих реках возводились гигантские стальные мосты. Начало «эре стальных мостов», как выражались современники, положили арочный мост инженера Дж. Идса через реку Миссисипи (1874) и висячий Бруклинский мост архитектора Рёблинга в Нью-Йорке (1883). Центральный пролет Бруклинского моста имел в длину около полукилометра. На новых дорогах работали мощные локомотивы системы компаунд с многократным расширением и высоким перегревом пара. В 90-х годах в США и Германии появились первые электровозы и электрифицированные железные дороги.

Строительство железных дорог потребовало многократного увеличения производства стали. В 1870-1900 годах выплавка стали возросла в 17 раз. В 1878 году английским инженером С. Дж. Томасом был введен томасовский способ передела чугуна на сталь; этот способ позволил использовать фосфористые железные руды Лотарингии и обеспечил рудой  металлургическую промышленность Германии.  В 1892 году французский химик А. Муассан создал дуговую электрическую печь. В 1888 году американский инженер Ч. М. Холл разработал электролитический способ производства алюминия, открыв дорогу широкому использованию алюминия в промышленности.

Вклад отечественных ученых в технологию современного промышленного производства(на примере машиностроения)

История возникновения металлообработки в России мало исследована, однако известно, что:

  •  в X в. Русские ремесленники обладали высокой техникой изготовления оружия, предметов обихода и т.п.;
  •  в XII в. Русские оружейники применяли сверлильные и токарные устройства с ручным приводом и вращательным движением инструмента или заготовки;
  •  в XIV – XVI в.в. использовались токарные и сверлильные устройства с приводом от ветряной мельницы;
  •  в XVI в. в селе Павлове на Оке и в окрестностях г. Тулы существовала металлообрабатывающая промышленность;
  •  А.И.Нартов (1718—1725) создал механический суппорт для токарного станка;
  •  М.В. Сидоров (1714) на тульском оружейном заводе создал «вододействующие» машины для сверления оружейных стволов;
  •  Яков Батищев построил станок для одновременного сверления 24 ружейных стволов;
  •  М.В.Ломоносов (1711-1765) построил лоботокарные, сферотокарные и шлифовальные станки;
  •  И.И.Ползунов (1728-1764) построил цилиндрорасточные и др. станки для обработки деталей паровых котлов;
  •  И.П.Кулибин (1735-1818) построил станки для изготовления зубчатых колес часовых механизмов;
  •  в конце XIX и начале XX в.в. на некоторых предприятиях начали указывать на рабочих чертежах допуски на изготовление деталей.

Зарождение технологии машиностроения, как отрасли науки связывают появлением трудов, содержащих описание опыта производство процесса.

Впервые сформулировал положение о технологии и определил, что «технология – наука о ремеслах и заводах» в 1804 г. Академик В.М.Севергин. А в 1817 г. Впервые был изложен опыт производства профессором Московского университета И.А. Двигубским в книге «Начальные основания технологии или краткое описание работ, на заводах и фабриках производимых».

Дальнейшее описание выполнено Тиме И.А. (1838-1920 г.г.) в первом капитальном труде «Основы машиностроения. Организация машиностроительных фабрик в техническом и экономическом отношении и производство в них работ», вышедшим в 1885 г. Позже Гавриленко А.П. (1861-1914г.г.) создал курс «Технология металлов».

Затем появились работы не просто обобщающие опыт, но и выявляющие общие зависимости и закономерности. Соколовский А.П. в 1930-1932 г.г. издал первый труд по технологии машиностроения. В 1933 г. Появился труд Каширина А.И. «Основы проектирования технологических процессов» и «Теория размерных цепей», разработанная Балакшиным Б.С., а в 1935г. – «Технология автотракторостроения», в котором Кован В.М. и Бородачев Н.А. занимались анализом качества и точности производства. Исследованием жесткости, применительно к станкам, в 1936 г. занимался Вотинов К.В. Работы ЗыковаА.А. и Яхина А.Б. положили начало анализу причин возникновения погрешностей при обработке. В 1959 г. Кован В.М. разработал методику расчета припусков. Исследования в области технологии машиностроения продолжили Глейзер Л.А., Корсаков В.С., Колесов И.М., Чарнко Д.В. и др.,

Технология машиностроения как наука (в современном понимании) прошла в своем развитии несколько этапов. Маталин А.А., автор одного из учебников по технологии машиностроения, выделяет четыре этапа.

Первый этап (до1929-1930 г.г.) характеризуется накоплением отечественного и зарубежного производственного опыта изготовления машин. Публикуются описания процессов обработки различных деталей, применяемого оборудования и инструментов. Издаются руководящие и нормативные материалы ведомственных проектных организаций страны.

Второй этап (1930-1941 г.г.) характеризуется обобщением и систематизацией накопленного производственного опыта и началом разработки общих научных принципов построения технологических процессов.

Третий этап (1941-1970 г.г.) отличается интенсивным развитием технологии машиностроения, разработкой новых технологических идей и формированием научных основ технологической науки.

Четвертый этап – с 1970 г. По настоящее время отличается широким использованием достижений фундаментальных и общеинженерных наук для решения теоретических проблем и практических задач технологии машиностроения.

Современное представление технологии машиностроения – это отрасль технической науки, которая изучает связи и закономерности в производственных процессах изготовления машин.

Техника и технология в условиях НТР.

В условиях НТР развитие техники и технологии происходит двумя путями эволюционным и революционным. Эволюционный путь состоит в постоянном совершенствовании техники и технологии, а также в увеличении мощности производительности машин и оборудования, в росте грузоподъемности транспортных средств и т.д. Так, в начале 50-х годов самый крупный морской танкер вмещал 50 тыс. т. нефти. В 70-е годы стали производить супертанкеры грузоподъемностью 500 тыс. т. и более.

Революционный путь является основным путем развития техники и технологии в эпоху НТР. Этот путь заключается в переходе к принципиально новой технике и технологии. Одно из выражений этот путь находит в производстве электронной техники. Неслучайно "вторую волну" НТР, которая началась в 70-х годах, часто именуют "микроэлектронной революцией". Очень большое значение имеет и переход к новейшим технологиям. Революционный путь главный путь развития техники и технологии в эпоху НТР.

Производство

Наряду с традиционными путями совершенствования производства (механизация, химизация, электрификация) интенсивно развиваются новейшие направления производства, в которых можно выделить шесть главных направлений: 

электронизация, то есть насыщение всех сфер деятельности электронно-вычислительной техники; 

комплексная автоматизация или внедрение робототехники и создания гибких производственных систем, заводов-автоматов; 

перестройка энергетического хозяйства, основанная на энергосбережении, совершенствовании структуры топливно-энергетического баланса, использовании новых источников энергии;

производство принципиально новых материалов, таких как композиционные, полупроводниковые, керамические материалы, оптическое волокно, бериллий, литий, титан и др.;

ускоренное развитие биотехнологии; 

космизация и возникновение аэрокосмической промышленности, что способствовало появлению новых машин, приборов, сплавов и пр.

Управление

Современный этап НТР характеризуется новыми требованиями к управлению. В период информационного взрыва, который переживает современное человечество, начался переход от обычной (бумажной) к машинной (компьютерной) информации. Выпуск различной информационной техники стал одной из новейших наукоемких отраслей промышленности. В этой ситуации большое значение должно отдаваться кибернетике науке об управлении и переработке информации.

      Как известно, технические средства и технология в своем развитии имеют всегда эволюционные и революционные стадии и периоды. Вначале обычно происходит медленное, постепенное усовершенствование технических средств и технологии, накопление этих усовершенствований, что и является эволюцией.

Эти накопленные усовершенствования в определенный период вызывают коренные качественные изменения, замену устаревших технических средств и технологии новыми, использующими совершенно иные принципы, и представляют революционную стадию развития. Сущность технической революции заключается в проявлении и реализации изобретений, вызывающих переворот в средствах труда, видах энергии и необходимость перехода к новым технологическим способам производства.

Такая техническая революция во второй половине XVIII и начале XIX в. произошла в Англии, когда возникли машины, заменившие руки рабочего, а также универсальный тепловой двигатель. Эти машины стали внедряться прежде всего в текстильном производстве Англии.

Коренное отличие процессов, происходящих в наше время в науке и технике, заключается именно в том, что изменилось место и роль науки в современном обществе. Это принципиально повлияло и на техническую революцию, которая превратилась теперь в научно-техническую революцию.

Говоря о научно-технической революции, которую впервые переживает человеческое общество, следует отметить, что к настоящему времени одни ее стороны выявились с достаточной четкостью, в то время как другие только наметились или складываются. Содержание НТР можно определить следующим образом:

радикальное изменение значения науки в экономике общества, превращение ее в непосредственную производительную силу;

крупные изменения техники производства, принципиально новые источники энергии и сырьевые материалы, автоматизация, меняющая характер труда и место человека в процессе производства;

развитие кибернетики, повышающее производительность умственного труда, создающее материально-техническую базу для научной организации управления общественными процессами;

крупные изменения роли научно-технической сферы во всех областях человеческой деятельности.

Говоря о научно-технической революции, можно сказать, что применение вычислительной техники во всех областях есть один из определяющих ее факторов. В прошлом техника главным образом вооружила руки человека, создавая различные механизмы и машины, облегчающие труд, механизирующие и автоматизирующие производственные процессы. В последние десятилетия возникли ЭВМ, вооружающие человеческий мозг. Эти машины способны передавать и принимать информацию, запоминать ее, перерабатывать по законам логики и выдавать команды исполнительным механизмам.

Как указывалось ранее, достижения НТР ускоряют научно-технический прогресс в промышленности. Очевидно, необходимо дать четкое определение научно-технического прогресса и указать основные его направления. Вот как в  литературе сформулирован ответ на этот вопрос: «Технический прогресс представляет собой непрерывное развитие и совершенствование орудий труда, технологических процессов и управления производством, создание новых видов сырья и энергии, систематический рост технической оснащенности труда занятых в производстве работников».

Основными направлениями научно-технического прогресса в промышленности являются:

электрификация производства — широкое применение электрической энергии в технологических процессах и двигательных устройствах, в средствах управления производством, широкое развитие и внедрение радиоэлектроники;

химизация производства, отличающаяся расширением сырьевой базы промышленности, разработкой и внедрением химических материалов и методов обработки;

комплексная механизация и автоматизация производства — замена ручного труда механизмами, переход от механизации отдельных операций к комплексной механизации всего процесса труда, разработка и внедрение в производство АСУ и промышленных роботов, которые завершают комплексную автоматизацию производственных процессов, освобождая человека от участия в процессе производства и возлагая на него функции контроля и оперативного управления, требующие высокой квалификации, создание гибких автоматизированных производственных систем (ГАПС).

В последние три десятилетия для прогнозирования и оптимизации технологических процессов успешно применяются методы математического планирования эксперимента, прочно вошедшие в технологическую науку и практику. Эти методы позволяют получать математические модели, связывающие параметр оптимизации с влияющими на него факторами, и дают возможность без подробного изучения механизма процесса выявлять их оптимальные технологические режимы.

Таким образом, технология получила новые современные методы нахождения наилучших оптимальных конечных результатов с наименьшими затратами. Это наглядный пример того, как наука превращается в непосредственную производительную силу.

Научно-техническая революция резко ускорила автоматизацию технологических процессов, поставила ее на принципиально новую основу в связи с использованием электронно-вычислительных машин. Это позволяет перейти к комплексной механизации и автоматизации производства.

Широкое внедрение автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУТП) позволяет не только значительно повысить производительность труда, но и полнее удовлетворять возрастающие требования к качеству выпускаемой продукции. В условиях повышенного спроса на высококачественную продукцию это достигается автоматизацией, способной обеспечить точное соблюдение заданных технологических режимов в течение длительного времени.

Быстрое развитие автоматизации стало возможным лишь благодаря стимулирующему действию таких факторов, как стандартизация исходного сырья, полуфабрикатов комплектующих деталей и узлов, внедрение непрерывных технологических процессов, укрупнение оборудования и широкое оснащение производства надежными радиоэлектронными средствами автоматизации, а также роботами. Применение средств механизации, автоматизации ГАПС и автоматизированных систем управления значительно снижает трудовые и материальные затраты, увеличивает производительность труда, улучшает качество продукции. Наконец, следует отметить, что если ранее при создании какой-либо сложной продукции главную роль играла работа конструктора, то в настоящее время появление новых изделий во многих случаях определяется уровнем и возможностями технологии. Так, например, появление новых поколений более совершенных ЭВМ конструктивно просматривается достаточно далеко, в то время как их выпуск промышленностью определяется главным образом, возможностями технологии обеспечить производственное изготовление соответствующей элементной базы. Таких примеров можно привести бесчисленное количество и все они еще раз подтверждают тезис о том, что в результате нынешней научно-технической революции роль технологии в общественном производстве несоизмеримо возросла.

Научно-техническая революция порождает невиданные ранее возможности для покорения и эксплуатации сил природы, а вместе с тем и для ее загрязнения и разрушения. Она интенсифицирует и ускоряет размах индустриальной деятельности человека, придает ей глобальный характер, многие страны в различных частях планеты стали на путь интенсивного промышленного развития. По некоторым данным общий объем продукции в развитых странах удваивается каждые 15 лет, соответственно увеличивается количество отходов деятельности человека, засоряющих природную среду.

Процесс получения и отдачи веществ и энергии должен быть сбалансированным, иначе нарушается экологическое равновесие в природе. Важной проблемой, порождаемой научно-техническим прогрессом, становится создание экологически безвредных производств. Для этого необходимо от созерцательно констатирующей экологической позиции переходить к общей стратегии взаимно координированных и взаимно уравновешенных отношений техники и природы. Задача состоит в том, чтобы по возможности сокращать использование природных ресурсов, а там, где это практически нереально, развитие производства обеспечивать с наибольшей экономической и экологической эффективностью. Отсюда вытекает необходимость рассмотрения современного производства и живой природы как единой эколого-экономической системы.

Основная причина отрицательного воздействия производства на окружающую среду состоит не столько в росте масштабов производства, сколько в несовершенстве его технологии. Два принципиально различных пути борьбы с загрязнением среды состоят в очистке вредных выбросов и в более радикальном и экономичном пути создания безотходных или малоотходных технологических процессов. Однако к выбору пути следует подходить только после тщательного эколого-экономического анализа, так как возникает проблема поиска допустимого уровня загрязнений и экономического оптимума затрат на предотвращение загрязнений с учетом экономии от снижения ущерба от загрязнений и с учетом повышения затрат на создание новой безотходной технологии.

НТП в технологии требует типизации технологических процессов, технологичности конструкции изделий, предъявляет особые требования к качеству изделий.

Оптимизация технологических процессов

       Современные технологические процессы — обычно многостадийные, протекающие с высокими скоростями, при высоких температурах и давлениях в многофазных системах характеризуются сложностью и многообразием операций и оборудования.

Продукцию высокого качества можно получать лишь при поддержании строго определенных технологических режимов. Применявшиеся ранее для изучения многофакторных технологических процессов однофакторные методы не гарантировали оптимальности найденных режимов и требовали для их реализации длительного времени.

В последние годы для оптимизации сложных процессов широкое распространение получили статистические методы планирования эксперимента. Конечной целью исследования является получение адекватной математической модели процесса и нахождение оптимального технологического режима. Математические модели позволяют не только оптимизировать сами процессы, но и оптимально управлять ими при изменении отдельных параметров. Кроме того, математические модели процессов являются источником информации для создания автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП).

При применении статистических методов планирования для оптимизации технологических процессов используется понятие «черного ящика», заимствованное из кибернетики. Математическая модель, построенная исходя из экспериментальных данных, используется для разработки оптимальных режимов. Эксперимент осуществляется по определенному плану в соответствии с теорией планирования эксперимента. Общее число опытов невелико. При неполном знании механизма процесса статистические методы оптимизации являются весьма эффективными. Основоположником статистического планирования эксперимента является английский ученый Р. Фишер. Современная форма планирования эксперимента в России начала развиваться с 1900-х годов.

Оптимизация - это целенаправленная деятельность человека, заключающаяся в получении наилучших результатов при соответствующих условиях.

Для правильной постановки задачи оптимизации необходимо, чтобы выполнялись следующие условия:

а) существовал объект оптимизации (технологический процесс) с управляющими воздействиями (факторами), которые позволяют изменять его состояние в соответствии с требованиями;

б) должна быть правильно сформулирована цель оптимизации, при этом оптимизации подвергается только одна величина;

в) оптимизируемая величина должна иметь количественную оценку. Количественная оценка оптимизируемого объекта называется критерием или параметром оптимизации.

Вид критерия оптимизации определяется конкретной задачей. Наиболее общим критерием оптимальности являются экономические оценки. Общая оценка экономической эффективности процесса (R) включает следующие показатели:

производительность В, численно выражаемая объемом выпускаемой продукции в единицу времени; объем капитальных вложений Ф в данное производство; эксплуатационные затраты Э на осуществление процесса; количественный показатель К выпускаемого продукта.

В общем случае экономический критерий оптимальности процесса является функцией от этих показателей:

R = f(B, Ф, Э, К).

Одним из важнейших показателей экономической эффективности процесса является себестоимость выпускаемой продукции, которая включает стоимость сырья, материалов, топлива, энергии, переменные и постоянные расходы.

Практически любой технологический процесс можно условно изобразить в виде математической модели, которая количественно отражает сущность явлений и даёт возможность прогнозировать его поведение.

Математическое моделирование технологического процесса включает три стадии: 1) построение математической модели; 2) алгоритмизация для нахождения числовых значений параметров; 3) установление адекватности (соответствия) математической модели изучаемому процессу.

Адекватная модель— это такая модель процесса, которая с достаточным приближением качественно и количественно описывала бы данный процесс.

Адекватность модели устанавливается или физическим путем, или математически. Вид модели определяется природой изучаемых процессов.

По своей природе технологические процессы подразделяются на детерминированные и стохастические.

Детерминированным называется  процесс, в котором определяющие величины изменяются непрерывно, но вполне по определенным закономерностям. Значение выходной величины однозначно определяется значением входной. Для описания детерминированных процессов применяются методы классического анализа и численные методы. Например, любой физический массообменный или теплообменный процесс является детерминированным.

Стохастическим называется такой процесс, в котором изменение определяющих величин происходит беспорядочно и часто дискретно. При этом значение выходной величины не находится в соответствии с входной. Для описания таких процессов используют вероятностно-статистические методы. Примером может быть любой каталитический процесс, в котором выход продукта изменяется от падения активности катализатора в течение процесса.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22148. Методы измерения параметров электрических цепей: постоянного и переменного тока, напряжения 199 KB
  ВВЕДЕНИЕ 3 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕРЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА.4 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПОСТОЯННОГО ТОКА 5 I. 6 ИЗМЕРЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА 13 I.
22149. Индуктивные преобразователи перемещения 723.5 KB
  Если пренебречь потоками рассеяния и выпучиванием потока в воздушном зазоре d Rм будет складываться из активного магнитного сопротивления сердечника якоря и двух воздушных зазоров где соответственно lС lЯ d длина сердечника якоря и воздушного зазора в м; SC SЯ Sd сечение сердечника якоря и воздушного зазора в м2; mас mая абсолютная магнитная проницаемость материала сердечника и якоря в гн м; m0= 4p107 гн м магнитная проницаемость вакуума. Для упрощения анализа работы простейшего ИП пренебрежем потерями в стали магнитным...
22150. Принцип действия индукционных преобразователей 239.5 KB
  Таким образом выходной величиной индукционного преобразователя является ЭДС а входной скорость изменения потокосцепления . В общем случае индукционный преобразователь представляет собой катушку с сердечником которая характеризуется некоторым обобщенным параметром Y и ЭДС в которой может индуктироваться как в результате изменения во времени внешнего магнитного поля так и в результате изменения во времени параметра Y преобразователя . Если преобразователь находится в однородном магнитном поле с индукцией B то в его обмотке имеющей...
22151. Ионизационные преобразователи 758 KB
  приемники ионизирующих излучений Область применения ионизационных преобразователей Схемы включения ионизационных преобразователей Погрешности приборов с использованием ионизирующих излучений Заключение Контрольные вопросы Список литературы ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУЩНОСТИ ВОПРОСА К ионизационным преобразователям обычно относят большую группу преобразователей в которых измеряемая неэлектрическая величина функционально связана с током ионной проводимости газа возникающим под действием излучения радиоактивных веществ или рентгеновских лучей....
22152. АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ТВЕРДОМ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ ТЕЛЕ1 1. 487.18 KB
  АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ 1 1. АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ИЗОТРОПНОМ ТВЕРДОМ ТЕЛЕ. АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В АНИЗОТРОПНОМ УПРУГОМ ТВЕРДОМ ТЕЛЕ 14 2.
22153. Вопросы по курсу ФОПИ 24 KB
  Приборы для измерения количества тепла.Калориметры для измерения теплотворной способности жидких и газообразных веществ. 8Погрешности измерения тепловой энергии.Методы измерения деформаций и механических напряжений тензометры.
22154. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ХОЛЛА 1.8 MB
  Эффект Холла. Параметры и характеристики датчиков Холла. Изготовление и применение датчиков Холла.