86810

Производственные технологии. В.В. Садовский

Книга

Производство и промышленные технологии

Назначение всякого создаваемого людьми объекта (в частности, производства) заключается в выполнении данным объектом определенной функции. Главная функция производства — обеспечение общества необходимыми ему благами (товарами и услугами). Так как большинство товаров и практически все услуги не появляются естественным (природным) путем, их необходимо производить искусственно посредством специально создаваемых производственных систем.

Русский

2015-04-11

2.62 MB

27 чел.

Садовский, В.В. Производственные технологии: учебник / В.В. Садовский, М.В. Самойлов, Н.П. Кохно [и др.]. – Минск: БГЭУ, 2008. – 431 с.


СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие  9

Раздел I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОД
СТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ    11

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЮ  11

1.1. Место технологии в современном обществе

и производстве    11

1.2. Понйтие и цель изучения технологии     14

Контрольные вопросы  18

Глава 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ  19

  1.  Понятие технологического процесса   19
  2.  Структура и организация технологических процессов   20
  3.  Затраты труда в ходе осуществления технологического процесса. Понятие идеальной технологии    24
  4.  Параметры (показатели) технологического процесса   25

Контрольные вопросы  27

Глава 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ТЕХНО
ЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
 28

  1.  Технологическое развитие как ключевое звено совершенствования промышленного производства и развития общества    28
  2.  Динамика трудозатрат при развитии технологических процессов     29
  3.  Рационалистическое развитие технологических процессов   32
  4.  Эволюционное развитие технологических процессов  35

3


3.5. Революционное развитие технологических

процессов   38

Контрольные вопросы  41

Глава 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ   ... 42

  1.  Общие принципы классификации технологических процессов   42
  2.  Физические процессы, используемые в технологии   43

  1.  Механические процессы     43
  2.  Гидромеханические процессы    47
  3.  Тепловые процессы   51
  4.  Массообменные процессы   55

4.3. Химические процессы в технологии   60

4.4. Биологические процессы в технологии   64

Контрольные вопросы  66

Глава 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ,
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВА  
 67

  1.  Понятие системы технологических процессов. Исторические этапы развития систем технологических процессов   67
  2.  Классификация технологических систем производства, закономерности их формирования и функционирования  70
  3.  Закономерности развития и оптимизации технологических систем   73
  4.  Понятие технических систем, законы строения и развития технических систем    75
  5.  Методы и модели оценки научно-технологического развития производства     80

Контрольные вопросы 87

Раздел II. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОД
СТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ   89

Глава 6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ   СТРУКТУРЕ   ХОЗЯЙСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ   ... 89

Контрольные вопросы  100

4


Глава 7. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИ
ТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
 101

  1.  Общие сведения о машиностроении   101

Важнейшие технологические процессы заготовительного производства в машиностроении    104

Важнейшие технологические процессы обрабатывающего производства в машиностроении    117

Важнейшие технологические процессы сборочного производства в машиностроении   126

Контрольные вопросы  136

Глава 8. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ   138

  1.  Общие сведения о легкой промышленности ... 138
  2.  Общие сведения о текстильных материалах    142
  3.  Основы производства текстильных волокон

и нитей   148

  1.  Основы производства и характеристика натуральных текстильных волокон     148
  2.  Основы производства и характеристика химических текстильных волокон и нитей    153
  3.  Классификация, виды и строение текстильных нитей     161

Основные этапы производства пряжи   ... 164

8.4. Основы производства ткани   167

  1.  Основы ткачества     167
  2.  Отделка тканей     171

8.5. Основы трикотажного производства    178

  1.  Понятие о трикотаже    178
  2.  Общие сведения о трикотажных машинах    180

Производство бельевых трикотажных изделий   182

Производство верхних трикотажных изделий   184

  1.  Производство чулочно-носочных изделий    186

8.6. Основы производства нетканых текстильных
материалов   188

  1.  Технологический процесс производства нетканых текстильных материалов    188
  2.  Характеристика ассортимента

нетканых текстильных материалов   192


6

8.7. Основы производства швейных изделий   196

  1.  Материалы для изготовления одежды   ... 196
  2.  Технологический процесс изготовления швейных изделий   201

8.8. Основы производства пушно-меховых изделий    205

  1.  Технология обработки пушно-мехоного сырья   206
  2.  Технология скорняжпо-пошивочного производства меховых изделий   209

8.9. Основы производства обуви    213

  1.  Общее понятие об обувных товарах   213
  2.  Материалы, используемые при изготовлении обуви    214
  3.  Основы обувного производства    223

Контрольные вопросы  230

Глава 9. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИЧЕСКОЙ
И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШ
ЛЕННОСТИ   
 231

  1.  Общие сведения о химической и нефтехимической промышленности   231
  2.  Основы технологии минеральных удобрений    233

  1.  Основы технологии азотных удобрений ... 234
  2.  Основы технологии фосфорных удобрений    237
  3.  Основы технологии калийных удобрений    239

9.3. Основы технологии переработки топлива   243

  1.  Основы технологии прямой перегонки нефти   245
  2.  Основы технологии крекинга нефтепродуктов   248

9.4. Основы технологии производства и перера
ботки полимерных материалов   252

  1.  Общие сведения о полимерных материалах    252

Основные методы производства синтетических полимеров   255

9.4.3. Основы технологии производства изде
лий из пластмасс   258

Контрольные вопросы  269

Глава 10. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ... 271


  1.  Общие сведения о капитальном строительстве и производстве строительных материалов и изделий   271
  2.  Важнейшие технологические процессы капитального строительства   273
  3.  Основы технологии важнейших строительных материалов   287

  1.  Классификация и свойства строительных материалов   287

Основы технологии керамики   290

Основы технологии стекла   295

  1.  Основы технологии бетона и железобетона    299
  2.  Основы технологии производства древесных строительных материалов    306

Контрольные вопросы,  314

Глава 11. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ  316

  1.  Общие сведения о пищевой промышленности   316
  2.  Важнейшие технологические процессы пищевой промышленности     317
  3.  Технологические основы важнейших пищевых производств    323

  1.  Основы технологии мукомольного производства     324
  2.  Основы технологии свеклосахарного производства   328
  3.  Основы технологии кисломолочных продуктов   334

Основы технологии этанола     339

Контрольные вопросы  342

Раздел III. НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВЕН
НЫХ ТЕХНОЛОГИЙ     
343

Глава 12. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС — ОСНОВА РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОБЩЕСТВА    344

Контрольные вопросы  351

7


Глава 13. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНО
ЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА    351

Контрольные вопросы  358

Глава 14. ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АВТО
МАТИЗАЦИИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВА   359

  1.  Основы гибкой автоматизированной технологии   359
  2.  Основы робототехники и роботизации промышленного производства   363
  3.  Основы роторной технологии обработки изделий   371
  4.  Программное управление и его системы

в промышленном производстве   377

14.5. Основы информационной технологии в уп
равленческой и проектно-конструкторской
деятельности     381

Контрольные вопросы  387

Глава 15. ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА И ОБРАБОТКИ
НОВЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ    389

  1.  Основы технологии производства композиционных материалов    389
  2.  Основы технологии порошковой металлургии   393
  3.  Электрические методы обработки изделий ... 396
  4.  Основы лазерной технологии    398
  5.  Основы ультразвуковой технологии   404
  6.  Основы мембранной технологии   406
  7.  Основы радиационно-химической технологии   409
  8.  Основы плазменной и элионной технологии    411
  9.  Основы современной биотехнологии     413

15.10. Общие сведения о нанотехнологии   419

Контрольные вопросы  427

Литература   430

8


ПРЕДИСЛОВИЕ

Производственная деятельность является основой современной цивилизации. Без развития производства нельзя говорить не только о развитии общества, но и о простом его существовании.

Основой производственной деятельности является технология. В технологии как таковой реализованы знания человека об окружающем мире. Технология, используя законы естественных наук (физики, химии, биологии) и опыт практической деятельности, воплотила их в создании тех благ, которых нет в природе.

Знание закономерностей и принципов осуществления традиционных и прогрессивных технологических процессов производства позволяет экономисту анализировать реальную производственную ситуацию, на научной основе планировать мероприятия по технологическому развитию производства.

Изучение дисциплины «Производственные технологии» дает студентам возможность:

получить представление о технологии как базовом звене современного производства, об общих закономерностях формирования, функционирования и развития технологических процессов и их систем;

овладеть знаниями о категориях курса, технической терминологии и понятиях, теории технологического развития производства и научиться использовать их в своей практической деятельности;

ознакомиться с технологическими основами производства продукции, характерной для нашей страны;

получить представление о перспективах и направлениях научно-технологического развития производства и общества, принципах осуществления прогрессивных технологических процессов, перспективных для внедрения в производство.

9


Учебник написан в соответствии с учебной программой по дисциплине «Производственные технологии» для экономических специальностей высших учебных заведений, утвержденной Министерством образования Республики Беларусь, и состоит из трех основных разделов. В первом разделе «Теоретические основы производственных технологий» изложены общие сведения о технологии производства, закономерностях формирования, функционирования и развития технологических процессов и их систем. Второй раздел «Практические основы производственных технологий» содержит описание важнейших технологических процессов производства, применяемых в настоящее время в Республике Беларусь. В третьем разделе «Научные основы производственных технологий» охарактеризованы важнейшие направления технологического прогресса на современном этапе, основы прогрессивных технологических процессов.

Авторами учебника являются:

В.В. Садовский — предисловие, главы 1, 6, 8, 12;

М.В. Самойлов — главы 2, 4, 6, 7, 11, 12, 13, 14, 15;

Н.П. Кохно — главы 1, 2, 3, 5 (параграфы 5.1, 5.2, 5.3, 5.5), 10;

А.Н. Ковалев — главы 4, 5 (параграф 5.4), 15;

Е.В. Перминов — главы 10, 11, 14;

В.В. Паневчик — главы 9, 13;

И.М. Миронович — главы 4 (параграфы 4.3, 4,4), 9, 11 (подпараграф 11.3.4);

ВЛ. Тарасевич — глава 15.

10


Раздел I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЮ

1.1. Место технологии в современном обществе и производстве

Назначение всякого создаваемого людьми объекта (в частности, производства) заключается в выполнении данным объектом определенной функции. Главная функция производства — обеспечение общества необходимыми ему благами (товарами и услугами).

Так как большинство товаров и практически все услуги не появляются естественным (природным) путем, их необходимо производить искусственно посредством специально создаваемых производственных систем.

Как правило, под производственной системой понимают совокупность определенных материальных элементов, необходимых для осуществления производственного процесса изготовления продукта (товара или услуги). Примерами таких систем в сфере производства товаров могут служить любые промышленные предприятия; в сфере производства услуг — школы, университеты, больницы, театры, музеи и т.д.

Производственная система в традиционном толковании включает в себя: предметы труда (сырье), средства производства (оборудование) и работников. Эти составляющие производственной системы вступают в определенное взаимодействие, предусмотренное содержанием производственного процесса, для создания требуемого результата (продукта). Однако, например, предмет труда (сырье) не является частью ни производственной системы, ни производственного процесса, поскольку это то, что перерабатывается производственной системой в ходе производственного процесса.

Если производственная система есть совокупность некоторых вещественных элементов, необходимых для создания продукции, то производственный процесс, в первом приближении,

11


есть процесс взаимодействия названных элементов с целью выпуска продукции.

Во внешнем проявлении производственный процесс — совокупность действий средств производства и работников по преобразованию сырья (предмета труда) в готовую продукцию. В сфере производства под производственным процессом традиционно понимают совокупность действий работников и оборудования, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта изделий.

Схематично составляющие производственной системы представлены на рис. 1.1, а производственного процесса — на рис. 1.2.

Вид, состав, особенности производственной системы всецело зависят от реализуемого производственного процесса. Несмотря на то, что производственный процесс организуют люди, он основан на использовании также естественных (природных) процессов, поэтому нельзя забывать об объективных закономерностях их протекания, которые человек не может изменить по своему желанию.

Производственный процесс носит объективный характер, поэтому закономерности его осуществления не связаны жестко с так называемыми общественными формациями, политическими течениями и видами экономики (плановая, рыночная и др.). Любой общественно-экономической формации необходима


мо решать задачи производства товаров и услуг для обеспечения своей жизнедеятельности. Очевидно, что различные общественно-экономические формации и виды экономики создают неодинаковые условия для развития производства, поэтому в итоге имеют разные результаты. Для того, чтобы знать, какие условия для успешного развития производства необходимо создать, следует выявить и изучить общие закономерности его формирования, функционирования и развития.

Для изучения сущности производственного процесса необходимо выяснить, из каких функциональных элементов он состоит. По назначению в системе производственного процесса выделяются две группы действий:

основные, непосредственно преобразующие предмет труда в продукт. Эту совокупность действий традиционно называют технологией производства;

вспомогательные, которые обеспечивают необходимые условия для выполнения функциональной группы действий. К ним относятся: материально-техническое снабжение, распределение товаров, организация производства, управление им, учет, анализ, контроль хозяйственной деятельности, оплата труда работников и т.д. Данная группа действий называется экономической деятельностью, или экономикой производства.

Таким образом, технология и экономика производства образуют целостный производственный процесс, или систему производственного процесса. Потребность общества в товарах вызывает необходимость в процессах их изготовления, т.е. в технологиях производства, которые, в свою очередь, требуют осуществления соответствующих видов экономической деятельности, но не наоборот.

Схематично систему производственного процесса можно представить следующим образом (рис. 1.3).

Стрелки на схеме показывают, что технологическая и экономическая составляющие в процессе производства продукции тесно взаимодействуют. Расположение экономики производ-

13


ства над его технологией отражает тот факт, что с управленческой стороны экономическая деятельность является основной, а технологическая — соподчиненной (управляемой). Данный подход к исследованию производства позволяет осознать огромную важность экономической деятельности: как любой управляющий элемент системы экономика производства несет ответственность за качество и эффективность используемой технологии производства.

Таким образом, производственная деятельность является основой существования как отдельного человека, так и общества в целом. Вот почему все государства, осознавшие важность производственной деятельности, стремятся к ее совершенствованию и развитию. Наиболее эффективно задача развития может быть решена только на базе познанных закономерностей производственного процесса.

1.2. Понятие и цель изучения технологии

В повседневном обиходе под технологией понимают чисто техническую науку. Надо отметить, что такое представление объяснимо исторически (впервые понятие «технология» появилось в XIX в. и связывалось именно с промышленным производством, которое было преимущественно машинным). Современное содержание понятия «технология» многообразнее. Наряду с традиционным словосочетанием «технология промышленного производства» во второй половине XX в. появились термины «информационная технология», «технология мышления» и даже «технология творчества». Более того, содержательная часть понятия «технология» распространилась и на сферу производства услуг (искусство, литературу и т.д.).

Термин «технология» образован из греческих слов «techne» и «logos» (techne — мастерство, искусство; logos — наука, учение). В дословном переводе технология — наука (учение) о мастерстве, искусстве.

Мастерство, пожалуй, самое важное свойство человека. Именно им человек отличается и выделяется из совокупности остальных биологических существ. На уровень мастерства человек поднимается постепенно, проходя этапы усвоения знаний, приобретения навыков, умений и, наконец, достигая мастерства.

Поскольку мастерство нематериально, то само по себе оно не может видоизменить материальный объект, например, предмет труда (сырье). Мастерство обеспечивает процесс переработки исходного сырья в готовую продукцию только в совокупности с трудовой деятельностью. Однако именно от уровня мастерства в

14


конечном счете зависит величина трудозатрат в процессе производства продукции. Даже из повседневных представлений для человека ясно, что чем больше мастерства, тем меньше затраты труда на производство продукции. В обеспечении снижения трудозатрат и заключается цель изучения и экономическая роль мастерства.

Мастерство связывает воедино природные процессы с трудовыми, формируя, таким образом, целостный процесс переработки сырья в продукт, при этом технология является узловым интегрирующим звеном данного процесса переработки, его сутью.

Технология интегрирует в себе знания из многих областей и не может быть сведена ни к физике, ни к химии, ни к любой другой науке о естественных процессах, так как ее предмет — мастерство использования естественных процессов в искусственных условиях производства.

Обобщив вышеизложенное, можно сформулировать следующее краткое определение: технология — наука о мастерстве в процессах создания благ.

Роль технологии (мастерства) в жизни общества состоит в следующем:

прикладное использование багажа знаний общества. Без технологии знание остается «мертвым», не находит применения;

средство, создающее надприродные блага, которые формируют условия для существования человеческого общества;

предопределение условий использования труда, сбережение его затрат и как следствие — создание благополучия и материального богатства;

человек, коллектив или государство, лишенные необходимых для их функционирования технологий, лишаются самостоятельности и независимости, поскольку не способны воспроизводить условия для собственного существования.

Таким образом, технология в прикладном смысле представляет собой реализованные (материализованные) представления о закономерностях изготовления конкретных видов материальных и нематериальных благ. Только тогда, когда человек владеет технологией, появляется возможность многократного воспроизведения процесса изготовления продукции с определенными потребительскими свойствами по заранее известному алгоритму.

Поскольку объективные законы окружающего мира являются основой (фундаментом) технологии, последняя может воспроизводиться и повторяться сколь угодно многократно.

Технология как наука изучает:

• сущность (содержание) процессов производства разнооб
разных товаров и услуг;

15


взаимные внутренние связи между мастерством и трудозатратами на изготовление продукта;

закономерности развития процессов производства товаров и услуг на базе достигнутого уровня знаний человека об окружающем его мире.

Наиболее распространена классификация технологий (процессов создания различных благ) по виду полученного блага или результата. Согласно ей технологии делятся на материальные (создающие материальные продукты) и нематериальные, или социальные (создающие нематериальные блага). К числу нематериальных относятся технологии образования, науки, здравоохранения, культуры, литературы, искусства и т.д.

Преобладающее большинство материальных технологий являются машинными, т.е. совокупность технологических действий над сырьем осуществляется в основном машинами, аппаратами, техническими устройствами и приспособлениями. В социальных технологиях тоже используются технические средства, но они непосредственно не создают результат, имеют второстепенное значение. Например, результат работы учителя не будет принципиально зависеть от того, из какого материала сделана парта, за которой сидят ученики, или доска, на которой пишет учитель. Следовательно, при достижении конечного результата в материальных технологиях велика роль машин, а в нематериальных — людей, их профессиональных качеств.

Нужно отметить, что производственный процесс изучается с разных сторон: технологическая деятельность изучается технологией, экономическая — экономикой. Хотя предметы изучения технологии и экономики различны, оба научных направления преследуют одну цель: при наименьших затратах обеспечить наибольший выпуск товаров. Единство цели объясняется объективным единством и неделимостью производственного процесса.

Необходимо добавить, что технология и экономика производства едины и с содержательной стороны. Дело в том, что понятие «технология» в настоящее время включает не только процесс получения материального продукта, но и любые целенаправленные действия, приводящие к удовлетворению некоторой потребности (вспомним термины «технология управления», «технология образования»).

Таким образом, технология является стержнем, основой, связывающей воедино естественные, технические и экономические науки. Технология — это наиболее важный элемент, от состояния которого зависит развитие производства и общества.

Побудительный мотив развития технологии — преобладание потребностей общества над возможностью их удовлетворения существующими средствами производства.

16


Источник развития технологии — достижения техноди-намики, науки, которая постигает закономерности технологического развития.

В контексте определения технологии как элемента производства важно разделить понятия «технология» и «техника». К сожалению, достаточно часто эти термины считаются тождественными по содержанию.

Техника на производстве представлена оборудованием — различными машинами, аппаратами, устройствами. Очевидно, что технические устройства используются для осуществления тех или иных технологических действий по производству того или иного продукта, но техника — это не сама технология, так как технологический процесс производства можно реализовать и без использования техники (например, в случае ремесленного, кустарного производства).

В современном промышленном производстве технические устройства вместе с людьми воплощают технологию в виде последовательных и заранее определенных действий по превращению исходного сырья в готовую продукцию. Таким образом, техника является только одним из средств осуществления технологии. Изменения в техническом устройстве (в структуре и взаимосвязи его элементов) необязательно вызывают изменение технологии производства продукции с помощью этого устройства. В то же время изменения в способе воздействия на исходное сырье, т.е. в технологии, неизбежно приводят к изменению технического устройства, реализующего эту технологию.

Поэтому технология как функциональный элемент материального производства первична по отношению к технике, которая лишь осуществляет те действия в процессе производства продукции, которые предопределены заранее технологией производства.

Чтобы изготовить любой товар, необходимы информация о сырье и средствах производства (область технических наук — материаловедение, теория машин и механизмов, сопротивление материалов и др.), соответствующая организация производства, его снабжение, контроль, анализ и т.д. (область экономических наук). Кроме того, всякое производство основано на трудовой деятельности людей. Следовательно, необходимы знания о трудовом процессе, а самое главное — о том, как вызвать интерес человека к активному труду (область общественных наук). При производстве духовных благ дополнительно нужны сведения из области гуманитарных наук. Таким образом, оказывается охваченной практически вся сфера современного научного знания. И это закономерно, так как основой существования общества яв-


ляется производство. Поэтому и все знания, которые человек получает за свою жизнь, он с той или иной степенью мастерства использует в будущей профессиональной деятельности. Различные виды профессиональной деятельности человека, по сути, сводятся к роли исполнителя той или иной технологии.

Однако необходимо еще раз подчеркнуть, что процесс изготовления любого продукта основан на использовании естественных (природных) процессов, протекающих по своим законам. Человек с помощью науки познает эти объективные процессы и использует их в искусственно созданных условиях производства. Поэтому результативность технологического процесса он может повысить лишь в тех рамках, которые допускают природа, ее законы, а не путем собственного, субъективного волевого решения.

Вместе с тем технология является источником неограниченного развития производства и общества. Именно технологическое развитие производства обеспечило нынешние достижения человеческого общества. Оно и в дальнейшем останется определяющим звеном развития мировой цивилизации.

Контрольные вопросы

  1.  Опишите назначение производственной системы.
  2.  Какие элементы входят в состав производственной системы? Как они взаимосвязаны друг с другом?
  3.  При каких условиях в производственной системе возможно осуществление производственного процесса?
  4.  Тождественны ли понятия производственной системы и производственного процесса?
  5.  Почему сырье не является частью производственной системы?
  6.  Возможно ли в рамках производственного процесса произвольное изменение действий исполнителей? Почему? Если невозможно, то чем эти действия предопределены?
  7.  Какие функциональные элементы составляют любой производственный процесс? Каково их назначение?
  8.  На каком основании молено утверждать, что технология является основным звеном производственного процесса?
  9.  Каковы сходство и различие между технологией производства и экономикой производства?

  1.  Что является объектом, изучаемым технологией как наукой?
  2.  С какими науками технология имеет непосредственные связи?
  3.  Каково современное понимание технологии?
  4.  Какие свойства и черты постоянны для всех видов технологий?
  5.  Назовите характерные признаки материальной технологии.

15. Перечислите характерные признаки социальной (нематери
альной) технологии.

18


Глава 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

2.1. Понятие технологического процесса

Технологии характеризуются многочисленностью и большим разнообразием. Рассмотрим сходство и различие технологий разных видов.

Общим для любых технологий является то, что их создатели и исполнители — люди. Они проектируют технологии в соответствии с принципами и закономерностями человеческой деятельности. Психология, изучающая закономерности деятельности человека, выделяет ее следующие основные принципы:

деятельность есть процесс последовательного получения требуемого результата;

она всегда имеет цель и мотивы;

деятельность строится из элементарных базовых действий, объединяющихся в образования разной иерархии.

Перечисленные принципы деятельности человек переносит в технологию. Это ее так называемый «человеческий компонент», общий для всех технологий.

Поскольку всякий технологический процесс основан на естественных природных процессах, имеющих свои объективные закономерности, то содержание технологических действий (этапов) предопределяется данными закономерностями. Это отличает технологии друг от друга, придает им индивидуальные, специфические, особенные черты.

Таким образом, человек привносит в технологии их этап-ность, целенаправленность, иерархичность структуры, а естественные процессы, на которых они основаны, — содержание и внутреннее взаимовлияние этапов.

Как отмечалось ранее, для производства тех или иных видов продукции люди создают производственные системы, в которых реализуются производственные процессы, включающие технологическую и экономическую деятельность. Таким образом, технологический процесс представляет собой основную часть производственного процесса, которая предопределяет последовательность действий по созданию продукции и в свою очередь базируется на использовании естественных (природных) процессов.

19


2.2. Структура и организация технологических процессов

Изготовление продукции связано с требуемым изменением сырья, происходящим в результате различных воздействий на него.

В общем случае материальным средством воздействия на предмет труда является инструмент. Причем инструменты не обязательно вещественны, часто ими могут быть различные физические поля: гравитационное, электрическое, магнитное и т.д. В химико-технологических процессах порой сложно отличить предмет труда от инструмента. Если в реакцию вступают два вещества, то они оба воздействуют друг на друга и преобразуются, т.е. обладают свойствами и сырья, и инструмента. Поэтому для химико-технологических процессов в этом отношении характерны свои специфические особенности.

На уровне элементарного звена технологического процесса (как и производственного) всю совокупность действий можно подразделить на функциональные и вспомогательные.

Функциональной, основной частью элементарного акта преобразования предмета труда в продукт является однократное непосредственное воздействие инструмента на предмет труда. Эту наименьшую часть технологического процесса называют рабочим ходом. Рабочий ход приводит к изменению свойств сырья в направлении свойств получаемого продукта.

Вспомогательной частью элементарного акта преобразования предмета труда в продукт является процесс совмещения инструмента с предметом труда. Эту наименьшую часть технологического процесса называют вспомогательным ходом.

Вспомогательный ход, как правило, изменяет пространственные характеристики (положение) инструмента и предмета труда. Его назначение — подготовка инструмента и предмета труда к выполнению очередного рабочего хода. При обработке некоторой порции или единицы сырья выполнение вспомогательного хода всегда предшествует реализации рабочего.

Вид рабочего хода изменяется при изменении типа воздействия инструмента на сырье, вида инструмента, а также режима такого воздействия. Вид вспомогательного хода предопределяется видом рабочего хода и функционально зависит от него.

Последовательное чередование рабочих и вспомогательных ходов образует более высокий иерархический уровень в структуре технологического процесса — технологический переход. Для выполнения технологических переходов, как правило, необходимо осуществить соотвествующую группу вспомогательных действий более высокого иерархического уровня. Она включает действия по загрузке-выгрузке сырья или заготовки,

20


закреплению детали и т.д. Все эти действия называют вспомогательным переходом.

Последовательность технологических и вспомогательных переходов образует следующий иерархический элемент технологического процесса — технологическую операцию. Для ее выполнения также необходима своя относительно обособленная группа вспомогательных действий — транспортирование сырья от одного вида оборудования к другому, которую называют вспомогательной технологической операцией.

Совокупность всех технологических и вспомогательных операций образует технологический процесс (рис. 2.1), целью которого является изготовление продукта.

Как видим, вся структура технологического процесса складывается из рабочих и вспомогательных действий. К рабочим действиям относятся рабочий ход, технологический переход, технологическая операция, к вспомогательным — вспомогательный ход, вспомогательный переход, вспомогательная операция. На каждом иерархическом уровне рабочим действиям соответствует своя группа вспомогательных действий. Рабочие элементы более высокой иерархии состоят из рабочих и вспомогательных элементов более низкого иерархического уровня, образуя структуру, построенную по принципу «матрешки».

Отличительными чертами технологической операции являются неизменность метода воздействия на сырье, реализация на определенном виде технологического оборудования. Для технологического перехода характерно постоянство режима обработки предмета труда. При его смене, соответственно, изменяется и технологический переход. Главным свойством рабочего хода является характер (вид) элементарного воздействия инструмента на предмет труда. Стоит отметить, что именно рабо-

21


чий ход предопределяет все достоинства и недостатки технологического процесса.

На выполнение всех рабочих и вспомогательных действий необходимы затраты труда (человеческого и машинного). Именно поэтому трудозатраты на осуществление технологического процесса можно сократить только путем целесообразного видоизменения рабочих и вспомогательных действий.

Необходимо отметить, что кроме рабочих и вспомогательных технологических действий в процессе производства продукции присутствует также ряд так называемых обслуживающих действий. К ним относятся действия по наладке и техническому обслуживанию оборудования, контролю качества продукции, ремонту оборудования, техническому испытанию изделий, изготовлению инструментов и др. Обслуживающие действия непосредственно не участвуют в процессе преобразования предмета труда в продукт, поэтому их не относят к технологическим.

По организации в пространстве и времени технологические процессы в условиях производства подразделяют на дискретные, непрерывные и комбинированные.

Дискретные, или периодические (прерывные) технологические процессы характеризуются чередованием вспомогательных и рабочих действий любой иерархии во времени и выполнением всех технологических действий на одном и том же месте. Таким образом, дискретные процессы компактны в пространстве, но «растянуты», длительны во времени. При этом в стадии обработки находится единица, или одна порция сырья, над которой поочередно выполняются рабочие и вспомогательные технологические действия.

Дискретные технологические процессы преобладают в машиностроении, легкой промышленности, капитальном строительстве, добывающих отраслях. Исторически они появились первыми.

Противоположны по своей организации непрерывные процессы, характеризующиеся непрерывным и одновременным выполнением рабочих и вспомогательных технологических действий любого иерархического уровня. В этом случае в стадии обработки находится несколько единиц, или порций сырья. Пока над одной порцией выполняются рабочие действия, над другой в это же время, но в другом месте осуществляются вспомогательные. Таким образом, непрерывные процессы компактны во времени, но «растянуты» (разнесены) в пространстве.

Наиболее часто непрерывные процессы применяются в химической промышленности, металлургии, энергетике, производстве строительных материалов и изделий.

Непрерывные процессы — название условное, поскольку рабочие действия вынужденно останавливаются при техническом

22


обслуживании, ремонте, авариях. Ясно, что необходимо стремиться к сокращению количества таких остановок путем использования более долговечных материалов, увеличивающих срок службы оборудования; повышения качества ремонтов и сокращения их сроков и т.д.

На рис. 2.2 схематично представлены дискретные и непрерывные технологические процессы.

В силу своих особенностей дискретные и непрерывные технологические процессы имеют ряд преимуществ и недостатков.

Непрерывные технологические процессы компактны во времени, позволяют производить большое количество продукции в единицу времени, поэтому применяются в массовом и серийном производстве товаров. Кроме того, к их преимуществам относятся:

постоянство режимов работы оборудования, улучшающее условия его работы и удлиняющее срок службы;

возможность максимальной механизации и автоматизации процесса, так как технологические операции и соответствующее оборудование разделено в пространстве;

создание благоприятных условий для использования вторичных энергоресурсов (например, тепла отходящих газов).

Однако непрерывные процессы имеют и ряд недостатков:

большой размер производственных площадей;

значительные затраты па создание производства;

большее количество перемещений предмета труда, т.е. большая доля вспомогательных действий;

непригодность для изготовления крупногабаритных видов продукции, нецелесообразность при единичном производстве, изготовлении пробных партий продукции.

23


Существует принципиальная возможность выбора нужного из двух видов процессов. Например, можно преобразовать непрерывные процессы из дискретных, что ускорит процесс изготовления продукции.

По кратности обработки сырья технологические процессы в реальных условиях производства могут иметь разомкнутую (открытую), замкнутую (закрытую) и комбинированную схемы организации потока сырья, подвергаемого превращению в готовую продукцию:

открытая схема — сырье за один технологический цикл обработки превращается в готовую продукцию;

закрытая схема — для полного превращения сырья в продукт требуется многократное повторение цикла обработки;

комбинированная схема — основное сырье превращается в целевой продукт за один цикл, в то время как вспомогательные материалы могут использоваться многократно.

2.3. Затраты труда в ходе осуществления технологического процесса. Понятие идеальной технологии

Как отмечалось ранее, технологический процесс производства продукции, как правило, сопровождается соответствующими трудозатратами. Производственные процессы можно сравнить, сопоставив затраты труда на производство разных видов продукции. Труд выступает единым, общим для всех видов технологических процессов критерием оценки их качества с экономической точки зрения.

Для производства продукции требуются затраты живого и прошлого (овеществленного) труда. Живой труд — это действия человека, а прошлый — действия машины (станка, устройства и т.д.). Можно сказать, что в общем случае человек и (или) машина выполняют требуемые технологические действия (рис. 2.3).


Очевидно, что осуществление данных действий требует соответствующих издержек. Человеку необходимо выплачивать заработную плату, покупка, эксплуатация и обслуживание машины тоже требуют затрат. Таким образом, труд расходуется на выполнение необходимых технологических действий, преобразующих сырье в продукт. Отсюда следует, что ни сырье (предмет труда), ни затраты труда сами по себе не являются элементами технологического процесса (см. рис. 2.1).

Хотя стоимость сырья часто причисляют к затратам прошлого труда — это не технологические затраты, к которым относятся издержки на реализацию технологических действий. Несмотря на то, что технологические действия направлены на получение конечного продукта из сырья, стоимость последнего не является технологическими затратами.

Затраты живого труда и прошлого труда в сумме образуют расходы на изготовление продукции, формируя показатель совокупных затрат труда.

Как отмечалось выше, как человек — исполнитель технологических воздействий на предмет труда, так и машина требуют возмещения трудовых затрат. Но возможна ситуация, когда и инструмент, и объект, приводящий его в действие, являются природными. Речь идет о природных (естественных) процессах, которые могут сами, практически без участия человека создавать конечный результат, так как их протекание самопроизвольно (например, гравитационное поле Земли в сочетании с ветром давно используются для очистки семян от шелухи, течение реки — для транспортирования леса и т.д.). Главное достоинство таких «прирученных» человеком природных процессов — отсутствие затрат на их осуществление. Очевидно, что чем больше самопротекающих природных процессов применяется в технологическом процессе, тем он дешевле.

Технология называется идеальной, когда требуемые технологические действия выполняются, а затраты труда практически отсутствуют. Ясно, что необходимо стремиться к использованию именно таких технологических процессов.

2.4. Параметры (показатели) техпологического процесса

Для описания отдельно взятого технологического процесса или сопоставления его с другими процессами используют различные показатели, или параметры технологического процесса.

25


Все параметры технологического процесса можно объединить в три группы:

частные, которые позволяют выделять технологические процессы из окружающих. К частным параметрам относят: особенности используемых инструментов, режимы проведения процесса (температура, давление) и т.д.;

единичные, позволяющие сравнивать однотипные технологические процессы. К единичным параметрам относят: материалоемкость, энергоемкость, капиталоемкость, а также такой интегральный показатель как себестоимость, который отображает фактические затраты предприятия в денежном выражений на производство и реализацию продукции;

обобщенные, которые позволяют сравнивать разнородные технологические процессы (трудоемкость, производительность труда).

Об экономической эффективности материального производства судят по общеизвестному доказателю, или критерию, —-производительности труда.

Как отмечалось в параграфе 2.3, на изготовление продукции необходимо затратить живой и прошлый труд, которые в сумме образуют все издержки на изготовление продукции, формируя показатель совокупных затрат труда. В соответствии с этими тремя параметрами трудозатрат различают три вида производительности труда

где Пж, Пл, Пс — производительность живого, прошлого и совокупного труда соответственно; Тж0 Тп0, Тс0 — обобщенные затраты живого, прошлого и совокупного труда соответственно; Q — количество произведенной продукции.

При определении производительности совокупного труда (Пс) учитываются все производственные затраты на производство продукции. Следовательно, только данный показатель дает полную оценку использования труда в конкретном производстве.

Необходимо отметить, что все три выражения (2.1) для определения производительности оперируют одним и тем же значением количества произведенной продукции Q. Если для расчета производительности совокупного труда это справедливо, то при нахождении производительности живого и прошлого труда было бы более правильно использовать показатели количества продукции, произведенной только живым или только

26


прошлым трудом. Например, когда рабочий выпускает продукцию на станке, следовало бы выделить количества продукции, произведенные рабочим Qж и станком Qп. Однако такое деление невозможно осуществить, поскольку продукция изготавливается совместно живым и прошлым трудом.

Таким образом, для расчета производительности труда необходимо использовать третью зависимость в выражении (2.1).

И живой, и прошлый труд имеют одну природу: это издержки, которые необходимо постоянно снижать путем совершенствования технологии.

Для описания технологических процессов широко используют материальные и энергетические балансы.

Материальный баланс — это отражение закона сохранения массы веществ в условиях производства. Согласно этому закону, масса исходных веществ (сырья), поступивших для участия в технологическом процессе, равна массе веществ (продуктов и отходов), образовавшихся в результате осуществления технологического процесса. Как правило, материальный баланс составляется на единицу целевого продукта.

Энергетический баланс — это количественное выражение закона сохранения энергии в ходе осуществления технологического процесса. Согласно этому закону, количества энергии, потребленной и выделяющейся в ходе процесса, равны. Как и материальный, энергетический баланс составляется на единицу целевого продукта.

Контрольные вопросы

  1.  Чем схожи между собой производственные технологии? Чем они различаются?
  2.  Дайте определение технологического процесса.
  3.  На какие две группы подразделяют технологические действия? Каковы принципиальные различия между ними?
  4.  Какие структурные элементы по иерархии входят в состав технологического процесса? Дайте им краткую характеристику.
  5.  Каким путем можно уменьшить трудозатраты на осуществление технологического процесса?
  6.  Какие вам известны способы организации технологических процессов? Дайте им краткую характеристику.

  1.  Каковы особенности (достоинства и недостатки) протекания дискретных (периодических) технологических процессов?
  2.  Каковы особенности (достоинства и недостатки) протекания непрерывных технологических процессов?

9. Какие бывают технологические процессы по кратности обработ
ки сырья? Дайте им краткую характеристику.

27


  1.  Каково назначение затрат живого труда в ходе осуществления технологических процессов?
  2.  Каково назначение затрат прошлого труда в ходе осуществления технологических процессов?
  3.  Что показывает параметр производительности труда?
  4.  Какую технологию называют идеальной?
  5.  Какие параметры используются для описания технологических процессов? Дайте им краткую характеристику.
  6.  Что представляет собой материальный баланс технологического процесса?
  7.  Что представляет собой энергетический баланс технологического процесса?

Глава 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

3.1. Технологическое развитие как ключевое звепо

совершенствования промышленного производства

и развития общества

Абсолютное большинство современных исследователей процессов социально-экономического развития общества считает, что рыночная экономика с ее конкурентной основой является залогом процветания нашей цивилизации.

Действительно, конкурентные основы рыночной экономики являются стимулом и необходимым условием развития, но этого далеко не достаточно. Несмотря на то, что в большинстве стран мира существуют рыночные отношения, лишь в немногих из них обеспечены достаточно высокий уровень жизни населения, четкая организованность и стабильность общества, социальная защищенность его членов.

Как отмечалось ранее, помимо таких понятий и системных проявлений, как экономика и политика, есть еще одна феноменальная составляющая, существенным образом влияющая на состояние человека, общества, отдельно взятого государства и всей цивилизации. Таким особым феноменом, обеспечивающим развитие общества и представляющим собой достаточное условие прогресса, является технология.

Именно технология как таковая определяет не только современное состояние общества, его возможности в освоении окружающего мира, но и перспективы развития государства и социума.

28


Для нынешнего этапа развития общества характерна объективная тенденция перехода к технологическим формам организации социальной жизни, при этом ведущим элементом данной тенденции является технологическое развитие. Причем развиваются не только технологии как таковые, но и общество посредством его насыщения различными технологиями в сфере производства как благ, так и услуг.

Таким образом, речь идет об осознании того, что технологии являются базовым звеном не только производства, но и общественного прогресса, которое лежит в основе всех социально-экономических и культурно-исторических процессов.

Для того чтобы знать, какие условия необходимо создать для успешного развития государства, нужно выявлять и изучать объективные закономерности развития производства, в частности производственных технологий.

Закономерности технологического развития производства имеют большое практическое значение: они позволяют грамотно, научно обоснованно, экономически выгодно управлять функционированием и развитием отдельно взятых предприятия, производственного объединения, региона, что, в свою очередь, отвечает коренным интересам государственного управления.

3.2. Динамика трудозатрат при развитии техпологических процессов

Даже несведущему человеку совершенно очевидно, что технологическое развитие должно быть экономически целесообразным. Поэтому основной целью развития технологических процессов является снижение затрат на производство продукции при сохранении или улучшении ее качества. Задача снижения трудозатрат в самом общем виде сводится к некоторому целесообразному видоизменению технологических действий, обеспечивающему в конечном счете экономию затрат труда.

Таким образом, любое изменение в технологии неизбежно приводит к изменению структуры технологического процесса, что в свою очередь изменяет трудозатраты на осуществление технологических действий. Поэтому, каждое совершенствование технологического процесса можно и нужно проиллюстрировать динамикой трудозатрат, т.е. изменением затрат труда во времени.

Обозначим через Тж(t) и Тп(t) изменение во времени удельных, т.е. приходящихся на единицу продукции, затрат живого и прошлого труда соответственно. Функция суммы Тж и Тп — это фун-

29


кция изменения удельных затрат совокупного труда во времени. Функции Тж(t) и Тп(t), где t — время, являются непрерывными.

В общем случае изменение живого и прошлого труда может идти следующими путями:

одновременное снижение или повышение затрат живого и прошлого труда;

замещение одного вида труда другим.

На рис. 3.1 схематично изображены данные варианты динамики трудозатрат.

Вариант 3.1, а предполагает постоянное повышение затрат' живого и прошлого труда и, как следствие, — повышение совокупных трудозатрат. При этом производительность труда будет постоянно снижаться. Этот вариант в дальнейшем не будет рассматриваться, так как он является экономически нецелесообразным.

30


Вариант 3.1, б, наоборот, предполагает постоянное снижение трудозатрат на производство продукции. Очевидно, что производительность труда при этом растет, причем этот рост неограничен во времени. Поэтому такой вариант называют неограниченным вариантом динамики трудозатрат.

Что касается вариантов 3.1, в и 3.1, г, то они иллюстрируют рост одного из видов труда при уменьшении другого, т.е. речь идет о взаимозамещении живого и прошлого труда. С позиции экономики нужно идти на увеличение одного из видов труда только тогда, когда оно сопровождается большим снижением труда другого вида и, следовательно, уменьшением совокупных трудозатрат в целом. Однако такое взаимозамещение экономически целесообразно лишь до момента времени t* (см. рис. 3.1, в, г), пока совокупные затраты труда уменьшаются. После t* наблюдается их рост, который экономически невыгоден.

Вариант 3.1 в предусматривает снижение прошлого труда за счет роста живого. Это экономически выгодно, когда человеческий труд дешевле машинного. Но если обратиться к истории развития производственных процессов, то можно заметить, что исторически наблюдается противоположная тенденция: труд человека заменяется действиями машин и технических устройств, т.е. вариант 3.1, в противоречит мировой исторической тенденции научно-технического прогресса и доводам разума: машина замещает действия человека, но не наоборот. Поэтому такой вариант является ошибочным по смыслу, хотя и может быть экономически выгодным!

На практике находит широкое применение другой вариант изменения трудозатрат, показанный на рис. 3.1, г. Он свидетельствует, что живой труд, т.е. труд человека, заменяется на действия машин.

Основной причиной замены действий человека на действия производственной техники является прямое назначение машин или устройств. Они предназначены для замещения действий человека.

Однако из рис. 3.1, г хорошо видно, что замещение живого труда прошлым со временем становится нецелесообразным. Если до момента времени t* оно ведет к снижению совокупных трудозатрат, то после — к возрастанию. Поэтому при использовании данного варианта очень важно предвидеть момент наступления экономического предела выгодности замещения живого труда прошлым. Вариант замещения ручного труда машинным называют ограниченным вариантом динамики трудозатрат.   Л

После установления целесообразных вариантов изменения трудозатрат необходимо выявить те изменения в технологии, которые обеспечат их реализацию на практике.

31


3.3. Рационалистическое развитие технологических процессов

В предыдущем параграфе дана характеристика ограниченного варианта динамики трудозатрат. Он достигается путем замены живого труда прошлым, т.е. путем механизации и (или) автоматизации технологии производства. Внимательно рассматривая это замещение, можно заключить, что механизация или автоматизация решает проблему рационального использования двух видов труда (см. рис. 3.1, г). Такое развитие называется рационалистическим.

Сформулируем закон рационалистического развития технологических процессов: замена действий человека, выполняющего технологические действия, действиями машин и автоматов приводит к увеличению затрат прошлого труда и за счет этого — снижению затрат живого труда (повышению его производительности), при этом по мере рационалистического развития каждое последующее повышение производительности живого труда требует все больших затрат труда прошлого.

Особенностью рационалистического развития является его затухающий характер, обусловленный постепенным снижением эффективности от дополнительных затрат прошлого труда. Увеличение объема прошлого труда происходит за счет насыщения производства дополнительными приспособлениями, автоматическими устройствами, т.е. за счет механизации и автоматизации производственных процессов. В связи с этим необходимо сделать вывод об ограниченной эффективности механизации и автоматизации. Более того, автоматизация производства может быть экономически невыгодной (см. рис. 3.1, г справа от t*).

Математическая модель рационалистического развития показывает функциональную связь между затратами живого и прошлого труда, снижение затрат живого труда за счет роста прошлого и затухающий характер рационалистического развития. Она имеет вид

где dТЖ — элементарное изменение удельных затрат живого труда (знак минус указывает на общее снижение затрат живого труда при рационалистическом развитии); dTn — элементарное приращение удельных затрат прошлого труда; Тж — достигнутый уровень удельных затрат живого труда; k — коэффициент пропорциональности; т — показатель степени.

Сомножитель Тmж отражает убывание элементарного уменьшения живого труда при условии, что т > 0. Чем ниже значе-

32


ние достигнутого уровня затрат живого труда, тем меньше его элементарное уменьшение dТж.

После интегрирования обеих частей соотношения (3.1) и математических преобразований модель рационалистического развития имеет вид

Обратные величины Тж и Тц в правой части выражения (3.3) являются ничем иным, как производительностями труда (живого и прошлого соответственно), поскольку нами исследуются удельные затраты труда (т.е. затраты труда на единицу продукции).

Параметр У дает обобщенную характеристику технологического процесса со стороны затрат как живого, так и прошлого труда. Он называется уровнем технологии и отражает качественную сторону технологического процесса. Значение параметра У остается постоянным все время, пока происходит рационалистическое развитие технологического процесса, так как при пом сущность технологических действий не изменяется.

Уровень технологии отражает нематериальный фактор развития технологического процесса — уровень мастерства, с которым живой и прошлый труд используются в технологическом процессе. Каждому технологическому процессу присуще свое значение параметра У, что объясняет потенциальные возможности повышения производительности труда и одновременно предполагает и очерчивает их предел.

При известных величинах затрат живого и прошлого труда па весь объем выпущенной продукции Q уравнение для расчета величины уровня технологии принимает вид

Уравнение (3.4) получено из зависимости (3.3) путем подстановки значений параметров производительности живого и прошлого труда (2.1).

33


Как следует из зависимости (3.4), показатель уровня технологии является взвешенным или усредненным по затратам живого и прошлого труда, т.е. его значение не зависит от объемов производства. Это свойство показателя уровня технологии позволяет осуществлять качественное сравнение различных по масштабу производств. С учетом того, что народное хозяйство государства является верхним иерархическим уровнем производственных систем, имеется объективная основа для расчета показателя уровня технологии в масштабах страны. И хотя такая оценка носит усредненный ориентировочный характер, ее важно знать как для отдельного производства, так и для государства.

Как отмечалось ранее, рационалистическое развитие соответствует ограниченному варианту развития. Поэтому принципиально важно предвидеть наступление момента времени t*, соответствующего экономическому пределу (границе) рационалистического развития, когда совокупные затраты труда становятся минимальными (см. рис. 3.1, г). Однако развитие технологического процесса с временной координатой жестко не связано. Возможны моменты ускоренного или замедленного развития. Поэтому установим соотношение между базовыми переменными рационалистического развития: затратами живого (Тж) и прошлого (Тп) труда. Уже отмечалось, что рационалистическое развитие носит затухающий характер. Для одинакового снижения затрат живого труда на каждом следующем шаге развития приходится все больше наращивать затраты труда прошлого. В результате неизбежно достигается такое состояние технологического процесса, когда снижение затрат живого труда и прирост прошлого сравниваются, т.е. достигается нулевая отдача от затрат прошлого труда (вклад в технологический процесс АТП равен получаемому результату в виде снижения живого труда AТЖ). В соответствии с законом рационалистического развития происходит постепенная (пошаговая) замена живого труда (АТЖ) прошлым (АТП). После каждого шага определяется новое соотношение между Тж и Тп, на основании которого устанавливается целесообразность следующего шага и т.д. до предельного соотношения Тж = Тп, при котором рационалистическое развитие достигает предела экономической целесообразности. Следовательно, на границе рационалистического развития наступает равенство между затратами живого и прошлого труда:

До этого затраты живого труда превышают затраты прошлого, что следует из рис. 3.1, г.

Очевидно, что производительность живого труда будет ниже производительности прошлого только при выполнении условия

34


Тж > Тп. Живой труд при этом будет менее ценен, поэтому экономически целесообразна замена его на прошлый. Таким образом, затраты живого труда не могут быть ниже затрат прошлого. В крайнем предельном случае они уравниваются.

На рис. 3.2 показано граничное соотношение между Тж и Тп при рационалистическом развитии технологического процесса.

3.4. Эволюционное развитие технологических процессов

Эволюционное  развитие   технологических   процессов

предполагает снижение затрат труда на осуществление технологического процесса за счет улучшения только вспомогательных действий. Поскольку оба вида труда (живой и прошлый) в общем случае расходуются на выполнение как рабочих, так и вспомогательных действий, можно предложить следующую схему взаимосвязи трудозатрат со вспомогательными действиями технологического процесса (рис. 3.3).


Если, например, вспомогательные действия сокращаются на некоторую величину A, это приводит к соответствующему снижению затрат живого АТЖ и прошлого АТП труда. Если на эту часть вспомогательных действий затрачивается только один вид труда, то снижаются издержки только на него. Вариант динамики трудозатрат, представленный на рис. 3.1, б соответствует схеме на рис. 3.3, т.е. эволюционное развитие технологического процесса обеспечивает неограниченное во времени снижение трудозатрат.

Обобщая вышеизложенное, сформулируем закон эволюционного развития: целесообразные изменения в области вспомогательных действий приводят к снижению совокупных затрат труда или повышению производительности совокупного труда.

Экономический эффект от эволюционного развития (снижение затрат на выполнение вспомогательных действий) может быть достаточно ощутимым, так как в абсолютном большинстве случаев в структуре технологического процесса вспомогательных действий гораздо больше, чем рабочих. Сократить долю вспомогательных действий, сущность которых в основном сводится к пространственному перемещению предмета труда и (или) инструмента, в простейшем случае можно путем рационального размещения технологического оборудования, сводящего перевозки полуфабриката к минимуму.

Примером практической реализации эволюционного развития технологических процессов являются роторные технологии. По сравнению с традиционными организационными схемами непрерывных технологических процессов они позволяют значительно повысить пространственную компактность и за счет этого снизить трудозатраты на выполнение вспомогательных действий.

В приведенных выше примерах задача уменьшения затрат решена непосредственно через снижение доли вспомогательных действий. Однако ее можно решить и путем повышения технологических возможностей инструмента.

Например, при токарной обработке деталей можно сделать резец обоюдоострым, позволяющим снимать стружку не только при его движении вдоль детали, но и в обратном направлении. В таком случае вспомогательный ход (перемещение резца относительно детали без воздействия на нее) значительно сокращается, что влечет за собой соответствующее снижение трудозатрат. При этом, естественно, требуются некоторые дополнительные затраты на получение более технологичного инструмента, которые в будущем окупаются снижением доли вспомогательных действий.

36


При эволюционном развитии технологических процессов необходимо также учитывать следующие моменты:

повышение мощности технологического оборудования приводит к увеличению объема выпускаемой продукции. Если затраты на сырье и рабочие действия в данном случае увеличиваются пропорционально объему выпуска, то затраты на вспомогательные действия, как правило, в такой же зависимости не возрастают;

часто транспортное оборудование не работает в номинальном по мощности режиме, поэтому его догрузка не влечет увеличение затрат на транспортирование. Именно по этой причине крупные производства обеспечивают большее снижение себес-юимости продукции, чем маломощные;

для непрерывных технологических процессов, характеризующихся одновременным выполнением рабочих и вспомогательных действий, снизить затраты на вспомогательные действия можно путем замедления их длительности до длительности рабочих действий. Хотя при эгом выполняемая работа, а, значит, и расход энергии на перемещение сырья остается прежним, выигрыш обеспечивается за счет меньшей стоимости менее мощных транспортных средств.

Существуют и другие пути эволюционного совершенствования технологического процесса. Иногда существует принципиальная возможность полного исключения вспомогательных действий и соответствующих затрат. Такое возможно тогда, когда инструмент и предмет труда находятся в пост оянном контакте, и не требуется совмещать их в пространстве (например, если в качестве инструмента выступает окружающая среда (воздух). Кислород, содержащийся в воздухе, является инструментом для всех процессов окисления. Под воздействием окружающей среды (естественных циклов замерзания и оттаивания) улучшается качество глины.

Возможен вариант почти полного исключения затрат на выполнение вспомогательных действий. Для этого надо найти «бесплатное» транспортное средство в виде природных эффектов и явлений. Так, при перемещении груза сверху вниз мы час-го используем силу тяжести и не задумываемся, что это самый жономически выгодный способ осуществления вспомогательных действий. Для этой цели также можно использовать, например, течение воды, таяние и образование льда, ветер, дождь, морские приливы и т.д.

Очевидно, что когда нельзя применить естественные природные процессы, полное исключение затрат на выполнение вспомогательных действий невозможно по технологическим

37


причинам. Но к нему необходимо стремиться, так как это самый выгодный способ повышения производительности труда. В отличие от рационалистического, эволюционное развитие обеспечивает снижение совокупных затрат за счет не замещения живого труда прошлым, а сокращения затрат на выполнение вспомогательных действий технологического процесса, в первую очередь, путем сокращения их доли в структуре всех технологических действий. В результате значение показателя уровня технологии повышается. Но такое повышение не имеет скачкообразный характер, так как основная доля затрат определяется видом рабочих действий.

3.5. Революционное развитие технологических процессов

Революционное  развитие  технологических   процессов

предусматривает снижение совокупных затрат труда путем целесообразного видоизменения рабочих действий, а точнее, рабочего хода как базового элемента всех рабочих действий более высоких иерархических уровней. При восхождении по иерархии рабочие действия низших уровней поглощаются действиями высших, что следует из структуры технологического процесса (см. рис. 2.1). При этом на каждом новом иерархическом уровне к соответствующим рабочим действиям добавляются вспомогательные.

Рабочие действия составляют большую часть всех технологических действий, поэтому именно с ними связаны основные трудозатраты на выпуск продукции. Даже с учетом того, что в настоящее время технологические процессы осуществляются с помощью машин, на выполнение рабочих действий затрачивается главным образом прошлый труд. Поэтому существенно снизить его затраты в технологическом процессе можно путем революционных преобразований.

По динамике трудозатрат революционное развитие соответствует варианту неограниченного снижения трудозатрат во времени (см. рис. 3.1, б). В результате революционного развития, как правило, пропорция между затратами живого и прошлого труда изменяется в сторону увеличения доли живого. Этот вывод очевиден, так как новые технологии, как правило, недоработаны в рационалистическом и эволюционном планах, т.е. на начальном этапе их внедрения в производство плохо оснащены технически.

Отметим, что, исходя из структуры технологического процесса (см. рис. 2.1), к рабочим действиям следует относить только рабочие ходы из каждого технологического перехода,

38


так как все остальные рабочие технологические действия включают вспомогательные.

Принципиальные пути возможного видоизменения рабочих и вспомогательных действий существенно различаются. Сократить количество рабочих действий (их долю) нельзя, так как в этом случае предмет труда не претерпит необходимых изменений для преобразования в продукт. Следовательно, для снижения трудозатрат на выполнение рабочих действий нужна их кардинальная перестройка. При этом произойдет изменение типа воздействия на предмет труда. Новый тип воздействия, как правило, влечет изменение инструмента, что, в свою очередь, приводит к формированию принципиально новых по содержанию вспомогательных действий. Таким образом, осуществляется коренная перестройка технологического процесса (рис. 3.4). Подобные процедуры перестройки в любых по происхождению объектах называют революционными.

Сформулируем закон революционного развития технологических процессов: целесообразные изменения в области рабочих ходов обеспечивают снижение совокупных затрат труда — как правило, в большей степени за счет снижения затрат прошлого труда. Только революционное развитие позволяет скачкообразно снизить трудозатраты в технологическом процессе.

Рассмотрим направления революционного преобразования технологических процессов, которые позволяют снижать трудозатраты путем повышения результативности существующих рабочих действий.

К их числу относится, в частности, повышение технологичности предмета труда, т.е. его пригодности к обработке способом, предусмотренным имеющимся видом рабочего хода. Например, поскольку нагрев металла перед обработкой давлением позволяет повысить результативность этого процесса, появляется новая операция — нагрева, затраты на которую должны окупиться за счет более легкой, а значит, менее затратной последующей обработки.

39


Для революционного преобразования используют также по
вышение технологических возможностей инструмента.
Ско
рости и режимы, при которых инструмент воздействует на
предмет труда, могут быть изменены, если преодолеть причи
ны, препятствующие этому. Например, скорость обработки ре
занием ограничена тем, что рабочая кромка резца испытывает
высокие температурные нагрузки, под действием которых она
теряет нужные механические свойства. Для устранения данно
го недостатка целесообразно повысить красностойкость резца,
что позволит увеличить скорость обработки и, соответственно,
снизить трудозатраты на единицу продукции.

Стимулирующую роль по отношению к рабочим действиям технологического процесса выполняют различные способы внешнего воздействия. К их числу следует отнести: изменение температуры, давления, использование традиционных и биологических катализаторов, окислителей, электронно-ионных воздействий, радиационного облучения и т.д. Усовершенствования такого рода, повышая результативность рабочего хода, не меняют его сущности: эффект достигается в рамках известных рабочих воздействий на предмет труда.

Рассмотрим пути революционного развития, с помощью которых можно принципиально поменять вид рабочего хода.

Технологические процессы изначально формируются, исходя из особенностей получаемого продукта. Каждый вид продукта обладает строго определенным кругом свойств (физических, химических, механических, геометрических, потребительских и т.д.), в соответствии с которыми подбирается вид сырья. Цель технологии — придание сырью ряда недостающих свойств будущего продукта. При этом при переработке имеющегося сырья в нужном направлении технология может исходить только из его свойств. Например, высушить можно только влажный твердый материал, разрезать — только твердый, отлить — только жидкий. Таким образом, совокупность рабочих действий технологического процесса функционально зависит от свойств предмета труда, причем каждый вид рабочего хода базируется на одном или нескольких свойствах материала, в то время как другие его качества остаются неиспользованными. Именно неиспользованные ранее свойства предмета труда, как правило, становятся источником новых видов рабочего хода, новых технологий. При революционном развитии возможны принципиальные изменения рабочего хода, технологии, основанные на ранее не использованных свойствах сырья.

Только принципиальное изменение рабочих действий позволяет существенно повысить уровень технологии и осуществить

40


значительное снижение трудозатрат. Примером таких революционных преобразований технологического процесса является порошковая металлургия. Она пришла на смену традиционной обработке деталей резанием. Порошковая технология предусматривает получение металлических порошков с последующим спеканием их в детали под высокими давлением и температурой.

Предложенную последовательность связей можно развернуть в виде следующей замкнутой логической цепи: продукт — свойства продукта — свойства сырья — сырье — свойства сырья — технология — продукт.

С учетом того, что мы живем в век бурных изменений в технологии производства, потребность в революционном обновлении технологических процессов будет возникать все чаще.

Контрольные вопросы

  1.  Почему технологическое развитие является ключевым звеном совершенствования промышленного производства и развития общества?
  2.  Что является целью развития технологических процессов?
  3.  Что отражает динамика трудозатрат? Какие варианты динамики трудозатрат вам известны? Дайте им краткую характеристику.
  4.  Какой вариант динамики трудозатрат является неограниченным? Почему он получил такое название?
  5.  Какой вариант динамики трудозатрат является экономически нецелесообразным? Почему?
  6.  Какие варианты взаимозамещения трудозатрат Вам известны? Чем они отличаются друг от друга?
  7.  Какой вариант динамики трудозатрат является ограниченным? Почему он получил такое название?

  1.  Какой вариант динамики трудозатрат извращает смысл создания техники, хотя и экономически выгоден? Почему?
  2.  В чем заключается смысл рационалистического развития?

  1.  Что показывает параметр уровня технологии? Как его рассчитывают?
  2.  Почему при рационалистическом развитии величина уровня технологии не изменяется?

Охарактеризуйте границу рационалистического развития.

В чем заключается смысл эволюционного развития?

14. Приведите примеры эволюционного развития. Охаракте
ризуйте их.

  1.  В чем заключается смысл революционного развития?
  2.  Приведите примеры революционного развития, реализуемые в условиях производства. Охарактеризуйте их.
  3.  Как изменяется величина уровня технологии при революционном развитии? Почему?

41


Глава 4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Как отмечалось ранее, технологический процесс, будучи основой любого производственного, является реализацией естественных (природных) процессов в рамках сложившейся производственной системы. Исходя из этого, любую производственную технологию можно рассматривать как естественный (природный) процесс, воспроизведенный в искусственных (т.е. созданных человеком) условиях производства. Такой подход позволяет дать общую классификацию технологических процессов, используемых в производстве, с точки зрения их естественной (природной) сущности и свести все многообразие технологических процессов в основные группы, особенностью каждой из которых будет способ воздействия средств труда на предмет труда в процессе его целенаправленного преобразования в продукт труда.

4.1. Общие принципы классификации технологических процессов

Все многообразие процессов, используемых технологией, с точки зрения их естественной (природной) сущности можно условно разделить на четыре основные группы: физические, химические, биологические процессы и процессы мышления.

Такая упрощенная классификация не исключает реализацию более сложных по своей сути процессов: физико-химических, биохимических и т.д.

Физические процессы связаны с такими преобразованиями сырья в продукт, при которых существенных изменений химической структуры исходных веществ не происходит (например, вода в форме льда, жидкости, пара имеет одну и ту же химическую формулу — H2O, хотя свойства этих веществ значительно отличаются друг от друга).

Все физические процессы, используемые в технологии, в свою очередь, можно подразделить на следующие подгруппы:

механические процессы;

гидромеханические процессы;

тепловые процессы;

массообменные процессы.

Подробнее об этих процессах — в подпараграфах 4.2.1, 4.2.2, 4.2.3, 4.2.4.

Химические процессы связаны с глубокими и, как правило, необратимыми изменениями химической структуры (формулы) исходных веществ и, следовательно, их свойств.

42


Подробнее об этих процессах — в параграфе 4.3.

Биологические процессы связаны либо с использованием живых микроорганизмов с целью получения требуемых продуктов (традиционная биотехнология), либо с воспроизведением в искусственных условиях процессов, протекающих в живой клетке (современная биотехнология).

Подробнее о биологических процессах — в параграфе 4.4.

С помощью процессов мышления человек постигает не только окружающий мир, но и собственное «я». Без них невозможно существование важнейших областей человеческой деятельности — науки, образования, культура.

4.2. Физические процессы, используемые в технологии 4.2.1. Механические процессы

Механические процессы связаны с преобразованием исходных веществ, находящихся в твердом агрегатном состоянии, которое сопряжено с изменением положения, формы, размеров, соотношения твердых тел в смесях.

Исходя из этого, выделяют следующие разновидности механических процессов:

транспортные процессы;

процессы формообразования и формоизменения твердых тел;

процессы соединения твердых тел;

процессы изменения размеров твердых тел;

процессы сортировки, смешивания, дозирования.

Общим для всех этих разновидностей Является механический способ воздействия средств труда на предмет труда в процессе получения продукции.

Транспортные процессы предназначены для перемещения насыпных и штучных грузов по заданной трассе без остановок для загрузки и разгрузки. Транспортные процессы являются неотъемлемой частью технологического процесса и делятся на две большие группы:

процессы непрерывного транспорта (ленточные, пластинчатые, винтовые транспортеры, элеваторы и т.д.);

процессы дискретного транспорта (вагоны, вагонетки и т.д.).

Процессы формообразования и формоизменения твердых тел подразделяются на две большие группы:

• процессы, основанные на использовании методов пласти
ческой деформации (обработка давлением)'

43


• процессы, основанные на механическом изменении формы, размеров твердых тел путем снятия поверхностного слоя с обрабатываемого материала (обработка резанием).

Обработка материалов давлением заготовок деталей машин — один из наиболее распространенных и прогрессивных методов обработки, так как но сравнению с другими способами обеспечивает меньшие потери металла и увеличение его прочности, высокую производительность, относительно малую трудоемкость, дает широкие возможности механизации и автоматизации технологических процессов. Методами пластической деформации получают заготовки и детали из стали, цветных металлов и их сплавов, пластмасс, резины, керамических материалов, стекла, химических волокон, пластиков и др. Подробнее сущность процессов обработки металлов давлением будет рассмотрена в параграфе 7.2.

Высокой точности и малой шероховатости поверхности деталей можно достичь с помощью механической обработки резанием, т.е. обработки со снятием слоя материала и образованием стружки.

Процесс резания осуществляется рабочими движениями. Главным рабочим движением называется то, при котором образуется стружка, вспомогательным (движением подачи) — то, которое обеспечивает процесс резания на всей обрабатываемой поверхности.

Количественной характеристикой главного рабочего движения является скорость резания U, а вспомогательного — подача S. Эти две величины, а также глубина резания t, равная толщине слоя материала, снимаемого с заготовки, входят в состав режимных параметров, т.е. определяют производительность и себестоимость обработки.

Подробнее сущность процессов обработки материалов резанием будет рассмотрена в параграфе 7.3.

Процессы, соединения твердых тел широко применяются в современном производстве. Строго говоря, по своей сути они не являются чистыми представителями механических процессов, так как в ходе их осуществления происходят более сложные физические (тепловые и диффузионные) и физико-химические явления, и в эту группу отнесены условно — с точки зрения получаемого результата в сопоставлении с такими механическими процессами, как формообразование и формоизменение твердых тел.

В различных конструкциях изделий и сооружений используют подвижные и неподвижные соединения отдельных их частей и деталей, а также разъемные и неразъемные соединения.

44


К разъемным (демонтируемым) соединениям относят такие, которые могут быть полностью разобраны без повреждения составляющих их частей и крепежных деталей. Остальные относят к неразъемным соединениям, которые, в свою очередь, можно разделить на две группы. К первой относят соединения с гарантированным натягом, получаемым без дополнительных средств крепления. Они используются, как правило, при сборке готовых деталей. Ко второй группе относят соединения, осуществляемые с помощью сварки, пайки, склеивания, клепки. Их широко используют как при сборке, так и в заготовительном производстве.

Подробнее сущность процессов получения разъемных и неразъемных соединений будет рассмотрена в параграфе 7.4.

Процессы изменения размеров твердых тел условно подразделяют на дробление (крупное, среднее, мелкое) и измельчение (тонкое и сверхтонкое).

В зависимости от физико-механических свойств и размеров кусков измельчаемого материала выбирают тот или иной вид воздействия. Так, дробление твердых и хрупких материалов производят раздавливанием, раскалыванием и ударом, твердых и вязких — раздавливанием и истиранием.

Дробление материалов обычно осуществляется сухим способом (без применения воды), тонкое измельчение часто проводят мокрым способом (с использованием воды). При мокром измельчении не наблюдается пылеобразование и облегчается транспортирование измельченных продуктов.

По своему назначению измельчающие машины условно делятся на дробилки крупного, среднего и мелкого дробления и мельницы тонкого и сверхтонкого измельчения.

Процессы сортировки, смешивания и дозирования.

Сортировка (разделение) твердых зернистых материалов на классы по крупности кусков или зерен называется классификацией. Существуют два основных способа классификации: 1) ситовая (грохочение) — механическое разделение на ситах; 2) гидравлическая — разделение смеси на классы зерен, обладающих одинаковой скоростью осаждения в воде или воздухе. Разделение смеси зерен на классы в воздушной среде называется воздушной сепарацией. Процессы гидравлической классификации и воздушной сепарации будут рассмотрены в группе гидромеханических процессов.

Классификация может иметь самостоятельное значение — для приготовления готовых продуктов определенных сортов (сортировка) или быть вспомогательной операцией для предварительной подготовки материала к последующей обработке.

45


Наиболее широко классификация используется совместно с процессами измельчения.

Основная часть аппаратов для грохочения (грохотов) — рабочая поверхность, изготовляемая в виде проволочных сеток (сит), стальных перфорированных листов (решет) или параллельных стержней (колосников).

Под эффективностью классификации понимается отношение массы материала, прошедшего через сито (подрешетного продукта), к массе материала данной крупности, содержащегося в исходном продукте.

Эффективность классификации зависит от большого числа факторов, в том числе конструкции машины и свойств материала.

Смешивание — это процесс образования однородных систем из сыпучих материалов. Механизм действия процесса смешивания весьма сложен и зависит от большого количества факторов (главным образом — от конструкции смесителя и режима его работы).

Теоретически в результате смешивания должна получиться такая смесь материала, что в любой ее точке (пробе) к каждой частичке одного из компонентов примыкают частицы другого компонента в количествах, определяемых заданными соотношениями. Однако такое идеальное расположение частиц в смеси в реальных условиях не наблюдается.

Смешивание осуществляют механическим, гидравлическим, пневматическим и некоторыми другими способами. Машины, применяемые для смешивания, называются смесителями.

К пневмосмесителям относятся аппараты, в которых смешивание осуществляется в слое псевдоожиженного газом (воздухом) зернистого материала. Такие аппараты отличаются высокой эффективностью, малым временем смешения, отсутствием вращающихся частей, но требуют установки пылеулавливающих устройств.

Широко применяются вибросмесители, в которых необходимая циркуляция сыпучего материала достигается с помощью вибрации.

Процессы дозирования твердых материалов применяются в химической, пищевой промышленности, производстве строительных материалов и во многих других отраслях и осуществляются дозаторами. От точности дозирования во многом зависят качество продукции и рациональное расходование материала.

Дозирование материалов можно производить по объему и массе. Оборудование для объемного дозирования проще по устройству, чем весовые дозаторы, но точность его работы ниже, так как в этом случае сказывается влияние изменения плотности материала.

46


По режиму работы различают дозаторы циклического и непрерывного действия.

Весовые автоматические дозаторы являются наиболее совершенными, в результате их применения устраняется ручной труд, сокращается время дозирования, появляется возможность автоматизировать работу смежного технологического оборудования. Главным рабочим органом всех весовых дозаторов являются весовые механизмы, которые можно разделить на поворотные и рычажные.

4.2.2. Гидромеханические процессы

Гидромеханические процессы связаны с одновременной переработкой веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном), — так называемых неоднородных систем. При этом, как правило, химическое взаимодействие между этими веществами не происходит.

Гидромеханические процессы можно условно подразделить на следующие группы:

процессы получения неоднородных систем;

процессы разделения неоднородных систем;

процессы транспортирования жидкостей и газов.

Неоднородными, или гетерогенными, системами называют системы, состоящие из двух и более фаз. Большинство промышленных химико-технологических процессов (см. подробнее параграф 4.3) относится к гетерогенным.

Механизм гетерогенных процессов сложен, так как представляет собой совокупность взаимосвязанных физико-химических, явлений и химических реакций или только физико-химических явлений. Увеличение движущей силы гетерогенного процесса достигается повышением концентрации реагирующих веществ, проведением процесса при оптимальных температурах, давлении и т.д., максимальным развитием межфазной поверхности, воздействием на гидродинамические условия процесса.

Процессы, основанные на взаимодействии газообразных и жидких фаз (г—ж), широко используются в химической и смежных с ней отраслях промышленности. Процессы с участием твердых и жидких фаз также служат основой многих производств.

Любая неоднородная бинарная система состоит из дисперсной (внутренней) фазы и дисперсионной среды, или сплошной (внешней) фазы, в которой распределены частицы дисперсной фазы.

По физическому состоянию фаз различают следующие виды неоднородных систем: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

47


Суспензии — неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц суспензии условно делят на грубые (более 100 мкм), тонкие (0,5—100 мкм) и мелкие (ОД—0,5 мкм).

Эмульсии — системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой. Размер частиц дисперсной фазы может колебаться в широких пределах. Под действием силы тяжести эмульсии расслаиваются, но при незначительных размерах капель (менее 0,4—0,5 мкм) или при добавлении стабилизаторов они становятся устойчивыми, и расслаивания долго не происходит.

Пены — системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа. Эти газожидкостные системы по своим свойствам близки к эмульсиям.

Пыли и дымы — системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого вещества. Пыли образуются обычно при механическом распределении частиц в газе (при давлении, смешивании, транспортировке твердых материалов и др.). Размеры частиц пыл ей — 3—70 мкм. Дымы возникают в процессах конденсации паров (газов) при переходе их в жидкое или твердое состояние, при этом образуются твердые, взвешенные в газе частицы размером 0,3—5 мкм. При образовании дисперсной фазы из частиц жидкости примерно таких же размеров (0,3—5 мкм) возникают системы, называемые туманами. Пыли, дымы и туманы представляют собой аэродисперсные системы, именуемые  аэрозолями.

Для получения неоднородных систем широко применяется перемешивание в жидких средах.

Способы перемешивания определяются агрегатным состоянием перемешиваемых материалов и целью перемешивания.

Независимо от того, какая среда смешивается с жидкостью (газ, жидкость или твердое сыпучее вещество), различают два основных способа перемешивания: механический (с помощью мешалок различных конструкций) и пневматический (сжатым воздухом или инертным газом). Кроме того, применяют перемешивание в трубопроводах, куда помещают винтовые насадки, специальные вставки, а также с помощью сопел и насосов.

Для экономичного проведения процесса надо, чтобы требуемый эффект перемешивания достигался за наиболее короткое время. При оценке расхода энергии перемешивающим устройством следует учитывать общий расход энергии за время, необходимое для получения заданного результата перемешивания.

Разделение неоднородных систем проводится с одной из следующих целей: 1) очистка жидкой или газовой фазы от при-

48


месей; 2) выделение ценных продуктов, диспергированных в жидкой или газовой фазе. Выбор метода разделения обусловлен главным образом размером частиц, разностью плотностей дисперсной и сплошной фаз, вязкостью сплошной фазы.

Применяют четыре основных метода разделения — отстаивание, фильтрование, центрифугирование, мокрое разделение.

Отстаивание — осаждение, происходящее иод действием силы тяжести. Отстаивание в основном применяется для предварительного грубого разделения. Его проводят в аппаратах, называемых отстойниками, или сгустителями.

Отстаивание является самым дешевым способом разделения, наиболее эффективным при разделении грубых суспензий и эмульсий.

Фильтрование — процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкую (газообразную) среду, но задерживать взвешенные в ней твердые частицы.

Под действием разности давлений жидкости по обе стороны от фильтрующей перегородки жидкость проходит через ее поры, а твердые частицы задерживаются на ней, образуя слой осадка.

От правильного выбора фильтровальной перегородки во многом зависят производительность фильтра и чистота получаемого фильтрата.

Число конструкций фильтровального оборудования велико. Наиболее распространены барабанный и ленточный вакуум-фильтры, карусельный фильтр, фильтровальные патроны.

Центрифугирование — процесс разделения эмульсий и суспензий в поле центробежных сил с использованием сплошных или проницаемых для жидкости перегородок. Под действием центробежных сил суспензия разделяется на осадок и жидкую фазу — фугат.

Процессы центрифугирования проводят в центрифугах. Основной конструкционный элемент любой центрифуги — барабан (ротор) со сплошными или перфорированными стенками, вращающийся в неподвижном кожухе. Внутренняя поверхность ротора с перфорированными стенками часто покрывается фильтровальной тканью или тонкой металлической сеткой.

Центрифуги могут быть отстойными и фильтрующими. В отстойных центрифугах (со сплошными стьнками) производят разделения суспензий и эмульсий по принципу отстаивания, причем действие силы тяжести заменяется действием центробежной силы. Разделение эмульсий в отстойных центрифугах называют сепарацией,а устройства, в которых осуществляют этот процесс, — сепараторами. Пример такого процесса — отделение сливок от молока. В фильтрующих центрифу-

49


гах (с проницаемыми стенками) разделение суспензий осуществляют по принципу фильтрования, используя вместо разности давлений действие центробежной силы.

Разделение жидких неоднородных систем под действием центробежных сил осуществляют и в аппаратах, не имеющих вращающих частей, — гидроциклонах. Их достоинствами являются высокая производительность, отсутствие движущихся частей, компактность, простота и легкость обслуживания, невысокая стоимость, широкая область применения (сгущение, осветление, классификация). Недостатки гидроциклонов — быстрый износ корпуса, в силу чего его часто изготавливают со сложной футеровкой из износостойких материалов (резины, керамики, металлических сплавов и др.), высокая влажность осадка.

Транспортирование жидкостей и газов осуществляется в промышленности в основном по трубопроводам. Трубопроводный транспорт прогрессивен, экономичен, выгоден. Для него характерны отсутствие потерь материалов в ходе транспортировки и возможность автоматизации данного процесса. Различают магистральные и промышленные трубопроводы.

В систему трубопроводного транспорта входят: 1) трубопроводы; 2) резервуары-хранилища; 3) транспортирующие машины, которые в случае перемещения жидкостей называются насосами, а  газов — компрессорами.

Насосы и компрессоры служат для создания перепада давления на концах трубопроводов, благодаря которому и происходит перемещение жидких и газообразных сред.

Для регулирования потоков жидкостей и газов на трубопроводах устанавливают так называемую трубопроводную арматуру: краны, вентили, задвижки.

В настоящее время широко распространено транспортирование сыпучих материалов с помощью движущегося потока воздуха. Такой вид транспортирования называют пневмотранспортом. Пневмотранспортирующие установки могут быть всасывающими (вакуум-транспорт) и нагнетательными (пневмотранспорт). Принципиальной разницы между ними нет, поскольку в обоих случаях движущей силой является разность давлений на входе и выходе из трубопровода, обеспечивающая нужную скорость воздушного потока. Таким образом перемещают пылевидные, порошкообразные, зернистые, мелкокусковые грузы: цемент, гипс, соду, мел, полиэтилен и т.д.

Широкое распространение пневмотранспорта, особенно на предприятиях по переработке пластмасс, строительных материалов, объясняется следующими причинами:

• возможностью перемещения материалов в горизонтальном, наклонном, вертикальном направлениях;

50


герметичностью трубопроводов, отсутствием потерь транспортируемых материалов;

сравнительной простотой конструкции и ее обслуживания и эксплуатации при незначительных занимаемых площадях;

возможностью полной автоматизации процесса транспортирования и распределения материала по бункерам;

возможностью совмещения транспортирования материала с его одновременной сушкой подогретым воздухом.

4.2.3. Тепловые процессы

К тепловым относятся процессы, скорость которых определяется скоростью переноса энергии в форме теплоты: нагревание, охлаждение, испарение, плавление и др. Процессы переноса теплоты часто сопутствуют другим технологическим процессам: химического взаимодействия, разделения смесей и т.д.

По механизму переноса энергии различают три способа распространения теплоты — теплопроводность, конвективный перенос и тепловое излучение.

Теплопроводность — перенос энергии микрочастицами (молекулами, ионами, электронами) за счет их колебаний при тесном соприкосновении.

Процесс протекает по молекулярному механизму и поэтому теплопроводность зависит от внутреннего молекулярного строения рассматриваемого тела и является постоянной величиной.

Конвективный перенос теплоты (конвекция) — процесс переноса теплоты от стенки к движущейся относительно нее жидкости (газу) или от жидкости (газа) к стенке. Таким образом, он обусловлен массовым движением вещества и происходит одновременно путем теплопроводности и конвекции.

В зависимости от причины, вызывающей движение жидкости, различают вынужденную и естественную конвекцию. При вынужденной конвекции движение обусловлено действием внешней силы — разности давлений, создаваемой насосом, вентилятором или иным источником (в том числе и природного происхождения, например, ветром). При естественной конвекции движение возникает вследствие изменения плотности самой жидкости (газа), обусловленного термическим расширением.

Тепловое излучение — перенос энергии в форме электромагнитных колебаний, поглощаемых телом. Источниками этих колебаний являются заряженные частицы — электроны и ионы, входящие в состав излучающего вещества. При высоких температурах тел тепловое излучение становится преобладающим по сравнению с теплопроводностью и конвективным обменом.

51


На практике теплота чаще всего передается одновременно двумя (или даже тремя) способами, однако превалирующее значение обычно имеет какой-либо один способ передачи теплоты.

При любом механизме переноса теплоты (теплопроводностью, конвекцией или тепловым излучением) количество передаваемого тепла пропорционально поверхности, разности температур и соответствующему коэффициенту теплоотдачи.

В наиболее распространенном случае теплота передается от одной среды к другой через разделяющую их стенку. Такой вид теплообмена называется теплопередачей, а участвующие в ней среды — теплоносителями. Процесс теплопередачи состоит из трех стадий: 1) передача теплоты стенке нагретой средой (теплоотдача); 2) перенос теплоты в стенке (теплопроводность); 3) перенос теплоты от нагретой стенки в холодную среду (теплоотдача).

На практике широко применяются следующие разновидности тепловых процессов:

процессы нагревания и охлаждения;

процессы выпаривания, испарения, конденсации;

процессы искусственного охлаждения;

плавление и кристаллизация.

Нагревание и охлаждение сред проводят в аппаратах, называемых теплообменниками.

Наибольшее распространение получили кожухотрубчатые теплообменники, представляющие собой пучок параллельных труб, помещенных в общий кожух с герметично подсоединенными к нему по концам трубными досками. Хорошие условия теплопередачи обеспечиваются в теплообменниках типа «труба в трубе», в которых одна жидкость движется по внутренней трубе, а вторая — в противоположном направлении в кольцевом пространстве между внутренней и наружной трубами.

В тех случаях, когда различие физических свойств обменивающихся теплотой сред велико, эффективно применение со стороны газа оребренных теплообменных поверхностей (например, в радиаторах автомобилей, некоторых типах батарей водяного отопления).

Для передачи тепла при нагревании используют вещества, называемые теплоносителями.

Наиболее распространенным теплоносителем является водяной пар. Для нагревания до температур более 180—200 ° С используются высокотемпературные теплоносители: нагретая вода, расплавленные соли, ртуть и жидкие металлы, органические соединения, минеральные масла.

Во многих процессах, протекающих при высоких температурах, используется нагревание топочными газами, получае-

52


мыми в печах. Таковы, например, процессы обжига и сушки, широко распространенные в производствах строительных материалов, химической и целлюлозно-бумажной промышленности.

Для нагревания в широком диапазоне температур применяется электрический нагрев. Электронагреватели удобны для регулирования, обеспечивают создание хороших санитарно-гигиенических условий, но относительно дороги.

Для охлаждения сред используют вещества, называемые хладагентами.

Наиболее распространенным хладагентом является вода. Однако в связи с быстро возрастающим дефицитом воды во всем мире большое значение приобретает использование в данном качестве воздуха. Теплофизические свойства воздуха неблагоприятны (малые теплоемкость, теплопроводность, плотность), поэтому коэффициенты теплоотдачи к воздуху ниже, чем к воде. Для устранения этого недостатка повышают скорость движения воздуха для увеличения коэффициента теплоотдачи, оребряют трубы со стороны воздуха, увеличивая поверхность теплообмена, а также распыляют в воздух воду, испарение которой понижает температуру воздуха и увеличивает за счет этого движущую силу процесса теплообмена.

Выпаривание — процесс удаления растворителя в виде пара из раствора нелетучего вещества при его кипении. Выпаривание применяется для выделения нелетучих веществ в твердом виде, концентрирования их растворов, а также получения чистого растворителя (последнее осуществляется, например, опреснительными установками).

Чаще всего выпариванию подвергаются водные растворы, а теплоносителем служит водяной пар. Движущей силой процесса является разность температур теплоносителя и кипящего раствора. Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах.

Испарение — процесс удаления жидкой фазы в виде пара из различных сред, главным образом путем их нагрева или создания иных условий для испарения.

Испарение осуществляется при проведении многих процессов. В частности, в методах искусственного охлаждения применяют испарение различных жидкостей, обладающих низкими (обычно — отрицательными) температурами кипения.

Конденсацию пара (газа) осуществляют либо путем охлаждения пара (газа), либо посредством охлаждения и сжатия одновременно. Конденсацию используют при выпаривании, вакуум-сушке для создания разрежения. Пары, подлежащие конденсации, отводят из аппарата, в котором они образуются, в закрытый аппарат, охлаждаемый водой или воздухом и служащий для сбора паров-конденсатов.

53


Процесс конденсации осуществляется в конденсаторах смешения или поверхностных конденсаторах.

В конденсаторах смешения пар непосредственно соприкасается с охлаждаемой водой и полученный конденсат с ней смешивается. Так проводят конденсацию, если конденсируемые пары не представляют ценности.

В поверхностных конденсаторах тепло отнимается от конденсирующегося пара через стенку. Наиболее часто пар конденсируется на внутренних или внешних поверхностях труб, омываемых с другой стороны водой или воздухом. Конденсат отводят отдельно от хладагента, и если он представляет ценность, используют.

Процессы искусственного охлаждения применяют при некоторых процессах абсорбции, при кристаллизации, разделении газов, сублимационной сушке, для хранения пищевых продуктов, кондиционирования воздуха. Большое значение приобрели такие процессы в металлургии, электротехнике, электронике, ядерной, ракетной, вакуумной и других отраслях. Так, используя глубокое охлаждение, путем частичного или полного сжижения разделяют газовые смеси для получения многих технологически важных газов (например, азот, кислород и др.).

Искусственное охлаждение всегда связано с переносом тепла от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой, что требует затрат энергии. Поэтому введение энергии в систему является необходимым условием получения холода. Оно достигается следующими основными методами:

испарением низкокилящих жидкостей. При испарении такие жидкости, имеющие обычно отрицательные температуры кипения, охлаждаются до температуры кипения;

расширением газов дросселированием, путем пропускания их через устройство, вызывающее сужение потока (шайбу с отверстием, вентиль) с последующим его расширением. Энергия, необходимая для расширения газа (для преодоления сил сцепления между молекулами) при дросселировании, когда нет потока тепла извне, может быть получена только за счет внутренней энергии самого газа;

расширением газа в детандере — машине, устроенной подобно поршневому или турбокомпрессору, — газовом двигателе, который одновременно совершает внешнюю работу (перекачивает жидкости, нагнетает газы). Расширение сжатого газа в детандере происходит без обмена теплом с окружающей средой. При этом совершаемая газом работа производится за счет его внутренней энергии, в результате чего газ охлаждается.

54


Плавление используется для подготовки полимеров к формованию (прессованию, литью под давлением, экструзии и т.д.), металлов и сплавов к литью различными способами, стеклянной шихты к варке и выполнения многих других технологических процессов.

Наиболее распространенным способом плавления является передача тепла через металлическую стенку, обогреваемую любым способом: теплопроводностью, конвективным переносом или тепловым излучением без удаления расплава. При этом скорость плавления определяется только условиями теплопередачи: коэффициентом теплопроводности стенки, градиентом температур и площадью контакта.

В практике достаточно часто используют плавление электрической, химической и другими видами энергии (индукционный, высокочастотный нагрев и т.д.), сжатием.

Кристаллизация — процесс выделения твердых веществ из насыщенных растворов или расплавов. Это процесс, обратный плавлению. Таким образом, тепловой эффект кристаллизации равен по величине и противоположен по знаку тепловому эффекту плавления. Каждому химическому соединению соответствует одна, а чаще несколько кристаллических форм, отличающихся положением и числом осей симметрии (металлы, сплавы металлов). Это явление носит название полиморфизма (аллотропии).

Обычно кристаллизацию осуществляют из водных растворов, понижая растворимость кристаллизуемого вещества за счет изменения температуры раствора или удаления части растворителя. Использование данного способа характерно для производства минеральных удобрений, солей, получения ряда полупродуктов и продуктов из растворов органических веществ (спиртов, эфиров, углеводородов). Такую кристаллизацию называют изотермической, так как испарение из растворов идет при постоянной температуре.

Кристаллизация из расплавов осуществляется путем их охлаждения водой, воздухом. Из кристаллизующихся материалов (металлов, их сплавов, полимерных материалов и композитов на их основе) получают разнообразные изделия методами прессования, литья, экструзии и т.д.

4.2.4. Массообменные процессы

В технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи. Они характеризуются переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую.

55


Подобно теплопередаче, массопередача — сложный процесс, включающий перенос вещества (массы) в пределах одной фазы, через поверхность (границу) раздела фаз и в пределах другой фазы. Эта граница может быть подвижной (массопередача в системах «газ - жидкость», «пар — жидкость», «жидкость — жидкость») либо неподвижной (массопередача с твердой фазой).

Для массообменных процессов принимают, что количество переносимого вещества пропорционально поверхности раздела фаз, которую по этой причине стремятся сделать максимально развитой, и движущей силе, характеризуемой степенью отклонения системы от состояния динамического равновесия, выражаемой разностью концентрации диффундирующего вещества, которое перемещается от точки с большей к точке с меньшей концентрацией.

На практике используются следующие виды процессов массо-передачи: абсорбция, перегонка, адсорбция, сушка, экстракция.

Абсорбция — процесс поглощения газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). При физической абсорбции поглощаемый газ (абсорб-тив) химически не взаимодействует с абсорбентом. Физическая абсорбция в большинстве случаев обратима. Па этом ее свойстве основано выделение поглощенного газа из раствора — десорбция.

Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный компонент в чистом виде.

В промышленности абсорбцию применяют для извлечения ценных компонентов из газовых смесей или очистки этих смесей от вредных веществ, примесей: абсорбция SO3 в производстве серной кислоты; абсорбция НС1 с получением соляной кислоты; абсорбция NH3. паров С6Н6, H2S и других компонентов из коксового газа; очистка топочных газов от SO2; очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений, и т.д.

Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами. Как и другие процессы массопе-редачи, абсорбция протекает на поверхности раздела фаз, поэтому такие аппараты должны иметь развитую поверхность соприкосновения между жидкостью и газом.

Перегонка жидкостей применяется для разделения жидких однородных смесей, состоящих из двух или более летучих компонентов. Это процесс, включающий частичное испарение разделяемой смеси и последующую конденсацию образующихся паров, осуществляемый однократно или многократно. В ре-

56


зультате конденсации получают жидкость, состав которой отличается от состава исходной смеси.

Если бы исходная смесь состояла из летучего и нелетучего компонентов, то ее можно было бы разделить на компоненты путем выпаривания. Перегонкой же разделяют смеси, все компоненты которых летучи, т.е. обладают определенным, хотя и разным давлением пара.

Разделение перегонкой основано на различной летучести компонентов при одной и той же температуре. Поэтому при перегонке все компоненты смеси переходят в парообразное состояние в количествах, пропорциональных их летучести.

Различают два вида перегонки: простая перегонка (дистилляция) и ректификация.

Дистилляция — процесс однократного частичного испарения жидкой смеси и конденсации образующихся паров. Ее обычно используют лишь для предварительного грубого разделения жидких смесей, а также для очистки сложных смесей от примесей.

Ректификация — процесс разделения однородных смесей жидкостей путем двухстороннего массо- и теплообмена между жидкой и паровой фазами, имеющими различную температуру и движущимися относительно друг друга. Разделение обычно осуществляют в колоннах при многократном (на специальных перегородках (тарелках) или непрерывном контакте фаз (в объеме аппарата).

Процессы перегонки широко применяются в химической промышленности, где выделение компонентов в чистом виде имеет важное значение в производствах органического синтеза полимеров, полупроводников и т.д., в спиртовой промышленности, в производстве лекарственных препаратов, в нефтеперерабатывающей промышленности и т.д.

Адсорбция — процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым веществом — адсорбентом. Поглощенное вещество называют адсор-батом, или адсорбтивом. Процессы адсорбции избирательны и обычно обратимы. Выделение поглощенных веществ из адсорбента называют десорбцией.

Адсорбция применяется при небольших концентрациях поглощаемого вещества, когда надо достичь почти полного его извлечения.

Процессы адсорбции широко применяются в промышленности при очистке и осушке газов, очистке и осветлении растворов, разделении смесей газов или паров (например, при очистке аммиака перед контактным окислением, осушке природного газа, выделении и очистке мономеров в производствах синтетического каучука, пластмасс и т.д.).

57


Различают физическую и химическую адсорбцию. Физическая обусловлена взаимным притяжением молекул адсор-бата и адсорбента. При химической адсорбции, или хемо-сорбции, возникает химическое взаимодействие между молекулами поглощенного вещества и поверхностями молекулярного поглотителя.

В качестве адсорбентов применяют пористые вещества с большой поверхностью нор, обычно относимой к единице массы вещества. Адсорбенты характеризуются своей поглотительной, или адсорбционной, способностью, определяемой концентрацией адсорбтива в единице массы или объема адсорбента.

В промышленности в качестве поглотителей применяют активированные угли, минеральные адсорбенты (силикагель, цеолиты и др.) и синтетические ионообменные смолы (иониты). Сушкой называют процесс удаления влаги из различных (твердых, вязкопластичных, газообразных) материалов. Предварительное удаление влаги осуществляется обычно более дешевыми механическими способами (отстаиванием, отжимом, фильтрованием, центрифугированием), а более полное обезвоживание — тепловой сушкой.

По своей физической сущности сушка является сложным диффузионным процессом, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. При этом происходит перемещение тепла и влаги внутри материала и их перенос с поверхности материала в окружающую среду.

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

конвективная — путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы в смеси с воздухом;

контактная — путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

радиационная — путем передачи тепла инфракрасными лучами;

диэлектрическая — путем нагревания в поле токов высокой частоты. Под действием электрического поля высокой частоты ионы и электроны в материале меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда: дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные молекулы поляризуются за счет смещения их зарядов. Эти процессы, сопровождаемые трением, приводят к выделению тепла и нагреванию высушиваемого материала;

58


сублимационная — сушка, при которой влага находится в виде льда и переходит в пар, минуя жидкое состояние, при глубоком вакууме и низких температурах. Процесс удаления влаги из материала протекает в три стадии: 1) снижение давления в сушильной камере, при котором происходят быстрое самозамораживание влаги и сублимация льда за счет тепла, отдаваемого самим материалом; 2) удаление основной части влаги сублимацией; 3) удаление остаточной влаги тепловой сушкой.

При любом методе высушиваемый материал находится в контакте с воздухом, который при конвективной сушке является и сушильным агентом.

Скорость сушки определяется количеством влаги, удаляемой с единицы поверхности высушиваемого материала в единицу времени. Скорость сушки, условия ее проведения и аппаратурное оформление зависят от природы высушиваемого материала, характера связи влаги с материалом, размера и толщины материала, внешних факторов и т.д.

Экстракция — процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). При взаимодействии исходной смеси с экстрагентом в нем хорошо растворяются только извлекаемые компоненты и почти не растворяются остальные.

Процессы экстракции в системах «жидкость—жидкость» находят широкое применение в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности. Они используются для выделения в чистом виде различных продуктов органического и нефтехимического синтеза, извлечения и разделения редких и рассеянных элементов, очистки сточных вод и т.д.

Экстракция в системах «жидкость—жидкость» представляет собой массообменный процесс, протекающий с участием двух взаимно нерастворимых или ограничено растворимых жидких фаз, между которыми распределяется экстрагируемое вещество (или несколько веществ).

Для повышения скорости процесса исходный раствор и эк-страгент приводят в тесный контакт перемешиванием, распылением и т.д. В результате взаимодействия фаз получаются экстракт — раствор извлеченных веществ в экстрагенте и рафи-нат — остаточный исходный раствор, из которого с той или иной степенью полноты удалены экстрагируемые компоненты. Полученные жидкие фазы отделяются друг от друга отстаиванием, центрифугированием или другими гидромеханическими

59


способами, после чего производят извлечение целевых продуктов из экстракта и регенерацию экстрагента из рафината.

Основное достоинство процесса экстракции в сравнении с другими процессами разделения жидких смесей (ректификация, выпаривание и др.) — низкая рабочая температура процесса, которая часто является комнатной.

4.3. Химические процессы в технологии

Химические процессы лежат в основе химической технологии, которая представляет собой науку о наиболее экономичных методах и средствах массовой химической переработки природного и сельскохозяйственного сырья в продукты потребления и продукты, применяемые в других отраслях материального производства.

Все, что связано с расходованием материальных ресурсов в народном хозяйстве, на три четверти зависит от использования химических знаний и применения химической технологии, «химических навыков». Более гого, современная химическая технология, используя достижения других естественных наук — прикладной механики, материаловедения и кибернетики, изучает и разрабатывает совокупность физических и химических процессов, машин и аппаратов, оптимальные пути осуществления данных процессов и управления ими во многих отраслях промышленно1 о производства различных веществ, продуктов, материалов и изделий. Химическая технология является научной основой нефтехимической, коксохимической, целлю-лозно-бумаяшой, пищевой, микробиологической промышленности, промышленности строительных материалов, черной и цветной металлургии и других отраслей.

В последние десятилетия химико-технологические процессы используются практически во всех отраслях промышленного производства.

Химико-технологический процесс (XTII) можно разделить на три взаимосвязанные стадии:

подвод реагирующих веществ в зону реакции;

собственно химические реакции;

отвод полученных продуктов из зоны реакции.

Подвод реагирующих веществ может осуществляться абсорбцией, адсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твердых компонентов или растворением их в жидкости, испарением жидкостей или возгонкой твердых веществ (см. подпара1рафы 4.2.3, 4.2.4).

60


Химические реакции как второй этап ХТП обычно протекают в несколько последовательных или параллельных стадий, приводящих к получению основного продукта, а также ряда побочных продуктов (отходов), образующихся при взаимодействии примесей с основными исходными веществами. При анализе же производственных процессов часто учитывают не все реакции, а лишь те из них, которые имеют определяющее влияние на качество и количество получаемых целевых продуктов.

Отвод полученных продуктов из зоны реакции может совершаться аналогично подводу, в том числе посредством диффузии, конвекции и перехода вещества из одной фазы (газовой, твердой, жидкой) в другую. При этом общая скорость технологического процесса определяется скоростью одного из трех составляющих элементарных процессов, протекающего медленнее других.

Различают следующие разновидности химико-технологических процессов:

гомогенные и гетерогенные (могут быть экзотермическими и эндотермическими, обратимыми и необратимыми);

электрохимические;

каталитические.

Гомогенными процессами называют такие, в которых все реагирующие вещества находятся в одной какой-нибудь фазе: газовой (г), твердой (т), жидкой (ж). В этих процессах реакция обычно протекает быстрее, чем в гетерогенных. В целом механизм всего технологического процесса в гомогенных системах проще, как и управление процессом. По этой причине на практике часто стремятся к проведению именно гомогенных процессов, т.е. переводят реагирующие компоненты в какую-либо одну фазу.

В гетерогенных процессах участвуют вещества, находящиеся в разных состояниях (фазах), т.е. в двух или трех фазах. Примерами двухфазовых систем могут быть: г — (несмешивающиеся); г — т;ж — т;т — т (разновидные). В производственной практике чаще всего встречаются системы г — ж, г — т, ж — т. Нередко процессы протекают в сложных гетерогенных системах (г — ж — т, г — т — т, ж — т — т).

К гетерогенным процессам относятся горение (окисление) твердых веществ и жидкостей, растворение металлов в кислотах и щелочах и др.

Все химические процессы протекают либо с выделением, либо с поглощением теплоты: первые называются экзотермическими, вторые — эндотермическими. Количество выделяе-

61


мой или поглощаемой при этом теплоты называют тепловым эффектом процесса (теплоты процесса).

Теоретически все химические реакции, осуществляемые в ХТП, обратимы. В зависимости от условий они могут протекать как в прямом, так и в обратном направлениях. Во многих случаях равновесие в реакциях полностью смещается в сторону продуктов реакции, а обратная реакция, как правило, не протекает. По этой причине технологические процессы делятся на обратимые и необратимые. Последние протекают лишь в одном направлении.

Электрохимические процессы относятся к такой науке, как электрохимия, которая рассматривает и изучает процессы превращения химической энергии в электрическую и наоборот. Поскольку электрический ток — это перемещение электрических зарядов, в частности электронов, то основное внимание электрохимия сосредотачивает на реакциях, в которых электроны переходят от одного вещества к другому. Такие реакции в химии называются окислительно-восстановительными.

Примерами осуществления перехода химической энергии в электрическую могут служить гальванические элементы, предназначенные для однократного электрического разряда: непрерывного или прерывистого. После разряда они теряют работоспособность. Разновидностью гальванических элементов являются аккумуляторные батареи, например, свинцовый аккумулятор. В отличие от гальванических элементов, работоспособность аккумулятора после разряда можно восстановить путем пропускания через него постоянного тока от внешнего источника.

Процессы перехода электрической энергии в химическую называются электролизом. Согласно ионной теории электролиза, прохождение постоянного электрического тока через электролит осуществляется с помощью ионов. На электродах, подводящих электроток, происходит перенос электронов к ионам либо от них. При этом в электрическом поле положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательно заряженные (анионы) — к аноду. На катоде происходит восстановление, на аноде — окисление ионов или молекул, входящих в состав электрона.

Электролиз нашел широкое применение в следующих основных промышленных процессах: извлечение металлов (алюминия, цинка, частично меди); очистка (рафинирование) металлов (меди, цинка и др.); нанесение гальванических покрытий; анодирование (оксидирование) поверхностей.

Нанесение гальванических покрытий (электроосаждение) осуществляется на катоде. Катод в этом случае погружается в

62


электролит, содержащий ионы электроосаждаемого металла. В качестве же анода используется электрод из того металла, которым наносят покрытие.

Метод электроосаждения включает гальваностегию — нанесение покрытия толщиной 5—50 мм и гальванопластику — получение сравнительно толстых, но легко отделяющихся слоев.

Гальваностегию используют для защиты изделий от коррозии, повышения их износостойкости, придания им способности отражать свет, электропроводности, термостойкости, антифрик-ционности и других свойств, а также для декоративной отделки.

Гальванопластика позволяет получать копии, воспросизво-дящие мельчайшие подробности рисунка или рельефа поверхности.

Анодирование, или анодное оксидирование — это образование на поверхности металла слоя его оксида при электролизе. Этому процессу обычно подвергают сплавы на основе легких металлов. Образующиеся слои оксидов могут быть тонкими, или барьерными (менее 1 мкм), и толстыми — фазовыми, или эмалеподобными (десятки и сотни мкм). Структуры и химический состав оксидов зависят от природы металла, электролита и условий процесса. При этом на одном и том же металле можно получать фазовые оксиды с разной структурой, а следовательно, и с различными свойствами (твердостью, окраской, электрической проводимостью и т.д.). Тонкие слои используют в основном в радиоэлектронике. Фазовые слои защищают металл от коррозии, обеспечивают износостойкость изделий, образуют прозрачные или цветные декоративные покрытия.

Каталитические процессы, называемые катализом, осуществляются с целью изменения скорости химических реакций.

Различают положительный и отрицательный катализ, в зависимости от того, ускоряет катализатор реакцию или замедляет ее. Как правило, термин «катализ* определяется как ускорение реакции, в то время как вещества, ее замедляющие, называются ингибиторами.

Важными компонентами промышленных катализаторов являются промоторы — вещества, добавление которых к катализатору в малых количествах (обычно долях процента) увеличивает его активность, селективность или устойчивость.

Вещества, действие которых на катализатор приводит к снижению его активности или полному прекращению каталитического действия, называются каталитическими ядами.

В качестве катализаторов в промышленности чаще всего применяют платину, железо, никель, кобальт и их оксиды, оксид ванадия (V), алюмосиликаты, некоторые минеральные кис-

63


лоты и соли; катализаторы используются как в окислительно-восстановительных, так и кислотно-основных реакциях.

Каталитические процессы, вызванные переносом электронов, относятся к окислительно-восстановительному катализу. Он применяется в производстве аммиака, азотной кислоты, серной кислоты и др.

К кислотно-основному катализу относятся каталитический крекинг, гидратация, дегидрация, многие реакции изомеризации, конденсации органических веществ.

В промышленности встречается и так называемый полифункциональный катализ, в котором имеет место совмещение рассмотренных выше двух важнейших видов катализа.

4.4. Биологические процессы в технологии

Биотехнология представляет собой совокупность промышленных методов, в которых для производства различных продуктов используются живые организмы и биологические процессы. Подобные процессы были известны еще с древних времен: хлебопечение, приготовление вина, пива, сыра, уксуса, молочных продуктов, способы обработки кожи, растительных волокон и др. Научные же основы биотехнологии были заложены в XIX в. французским ученым Л. Пастером (1822—1895), положившим начало микробиологии.

Биопромышлешюсть, в основе которой лежит биотехнология, производит кормовые и пищевые белки, аминокислоты, ферменты, витамины, антибиотики, этанол, органические кислоты (например, лимонную, изолимонную, уксусную и др.), регуляторы роста растений, многие пестициды, лечебные и иммунные препараты для человека и животных. Новые направления физико-химической биологии, получившие развитие во второй половине XX в., значительно расширили возможности процессов биотехнологии, особенно генной и клеточной инженерии. Последняя получила распространение в сельскохозяйственном производстве, например, при выведении безвирусных растений, получении кормов и т.д.

Достоинством биологических процессов является то, что они используют возобновляемое сырье (биомассу) и протекают в мягких условиях (при комнатной температуре, нормальном давлении), с меньшим числом технологических этапов. Их отходы доступны последующей переработке. Особенно выгодно (экономически и технологически) применение биотехнологических процессов в случае производства относительно дорогих,

64


но малотоннажных продуктов. Они же лежат в основе пищевой промышленности.

Сегодня биотехнология рассматривается как наука, возникшая на стыке нескольких биологических дисциплин: генетики, вирусологии, микробиологии и растениеводства. Она стремительно выдвигается на передний край научно-технологического прогресса, чему способствуют два обстоятельства. С одной стороны, бурное развитие современной молекулярной биологии и генетики, опирающихся на достижения химии и физики, позволило использовать потенциал живых организмов в интересах хозяйственной деятельности человека. С другой — наблюдается острая практическая потребность в новых технологических процессах, призванных ликвидировать нехватку продовольствия, минеральных ресурсов, улучшить состояние здравоохранения и охраны окружающей среды. Биотехнология практически уже вносит и, вероятно, внесет и в будущем решающий вклад в решение этих важнейших проблем человечества.

Основным процессом, используемым в традиционной биотехнологии, является брожение.

Брожение (ферментация) — процесс расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, на более простые соединения под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. Этот процесс может осуществляться в организме животных, растений и многих микроорганизмов как с участием кислорода (аэробный), так и без участия молекулярного кислорода (анаэробный процесс).

Известны различные типы брожения. Они классифицируются чаще всего по производимым конечным продуктам (спиртовое, молочнокислое, пропионово-кислое, метановое брожение и др.) и протекают в основном анаэробно.

Спиртовое брожение протекает в несколько стадий и используется для промышленного получения этила (в основном из зерна ржи) для алкогольных напитков, в виноделии, пивоварении и при подготовке теста в хлебопекарной промышленности.

В присутствии кислорода спиртовое брожение замедляется или вовсе прекращается.

Молочнокислое брожение имеет большое значение при получении различных молочных продуктов (кефир, простокваша и др.), квашении овощей (например, капусты), силосовании кормов для животных (в сельском хозяйстве).

Пропионово-кислое брожение используется в молочной промышленности для изготовления многих твердых сыров.

Масляно-кислое брожение приводит к порче пищевых продуктов, вспучиванию сыра и банок с консервами. Раньше оно

65


использовалось для получения масляной кислоты, бутилового спирта и ацетона.

Метановое брожение встречается в природе в заболоченных водоемах. Оно используется в промышленности и бытовых очистных сооружениях для обезвреживания органических веществ сточных вод. Образующийся при этом метан в смеси с углекислым газом используется в качестве топлива.

Основные процессы и направления развития современной биотехнологии рассмотрены в параграфе 15.9.

Контрольные вопросы

  1.  Какими особенностями характеризуется протекание физических процессов, используемых в технологии?
  2.  Какими особенностями характеризуется протекание химических процессов, используемых в технологии?
  3.  Какими особенностями характеризуется протекание биологических процессов, используемых в технологии?
  4.  В чем особенность протекания механических процессов? Дайте характеристику и технико-экономическую оценку основным механическим процессам.
  5.  В чем сущность обработки материалов давлением? Дайте характеристику и технико-экономическую оценку обработке материалов давлением.
  6.  В чем сущность механической обработки материалов резанием? Дайте характеристику и технико-экономическую оценку обработке материалом резанием.
  7.  Какие основные способы создания соединения деталей вам известны? Дайте им сравнительную технико-экономическую оценку.
  8.  Какие процессы изменения размеров твердых тел вам известны? Чем принципиально отличается дробление от измельчения?
  9.  В чем сущность процессов разделения твердых тел по размерам? Какие основные способы классификации вам известны?

  1.  В чем сущность и назначение основных процессов смешивания материалов? Какие способы смешивания вам известны?
  2.  В чем сущность и назначение основных процессов дозирования материалов? Какими основными способами можно проводить дозирование материалов?
  3.  В чем особенность протекания гидромеханических процессов? Дайте характеристику и технико-экономическую оценку основным гидромеханическим процессам.
  4.  Какие основные методы разделения неоднородных систем вам известны? Дайте им сравнительную технико-экономическую оценку.

  1.  Какие технологические процессы относят к тепловым? Охарактеризуйте основные способы передачи тепла.
  2.  В чем особенность протекания процессов выпаривания, испарения, конденсации? Охарактеризуйте эти процессы и дайте им сравнительную технико-экономическую оценку.

66


16. Какие виды процессов массопередачи вам известны? Дайте им
сравнительную технико-экономическую оценку.

17. Какие технологические процессы относят к химическим?
В чем состоят особенности и специфика химико-технологических про
цессов?

  1.  В чем заключается сущность электрохимических процессов? Приведите примеры использования таких процессов на практике.
  2.  Что представляют собой каталитические процессы? В чем сущность катализа?
  3.  Какие технологические процессы относят к биологическим? Что представляет собой биотехнология?

Глава 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ,

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ПРОИЗВОДСТВА

5.1. Понятие системы технологических процессов.

Исторические этапы развития систем

технологических процессов

В условиях производства технологические процессы вступают во взаимосвязи, образуя объекты более высокого иерархического уровня — системы технологических процессов.

Система (гр. — systema) — целое, состоящее из частей (множества элементов), находящихся в отношениях и связях друг с другом. Под технологическими системами понимают совокупность взаимосвязанных технологических действий различного иерархического уровня, взаимодействующих с окружением как целое.

Взаимосвязанность элементов систем обуславливает необходимость определенного соответствия между уровнем состояния системы и отдельно взятых элементов. Элементы (технологические процессы), не соответствующие по уровню системе, могут ею отторгаться. Это необходимо учитывать, например, при введении высоких технологий в отечественные технологические системы.

Системообразующим параметром для технологических систем служит новая функция. Именно невозможность выполнения требуемой функции отдельными элементами (технологическими процессами) заставляет объединять их в технологические системы.

67


Очевидно, что создание систем требует дополнительных затрат на организацию связей между элементами. Но эти дополнительные затраты в будущем окупаются новым эффектом, получаемым от функционирования системы.

В производственной системе нет технологических процессов, функционирующих независимо от других. Все технологические процессы объединяются в системы разного уровня. Очевидно, что посредством каналов связей оказывается взаимное влияние как со стороны технологического процесса на состояние и уровень развития технологической системы, так и с ее стороны на уровень развития технологического процесса.

С одной стороны, системы, находящиеся на качественно высоком уровне, оказывают благотворное влияние на технологические процессы, «подтягивают» их до своего уровня, с другой — высокие технологии (технологические процессы) стимулируют развитие технологических систем. Ясно, что технологические системы по сравнению с отдельными технологическими процессами обладают большим «весом», поэтому среда технологий оказывает значительное влияние на формирование, функционирование и развитие отдельно взятой технологии.

Несмотря на возможные различия между уровнями развития технологической системы и отдельного технологического процесса, должно соблюдаться определенное соответствие, предписываемое системными связями. Выход за его пределы неизбежно приведет к нарушению функционирования системы.

Первой исторической формой систем технологических процессов были цехи ремесленников, объединявшие работников одной специальности. Если до появления цеховых структур ремесленники работали в разных помещениях, самостоятельно, то в цехе — в одном помещении, совместно. Принципиальных изменений в технологическом процессе изготовления продукта при переходе к цехам ремесленников не произошло. Эффект такого объединения сказался на повышении производительности труда. Это объясняется тем, что, во-первых, совместная работа ремесленников создавала условия для обмена опытом между ними, чего не было при кустарном производстве; во-вторых, в каждом цехе ремесленников был работник, выполнявший комплекс профессиональных действий быстрее и качественнее друт гих и являвшийся источником передового опыта.

Каждый ремесленник в цехе выполнял весь комплекс работ, необходимый для выпуска продукта, осуществлял свой технологический процесс. Поэтому цеховые структуры организационно объединяли параллельно протекающие однотипные технологические процессы, связанные между собой информационными ка-

68


налами, обеспечивающими обмен опытом. Такую структуру технологических систем принято называть параллельной.

На следующем историческом этапе появилось мануфактурное производство, основанное на общественном разделении труда.

Мануфактура (лат. manus — рука, factura — изготовление; в дословном переводе означает « ручное изготовление ») — предприятие, основанное на разделении труда и преимущественно ручной технике.

Таким образом, в мануфактуре вся совокупность технологических действий, которую в цехе выполнял один ремесленник, была расчленена на части (технологические операции), каждую из которых выполнял отдельный исполнитель. Отметим, что основной экономический выигрыш был получен не за счет более быстрого выполнения исполнителем меньшей совокупности действий, а за счет существенного (в несколько раз) снижения доли вспомогательных действий. При этом отдельные технологические операции были связаны материальными потоками предмета труда: продукт предыдущей операции становился предметом труда для последующей и т.д. Соответствующую технологическую структуру называют последовательной.

Появление мануфактур вызвало рост производительности труда за счет его общественного разделения. При этом не происходило принципиальных изменений в технологическом процессе.

Мануфактурное производство создало благоприятные условия для разработки и использования первых образцов техники. Технологические операции по сравнению с технологическим процессом в целом значительно упростились. Малое количество и постоянная повторяемость движений стали причиной изобретения первых простейших механизмов.

Машинное производство возникло в результате промышленного переворота во второй половине XVIII в. Па смену человеку, вручную приводящему в действие инструмент, пришли машины и механизмы. Затем появились современные организационные формы технологических систем (фабрики и заводы), сочетающие в себе параллельные и последовательные структуры.

Следующий этап исторического развития систем технологических процессов — возникновение промышленных объединений, отраслей народного хозяйства, монополий, концернов. Последние образовали структуры наиболее высокого уровня — народно-хозяйственного комплекса государства.

69


5.2. Классификация технологических систем

производства, закономерности их формирования

и функционирования

Технологические системы классифицируются по следующим признакам:

по структуре (параллельные, последовательные и комбинированные технологические системы);

уровню иерархии (масштабности) (технологический процесс, производственный цех, производственное предприятие, отрасли, отраслевые комплексы, народнохозяйственные комплексы, государства);

уровню автоматизации (механизированные, автоматизированные и автоматические технологические системы);

уровню специализации (специальные, специализированные и универсальные технологические системы).

Различные структуры технологических систем схематично изображены на рис. 5.1.


Элементы параллельной системы (рис. 5.1, а) не зависят друг от друга по материальным потокам сырья (предметным связям), но соединены информационными связями, которые служат для передачи умения и мастерства по изготовлению того или иного продукта, так как в параллельные технологические системы объединяются однотипные по своей сути технологические процессы (вспомним цехи ремесленников).

Общий объем выпуска параллельной системы в натуральном виде складывается из суммы выпусков всех элементов системы.

Выход из строя одного из элементов параллельной системы не влечет за собой прекращение функционирования всей системы. Такие системы еще называют системами с нежесткими технологическими связями с учетом того, что при решении задач развития технологической системы, как правило, необходимо прибегать к остановке и реконструкции некоторого элемента. Параллельные системы позволяют осуществлять такой вывод одного элемента без ущерба для других. Это свойство параллельных систем показывает их приспособленность к технологическому развитию. Кроме того, однотипность элементов параллельной системы приводит к упрощению обслуживания и управления.

Таким образом, характерной особенностью параллельных технологических систем является создание условий для технологического развития. Примерами параллельных технологических систем могут служить технологические участки в производственном цехе, однотипные предприятия в отрасли и т.д.

В последовательной системе технологических процессов (рис. 5.1, б) элементы жестко связаны между собой предметными связями: продукт первого элемента системы становится сырьем для второго и т.д. Для бесперебойного функционирования последовательной системы технологических процессов необходимо обеспечить согласованность между элементами системы по объему перерабатываемого продукта и времени обработки. Выход из строя одного элемента системы ведет к прекращению функционирования всей системы. Поэтому последовательные системы еще называют системами с жесткими связями.

Последовательные технологические системы обеспечивают наращивание объема выпускаемой продукции в единицу времени без принципиальных изменений технологических операций. Причем объем полученной системой продукции в натуральном виде определяется, как правило, лимитирующим звеном, т.е. элементом, имеющим наименьшую пропускную спо-

71


собность и предопределяющим общий выпуск системы. Реальные последовательные технологические системы могут не находиться в оптимальном состоянии.

Таким образом, характерной особенностью последовательных систем является возможность увеличения объема выпуска и практическая невозможность технологического развития в рамках этой системы.

Примерами последовательных систем технологических процессов могут служить цехи в структуре предприятия, предприятия, образующие последовательную цепочку по переработке одного предмета труда.

Реальные технологические системы могут быть комбинированными. Структура комбинированной системы схематично представлена на рис. 5.1, в. Для анализа таких систем необходимо использовать сведения как из области параллельных, так и последовательных систем. В комбинированных системах может наблюдаться преобладание одних или вторых структур.

Не вызывает сомнений, что перед любой производственной системой всегда стоят две стратегические задачи: увеличение выпуска продукции и развитие технологии производства. Решение первой задачи обеспечивают последовательные, а второй — параллельные технологические системы.

Закономерным является чередование параллельных и последовательных структур при увеличении иерархии технологических систем:

последовательность технологических операций образует последовательную систему технологического процесса;

однотипные технологические процессы объединяются в параллельную систему производственного цеха;

последовательность цехов образует последовательную технологическую систему предприятия;

однотипные предприятия объединяются в параллельную систему отрасли народного хозяйства;

последовательность отраслей образует преимущественно последовательную систему хозяйственных комплексов;

разнотипные, не связанные между собой комплексы образуют народное хозяйство государства.

Знание закономерностей формирования технологических систем позволяет по-новому взглянуть на проблему управления производством, находить оптимальные решения для согласованного и сбалансированного их функционирования.

72


5.3. Закономерности развития и оптимизации технологических систем

Очевидно, что системы технологических процессов находятся на более высоком иерархическом уровне по сравнению с отдельно взятым технологическим процессом. Однако в методическом плане подход к системам разного иерархического уровня неизменен. Если на уровне технологического процесса были выделены два принципиальных вида действий (функциональные (рабочие) и вспомогательные), то такие действия имеются и в технологических системах разного уровня и происхождения. Функциональными в технологических системах являются элементы, обеспечивающие выпуск продукции. В качестве вспомогательных составляющих выступают связи между элементами технологических систем. Например, элементы последовательной системы технологических процессов связаны между собой материальными потоками предмета труда. Сущность этого вида связей — пространственное перемещение предмета труда — такая же, как и вспомогательных действий технологического процесса, т.е. природа связей в технологических системах и вспомогательных действий технологического процесса одинакова. Это касается и параллельных систем технологических процессов. В отличие от последовательных систем, в них осуществляется пространственное перемещение не предмета труда, а нового знания, производственного опыта по соответствующим информационным каналам.

Следовательно, развитие технологических систем во многом напоминает развитие технологических процессов, которое было рассмотрено ранее (см. главу 3).

Рационалистическое развитие предполагает взаимозамещение живого труда прошлым, относящееся к любым действиям из всей совокупности технологических действий системы технологических процессов. Это может быть взаимозамещение внутри отдельного элемента технологической системы (рассмотренное выше) или взаимозамещение на уровне вспомогательных действий, обеспечивающих реализацию технологических связей между элементами системы. Например, в параллельной системе технологических процессов для налаживания обмена производственным опытом могут быть использованы технические средства на базе компьютерной техники, позволяющие накапливать, обрабатывать, сохранять и передавать информацию. Такие компьютерные центры передового технологического опыта целесообразно организовывать для обучения, переподготовки, повышения квалификации персонала.

73


Соотношение между затратами живого и прошлого труда при условии сохранения целесообразности рационалистического развития на уровне всей системы должно быть в пользу живого труда. Так, на уровне отдельного технологического процесса было установлено рекомендуемое соотношение Тж > Тп, такая же пропорция, очевидно, должна выполняться на уровне всей системы технологических процессов.

Эволюционное развитие систем технологических процессов предусматривает снижение совокупных затрат труда за счет улучшения вспомогательных действий как внутри элементов системы, так и за их пределами (в области системных технологических связей). Например, сокращение расстояния перемещения предмета труда между элементами последовательной технологической системы приведет к снижению трудозатрат. Это может быть достигнуто рациональным выбором поставщиков сырьевых материалов, организацией собственных производственных элементов, строительством предприятий непосредственно у источников сырья и т.д.

Революционное развитие систем технологических процессов предусматривает повышение результативности функциональных (рабочих) действий или их принципиальную замену и практически не отличается от рассмотренного ранее соответствующего типа развития технологического процесса. При этом революционное развитие некоторого элемента технологической системы приводит к повышению качественных характеристик всей системы.

Необходимо отметить специфические особенности развития параллельных и последовательных технологических систем.

Как было отмечено ранее, задачи развития более успешно решаются именно в рамках параллельных технологических систем. При этом, как правило, выделяется наиболее технологически отсталое звено системы, которое и совершенствуют в соответствии с его внутренними потребностями. В силу того, что окружающие звенья параллельной системы технологических процессов являются однотипными, для развития отсталого звена используют передовой опыт других аналогичных звеньев. Когда уровень развития всех звеньев параллельной системы технологических процессов выравнивается, прибегают к другим приемам, повышающим качественную сторону элементов и всей системы, например, использованию результатов научных разработок, покупке патентов и лицензий, обмену технологиями и т.д.

По-другому строится технологическое развитие в рамках последовательных систем технологических процессов. Такие

74


системы не приспособлены к технологическому развитию из-за наличия жестких связей между их звеньями. Поэтому на время реконструкции технологически отсталого звена последовательной системы целесообразно перейти на более высокий иерархический уровень (параллельную систему) и действовать вышеизложенным образом.

Кроме рационалистического, эволюционного и революционного развития на уровне систем технологических процессов может быть осуществлена процедура оптимизации, позволяющая также повысить производительность труда.

Оптимизация технологических систем предполагает получение большего результата без качественного изменения объекта и его элементов при прежних затратах за счет более умелого использования объекта оптимизации. Именно в этом заключаются основные достоинства процедуры оптимизации. Условием оптимизации является максимум системного выпуска при постоянстве затрат прошлого и живого труда в системе до и после оптимизации. Элементы системы качественно не изменяются, поэтому значения параметров уровня технологии в элементах системы также остаются неизменными. Задача оптимизации состоит в некотором оптимальном перераспределении трудозатрат между элементами системы, обеспечивающем максимизацию выпуска.

Таким образом, цель процедур оптимизации и развития одна: улучшить соотношение между затратами и выпуском, но достигается она по-разному. Развитие предполагает качественное изменение имеющихся объектов, которое требует, как правило, дополнительных затрат. Очевидно, что при этом рост результата должен превосходить рост затрат. Оптимизация же предполагает получение большего результата при прежних затратах.

5.4. Понятие технических систем, законы строения и развития технических систем

Как отмечалось в параграфе 1.2, понятия «технология» и «техника» не тождественны: техника является только одним из средств реализации технологии. Следуя той же логике, необходимо различать технологические и технические системы, а, значит, и знать отличия закономерностей их формирования и развития.

Техническая система включает в себя пространственную совокупность взаимосвязанных элементов, образующих нечто целое, предназначенное для выполнения одной или нескольких

75


функций, и необходимых или непосредственно человеку, или другим техническим устройствам.

Очевидно, что техническая система является материальной системой. Ее можно изучать, совершенствовать, целенаправленно видоизменяя составные элементы. Важнейшими составными элементами любой технической системы являются: рабочий орган (исполнительный механизм), источник энергии (привод), трансмиссия (передаточный механизм) и орган управления.

Очевидно также, что выполняющие одну и ту же функцию технические системы могут, тем не менее, отличаться друг от друга принципом своего действия, а, значит, и составляющими элементами.

Идея потребности в технической системе реализуется через принцип действия, обеспечивающий возможность ее функционирования с помощью соответствующего рабочего органа — первичного элемента любой системы, под который подбираются все остальные элементы. В свою очередь подходящий принцип действия выбирается из известных законов природы.

Таким образом, целенаправленное создание новой технической системы проходит следующие этапы: потребность человека (общества) — возникновение идеи — поиск соответствующих знаний — определение принципа действия системы — выбор рабочего органа — подбор остальных элементов системы.

Система будет работоспособной, если минимально работоспособными будут все четыре органа. Повышение работоспособности (функциональности) системы происходит за счет совершенствования всех ее органов. Это совершенствование происходит неравномерно — то один, то другой элемент в своем развитии вырывается вперед и вынуждает совершенствоваться и остальные. Но наступает период, когда из резервов всех элементов выжато все возможное и дальше улучшать нечего и некуда — система исчерпала свои возможности. Она или умирает (например, гусиное перо в качестве пишущего средства, факел), или останавливается в своем развитии (карандаш, лампа накаливания), или ее рабочий орган входит в новую систему (грифель обычного карандаша — в цанговый карандаш).

Таким образом, историю развития технической системы можно представить в виде схемы, состоящей из длинной цепочки сменяющих друг друга систем с различными принципами действия, подсистемами, надсистемами, связями между ними. Такую схему называют «системный оператор», так как она позволяет ориентироваться во всей генетике системы, или «схемой многоэкранного мышления».

76


Чем больше «экранов» человеческий разум может увидеть, чем больше связей установить и учесть, тем легче принять объективность законов развития технических систем.

В настоящее время сформулированы следующие законы строения и развития техники:

Законы строения:

1. Закон соответствия между функцией и структурой.

Суть данного закона состоит в том, что в правильно спроектированной технической системе каждый элемент — от сложных узлов до простых деталей имеет вполне определенную функцию (назначение) по обеспечению работы этой системы. Таким образом, у правильно спроектированных технических систем нет лишних деталей.

Использование закона максимально результативно при поиске более рациональных и эффективных конструкторско-тех-нологических решений новых технических систем.

2. Закон корреляции параметров однородного ряда техни
ческих систем.

К однородному ряду относятся такие технические системы, которые имеют одинаковые функцию, структуру, условия работы (в смысле взаимодействия с предметами труда и окружающей средой) и отличаются только значениями главного параметра (например, размера).

3. Закон симметрии технических систем.
Техническая система, испытывающая воздействие среды в

виде  потоков  вещества,   энергии  или  информации,   должна иметь определенный вид симметрии.

4. Закон гомологических рядов.

Закон гомологических рядов (от гр. homologos — соответственный, подобный) в наследственной изменчивости был сформулирован Н.И. Вавиловым, установившим параллелизм в изменчивости родственных групп растений. Позже было открыто, что в основе данного явления лежит гомология генов (их одинаковое молекулярное строение и сходство в порядке расположения в хромосомах) у родственных видов.

При генетическом анализе искусственных объектов их можно сравнить с объектами живой природы, каждый из которых тоже достиг очень высокого уровня развития и по-своему совершенен. Принципиальная разница между ними в том, что эволюция объектов живой природы — от простейшей амебы до сложнейших белковых организмов — происходила в естественных условиях их взаимодействия с внешней средой как борьба за выживание. И каждый этап этого совершенствования — тоже разрешение противоречия, но возникшего, например, в свя-

77


зи с резким изменением температуры или исчезновением вида, который служил традиционной пищей другого, и т.д.

Таким образом, закон гомологических рядов позволяет довольно точно прогнозировать появление новых технических решений.

Законы развития:

1. Закон прогрессивной эволюции техники.

Действие закона прогрессивной эволюции в мире техники аналогично действию закона естественного отбора Дарвина в живой природе. Его суть состоит в том, что в техническом объекте с одинаковой функцией каждый переход от поколения к поколению вызван устранением возникшего главного дефекта (дефектов), связанным с улучшением какого-либо критерия (показателя) развития при наличии определенных технико-экономических условий. Если же рассматривать все переходы от поколения к поколению, т.е. всю историю конструктивной эволюции определенного класса техники, то можно наблюдать закономерности исчерпания возможностей конструктор-ско-технологических решений на трех уровнях.

На первом уровне улучшаются отдельные параметры используемого технического решения. Когда изменение параметров уже не дает существенного эффекта, осуществляются изменения на втором уровне — путем перехода к более эффективному техническому решению, но без изменения физического принципа действия. Циклы на первом и втором уровнях совершаются до тех пор, пока в рамках используемого принципа действия не исчерпываются возможные новые технические решения, обеспечивающие улучшение интересующих показателей. После этого происходит революционное изменение на третьем уровне — переход на новый, более прогрессивный принцип действия и т.д.

В законе прогрессивной эволюции исчерпание функциональности и эффективности конструкции не просто формальность: пока не будут достигнуты оптимальные параметры, не может произойти переход к новому техническому решению или к новому принципу действия.

Закономерность исчерпания действует лишь при определенных условиях: если при наличии необходимого научно-технического потенциала переход к новому техническому решению или физическому принципу действия обеспечивает получение дополнительной эффективности, превышающей затраты, то может произойти скачок к новому техническому решению или физическому принципу действия без исчерпания возможностей предыдущих.

78


2. Закон стадийного развития технических систем. Любая техническая система в своем развитии проходит четыре основные стадии:

  1.  техническая система реализует только функцию обработки предмета труда (технологическая функция);
  2.  наряду с технологической, техническая система реализует функцию обеспечения процесса энергией (энергетическая функция);
  3.  техническая система помимо технологической и энергетической реализует функцию управления процессом;
  4.  техническая система помимо всех предыдущих функций реализует еще функцию планирования, исключая человека из технологического процесса.

Переход к очередной стадии происходит при исчерпании природных возможностей человека в улучшении показателей выполнения фундаментальной функции — удовлетворение потребностей общества. Пример стадийного развития технических систем приведен в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Стадийное развитие технических систем

Основная

функция

технической

системы

Технологическая функция (ТФ)

ТФ + энергетическая функция (ЭФ)

ТФ + ЭФ +

+ функция

управления

(ФУ)

ТФ + ЭФ +

+ ФУ + функция планирования

Размалывание зерна

Каменные жернова с ручным приводом

Каменные жернова с приводом от водяного колеса или паровой машины

Мельница с системой автоматического управления (САУ)

Мельница с САУ, получающая   задание от автоматизированной системы планирования работ

Передвижение по водной поверхности

Корабль с веслами (мускульный привод)

Корабль  с  парусом (перемещение  энергией ветра)

Пароход (перемещение энергией пара с возможностью управления)

Современный корабль с компьютеризированной системой навигации

3. Закон расширения множества потребностей-функций. • При наличии нужного потенциала и социально-экономической целесообразности возникшая новая потребность удовлетворяется с помощью впервые созданных технических систем; при этом возникает новая функция, которая существует до тех пор, пока ее реализация будет обеспечивать улучшение жизни лю-

79


дей. Число таких потребностей-функций за промежуток времени t (P(t)) возрастает по экспоненциальному закону

4. Закон возрастания разнообразия технических систем.

Разнообразие технических систем в мире, стране или отрасли, а также отдельного класса технических систем, имеющих одинаковую функцию, в связи с необходимостью наиболее полного удовлетворения человеческих потребностей, обеспечения высоких темпов производительности труда и улучшения других критериев прогрессивного развития техники со временем монотонно и ускоренно возрастает. Число новых технических систем за промежуток времени t (N(t)) увеличивается по экспоненциальному закону

5. Закон возрастания сложности технических объектов.

Сложность технических объектов с одинаковой функцией в силу действия факторов стадийного развития техники и прогрессивной конструктивной эволюции технических систем от поколения к поколению монотонно и ускоренно возрастает.

Подводя итог вышеизложенному, сформулируем постулат теории решения изобретательских задач: технические системы развиваются по объективно существующим законам: эти законы познаваемы, их можно выявить и использовать для сознательного развития технических систем, которое происходит в общем для всех систем направлении: повышения уровня их идеальности.

5.5. Методы и модели оценки научно-технологического развития производства

Существующие в настоящее время методы оценки качества и развития производства можно объединить в три основные группы. Классификация имеющихся методов базируется на использовании каждой из групп принципиально нового подхода, а именно:

экономического;

технократического (пифагорейского);

системного (технологического).

Экономический подход широко используется при оценке

80


производства. Он предусматривает сравнение производственных систем и отдельных мероприятий по их усовершенствованию путем анализа соотношения затрат и соответствующих результатов. В последнее время наиболее интенсивно развивается направление экономического подхода, связанное с представлением о производстве как некоторой системе, характеризующейся устойчивой функциональной зависимостью между затратами ресурсов на производство и выпуском продукции. Полученная функциональная связь между каждым допустимым уровнем затрат и соответствующим ему максимальным выпуском называется производственной функцией

Все существующие способы производства некоторого продукта характеризуются собственной производственной функцией, поэтому она может быть использована как для выбора лучшего варианта производства из имеющихся, так и для определения наиболее экономичного уровня затрат, соответствующего максимальному выпуску по отдельно рассматриваемому производству. Наиболее эффективный вариант выбирается по наилучшему из соотношений «затраты — выпуск». При использовании производственной функции задание состояния производственного элемента соответствует известной в теории управления схеме описания управляемых элементов в терминах «вход — выход». Графическая иллюстрация такого описания представлена на рис. 5.2.

Производственный элемент при этом является своего рода «черным ящиком», перерабатывающим все имеющиеся варианты затрат в выпуск.

Подход, основанный на использовании модели производственной функции, не раскрывает сущности производственного процесса, не показывает, каким образом затраты «перерабатываются» в выпуск. В этом состоит его основной недостаток.

81


Производственный элемент практически не исследуется и не познается, обсуждению подвергаются лишь его следствия (выпуск) и параметры, характеризующие потребности (затраты), но не сам производственный процесс. Практическое использование методологии производственной функции для оценки качества производства имеет и ряд других недостатков:

оно дает возможность лишь фиксировать существовавшую в прошлом зависимость выходного параметра производственной системы от какого-либо одного входного параметра или их группы;

не только не позволяет увидеть суть производственной системы, но даже не выдвигает задачу познания содержания производства;

не дает возможность решать задачи развития имеющегося производства;

может привести к ошибкам при выборе комбинации затрат (факторов производства), влияющих на уровень выпуска.

Наряду с производственной функцией, в рамках экономического подхода широко используется метод оценки производства с помощью параметра приведенных затрат, при применении которого для сравнения некоторых вариантов производств все затраты приводятся к единице продукции. Внимание сосредотачивается на затратах при уравнивании выпуска по сравниваемым вариантам, поэтому пользоваться параметром приведенных затрат при экономических расчетах гораздо проще, чем производственной функцией.

Считается лучшим тот вариант производства, который характеризуется минимумом приведенных затрат

где С  — себестоимость продукции; К — капитальные вложения; Ен — нормативный коэффициент окупаемости (величина, обратная сроку

окупаемости).

В отличие от производственной функции, зависимость (5.4) раскрывает методику расчета затрат на производство продукции, что является достоинством метода оценки производства с помощью параметра приведенных затрат.

Технократический (пифагорейский) подход представляет научно-техническое развитие как процесс реальной замены старых технологий и техники на новые. Предполагается, что сущность технологического сдвига в производстве можно объяснить, подсчитывая связанные с ним события (например, число  изобретений,   количество  внедренных  новых  станков

82


и т.д.)- В оценке технологических сдвигов решающее значение придается уникальности и новизне событий, поэтому технологическую и научную деятельность принято измерять с помощью таких показателей, как количество единиц новой техники, число статей, опубликованных в данной области, объем внедрения технических мероприятий и др.

Достоинство этого подхода — сосредоточение основного внимания на техническом и технологическом развитии производства как на базовом звене развития всего производственного процесса. Технологическое развитие во многом объективно предопределяет развитие производства в целом. Однако при таком подходе внутреннее содержание технологии производства остается неучтенным. Технологии анализируются абстрактно статистическими методами, позволяющими получить лишь поверхностную характеристику. Не учитываются и экономические аспекты нововведений. Последнее обосновывается тем, что при помощи расчета эффективности новой техники нельзя правильно оценить ее производительность в конкретном производстве за некоторый промежуток времени, так как новая техника в начале ее применения имеет, как правило, более низкие значения технико-экономических показателей по сравнению с базовой техникой. Только в процессе распространения опыта использования новой техники начинают проявляться ее преимущества. Проще говоря, новая техника почти всегда дороже старой. Ото подтверждает верность вывода о том, что в момент внедрения производственного новшества не следует учитывать его экономическую сторону. Следовательно, еще одним достоинством технократического подхода является объяснение и обоснование научно-технического развития не только производства, но и общества в целом. В рамках экономического подхода, сводящих все касающееся производства только к оценке по затратам и соответствующему выпуску, наоборот, нельзя объяснить процесс появления в производстве и обществе дорогих новшеств. В противоположность экономическому, технократический подход учитывает перспективы развития производства и создает условия для него.

Вместе с тем, как уже отмечалось, технократический подход имеет свои недостатки. Так, перечень изобретений и патентов не отражает процесс развития технологии, а только фиксирует его следствия, не содержит сведений относительно пригодности нового устройства для производства или применения.

Системный подход к описанию развития производственного процесса исходит из утверждения, что оно подчиняется своим внутренним закономерностям, выявление и формулирование которых позволит установить основные направления этого

83


развития. Базовым положением системного подхода является то, что технологический процесс как объект исследования существует независимо от представлений исследователя о нем, т.е. объективно. Технологическое состояние производства следует логике существования и развития технологического процесса. В таком случае можно полагать, что реальное развитие производственного процесса должно подчиняться некоторым формальным закономерностям. Поэтому проблема развития производства решается путем усовершенствования технологического процесса в рамках установленных закономерностей.

Научная мысль постепенно двигалась к осознанию ведущей роли технологии производства и проблемы технологического развития.

В рамках системного подхода существует несколько моделей развития технологических процессов.

Модель научно-технического развития ВЛ. Трапезникова связывает производительность живого труда с параметрами объема прошлого труда и уровнем знаний, заложенных в технических и организационных решениях

где L — производительность живого труда; Ф — фондовооруженность одного работающего; У — уровень знаний (уровень технологии).

Отличительной особенностью данной модели является учет влияния на рост производительности труда одновременно двух различных производственных факторов: уровня организационных и технических решений, заложенных в производство (уровень технологии), и величины затрат на технологическое оснащение рабочего места (фондовооруженность). В модели В.А. Трапезникова основной упор делается на обладании знаниями, информацией, навыками как необходимом условии любого развития, что раскрывает очень существенную сторону технологии производства. Ведь в производственной деятельности очень важно не только иметь материальные условия производства (высокую фондовооруженность), но и чрезвычайно важно уметь их эффективно использовать. Имея одно и то же значение показателя фондовооруженности Ф, можно получить разный результат в виде производительности труда L за счет различной эффективности использования имеющихся производственных фондов. Умение высокоэффективно использовать материальную базу производства обеспечивает прирост производительности труда. Причем такой прирост появляется как бы «из ничего» — за счет уровня технологии (мастерства) У. Достоинство модели  —   достаточно  глубокое  осознание  технологической

84


сущности производственного процесса. Однако в то же время
выражение (5.5) получено не формальным математическим пу
тем, а скорее путем обобщения большого производственного
опыта. Модель не дает ответа на вопрос: какие изменения в тех
нологическом процессе необходимо осуществить для повыше
ния значения показателя производительности труда? Ведь про
стое увеличение значения параметра Ф не всегда приводит к по
вышению производительности труда: затраты на производство
продукции могут быть и неэффективными.
,

Модель научно-технического развития А.И. Каца нацелена на решение проблемы динамической оптимизации экономического развития производства. Это предлагается осуществлять на основании общего критерия динамического оптимума

где Z — объем конечной (условно-чистой) продукции; V -- численность работников; С — капитальные вложения; Yкритерий сравни-' тельной динамической эффективности капитальных вложений.

Необходимо отметить, что критерий динамического оптимума А.И. Каца хорошо соотносится с моделью, предложенной В.А. Трапезниковым. Если принять, что Z / V = L (производительность живого труда), С / V = Ф (фондовооруженность), то зависимости (5.5) и (5.6) становятся аналогичными.

Основное содержание критерия динамического оптимума сводится к определению экономической эффективности капитальных вложений как основного источника роста производительности труда и объема получаемого общественного продукта. В этом смысле подход А.И. Каца отличается от подхода В.А. Трапезникова, который акцентировал внимание как раз на нематериальной стороне производственного процесса, на высокой роли знаний и умений. Цель использования общего критерия сводит-ся к обеспечению минимума совокупных затрат труда на единицу продукции не в первый период внедрения техники, а за ряд лет, в непрерывной динамике. По мнению А.И. Каца, рассмотрение затрат на производство продукции в их динамике имеет су-щественные преимущества перед широко применяемой стати-ческой оптимизацией затрат (например, с помощью производственной функции). Данное утверждение справедливо. Наиболее передовые образцы новой техники в значительной мере повышают фондоемкость продукции, понижая ее отдачу на единицу капитальных вложений. В динамике за ряд лет прогрессивная техника, несмотря на ее первоначальную дороговизну, дает боль-

85


шой эффект, нередко приводя в последующем к абсолютному снижению самой фондоемкости продукции. Например, на заре автомобилестроения, когда автомобиль двигался со скоростью пешехода, по затратам на производство и эксплуатацию он значительно уступал в выгодности простой гужевой повозке. Однако в настоящее время экономические показатели автомобиля значительно улучшились благодаря тому, что в отличие от гужевой повозки в нем был использован новый принцип действия, потенциальные возможности которого позволили достичь впечатляющих результатов. Нечто подобное происходит и с другими образцами новой техники в технологическом процессе.

Критерий А.И. Каца вместе с тем не лишен недостатков. Вывод о том, что оптимальному развитию любого технологического процесса способствует преимущественное и ничем не ограниченное увеличение фондовооружености, нельзя признать справедливым. Рост фондовооруженности технологического процесса целесообразен лишь до тех пор, пока не исчерпаны потенциальные возможности этого технологического процесса. При исчерпании всех возможностей принципа действия некоторого технологического процесса дополнительные вклады в производственные фонды не будут экономически окупаться увеличением производительности труда, а приведут лишь к росту стоимости продукции.

Обобщая подходы В.А. Трапезникова и А.И. Каца, необходимо отметить, что им обоим удалось увидеть дополняющие друг друга важнейшие стороны технологических (производственных) процессов: во-первых, что существенным фактором производства является мастерство использования имеющихся оборудования, сырья, энергии и т.д., а во-вторых, что новая техника и технология на стадии внедрения часто неконкурентоспособны со старыми, существующими техникой и технологией, поэтому необходимо использовать динамические критерии оценки технологических процессов, учитывающие этот факт.

И хотя оба результата получены без изучения и уяснения структуры производственного и технологического процессов, механизма их функционирования, они свидетельствуют о недостаточности и неэффективности существующих методов экономической оценки производства. Только познав внутренний механизм функционирования производственного и технологического процессов, можно понять причины формирования конкретного значения того или иного производственного параметра технологического процесса и научиться изменять его значение. Это касается и повышения главного экономического параметра производства — производительности труда.

86


где L — производительность живого труда; У — уровень технологии; В — технологическая вооруженность;

В модели научно-технического развития М.Д. Дворцина экономические результаты производственной деятельности впервые связаны с содержанием технологического процесса. Изменение экономических параметров технологического про-' цесса есть результат изменений в его структуре. Развитие технологического процесса складывается из стадий революционного и эволюционного развития. Эволюционное развитие является ограниченным в смысле экономической отдачи и характеризуется следующей математической моделью:

где Q — выпуск (годовой чистый продукт); n — число работающих в технологическом процессе; Ф — годовые затраты прошлого труда за' исключением затрат на предмет труда.

Экономическая граница эволюционного (рационалистического) развития наступает в момент времени, соответствующий минимуму совокупных затрат труда (сумма живого и прошлого труда) или, что одно и то же, максимуму производительности совокупного труда.

М.Д. Дворцин выявил изменения, которые необходимо осуществить в структуре для обеспечения революционного и эволюционного развития технологического процесса. Вместе с тем, в его работах при формулировании закономерностей развития технологического процесса внимание фокусируется на целевой установке по снижению трудозатрат, а не на средстве ее достижения.

Сравнение трех рассмотренных выше подходов к оценке производства позволяет сделать очевидный вывод о преимуществах системного подхода по сравнению с экономическим и технократическим. Системный подход направлен на познание технологической сущности производства, которое объясняет качественное состояние производства, его экономические показатели, и, что особенно ценно, — пути развития.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой технологическая система? Что является для нее системообразующим параметром?

87


  1.  Охарактеризуйте особенности цеха ремесленников как технологической системы.
  2.  Охарактеризуйте особенности мануфактуры как технологической системы.
  3.  Какие классификационные признаки можно выделить для характеристики технологических систем?
  4.  Охарактеризуйте параллельные технологические системы.
  5.  Охарактеризуйте последовательные технологические системы.
  6.  Что такое лимитирующее звено в последовательной технологической системе? Почему оно так называется?
  7.  Почему закономерности развития технологических систем по своей сути подобны закономерностям развития отдельно взятых технологических процессов?
  8.  Какие направления развития технологических систем вам известны? Охарактеризуйте их.

  1.  Что представляет собой оптимизация технологических систем? Чем она отличается от их развития?
  2.  Что представляет собой техническая система? Каково ее отличие от технологической системы?
  3.  Какие важнейшие элементы входят в состав любой технической системы? Каково их назначение?
  4.  Охарактеризуйте законы строения технических систем.
  5.  Охарактеризуйте законы развития технических систем.
  6.  Охарактеризуйте методы и модели оценки научно-технологического развития производства.
  7.  


Раздел II. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Глава 6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

СТРУКТУРЕ ХОЗЯЙСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА

РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Как отмечалось в главе 1, производственная деятельность является основой современной цивилизации, источником создания надприродных благ, при этом в основе любой производственной деятельности лежат разнообразные технологические процессы, которые в реальных условиях производства образуют технологические системы. В свою очередь отдельные технологические системы являются составными частями производственных систем, или так называемых хозяйственных комплексов (вспомним о неразрывной связи технологии и экономики в процессе производственной деятельности).

С одной стороны, хозяйственный комплекс должен характеризоваться устойчивыми связями между составляющими его элементами (предприятиями, организациями и другими производственными объединениями). В качестве таковых выступают в первую очередь связи, обусловленные предметом труда (сырье, материалы, комплектующие изделия и т.д.), его средствами (машины и оборудование, инструменты и приспособления, средства перемещения грузов, средства связи, энергетические и информационные потоки и т.д.) и продуктом (товары и услуги). С другой — в основе формирования устойчиво функционирующего хозяйственного комплекса должны лежать принципы его построения (отраслевой, территориальный, технологический, продуктовый, административный, организационный).

В силу исторических причин общественное производство Республики Беларусь формировалось в условиях так называемого единого народнохозяйственного комплекса СССР, от которого была унаследована отраслевая структура объединения субъектов хозяйствования. В настоящее время она переживает период трансформации, приводящей к образованию новых интеграционных структур, которые становятся многоотраслевыми или межотраслевыми. Более того, можно утверждать, что на формирование хозяйственных комплексов все большее влия-

89


ние начинают оказывать продуктовый и технологический принципы построения хозяйственных комплексов, что является объективной тенденцией. Как уже было сказано в главе 5, объединение предприятий в комплексы (системы), реализующие однотипные технологические методы обработки сырья, в наибольшей степени способствует распространению передового технологического опыта, а, значит, и развитию данных систем.

С учетом вышеизложенного, охарактеризуем состав и структуру общественного производства Республики Беларусь по ряду основополагающих признаков.

По продуктовому признаку все субъекты хозяйствования можно сгруппировать в две сферы производственной деятельности: производства товаров (промышленность, сельское хозяйство, строительство, лесное хозяйство) и услуг (транспорт, связь, торговля, здравоохранение, образование, наука, культура и т.д.).

При этом сферу услуг отличают нематериальный характер продукта труда (неосязаемость), меньший технологический детерминизм в отношении качества продукта труда (вариантность) и большее влияние на результат особенностей субъекта, оказывающего услугу (человеческий фактор).

По организационно-технологическому признаку в структуре общественного производства Республики Беларусь можно выделить следующие хозяйственные комплексы:

топливно-энергетический;

машиностроительный;

социально-потребительский;

химико-лесной;

строительный;

аграрно промышленный;

коммуникационный (транспорт и связь);

социально-культурный.

Рассмотрим характерные организационные и технологические особенности важнейших хозяйственных комплексов Республики Беларусь.

Топливно-эпергетический комплекс (ТЭК) является важнейшей структурной составляющей общественного производства Беларуси. Его продукция — существенный элемент жизнеобеспечения населения. Достаточно отметить, что ТЭК Республики Беларусь производит 24 % валовой промышленной продукции, в нем сосредоточено 22,8 % основных производственных фондов.

Основная задача ТЭК — устойчивое обеспечение общественного производства и населения топливно-энергетическими ресурсами, а также продукцией переработки топлива.

Структурно ТЭК представляет собой комбинированную технологическую систему. Он подразделяется на топливную промышленность и энергетику.

90


Топливная промышленность включает в себя нефтяную (добыча, транспортирование и переработка нефти), газовую (добыча, переработка, транспортирование, распределение, хранение газа) и торфяную промышленность (добыча торфа, изготовление торфобрикетов и побочных химических продуктов). Энергетика в нашей стране представлена преимущественно электроэнергетикой, которая, в свою очередь, включает в себя выработку электрической и тепловой энергии на тепловых электростанциях (ГРЭС и ТЭЦ) и электрической — на гидравлических (ГЭС), а также поставку электрической энергии потребителям посредством высоковольтных линий электропередач.

С точки зрения технологических принципов переработки сырья в готовую продукцию в топливно-энергетическом комплексе используются преимущественно химические, гидромеханические и тепловые процессы.

Топливно-энергетический комплекс характеризуется устойчивыми предметными связями с другими хозяйственными комплексами Республики Беларусь, а также зарубежных стран. Он является одним из главных поставщиков сырья для химико-лесного комплекса. Машиностроительный комплекс изготавливает для ТЭК энергетическое оборудование, транспортный — обеспечивает доставку его продукции потребителям, а строительный — создание или модернизацию производственных фондов.

Машиностроительный комплекс представляет собой комбинированную систему предприятий машиностроения и металлообработки, а также смежных и вспомогательных производств и организаций (проектных, конструкторско-технологических, научно-исследовательских). Организационно и технологически целесообразно включать в состав комплекса также предприятия металлургии, так как они обеспечивают основным сырьем машиностроительное производство. Машиностроительный комплекс нашей страны производит около 22 % валовой промышленной продукции, в нем сосредоточено 27 % основных! производственных фондов.

Машиностроение нашей страны выпускает разнообразные средства производства, транспорт, а также предметы потребления. Определяющее значение для машиностроительного комплекса Республики Беларусь имеют следующие специализиро-ванные производства: автомобильная промышленность; тракторное и сельскохозяйственное машиностроение; станкостроительная и инструментальная промышленность; приборостроительная, радио- и электротехническая, электронная, оптико-механическая промышленность; металлообработка, строительное, дорожное и коммунальное машиностроение; машиностроение для легкой и пищевой промышленности.

91


С точки зрения технологических принципов переработки сырья в машиностроительном комплексе используются преимущественно механические и тепловые процессы. В особую подгруппу следует выделить металлургическое производство, в котором используются химико-технологические методы переработки сырья.

Для машиностроения Республики Беларусь характерны устойчивые предметные связи как со всеми хозяйственными комплексами нашей страны, так и со странами ближнего и дальнего зарубежья. Машиностроительный комплекс является основным поставщиком орудий и средств труда для всего общественного производства страны.

Социалыго-потребительский комплекс является комбинированной технологической системой, объединяющей производства, связанные с выпуском потребительских товаров и услуг, преимущественно обеспечивающих жизнедеятельность населения.

В структуру данного комплекса входят следующие подкомплексы:

легкая промышленность;

торговля и общественное питание;

бытовое обслуживание;

жилищно-коммунальное хозяйство.

Легкая промышленность представляет собой совокупность производств, перерабатывающих сельскохозяйственное и химическое сырье в ткани, одежду, обувь и другие предметы потребления, а также в изделия производственно-технического назначения. Легкая промышленность нашей страны производит около 6,3 % валовой промышленной продукции, в ней сосредоточено 4,8 % основных производственных фондов. В первую очередь она представлена текстильной, швейной и коже-венно-обувной промышленностью.

С точки зрения технологических принципов переработки сырья в готовую продукцию в данном подкомплексе используются в большей степени механические и в меньшей — химические и тепловые процессы.

Легкая промышленность имеет устойчивые технологические связи с ЛПК и химической промышленностью, поставляющими ей исходное сырье, и с машиностроительным комплексом, обеспечивающим снабжение производственным оборудованием.

Торговля является обособившейся в результате общественного разделения труда совокупностью предприятий, связанных с посреднической деятельностью по купле-продаже товаров.

Будучи представителем сферы услуг, торговля имеет собственные развитую материально-техническую базу (складское хозяйство, включая подъемно-транспортное, холодильное и прочее оборудование; торговую сеть с соответствующим вит-

92


ринным, фасовочным и другим оборудованием, облегчающим механизацию торговых процессов; специализированный транспорт) и специфические технологические процессы оказания услуг (фасовка, упаковка, пакетирование, транспортирование, хранение, подготовка товаров к реализации и т.д.)

По месту расположения конечных покупателей или потребителей торговля бывает внутренней и внешней, а в зависимости от количества изделий в реализуемой партии продукции — оптовой и розничной. В свою очередь, розничная торговая сеть подразделяется на стационарную, передвижную и посылочную, в том числе через Интернет-магазины.

С точки зрения технологических принципов воздействия на предмет труда в данном подкомплексе в большей степени используются механические и тепловые процессы.

Торговля как обособившаяся сфера производственной деятельности освобождает другие хозяйственные комплексы от необходимости заниматься реализацией произведенной продукции, что в свою очередь позволяет товаропроизводителям в большей степени концентрировать свои усилия на совершенствовании производства.

Общественное питание — совокупность специализированных производств, занятых выпуском готовой пищевой продукции и ее реализацией населению через собственную сеть (рестораны, кафе, столовые, буфеты и т.д.).

Предприятия общественного питания применяют широчайший спектр оборудования для дозирования, перемешивания, смешения, формования, термической обработки и обжаривания пищевого сырья. В последнее время используется оборудование с использованием нетрадиционных воздействий на исходное сырье — токов сверхвысокой частоты, микроволнового и инфракрасного излучений; мембранная технология.

С точки зрения технологических принципов переработки сырья в готовую продукцию в данном подкомплексе используются в равной степени все базовые процессы: механические, гидромеханические, тепловые, массообменные, химические, биологические.

Хотя общественное питание не связано технологически с другими хозяйственными комплексами, тем не менее его роль в создании благоприятных условий для обеспечения жизнедеятельности трудовых ресурсов предприятий велика, а, значит, — и косвенное влияние на повышение эффективности и результативности труда.

Бытовое обслуживание ~ совокупность специализированных предприятий и организаций, работающих непосредственно

93


с индивидуальными заказчиками и предоставляющих им разнообразные бытовые услуги, такие как изготовление продукции для личного потребления по индивидуальным заказам, ремонт сложно-технических изделий, используемых в быту, и т.д.

По технологическому признаку сфера бытового обслуживания подразделяется на следующие производственные группы: химическая чистка и окраска одежды, ремонт и пошив обуви, ремонт и пошив одежды, ремонт и техническое обслуживание аудио-, видео-, телеагшаратуры и другой бытовой техники, ремонт и техническое обслуживание транспортных средств, ремонт и строительство жилья, услуги банно-прачечных комбинатов, фотоателье и ателье проката, парикмахерских, транс -портно-экспедиторские, ритуальные и прочие услуги.

С точки зрения технологических принципов воздействия на предмет труда в данном подкомплексе используются в равной степени все базовые процессы, за исключением биологических: механические, гидромеханические, тепловые, массообменные, химические.

Жилищно-коммунальное хозяйство предназначено для обеспечения воспроизводства и содержания жилищного фонда, а также доведения жилищно-коммунальных услуг до населения.

По виду выполняемых работ и технологическому признаку жилищно-коммунальное хозяйство подразделяется на следующие сферы деятельности:

жилищное хозяйство, занятое строительством, ремонтом и содержанием жилья, включая сооружения жилищной инфраструктуры;

коммунальное хозяйство, осуществляющее водо-, газо-, тепло-, электроснабжение жилого фонда; уборку и благоустройство территорий населенных пунктов (канализация, озеленение, сбор, вывоз и утилизация мусора и бытовых отходов), транспортное обслуживание населения;

гостиничное хозяйство.

С точки зрения технологических принципов воздействия на предмет труда в данном подкомплексе в равной степени используются все базовые технологические процессы.

Как и общественное питание, жилищно-коммунальное хозяйство технологически мало связано с хозяйственными комплексами страны (за исключением машиностроительного комплекса, поставляющего ему оборудование, машины, комплектующие), так как функционально направлено на удовлетворение потребностей населения, а не сферы производства.

Химико-лесной комплекс является комбинированной технологической системой, включающей в себя следующие подкомплексы:

94


химический (химическая и нефтехимическая промышленность);

лесохозяйственный (лесное хозяйство и лесозаготовка);

лесопромышленный (деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная, лесохимическая промышленность).

Химико-лесной комплекс нашей страны производит около 17,5 % валовой промышленной продукции, в нем сосредоточено более 20 % основных производственных фондов.

Химический и нефтехимический подкомплекс Республики Беларусь включает предприятия по производству минеральных кислот и удобрений (азотных, фосфорных, калийных); химических волокон; резинотехнических изделий и шин; полимерных материалов и изделий; лакокрасочных материалов, синтетических моющих средств.

С точки зрения технологических принципов переработки сырья в готовую продукцию в данном подкомплексе преимущественно используются химико-технологические процессы, а также тепловые и массообменные.

Лесохозяйственный подкомплекс Республики Беларусь включает в себя совокупность производств, связанных с воспроизводством, охраной, защитой лесных ресурсов, заготовкой и первичной переработкой древесины, а также переработкой их отходов.

С точки зрения технологических принципов переработки сырья в готовую продукцию в данном подкомплексе преимущественно используются механические процессы, а также частично — химические.

Лесопромышленный подкомплекс Республики Беларусь представлен в первую очередь предприятиями лесопильной промышленности, по производству древесных строительных материалов и конструкций, мебели, бумаги и картона, продуктов химической переработки древесного сырья.

С точки зрения технологических принципов переработки сырья в готовую продукцию в данном подкомплексе в одинаковой степени используются механические и химические процессы.

Химико-лесной комплекс республики имеет устойчивые технологические связи практически со всеми хозяйственными комплексами Беларуси и зарубежных стран — как по поставкам своей продукции, так и по закупкам исходного сырья и оборудования.

Аграрно-промышленный комплекс (АПК) — совокупность технологически связанных производств, осуществляющих производство сельскохозяйственного сырья и его первичную переработку в пищевую продукцию и сырье для последующего ис-

95


пользования в других хозяйственных комплексах (например, в химической и легкой промышленности).

Агропромышленный комплекс является комбинированной технологической системой и структурно состоит из двух сфер: производственной и обслуживающей.

Производственная сфера АПК включает в себя:

сельское хозяйство (земледелие и животноводство);

рыбное хозяйство (речное, прудовое);

мукомольно-крупяное и комбикормовое производство;

пищевую промышленность;

производства, связанные с первичной переработкой сельскохозяйственной продукции для нужд легкой и химической промышленности;

предприятия по техническому обслуживанию и ремонту сельскохозяйственной техники;

предприятия по созданию и обслуживанию производственной инфраструктуры сельского хозяйства, включая сельское производственное строительство.

Обслуживающая сфера ЛПК включает в себя предприятия, обеспечивающие заготовку, хранение, транспортирование и реализацию сельскохозяйственной продукции, а также осуществляющие иные действия (например, материально-техническое снабжение).

Агропромышленный комплекс Республики Беларусь производит около 20 % валовой промышленной продукции, в нем сконцентрировано более 21 % основных производственных фондов.

С точки зрения технологических принципов воздействия на предмет труда в данном комплексе используются в равной степени все базовые технологические процессы.

Технологически агропромышленный комплекс в первую очередь связан с торговлей, а также поставляет готовую продукцию общественному питанию и сырье — легкой и химической промышленности, получая соответствующее оборудование и комплектующие от машиностроительного комплекса.

Строительный комплекс является комбинированной технологической системой предприятий, объединений, организаций, деятельность которых направлена на разработку, создание и реконструкцию строительных объектов производственного и непроизводственного назначения (зданий, сооружений, объектов инфраструктуры), а также на изготовление строительных материалов и изделий.

На долю строительного комплекса Республики Беларусь приходится около 7,3 % валового внутреннего продукта страны.

96


Строительный комплекс включает в свой состав два сектора: капитальное строительство и промышленность строительных материалов.

Капитальное строительство в зависимости от вида сооружаемого объекта подразделяется на промышленное, сельскохозяйственное, энергетическое, жилищно-коммунальное, транспортное и др. При этом капитальное строительство выполняет как собственно строительные, так и монтажные работы, в том числе проектно-изыскательские, а также бурение нефтяных и газовых скважин.

С точки зрения технологических принципов воздействия на предмет труда в данном комплексе используются преимущественно механические процессы.

Промышленность строительных материалов и изделий занята производством продукции, используемой в строительных работах, а также предметов потребления. Важнейшими ее составными элементами являются: керамическая и стекольная промышленность, производство минеральных вяжущих веществ (портландцемента и строительной извести), изделий и конструкций из железобетона и др.

С точки зрения технологических принципов воздействия на предмет труда в данном комплексе используются преимущественно химические, гидромеханические, механические, тепловые и массообменные процессы.

Строительный комплекс технологически связан со всеми хозяйственными комплексами, так как создание или реконструкция любого субъекта хозяйствования связаны с проведением строительных или монтажных работ.

Коммуникационный комплекс (лат. communicatio < com-t munico — делаю общим, связываю, общаюсь) — комбинированная технологическая система, предназначенная для перевозки разнообразных объектов (грузов и пассажиров), передачи и распространения информации, а также обеспечения стабильного функционирования субъектов хозяйствования и органов управления государством.

В состав коммуникационного комплекса входят два технологически различающихся подкомплекса: транспорт и связь.

Транспорт (лат. transporto — перемещаю) — сфера деятельности по перевозке материальных объектов и населения. Она является элементом, формирующим инфраструктуру общественного производства через обеспечение взаимосвязей всех его элементов. Велика роль транспорта в развитии связей не только внутри страны, но и на международном уровне.

Доля транспорта в валовом внутреннем продукте составляет 8,4 %, в основных фондах — 15,4 %.

97


По характеру выполняемых работ различают грузовой и пассажирский транспорт. По характеру использования транспорт бывает: общего пользования, ведомственный, внутрипроизводственный; по технологическому признаку (виду транспортного средства) — железнодорожный, автомобильный, водный (речной, морской), воздушный, трубопроводный, гужевой.

Связь — элемент коммуникационного комплекса, обеспечивающий передачу, прием и распространение информационных потоков с помощью различных технических средств.

По технологическому принципу различают следующие виды связи:

почтовую, обеспечивающую регулярную пересылку периодических изданий, письменной корреспонденции, денежных переводов, посылок, бандеролей с помощью специализированных транспортных средств;

электрическую, осуществляющую передачу информации в кодированном виде на большие расстояния посредством специальных систем технических устройств.

Разновидностями электрической связи являются:

телеграфная связь (гр. tele — вдаль, далеко + grapho — писать) — передача на расстояние буквенно-цифровых сообщений (телеграмм) с обязательной их записью в пункте приема. Телеграфная связь осуществляется посредством электрических сигналов, передаваемых по проводам, и (или) радиосигналов. Телеграфные сообщения передаются при помощи телеграфных аппаратов по каналам телеграфной сети в виде кодовых комбинаций. По назначению и характеру передаваемой информации различают: телеграфную связь общего пользования, абонентское телеграфирование и факсимильную связь. Особенностью телеграфной связи является письменное документирование переданного сообщения;

телефонная связь (гр. tele — вдаль, далеко + phone — звук) — передача на расстояние речевой информации, осуществляемая при помощи электрических сигналов, распространяющихся по проводам, или радиосигналов. Телефонная связь обеспечивает ведение устных переговоров между абонентами, удаленными друг от друга практически на любое расстояние.

Различают следующие виды телефонной связи:

стационарную: местную (городскую и сельскую), междугородную и международную, внутриведомственную, внутрипроизводственную ;

мобильную (с подвижными объектами): радиотелефонную (радиосвязь), сотовую, спутниковую, пейджинговую.

Радиосвязь (от лат. radio — испускаю лучи) — способ передачи информации на расстояние посредством радиоволн. Такой вид связи широко используется в системе здравоохранения,

98


МЧС, МВД, Министерством обороны, а также для обеспечения связи с легковыми такси.

Сотовая связь осуществляется посредством системы базовых стационарных станций, имеющих свою зону (соту) обеспечения устойчивой телефонной связи и объединенных в единую сеть. При перемещении объекта с сотовым телефоном устойчивая связь обеспечивается путем его «передачи» с одной базовой станции на другую. В последнее время, благодаря большим технологическим и потребительским возможностям, сотовая связь начинает вытеснять радиосвязь.

Спутниковая связь передает радиосигналы с помощью геостационарных спутников, обеспечивая тем самым возможность ведения разговоров с абонентом, расположенным в любой точке земного шара, далее вне досягаемости традиционных систем связи.

Пейджинговая связь (пейджинг) (англ. page — страница) — персональный радиовызов абонента, телекоммуникационная услуга, обеспечивающая беспроводную одностороннюю связь в пределах обслуживаемой зоны. Данный вид связи осуществляется с помощью пейджера — портативного беспроводного устройства для приема и записи информации. При этом односторонняя связь устанавливается через посредника-оператора, который принимает голосовой сигнал по телефону, записывает его, кодирует и передает на пейджер абонента, которому адресовалось сообщение;

электронная почта — способ передачи информации (буквенно-цифровой, графической, звуковой, видео-) посредством сети Интернет.

Интернет (англ. Internet от лат. inter — между и англ. net — сеть, паутина) — международная (всемирная) компьютерная сеть электронной связи, объединяющая региональные, национальные, локальные и другие сети, позволяющая пользователям персональных компьютеров, находясь на любом расстоянии, в любой точке земного шара, иметь связь друг с другом, принимать и передавать текстовую и изобразительную информацию.

Как и торговля, коммуникационный комплекс обеспечивает устойчивые технологические связи между хозяйственными комплексами, освобождает их от необходимости решать проблемы транспортирования сырья и произведенной продукции, что в свою очередь позволяет товаропроизводителям в большей степени концентрировать свои усилия на усовершенствовании собственного производства.

Социально-культурный комплекс функционально предназначен для оказания населению социально значимых услуг. Результатом деятельности производственных элементов данного комплекса является формирование грамотного, физически здорового и духовно богатого гражданина.

99


Основными структурными элементами данного комплекса являются:

образование (дошкольное, базовое, среднее, профессионально-техническое, среднее специальное, высшее);

здравоохранение (поликлиники, клинические больницы, санатории, профилактории, аптеки, диспансеры и другие специализированные учреждения);

физическая культура и спорт (соответствующие сеть и инфраструктура разнообразных спортивных сооружений);

культура и искусство (театры и музыкальные учреждения, музеи, библиотеки, клубы, кинотеатры, музыкальные образовательные учреждения и др.).

Трудно переоценить роль и значение данного комплекса в повышении общественного благосостояния, улучшении качества жизни населения, обеспечении социальной стабильности в обществе.

Из-за невозможности в рамках одного учебного пособия дать описание всех технологических процессов, характеризующих производственную деятельность всех хозяйственных комплексов нашей страны, в последующих главах будут рассмотрены технологические основы ключевых для Республики Беларусь производств.

Контрольные вопросы

  1.  Что представляет собой хозяйственный комплекс? Какими признаками он должен характеризоваться?
  2.  На какие две сферы можно разделить общественное производство по продуктовому признаку? Дайте краткую характеристику каждой из них.
  3.  Какие особенности отличают сферу производства товаров от сферы услуг?
  4.  Какие хозяйственные комплексы можно выделить в общественном производстве по организационно-технологическому признаку? Чем они отличаются друг от друга?
  5.  Охарактеризуйте организационные и технологические особенности топливно-энергетического комплекса. Какие элементы входят в его состав?
  6.  Охарактеризуйте организационные и технологические особенности машиностроительного комплекса.
  7.  Охарактеризуйте организационные и технологические особенности социально-потребительского комплекса. Какие подкомплексы входят в его состав?
  8.  Охарактеризуйте организационные и технологические особенности химико-лесного комплекса. Какие подкомплексы входят в его состав?
  9.  Охарактеризуйте организационные и технологические особенности агропромышленного комплекса.

10. Охарактеризуйте организационные и технологические особен
ности строительного комплекса.

100


  1.  Охарактеризуйте организационные и технологические особенности коммуникационного комплекса. Каковы его важнейшие функции?
  2.  Охарактеризуйте организационные и технологические особенности социально-культурного комплекса.

Глава 7. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

7.1. Общие сведения о машиностроении

Машиностроение занимает ведущее положение среди других хозяйственных комплексов. Это обусловлено тем, что основные производственные процессы во всех отраслях промышленности, строительства и сельском хозяйстве выполняют разнообразные машины. Поэтому первостепенная роль в техническом перевооружении всего общественного производства нашей страны, повышении его технического уровня, улучшении качественных показателей всех сфер деятельности принадлежит машиностроению.

Машиностроение является технической основой функционирования и развития общественного производства. Только в результате насыщения всех отраслей народного хозяйства высокопроизводительными машинами, внедрения комплексной механизации и автоматизации производства можно добиться такого повышения производительности труда и расширения выпуска различной продукции, чтобы были удовлетворены материальные и культурные потребности общества. От степени совершенства деталей машин зависит качество машины в целом, а именно качество будет определять конкурентоспособность продукции машиностроения в XXI в.

Основными направлениями научно-технологического прогресса в машиностроении являются:

техническое совершенствование и обновление конструкций машин в условиях непрерывно возрастающих и усложняющихся требований;

повышение в экономически оправданных пределах единичных мощностей машин и оборудования;

уменьшение затрат на производство машин в расчете на единицу производительности;

снижение удельной металлоемкости и энергопотребления машин и оборудования;

повышение надежности машин, аппаратов, технологических блоков и целых производственных систем;

101


применение новейших технологических процессов обработки, основанных на физических и физико-химических явлениях;

комплексная механизация и автоматизация технологических процессов и оборудования;

использование прогрессивных конструкционных материалов;

реализация прогрессивных организационных и технико-экономических решений, повышающих эффективность использования достижений науки и техники.

Производственный процесс изготовления машин представляет собой совокупность технологических и экономических процессов, в результате которых исходные материалы, полуфабрикаты преобразуются в заготовки с последующей их обработкой с целью получения готовых изделий — деталей машин. Из сборочных единиц и деталей машин путем сборки получают конечную продукцию машиностроения — средства производства.

Процесс изготовления машин на машиностроительном предприятии подразделяется на основное, вспомогательное и обслуживающее производство.

Основное производство включает технологические процессы преобразования исходных материалов, полуфабрикатов и комплектующих в готовую продукцию — средства производства.

Данные процессы основаны, как правило, на механических, тепловых и в меньшей степени — химических воздействиях на предмет труда. К ним относят процессы получения заготовок методами обработки металлов давлением, литья, сварки, резки, сортового проката, механической и термической обработки деталей машин, сборки машин, их отделки, окраски, нанесения покрытий и т.д.

Вспомогательное производство обеспечивает нормальное функционирование основного производства. Ото изготовление различных видов технологической оснастки, приспособлений, режущего, штампового и измерительного инструментов; ремонт оборудования; эксплуатация подъемпо-транспортного оборудования, компрессорных станций; энергетическая и другие службы машиностроительного предприятия.

Обслуживающее производство включает внутризаводское (межцеховое) транспортирование материалов, полуфабрикатов, деталей, сборочных единиц и других изделий; складские операции, технический контроль, учет продукции и другие службы.

В свою очередь, основное производство в машиностроении состоит из трех основных этапов: заготовительного, обрабатывающего и сборочного (рис. 7.1).

102



Заготовительное производство в машиностроении включает технологические процессы преобразования исходных материалов в заготовки деталей машин.

Основными технологическими процессами заготовительного производства в машиностроении являются обработка металлов давлением, литье, сварка.

В результате осуществления технологических процессов заготовительного производства из исходного сырья получают заготовки деталей машин.

Обрабатывающее производство главным образом включает технологические процессы обработки материалов резанием, термическую и химико-термическую обработку деталей машин, а также специальную обработку и нанесение защитных покрытий (гальваническое производство).

В результате осуществления технологических процессов обрабатывающего производства из заготовок получают готовые детали машин с требуемыми формой, точностью размеров, шероховатостью и другими физико-механическими характеристиками и показателями качества.

Сборочное производство является заключительным этапом изготовления машин. Технологический процесс сборки связан с образованием разъемных и неразъемных соединений составных частей машины. При этом из готовых деталей собираются узлы, из которых в свою очередь по заранее определенной схеме получают готовое сложно-техническое изделие — машину.

Подробнее технологические основы заготовительного, обрабатывающего и сборочного производств в машиностроении будут рассмотрены в параграфах 7.2, 7.3 и 7.4 соответственно.

Организационно-производственный процесс на предприятии машиностроения осуществляется в специализированных цехах: кузнечно-прессовых, литейных, сварочных, обрабатывающих, термических, сборочных и др. с помощью соответствующего технологического оборудования.

7.2. Важнейшие технологические процессы заготовительного производства в машиностроении

Важнейшими технологическими процессами заготовительного производства в машиностроении являются обработка металлов давлением и литейное производство. Основным исходным сырьем машиностроительного производства являются металлы и сплавы на их основе.

Металлами называются непрозрачные кристаллические вещества, обладающие такими характерными свойствами, как прочность,   пластичность,   электропроводность,   теплопровод-

104


ность, блеск. Металлы традиционно подразделяются на две большие группы: черные и цветные.

К черным металлам относят железо и сплавы на его основе —• сталь и чугун, а иногда также марганец и хром; к ц в е т-н ы м — все остальные металлы и сплавы на их основе, среди которых наибольшее применение в машиностроении нашли алюминий, медь, титан, никель.

Огромные преимущества металлических материалов перед остальными состоят в возможности целенаправленного изменения их состава и структуры исходя из конкретных потребностей деталей и изделий машиностроения, а также в том, что по набору своих физических, химических, механических, технологических свойств, а также приемлемости стоимости они превосходят другие конструкционные материалы, в частности полимерные. При этом необходимо отметить, что в последнее время все же наблюдается тенденция вытеснения металлов и сплавов на их основе более технологичными полимерными и композиционными материалами, стоимость которых по мере развития технологии их изготовления постепенно снижается.

Основной задачей технологических процессов заготовительного производства является получение заготовок, приближенных по форме и размерам к готовым деталям.

Обработка материалов давлением является одним из наиболее распространенных и прогрессивных способов обработки, так как по сравнению с другими методами она обеспечивает меньшие потери металла, высокую производительность, относительно малую трудоемкость, увеличение прочности металла, широкие возможности механизации и автоматизации технологических процессов. Заготовки, получаемые обработкой давлением, имеют минимальные припуски на механическую обработку, а иногда и не требуют такой обработки.

При обработке металлов давлением происходит пластическая деформация, изменяющая форму заготовки без изменения ее массы.

На формообразование заготовок из конструкционных материалов влияет их пластичность, т.е. способность изменять форму под воздействием внешней силы, не разрушаясь, и сохранять полученную форму после прекращения действия силы. Природная пластичность различных материалов неодинакова и зависит в первую очередь от их структуры и химического состава. Одни материалы обладают высокой пластичностью в холодном состоянии и могут изменять свою форму без предварительного нагрева. Другие для повышения пластичности нагревают и подвергают пластической деформации в горячем состоянии. Исходя из этого, различают холодную и горячую обработку материалов давлением.

105


При обработке металлов давлением широко применяются следующие технологические методы: прокатка, волочение, прессование, свободная ковка, штамповка (рис. 7.2).

Прокатка является наиболее распространенным и экономичным способом обработки металлов давлением. Более 80 % выплавляемой стали поступает в прокатное производство, продукция которого стандартизирована и включает более 1000 наименований различного профиля: прокат простого профиля (круг, квадрат, шестигранник и др.), прокат фасонного профиля (швеллер, двутавр, уголок и др.), листовой прокат, трубы, периодический прокат и прокат специального профиля. Перечень прокатываемых изделий с указанием формы профилей и их размеров называется сортаментом проката.

Сущность процесса прокатки (рис. 7.2, а) заключается в деформировании металла (заготовки) путем обжатия между вращающимися валками прокатного стана, в результате чего происходит изменение формы заготовки (уменьшается поперечное сечение заготовки и увеличивается ее длина).

Волочение — процесс протягивания (рис. 7.2, б) на волочильном стане прутка через отверстие волочильной доски: при этом поперечное сечение прутка уменьшается, длина увеличивается, а обрабатываемый металл принимает форму и размеры этого отверстия. Волочением получают проволоку диаметром от 4 до 0,01 мм и менее, калиброванные валки, прутки различного профиля. Волочение применяют также для уменьшения диаметров труб.

Для получения тонкой проволоки требуется последовательное протягивание исходного материала через несколько отверстий (от 4 до 12), которое называют многократным.

106


Волочение обеспечивает получение заготовок точных размеров с высоким качеством поверхности и тонких профилей, в том числе тонкостенных труб, а также различных фасонных изделий.

Прессование — процесс выдавливания металла, заключенного в замкнутый объем цилиндра-матрицы через отверстие в матрице, в зависимости от формы и размеров которого получают изделия любой, даже самой сложной формы (рис. 7.2, в). Прессование осуществляется на специальных прессах.

Методом прессования получают прутки различного профиля и размера (5—200 мм), трубы с внутренним диаметром до 80 мм. По сравнению с прокаткой процесс прессования обеспечивает более точные размеры изделий, большую производительность, а также возможность обработки менее пластичных материалов. К недостаткам прессования относят наличие пресс-остатка (отходов), а также ограниченность размеров и массы получаемых изделий.

Свободная ковка (рис. 7.2, г) — процесс горячей обработки металлов давлением, в ходе которого имеет место свободное течение металла в стороны. Исходным материалом при свободной ковке служат слитки, прокат различных профилей и прессованный металл. Изделие, полученное ковкой, называют поковкой.

Свободную ковку применяют преимущественно в единичном и мелкосерийном производствах, а также для получения поковок большой массы. К недостаткам ковки следует отнести в первую очередь низкую производительность процесса, невысокое качество изделий и зависимость качества продукции от квалификации кузнеца.

Штамповка — процесс деформации металла в горячем или холодном состоянии, в ходе которого течение металла ограничено стенками рабочей поверхности специального инструмента — штампа. Штамповка может быть объемной и листовой.

Для объемной штамповки (рис. 7.2, д) исходными материалами служат прутки или штучные заготовки. Штампы для горячей объемной штамповки состоят из двух частей — верхней и нижней. Полости штампа называют ручьями. Одноручьевые штампы применяются при изготовлении простых поковок. В многоручьевых штампах имеется ряд последовательно расположенных ручьев, в которых производят заготовительные и штамповочные операции.

Прогрессивным процессом горячей объемной штамповки является безоблойная штамповка, т.е. штамповка в закрытых штампах без образования облоя, что дает возможность значительно экономить металл. Кроме того, отпадает необходимость в обрезных штампах и прессах. Изделие, полученное объемной штамповкой, называют поковкой.

107


Листовая штамповка (рис. 7.2, ё) является передовым методом обработки металлов давлением, характеризующимся высокой производительностью, простотой технологического процесса, точностью получаемых размеров изделия и низкой себестоимостью. Исходным материалом для нее служат листы, ленты, полосы. Для изготовления изделий толщиной свыше 8 мм применяют горячую листовую штамповку.

Так как при штамповке металл деформируется в заранее изготовленных формах (штампах), то заготовка получается более точной и чистой, чем при свободной ковке.

Штамповку экономически целесообразно применять в серийном и массовом производствах, так как штампы являются дорогим инструментом. Очевидно, что каждый штамп предназначен только для получения определенного типа заготовок.

Технологическое оборудование для обработки металлов давлением делят на следующие группы:

основное: для выполнения технологических операций деформирования металла при прокатке, волочении, прессовании, ковке, штамповке (прокатные и волочильные станы, молоты, прессы и др.);

дополнительное: оборудование и машины для резки заготовок из сортового проката (пресс-ножницы, зубчатые и фрикционные пилы, ножовочные станки, отрезные фрезерные станки и фрезерные автоматы), нагревательные печи и электронагревательные устройства, посадочные машины, кантователи, манипуляторы;

вспомогательное: машины и механизмы для транспортировки заготовок от нагревательных устройств к основному оборудованию (мостовые краны, конвейеры, кран-балки, электротали, монорельсы, консольные краны, напольные транспортеры и др.), машины и оборудование для очистки воздуха и газов (вытяжные зонты, вентиляторы, воздуходувки и др.).

Другим широко используемым методом получения заготовок в машиностроении является литье.

Литейное производство — совокупность технологических процессов получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полую форму, воспроизводящую очертания и имеющую размеры будущей детали. После затвердевания металла в форме получается заготовка или деталь, называемая отливкой.

Литье является одним из важнейших и наиболее распространенных способов изготовления заготовок, деталей и готовой продукции. Литьем получают продукцию всевозможных конфигураций, размеров и массы из различных металлов и сплавов: чугуна, стали, сплавов меди, алюминия, магния и т.д.

108


Литье наиболее простой и дешевый, а иногда и единственный способ изготовления заготовок. Точные методы литья позволяют получать отливки с высокой воспроизводимостью размеров и малой шероховатостью поверхностей, часто не требующие дальнейшей механической обработки. Наряду с достоинствами литье имеет и недостатки, основными из которых являются неоднородность химического состава и низкие механические качества получаемых отливок.

Сущность процесса литья заключается в том, что расплавленный металл определенного химического состава заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответствует форме и размерам требуемой заготовки. После остывания заготовку, деталь или готовое изделие извлекают из формы. Литейные формы могут быть разового и многократного применения.

Для получения отливок высокого качества литейные сплавы должны обладать определенными литейными свойствами: хорошей жидкотекучестью, низкой усадкой, иметь химическую однородность структуры, низкую температуру плавления и т.д.

Плавление металлов перед заливкой в формы выполняют на различном оборудовании, например: чугуна — в вагранках и шахтных печах; углеродистых и легированных сталей — в мартеновских и электропечах; медных сплавов — в дуговых, индукционных и пламенных отражательных печах, а также в тиглях; алюминиевых сплавов — в электрических и пламенных печах.

Все многообразие применяемых технологических процессов литейного производства можно разделить на две группы:

  1.  получение отливок в одноразовых (разрушаемых) формах;
  2.  получение отливок в формах многоразового применения. Рассмотрим  особенности  данных  групп  технологических

процессов литейного производства.

Получение отливок в одноразовых формах осуществляется при следующих технологических процессах литейного производства: литье в песчано-глинистые формы, литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям и др.

Литье в песчано-глинистые формы. Несмотря на то, что отливки, полученные этим методом, наименее точны, имеют грубую поверхность, а сам технологический процесс отличается высокой трудоемкостью и многоэтапностью, литье в песчано-глинистые формы по-прежнему является основным технологическим методом получения отливок на отечественных предприятиях: им получают до 60 % общего объема чугунных и стальных отливок. Широкое распространение метода литья в песчано-глинистые формы объясняется таким его технико-экономическим преимуществом, как низкая себестоимость. Она

109


обусловлена дешевизной и относительной доступностью исходных материалов для литейных форм (кварцевый песок, глина, вода), очень простыми устройством и обслуживанием технологической оснастки и оборудования, использованием наиболее дешевого литейного сплава для отливок — серого чугуна. Разовые литейные формы позволяют получать практически любые по конфигурации, сложности и массе отливки.

Технологический процесс получения отливок методом литья в песчано-глинистые формы включает следующие этапы:

изготовление технологической оснастки;

приготовление формовочных и стержневых смесей;

изготовление разовых литейных форм и стержней;

расплавление металла и заливка литейных форм;

охлаждение, выбивка отливок из форм, обрубка, очистка и контроль качества отливок и др.

На рис. 7.3 проиллюстрирован процесс получения отливок методом литья в песчано-глинистые формы (в подрисуночной подписи приведены названия основных элементов технологической оснастки).

Литейная технологическая оснастка включает следующие элементы:

модель — копия будущей детали с некоторыми изменениями, учитывающими припуск на механическую обработку и удобство извлечения модели из формы;

стержень — элемент литейной оснастки, воспроизводящий очертания внутренних полостей и отверстий в будущей отливке. Стержень изготавливается из песчано-глинистой смеси и в дальнейшем извлекается из отливки;

110


литниковая система — каналы, через которые обеспечиваются непрерывное поступление расплава металла в полость литейной формы и питание отливки для компенсации усадки;

опоки — технологические приспособления в виде жестких рам прямоугольной формы, которые служат для удержания формовочной смеси при ее уплотнении;

выпоры — каналы, через которые из полости формы вытесняется воздух при заливке расплавленного металла.

В настоящее время на машиностроительных предприятиях литье в песчано-глинистые формы постепенно вытесняется наиболее прогрессивными способами литья — литьем в оболочковые формы и по выплавляемым моделям, а также в формах многоразового действия, которые называют специальными способами литья.

Тенденция перехода от традиционного литья в песчано-глинистые формы к специальным способам литья объясняется тем, что применение последних способствует резкому снижению трудозатрат и металлоемкости получаемых отливок, достижению высоких физико-механических свойств литых деталей. Однако их использование экономически оправдано только в условиях серийного и массового производства. При этом заметим, что переход к специальным методам литья представляет собой революционное развитие технологии литейного производства.

Основные технико-экономические показатели специальных технологических процессов литья следующие: получение отливок более точных размеров с высокой чистотой поверхности; повышение коэффициента использования металла и уменьшение объема механической обработки; улучшение качества металла отливок; уменьшение потерь от брака; сокращение производственных площадей; улучшение санитарно-гигиенических условий, повышение производительности труда и др.

Рассмотрим специальные способы литья при получении отливок в формах многоразового использования (на примерах литья в кокиль, центробежного литья, литья под давлением).

Литье в кокиль. В кокилях (металлических формах) изготавливают отливки самой разнообразной конфигурации из цветных и черных сплавов. Конструкция и материал кокилей различны и зависят от металла получаемой отливки.

Технологический процесс литья в кокиль включает следующие операции:

• подготовку кокиля: подогрев половинок газовыми горел
ками; нанесение пульверизатором быстротвердеющей теплои
золяционной окраски; простановку стержня; сдвигание и за
жим половинок кокиля;

111


заливку, затвердевание и охлаждение расплавленного металла; раскрытие половинок кокиля, удаление стержня из отливки и отливки из кокиля;

обрубку, очистку и контроль качества отливок.

Для крупносерийного и массового производства отливок наиболее целесообразно применение специальных (четырех- и более многопозиционных) машин. По сравнению с универсальными для этих машин характерны:

высокая производительность благодаря совмещению во времени всех операций технологического цикла (эволюционное развитие технологии); ,г

минимальная занимаемая площадь, наименьшие энергетические затраты, удобство обслуживания и наиболее рациональная организация работы;

допустимость механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций и на этой основе — возможность встраивания производства отливок в автоматические линии (рационалистическое развитие технологии).

При технико-экономической оценке кокильного литья следует учитывать достоинства и недостатки этого технологического метода получения отливок.

Достоинства: возможность многократного использования кокилей; повышенная точность размеров и малая шероховатость поверхности отливок; улучшение механических свойств металла отливок; высокая производительность труда; снижение стоимости отливок; сокращение потребности в производственных площадях и улучшение условий труда; сокращение трудоемких и энергоемких операций очистки отливок; широкие возможности комплексной механизации и автоматизации процесса литья.

Недостатки: трудоемкость и сравнительно высокая стоимость изготовления кокилей; быстрое охлаждение расплава при заполнении металлической формы, которое может привести к образованию внутренних напряжений и трещин в отливках; ограниченные возможности отвода воздуха и газов из полости металлической формы.

Центробежное литье — высокопроизводительный способ изготовления отливок тел вращения с центральным отверстием — труб, втулок и др., а также фасонного литья из чугуна, стали и цветных сплавов. Сущность центробежного литья заключается в том, что расплавленный металл заливается во вращающуюся форму. Под действием центробежных сил он отбрасывается к стенкам формы, затвердевает, получая плотную структуру без усадочных раковин. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и удаляются при дальнейшей механической обработке.

112


Для центробежного литья применяют два типа машин: с горизонтальной и вертикальной осями вращения формы (рис. 7.4).

В машинах с горизонтальной осью вращения (рчс. 7.4, а) металл из ковша 1 через желоб 2 заливается во вращающуюся форму 3, где затвердевает. После охлаждения готовая отливка с помощью специальных приспособлений извлекается из формы.

Отливки получаются точной конфигурации, с малой шероховатостью поверхностей. Они имеют плотную мелкозернистую структуру металла.

Машины с горизонтальной осью вращения применяют для изготовления чугунных и стальных труб, втулок и других тел вращения с отверстием; машины с вертикальной осью вращения (рис. 7.4, б) — для получения фасонного литья малой высоты.

Центробежным способом получают канализационные трубы, корпуса полых валов из коррозионно-стойких сталей диаметром до 15 м, массой до 60 т, биметаллические втулки (сталь—чугун, чугун—бронза) диаметром более 1 м для подшипников скольжения и другие крупногабаритные цилиндрические изделия для бумагоделательных машин, оборудования химической и металлургической промышленности, тепловой и атомной энергетики и др.

При оценке эффективности центробежного литья необходимо иметь в виду также его преимущества перед кокильным: уменьшение расхода металла вследствие отсутствия литниковой системы; исключение потребности в стержнях; улучшение заполняемости литейной формы сплавом с пониженной жидко-текучестью; повышение точности и механических свойств отливок. Процесс легко механизируется и автоматизируется, что обеспечивает высокую производительность, улучшает санитарно-гигиенические условия работы литейщиков. К недостаткам центробежного литья относят в первую очередь ограниченность

113


габаритов и номенклатуры получаемых отливок, а также высокую стоимость используемого оборудования.

Литье под давлением является наиболее производительным и экономичным процессом в массовом производстве тонкостенных (от 0,8 мм и выше) отливок с массой от нескольких граммов до 25— 50 кг, любой сложности и конфигурации, с большой точностью размеров и высоким качеством поверхности, исключающим механическую обработку. Литьем под давлением изготавливают главным образом детали из легкоплавких цветных сплавов: алюминиевых, магниевых, цинковых, реже — медных. Данный способ применяется в автомобильной, авиационной, электротехнической, приборостроительной, сантехнической и других отраслях промышленности.

Сущность процесса состоит в том, что металл под высоким давлением (от 200 до 2000 МПа) в расплавленном или полужидком состоянии со скоростью 0,5—140 м/с запрессовывается через систему литниковых каналов в рабочую полость разъемной пресс-формы. В пресс-форме металл кристаллизуется, затвердевшая отливка выталкивается из нее. Пресс-формы устанавливают на специальных машинах литья под давлением. Производительность литейных машин — от 60 до 3000 отливок в час.

На рис. 7.5 показана последовательность стадий получения отливки под давлением.

Расплавленный металл подается порцией в камеру прессования 2, в результате чего открывается питательный канал 3 и металл поступает в полость пресс-формы 5. После заполнения пресс-формы и выдержки в течение 3—30 с поршень 1 и пята 4 поднимаются, при этом пята отрезает литник и выталкивает пресс-остаток 6. Подвижная часть пресс-формы 8 отходит вправо, и отливка 7 легко извлекается. Перед началом работы пресс-форму подогревают и смазывают. В процессе работы поддерживают необходимую температуру. Для съема и удаления

114


отливок из пресс-формы используют различные механизмы, в том числе роботы-манипуляторы. В камеру прессования устанавливают также роботы заливки жидкого металла.

В условиях массового производства применение литья под давлением экономически оправдано, так как этот способ позволяет снизить трудоемкость получения отливок в 10—12 раз, а механической обработки — в 5—8 раз.

Литье в оболочковые формы -- способ получения отливок и изделий свободной заливкой расплава в оболочковые формы из термореактивных смесей, представляющих собой смесь кварцевого песка с термореактивной смолой.

Для получения оболочковых форм широко применяется насыпной (бункерный) способ, основанный на использовании поворотного бункера (рис. 7.6). На предварительно нагретую рабочую поверхность модельной оснастки наносится разделительный состав (быстро затвердевающая силиконовая жидкость), образующий разделительную пленку, которая предотвращает прилипание к оснастке формовочной смеси и тем самым упрощает последующее отделение оболочки от модели. Модельная, оснастка 1 устанавливается на приемной рампе бункера 2 (рис. 7.6, а), который наполнен песчано-смоляной смесью 3. Засыпка модели и модельной плиты смесью осуществляется поворотом бункера на 180° (рис. 7.6, б). Для формирования оболочки толщиной 5—15 мм плиту выдерживают под смесью в течение 15—20 с. При этом смола быстро плавится и затвердевает, образуя полутвердую оболочку. Затем бункер возвращают в исходное положение (рис. 7.6, в). С него снимают модельную плиту с налипшей оболочкой и помещают в печь для доотвержде-ния оболочки.


Способом литья в оболочковые формы получают отливки массой от 0,2 до 200 кг практически из любых литейных сплавов. Этим способом изготавливают ребристые мотоциклетные цилиндры, коленчатые валы автомобильных двигателей.

Преимущества способа литья в оболочковые формы следующие: возможность получения тонкостенных отливок сложной формы; гладкая и чистая поверхность отливок; небольшой расход смеси; получение качественной структуры металла за счет повышенной газопроницаемости форм; широкая возможность автоматизации; небольшие допуски на обработку резанием. Недостатками данного способа являются: ограниченный размер отливок (до 1500 мм); высокая стоимость смесей; выделение вредных паров и газов из смесей при изготовлении форм.

Литье по выплавляемым моделям представляет собой процесс получения отливок в неразъемных разовых огнеупорных формах, изготовляемых из легко плавящихся, выжигаемых или растворяемых составов. Являясь одним из древнейших методов художественного и производственного литья, данный способ получил в последние годы большое распространение в промышленности из-за высокой точности получаемых отливок.

Литье по выплавляемым моделям применяется для получения различных фасонных отливок из тугоплавких сплавов и отличается высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхностей получаемых изделий. Поэтому изделия, полученные по данной технологии, практически не подвергаются последующей механической обработке. По выплавляемым моделям отливают, например, металлорежущий инструмент (резцы, сверла, фрезы, метчики и др.), лопатки газовых турбин, колеса насосов и другие сложные по конфигурации изделия.

Для изготовления моделей используют материалы, имеющие низкую температуру плавления (парафин, стеарин, воск, канифоль и др.). Выплавляемые модели изготавливаются в пресс-формах, комплектуются на общую литниковую систему и покрываются несколькими слоями огнеупорного покрытия на основе керамической суспензии. Затем при нагревании модельный материал вытапливается из керамической оболочки, которая в свою очередь заформовывается в песчано-глинистую смесь в опоке. В полученную пустотелую оболочку заливается жидкий металл.

Литье по выплавляемым моделям наиболее целесообразно использовать в условиях серийного и массового производства.

Технологическое оборудование литейного производства подразделяется на следующие группы:

основное: машины и оборудование для подготовки исходных материалов (сушила, мельницы, дробилки, сита), приго-

116


товления формовочных и стержневых смесей (смесители), изготовления литейных форм и стержней (формовочные и стержневые машины, пескометы, пескодувные машины), специальных методов литья, плавки металлов (вагранки, дуговые и индукционные печи и др.)J

дополнительное: транспортирующие, грузоподъемные и грузонесущие машины и механизмы (конвейеры различных типов, мостовые краны, кран-балки, электротали и др.);

вспомогательное: оснащение для очистки воздуха, удаления газов в литейных цехах (вентиляторы, воздуходувки, вытяжные зонты и др.).

Помимо обработки давлением и литья, в заготовительном производстве используется также технология сварки (рис. 7.1). В зависимости от вида изделий машиностроения данный технологический процесс применяется также в сборочном производстве, поэтому наряду с другими технологическими процессами создания неразъемных соединений будет рассмотрен в параграфе 7.4.

7.3. Важнейшие технологические процессы обрабатывающего производства в машиностроении

Важнейшими технологическими процессами обрабатывающего производства в машиностроении являются обработка металлов резанием, термическая и химико-термическая обработка, а также окраска и нанесение защитных покрытий. При этом основным исходным сырьем обрабатывающего производства являются заготовки деталей машин, а готовой продукцией — непосредственно детали будущих машин.

Рассмотрим основные методы и параметры данных процессов.

Обработка металлов резанием (механическая обработка) — технологический процесс снятия режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла для получения обработанной поверхности требуемой точности геометрической формы, размеров и качества.

Точность обработки и показатель качества обработанной поверхности — ее шероховатость (чистота) устанавливаются стандартом.

Под точностью обработки понимают степень соответствия действительных размеров детали расчетным (номинальным) размерам, указанным в чертеже на изготовление детали. Точность обработки определяется допуском на размер, т.е. крайними предельно допустимыми размерами. Допуском называется разность между наибольшим и наименьшим размерами.

117


Степень точности обусловливается квалитетом, который определяет величину допуска. Стандартом установлено 19 квали-тетов: 01, 0, 1, 2, 3 — для измерительного инструмента; 4, 5, 6 — для сопряжений высшей точности в станкостроении и приборостроении; 7,8,9 — для точных сопряжений в станкостроении, приборостроении, машиностроении; 10, 11, 12, 13 — для сопряжений в машиностроении; 14, 15, 16, 17 — для свободных размеров и установления допусков на отливки, поковки, прокат и т.д.

Повышение точности вызывает увеличение стоимости обработки, снижение производительности металлорежущего станка и другие негативные последствия, поэтому установление степени точности должно быть оптимальным.

Эксплуатационные свойства деталей машин, в частности, их долговечность также зависят от состояния поверхности. В отличие от теоретических поверхностей деталей, изображаемых на чертежах, на реальных обрабатываемых поверхностях всегда имеются неровности различной формы и высоты. Форма, высота, характер расположения и направления неровностей на поверхностях обрабатываемых заготовок зависят от ряда причин: режима обработки, условий охлаждения инструмента, химического состава обрабатываемого материала, типа и состояния оборудования и многих других.

Под шероховатостью поверхности понимается совокупность неровностей с относительно малым шагом на базовой длине. Базовая длина — это длина участка поверхности от 0,01 до 25 мм, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. К важнейшим параметрам шероховатости относятся:

высота неровностей профиля по десяти точкам (Rz) (Rz = = 1000...0.025 мкм);

среднее арифметическое отклонение профиля (Ra) (Ra = = 400...0,08 мкм);

наибольшая высота профиля (Rm).

Для осуществления процесса резания необходимо наличие относительных движений между заготовкой и режущим инструментом. Они сообщаются либо инструменту, либо заготовке, либо инструменту и заготовке одновременно.

Процесс резания осуществляется при выполнении рабочего движения (рабочего хода), состоящего из главного движения (движение резания) и движения подачи, которые в современных станках, как правило, совершаются автоматически. Главное движение позволяет осуществлять в процессе резания срезание стружки, а движение подачи дает возможность снимать

118


ее со всей обрабатываемой поверхности. В процессе резания используются преимущественно два вида рабочего движения —-вращательное и прямолинейное.

В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие технологические методы обработки металлов резанием (рис. 7.7):

точение — главное движение (вращательное) сообщается заготовке, а движение подачи (прямолинейное) — инструменту (резцу);

сверление — и главное движение (вращательное), и движение подачи (прямолинейное) сообщаются инструменту (сверлу);

фрезерование — главное движение (вращательное) сообщается инструменту (фрезе), а движение подачи (прямолинейное) — заготовке;

строгание — главное движение может быть только прямолинейным и сообщается либо инструменту (резцу) (при поперечном строгании), либо заготовке (при продольном строгании);

шлифование — главное движение (вращательное) всегда сообщается режущему инструменту (шлифовальному кругу), а движение подачи — детали, которая совершает вращательное или прямолинейное движение (движение подачи может осуществляться также и режущим инструментом, одновременно с движением подачи детали).

Перед обработкой заготовки необходимо установить рациональный режим резания, т.е. выбрать скорость, подачу и глубину резания.

119


Скоростью резания называют путь режущего лезвия инструмента относительно вращающейся заготовки в направлении главного движения за единицу времени.

Подачей называют путь, пройденный точкой лезвия относительно вращающейся заготовки в направлении движения подачи за один оборот.

Глубина резания определяется толщиной снимаемого за один рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности слоя металла, измеренной по перпендикуляру к обработанной поверхности детали.

Правильное выполнение процессов механической обработки зависит от ряда факторов. Одним из наиболее важных из них является припуск на обработку.

Припуском на обработку называется слой материала, подлежащий удалению с поверхности заготовки для получения требуемого размера. Различают общий припуск на всю обработку какой-либо поверхности и межоперационный припуск, удаляемый в процессе выполнения определенной операции механической обработки.

Размер припуска на заготовку зависит от способа ее изготовления и конфигурации, а также от требуемых точности и шероховатости поверхности готовой детали. Правильный выбор размера припуска имеет большое технико-экономическое значение. Завышенные припуски увеличивают расход конструкционных материалов, электроэнергии, ускоряют износ оборудования, режущего инструмента, увеличивают трудоемкость и стоимость обработки.

В зависимости от вида операции механической обработки, формы заготовки (плоская, круглая цилиндрическая, коническая, фасонная), оборудования выбирают необходимый режущий инструмент, который классифицируется на следующие группы.

  1.  Резцы, которые по виду обработки бывают проходные, подрезные, отрезные, расточные, галтельные и фасонные; по характеру обработки — обдирочные (черновые), чистовые и для тонкого точения; по технологическому назначению — токарные, строгальные, долбежные и т.д.

Сверла, которые по конструкции подразделяются:

на плоские, или перовые;

цилиндрические (бывают спиральными или винтовыми);

предназначенные для глубокого сверления отверстий. Длина таких сверл больше диаметра в 8—10 раз и более;

кольцевые (полые) (для сверления в листовом материале отверстий диаметром более 100 мм);

центровочные.

120


  1.  Зенкеры, которые бывают цилиндрические (цельные и насадные), конические и торцовые.
  2.  Развертки, которые но конструкции делятся на цилиндрические и конические, а по применению — на машинные и ручные.
  3.  Фрезы, которые в зависимости от назначения бывают цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные и фасонные.
  4.  Протяжки, которые подразделяются по применению на используемые для обработки шпоночных пазов (плоские, цилиндрические, круглые, прямоугольные или с другой формой поперечного сечения) и для наружного протягивания.
  5.  Резьбонарезной инструмент, применяемый для наружной (резцы и гребенки, круглые плашки (лерки), резьбонарезные головки, резьбовые фрезы (дисковые и гребенчатые), а также резьбонакатные плашки (роликовые и плоские, с помощью которых наружную резьбу получают без снятия стружки) и для внутренней резьбы (резьбовые резцы и гребенки, метчики, резьбовые концевые фрезы (для нарезания резьб в отверстиях больших диаметров).
  6.  Зуборезный инструмент, к которому относятся дисковые и пальцевые зуборезные фрезы, червячные фрезы, долбяки, резцы, дисковые и реечные фрезы для обработки конических зубчатых колес, шевера.
  7.  Абразивный инструмент (шлифовальные круги различной формы, абразивные бруски, головки, сегменты).

Обработка заготовок осуществляется на металлорежущих станках, создающих: необходимое усилие резания; регулируемое относительное перемещение инструмента и детали в пространстве с требуемой скоростью; жесткое закрепление детали и инструмента, что обеспечивает точность размеров и шероховатость обрабатываемых поверхностей.

По технологическому методу обработки металлорежущие станки подразделяются на токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные и др. (всего десять групп).

По степени универсальности различают станки универсальные, широкого применения, специализированные и специальные. Универсальные станки предназначены для обработки деталей широкой номенклатуры и могут выполнять целый ряд операций. Станки широкого применения используются для выполнения определенного вида работ с обширным спектром заготовок. Специализированные станки служат для обработки деталей, сходных по конфигурации, но имеющих различные размеры. Специальные станки предназначены для обработки деталей одного типоразмера.

121


По степени автоматизации различают станки с ручным управлением, полуавтоматы, автоматы и станки с программным управлением.

По точности станки подразделяются на пять классов: нормальной точности (11), повышенной (II), высокой (В), особо высокой (А), особо точные (С).

Рабочими органами станка являются устройства, обеспечивающие закрепление заготовки и относительное перемещение ее и инструмента. Например, у токарного станка это шпиндель с патроном и суппорт.

Для обеспечения высокой производительности и низкой себестоимости продукции в последнее время в механообработке используются особые типы станков, обладающие наряду с автоматическим циклом обработки способностью быстрой переналадки на изготовление других, значительно отличающихся деталей. Такими станками являются обрабатывающие центры и станки с ЧПУ (см. подробнее в параграфе 14.4).

В машиностроении часто возникают технологические проблемы, связанные с обработкой материалов и деталей, форму и состояние поверхностного слоя которых трудно получить традиционными механическими методами. К таким проблемам относится обработка весьма прочных, очень вязких, хрупких материалов, тонкостенных нежестких деталей, пазов и отверстий, имеющих размеры в несколько микрометров, поверхностей деталей с малой шероховатостью. Подобные проблемы решаются применением специальных методов обработки металлических и неметаллических материалов. Эти методы основаны на использовании электрических и магнитных нолей; электронных и ионных пучков лучей; химической, гидравлической, акустической и световой энергии; энергии взрыва и плазменной струи и др.

Специальные методы обработки успешно дополняют резание, а в отдельных случаях имеют преимущества перед ним, так как при обработке ими силовые нагрузки либо отсутствуют, либо настолько малы, что практически не влияют на суммарную погрешность точности обработки. Методы позволяют не только изменять форму поверхности заготовки, но и влиять на состояние поверхностного слоя. При этом повышаются износостойкие, коррозионные, прочностные и другие эксплуатационные характеристики деталей.

Более подробно специальные методы обработки материалов будут рассмотрены в разделе о прогрессивных технологиях (параграфы 15.3, 15.4, 15.8).

Технологическое оборудование механообрабатывающего производства подразделяется на следующие группы:

122


основное: металлорежущие станки различных типов в зависимости от вида выпускаемой продукции (токарные, сверлильные, фрезерные, строгальные, шлифовальные и др.);

дополнительное: транспортирующие, грузоподъемные и грузонесущие машины и механизмы (конвейеры различных типов, мостовые краны, кран-балки, электротали и др.). станки для заточки инструментов, а также робототехнические комплексы,, предназначенные для обслуживания металлорежущих станков;

вспомогательное: оснащение для очистки воздуха, удаления газов в механообрабатывающих цехах (вентиляторы, воздуходувки, вытяжные зонты и др.).

Свойства конструкционных материалов, используемых в машиностроении, зависят главным образом от их состава и структуры. Основным способом, позволяющим изменять структуру материалов, а следовательно, и их свойства при неизменном химическом составе, является термическая обработка.

Технологический процесс термической обработки представляет собой совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, проводимых в определенной последовательности с целью изменения внутреннего строения материалов (преимущественно металлических сплавов) и получения необходимых свойств.

В основе термической обработки лежит явление аллотропии (полиморфизма), т.е. способность некоторых материалов (в частности, сплавов на основе железа) иметь несколько кристаллических форм при различных условиях их образования (в частности, изменении температуры).

На результат термической обработки (требуемые свойства материала) оказывают влияние следующие факторы (режимы обработки):

время (скорость) нагрева;

температура нагрева;

время (продолжительность) выдержки при требуемой температуре;

время (скорость) охлаждения.

Термическая обработка осуществляется в специальных печах. По источнику используемой тепловой энергии печи подразделяются на работающие на жидком, газообразном топливе и электрические. Электрические печи имеют ряд преимуществ перед другими видами печей:

легкость регулирования температуры;

большая устойчивость огнеупорной кладки благодаря отсутствию очагов горения;

отсутствие дымовых труб и газообразных выбросов;

большие пожарная безопасность и гигиеничность;

123


высокий коэффициент полезного действия;

компактность конструкции.

В зависимости от режимов термической обработки различают следующие ее разновидности.

Отжиг — процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решетке, выдержке и очень медленном охлаждении вместе с печыо.

В результате отжига в детали снимаются внутренние напряжения, повышается пластичность, понижается твердость, улучшается обрабатываемость резанием.

Нормализация — процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решетке, выдержке и охлаждении на воздухе.

Вследствие более быстрого охлаждения детали имеют более высокую твердость и прочность, чем при отжиге. Очевидно, что процесс нормализации более производителен, чем отжиг, но требует дополнительных затрат на оборудование мест, где остывают детали, вынутые из печи.

Закалка — процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала выше температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решетке, выдержке и очень быстром охлаждении в специальных закалочных средах (воде, минеральном масле, водных растворах солей и др.).

Вследствие очень быстрого охлаждения достигается максимальное увеличение прочности и твердости деталей, однако при этом в детали возникают внутренние напряжения, которые способствуют ее короблению и даже возникновению трещин.

В машиностроении широко используется также поверхностная закалка, когда достигается высокая прочность и твердость поверхностных слоев детали при пластичной сердцевине.

Отпуск — процесс термической обработки, заключающийся в нагреве материала ниже температуры, при которой происходят изменения в его кристаллической решетке, выдержке и охлаждении на воздухе.

Отпуск обычно является заключительной операцией термической обработки и проводится после закалки с целью снятия внутренних напряжений в детали и уменьшения ее хрупкости.

Для изменения структуры, химического состава, а значит, и свойств поверхностных слоев деталей применяется химико-термическая обработка, сочетающая термическое и химическое воздействия.

Технологический процесс химико-термической обработки основан на явлении диффузии, т.е. проникновении в поверх -

124


ностные слои материала атомов различных элементов, образующих с этими поверхностными слоями химические соединения или растворяющихся в них.

При проведении химико-термической обработки детали нагревают в среде, содержащей тот элемент, насыщение которым проводится. Выдержка при нагреве должна быть достаточной для того, чтобы атомы насыщающего элемента проникли в материал на нужную глубину. Химико-термическая обработка является одним из распространенных методов поверхностного упрочнения деталей.

Рассмотрим основные виды химико-термической обработки.

Цементация (науглероживание) — насыщение поверхности стальных деталей углеродом.

Цель цементации — повышение твердости и прочности поверхностного слоя при сохранении пластичной сердцевины. Цементация проводится в твердых, жидких и газообразных уг-леродсодержащих средах, называемых карбюризаторами. Процесс может длиться 2—6 часов — в зависимости от требуемой толщины слоя, насыщенного углеродом.

Азотирование — диффузионное насыщение поверхности стальной заготовки азотом.

Цель азотирования — повышение твердости, износо- и коррозионной стойкости поверхностного слоя. Азотирование проводится в специальных герметически закрытых печах в аммиачной атмосфере и может длиться до 90 часов.

Цианирование — диффузионное насыщение поверхностного слоя углеродом и азотом одновременно. Совместная диффузия углерода и азота происходит быстрее, чем каждого из этих элементов в отдельности.

Диффузионная металлизация — насыщение поверхности стальных деталей металлами и другими элементами (алюминием, хромом, кремнием, бором и др.).

Цель металлизации — упрочнение поверхностного слоя, повышение его износо- и коррозионной стойкости, придание ему особых физико-химических свойств.

Оборудование термических цехов подразделяется на следующие группы:

основное: для выполнения операций термической и химико-термической обработки, связанных с нагревом и охлаждением деталей (термические печи, печи-ванны, устройства нагрева токами высокой частоты, охлаждающие устройства, установки для обработки холодом, закалочные машины и баки);

дополнительное: для правки и очистки деталей (правильные прессы и машины, травильные ванные, дробеструйные и пескоструйные установки, моечные машины и т.д.);

125


вспомогательное: средства механизации и подъем
но-транспортное оборудование (подъемники, толкатели, кра
ны, тали, электротельферы, рольганги, транспортеры, различ
ного типа конвейеры и т.д.), вентиляторы, воздуходувки и др.

7.4. Важнейшие технологические процессы сборочного производства в машиностроении

Сборочное производство является заключительным этапом изготовления машин в машиностроении.

Машина — это устройство, созданное человеком и выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью частичной или полной замены или облегчения физического или умственного труда человека, увеличения его производительности.

Различают следующие классы машин в зависимости от выполняемых функций:

технологические (рабочие или машины-орудия), осущес
твляющие изменение формы, размеров, свойств, состояния и
положения предмета труда.

К ним относят металлорежущие станки, прокатные станы, молоты, прессы, литейное оборудование, строительные, горные, сельскохозяйственные, текстильные машины и др.;

энергетические, предназначенные для преобразования
энергии. Энергетические машины подразделяют на маши
ны-двигатели и машины-преобразователи.

Машины-двигатели преобразуют энергию любого вида (электрическую, тепловую и т.д.) в механическую. К ним относят электродвигатели, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, турбины.

Машины-преобразователи трансформируют механическую энергию в энергию любого вида. К ним относят электрогенераторы, насосы, компрессоры, вентиляторы и другие устройства;

транспортные (автомобили, самолеты, тепловозы, теплоходы и др.) и транспортирующие (конвейеры, элеваторы, грузоподъемные краны, подъемники и др.). Все эти машины преобразуют механическую энергию в энергию перемещения масс;

информационные, предназначенные для получения, переработки и использования информации (ЭВМ и вычислительные устройства, шифровальные машины, машинные интеграторы и др.). Механические движения в них служат для выполнения вспомогательных операций. Устройства данного класса не яв-

126


ляются машинами, их название сохранилось в порядке преемственности от простых счетных машин.

Каждая современная машина состоит из трех основных механизмов: двигательного, передаточного и исполнительного.

Двигательный механизм, или привод, приводит машину в действие. Устройство привода может быть механическим, с использованием электродвигателей, гидравлическим или пневматическим. В транспортных средствах широко используются двигатели внутреннего сгорания (карбюраторные, инжекторные, дизельные). Появившиеся первыми паровые двигатели стали уже историей.

Передаточный механизм, или передача, — совокупность ус^ тройств для передачи движения от двигательного к исполнит тельному механизму машины и их регулирования (редукторы, коробки передач и др.).

Различают передачи механические, гидравлические, пневматические и электронные.

Исполнительный механизм определяет целевое назначение машины, он производит работу, воздействуя на предмет труда.

Технологический процесс сборки характеризуется последовательным соединением и фиксацией всех деталей, составляющих ту или иную машину, и состоит из ряда отдельных операций, основными из которых являются операции соединения сопрягаемых элементов изделия. Последовательность сборочных операций определяется, прежде всего, конструктивными особенностями машины, а также типом производства (единичное, серийное, массовое).

Сборка также включает электромонтажные работы, испытания (механические, электрические, химические), операции контроля правильности действия всего изделия или его отдельных узлов (например, обкатка собранного автомобиля).

В сборочном производстве выделяют следующие основные виды сборки:

сборка по принципу индивидуальной пригонки, когда детали изготавливаются невзаимозаменяемыми и не являются стандартизированными. Такая разновидность сборки применяется в единичном производстве;

сборка по принципу ограниченной взаимозаменяемости, когда изделие состоит одновременно из невзаимозаменяемых и стандартизированных деталей. Такая разновидность сборки характерна для серийного производства;

сборка по принципу полной взаимозаменяемости, когда отсутствует пригонка деталей друг к другу, а любая дефектная

127


деталь может быть заменена на аналогичную. Такая разновидность сборки характерна для массового типа производства.

В сборочном производстве различают две организационные формы сборки:

стационарную, при которой готовое изделие полностью собирают на одном месте, к которому последовательно подаются все детали, узлы и сборочные единицы. Стационарную сборку используют, как правило, при изготовлении несложных или крупногабаритных изделий, а также в условиях единичного и мелкосерийного производства;

подвижную, когда собираемое изделие последовательно перемещается но рабочим местам, на каждом из которых выполняется определенная сборочная операция. Подвижную сборку осуществляют с помощью непрерывного или периодически останавливающегося сборочного конвейера и используют преимущественно в массовом или крупносерийном производстве.

Базовыми элементами сборочного производства являются детали, узлы, сборочные единицы, комплексы, комплекты.

Деталь — часть машины, изготовленная из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. Детали могут быть простыми (гайка, шпонка и т.д.) или сложными (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т.д.). Детали (частично или полностью) объединяют в узлы.

Узел представляет собой законченную сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, соединенных между собой сборочными операциями и имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор и т.д.).

Признаком узла является обособленность его сборки от сборки других элементов машины.

Сборочная единица представляет собой сложный узел, который может включать несколько простых узлов (подузлов). Например, редуктор состоит из подшипников, валов с насаженными на них зубчатыми колесами и т.д.

Комплекс (от лат. complexus — связь, сочетание) — два и более изделия, не соединенных сборочными операциями, но представляющих собой единую техническую систему, предназначенную для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (например, компьютер с периферийными устройствами).

Комплект — набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (например, комплект инструментов к автомобилю).

Особенности сборочного производства связаны с большим объемом вспомогательных работ, удельный вес которых в об-

128


щей трудоемкости сборки зависит от вида производства и технологических методов сборочного процесса, составляя в единичном, мелкосерийном, серийном, крупносерийном и массовом производстве 40—50, 30—35, 20—25 и менее 20 % соответственно. Организационные формы сборки, их эффективность и технико-экономическая оценка также взаимосвязаны с типом производства. Эти обстоятельства определяют специфику технологического оснащения сборочного производства.

При сборке основным видом работ является осуществление различных соединений и сопряжений деталей. Использование данных технологических операций дает возможность получать разъемные и неразъемные, подвижные и неподвижные соединения и сопряжения двух или нескольких деталей (или узлов), что осуществляется использованием различных типов технологического оборудования и оснастки.

К разъемным (демонтируемым) соединениям относят такие, которые могут быть полностью разобраны без повреждения составляющих их частей и крепежных деталей.

К разъемным соединениям относят, в частности, резьбовые, штифтовые, шпоночные, шлицевые и клиновые. Резьбовые соединения могут осуществляться либо с применением крепежных деталей (винтов, шурупов, болтов, гаек), либо выполнением резьбы на соединяемых деталях. Штифтовые соединения применяются для точной фиксации сопрягаемых деталей, а шпоночные и шлицевые — преимущественно для передачи вращательного движения в механизмах машины.

Остальные соединения относят к неразъемным, которые в свою очередь подразделяются на две группы. В первую группу входят соединения с гарантированным натягом, получаемым без дополнительных средств крепления (например, изготовленные прессованием, развальцовкой, отбортовкой). Они используются, как правило, при сборке готовых деталей. Ко второй группе относят соединения, осуществляемые с помощью сварки, пайки, клепки, склеивания. Рассмотрим подробнее эти важнейшие технологические процессы получения неразъемных соединений.

Сварка — технологический процесс образования неразъемного соединения деталей машин, конструкций и сооружений путем их местного сплавления или совместного деформирования, в результате чего возникают прочные связи между атомами соединяемых тел.

Наиболее часто получают методом сварки заготовки сложной конфигурации и крупногабаритные, состоящие из нескольких частей.

129


Применение сварных заготовок обеспечивает значительную экономию металла и уменьшение их массы по сравнению с заготовками, полученными ковкой или литьем, а также снижение трудоемкости изготовления. Сварные соединения часто обеспечивают большие прочность и надежность при эксплуатации по сравнению с другими видами неразъемных соединений. Сварку можно применять в сочетании с другими процессами, например со штамповкой. Комбинированные методы (штамповка — сварка) обеспечивают изготовление заготовок сложной формы, близких по размерам к готовым деталям, при снижении расхода металла и уменьшении трудоемкости последующей обработки.

В зависимости от вида энергии, используемой для образования сварных соединений, условно выделяют следующие виды сварки: термическая (сварка плавлением), механическая (сварка давлением) и термомеханическая (комбинированная).

Термической называется сварка, осуществляемая плавлением свариваемых изделий с использованием тепловой энергии (электродуговая, плазменно-лучевая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная, индукционная, газовая, термитная и др.).

При использовании термической сварки металл на кромках соединяемых частей доводится до полного расплавления, перемешивается и после охлаждения образует сварное соединение. Способ сварки плавлением получил наибольшее распространение.

Одними из наиболее распространенных технологических процессов в машиностроении и строительстве являются электродуговая и газовая сварка.

Электродуговая сварка возможна при переменном и постоянном токе. Электрическая энергия подается в сварочную дугу от специального устройства — источника тока, или источника питания. Для плавления кромок свариваемых деталей при электродуговой сварке используется электрическая дуга, которая может обеспечить высокую температуру (до 6000 ° С) и большую силу тока в зоне разряда. Электрические параметры дуги могут изменяться в широких пределах. Применяются токи от 1 до 3000 А при напряжении 10—50 В. Мощность можно изменять от 0,01 до 150 кВт, что позволяет выполнять электродуговую сварку металлов с различной температурой плавления и разной толщины.

Электродуговая сварка выполняется плавящимися металлическими (по способу Славянова) и неплавящимися графитовыми или вольфрамовыми электродами (по способу Бенардоса).

Неплавящиеся электроды служат только для поддержания горения дуги, которая расплавляет кромки свариваемых дета-

130


лей, образуя сварной шов. При сварке деталей большой толщины дополнительно применяют присадочный материал в виде проволоки, химический состав которого должен соответствовать составу металла свариваемых частей. Присадочная проволока расплавляется в зоне горения дуги и переходит в металл сварного шва. Сварка неплавящимися графитовыми электродами осуществляется только на постоянном токе.

Плавящиеся электроды служат для поддержания горения дуги и являются дополнительным присадочным материалом для образования сварного шва. Плавящиеся электроды для ручной сварки изготовляют из специальной сварочной проволоки, близкой по химическому составу к металлу свариваемых деталей. Их выпускают с покрытием (обмазкой), которое служит для защиты расплавленного металла от насыщения его кислородом и азотом, создания устойчивости горения дуги, обеспечения легирования металла сварного шва и придания ему свойств, близких к свойствам основного металла.

Газовая сварка — сварка плавлением, при которой кромки соединяемых частей нагревают пламенем газов, сжигаемых при выходе из горелки для газовой сварки. Данный способ отличается простотой и дешевизной оборудования и применяется для сварки углеродистых и легированных сталей небольшой толщины (до 3 мм), чугуна, цветных металлов и сплавов; наплавки твердых сплавов на режущий инструмент; при ремонтных работах; прокладке, соединении и монтаже труб и трубопроводной арматуры; заварке трещин и ремонте литых изделий из чугуна, бронзы, силумина; для сварки сосудов и резервуаров небольшой емкости и др.

При газовой сварке для расплавления кромок свариваемых заготовок и присадочной проволоки используют теплоту, выделяемую при сгорании газа (ацетилена, водорода, пропана, природного газа и др.) в кислороде. Наиболее часто применяется ацетилен, обладающий высокой теплотой сгорания и дающий наибольшую температуру пламени (3150 °С).

Газовое пламя обеспечивает плавление металла, а также его восстановление, науглероживание или окисление. Получение того или иного вида пламени достигается за счет изменения соотношения горючего газа и кислорода в смеси. Для заполнения металлом сварного шва дополнительно используют присадочную проволоку.

Газовый метод сварки значительно меньше распространен, чем электрические, так как наличие кислорода в пламени ухудшает механические свойства металла и качество сварного шва. Газовая сварка уступает другим ее методам и по производитель-

131


ности. Этот процесс плохо поддается автоматизации и выполняется в основном вручную.

Наибольшее применение газовая сварка находит при ремонтных работах, а также в местах, где отсутствуют источники электрического тока.

Технологические особенности лазерной сварки будут рассмотрены в параграфе 15.4.

При механической сварке используются механическая энергия и давление (холодная сварка, сварка трением, ультразвуковая и др.).

Холодная сварка выполняется за счет механической энергии сжатия. Сварное соединение образуется в результате пластической деформации и возникновения межатомных связей между сдавливаемыми поверхностями при их соединении. Для возникновения этих связей необходимо, предварительно очистив поверхности от оксидов и загрязнений, приложить к ним силу сжатия, превышающую предел текучести свариваемого материала. Удельные давления, выбираемые в зависимости от химического состава и толщины свариваемых заготовок, находятся в пределах 150—1000 мПа. При таких давлениях металл течет, и на стыке поверхностей образуется сварное соединение. В результате пластической деформации в месте приложения силы толщина заготовок уменьшается, происходят их упрочнение и наклеп поверхностей.

Данным методом можно сваривать внахлестку листовой материал толщиной 0,2—15 мм, встык тонкую проволоку, полые заготовки по контуру.

Сварку трением применяют для получения стыковых соединений. Заготовки при этом плотно прижимают друг к другу, и одну из них приводят во вращательное движение. В результате механического и теплового воздействия при трении металл переходит в пластическое состояние. После этого прикладывают осевую силу сжатия. Сварное соединение образуется за счет диффузии атомов в контактирующих поверхностях. Оксидные пленки, препятствующие диффузии, разрушаются трением и удаляются из зоны сварки.

Данный метод обеспечивает высокое качество соединений. Сваркой трением соединяют однородные и разнородные металлы. Этот способ нашел применение в промышленности при изготовлении составных режущих инструментов, валов, штампов и т.д.

Технологические особенности ультразвуковой сварки будут рассмотрены в параграфе 15.5.

Термомеханическая сварка осуществляется с использованием тепловой энергии и давления (электрическая контактная,

132


диффузионная, газопрессовая, термокомпрессионная, печная и др.).

В настоящее время наиболее распространена электрическая контактная сварка. При ней свариваемые заготовки предварительно нагреваются электрическим током большой плотности, проходящим через их поверхности. Сила тока достигает сотен и тысяч ампер, происходит интенсивное выделение теплоты в месте контакта свариваемых поверхностей, в силу чего металл переходит в пластичное, а иногда и расплавленное состояние. После этого ток отключают и осуществляют сжатие свариваемых заготовок, способствующее взаимодействию атомов металлов и образованию сварного соединения.

Надежность и высокое качество сварного соединения, высокий уровень механизации и автоматизации процесса, обеспечение высокой производительности труда позволяют широко использовать электроконтактную сварку в промышленности. Этим методом получают более 30 % сварных соединений. Более широко применяется лишь электродуговая сварка.

Различают три основных вида электрической контактной сварки: стыковую, точечную и шовную.

По степени механизации процессор различают ручную, механизированную, автоматизированную и автоматическую сварку; по непрерывности процесса — непрерывную и прерывистую; по способу защиты металла в зоне сварки — сварку в воздухе, в вакууме, в защитном газе, под флюсом, в пене, с комбинированной защитой.

Выбор способа сварки зависит от многих факторов: химического состава стали и ее состояния, формы и размеров сборочной единицы, толщины свариваемых элементов, количества изделий в конструкции и др.

Технико-экономические показатели различных способов сварки колеблются в широких пределах и зависят от множества факторов, среди которых основными являются свойства металла свариваемых элементов, толщина листов, форма соединения и положение его в пространстве, метод сварки, способ защиты шва, степень механизации и автоматизации процесса, тип сварочного оборудования и т.д.

Пайка — процесс соединения заготовок, выполненных из металлов и неметаллических материалов, находящихся в твердом состоянии, посредством расплавленного присадочного материла, называемого припоем.

Температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления основного материала. Неразъемное соединение образуется в результате растворения припоя, смачивания и вза-

133


имной диффузии припоя и основного материала. Пайка не вызывает значительного коробления и окисления поверхностей соединяемых заготовок. Для взаимной диффузии необходимо, чтобы спаиваемые поверхности были очищены от оксидов и загрязнений, а жидкий припой и основной металл защищены от окисления. С этой целью при пайке используют различные флюсы.

Процесс пайки заключается в нагреве паяемых заготовок и расплавлении припоя. Для получения соединения высокого качества температура нагрева заготовок в зоне шва должна быть на 50—100 ° С выше температуры плавления припоя. Нагрев заготовок и расплавление припоя в зависимости от его вида производят медными паяльниками, газовыми горелками, электрическим током в печах, индукционным током, а также в печах-ваннах с расплавами солей.

Пайку применят главным образом для сборки изделий и сборочных единиц, реже — для изготовления отдельных деталей. Паять можно заготовки из углеродистой или легированной стали всех марок, твердых сплавов, чугунов, редких металлов и их сплавов. Данным способом можно также соединять разнородные материалы. Пайка металлов с неметаллами — кварцем, стеклом, керамикой, полупроводниками — вызывает трудности и требует применения особых технологических процессов.

Преимуществами пайки являются достаточная прочность и чистота соединения, отсутствие оплавления металла, сохранение формы и размеров изделия, возможность механизации и автоматизации процесса.

Кленка — процесс создания неразъемного соединения с помощью заклепок — стержней круглого сечения, устанавливаемых в совмещенные отверстия соединяемых деталей. Затем выступающие концы (головки) клепок деформируются (расклепываются), и клепки стягивают соединяемые детали.

Технология клепки в настоящее время практически не используется, а клепаные конструкции применяются главным образом в сооружениях, испытывающих значительные динамические нагрузки (железнодорожные мосты и т.д.).

Склепывание осуществляется пневматическими и электрическими молотками, электромеханическими, пневматическими и пневмогидравлическими прессами и машинами.

Несмотря на достаточно высокую прочность соединения, основным недостатком технологии кленки является завышение металлоемкости конструкции из-за большого количества отверстий под заклепки, а также низкие технологичность и производительность процесса.

134


В настоящее время при сборке получает все более широкое распространение склеивание (клеевая технология).

Клей — композиция на основе веществ, способных соединять (склеивать) материалы. Действие клея основано на образовании между ним и склеиваемыми материалами адгезионной (межмолекулярной) связи, способствующей образованию неразъемного соединения.

Наиболее эффективно применение склеивания вместо клепки. Преимущества клеевых соединений в этом случае состоят в снижении трудоемкости, отсутствии выступов на наружных поверхностях, обеспечении герметичности, экономии материала. В некоторых случаях, например для соединения деталей из неметаллических материалов малой толщины, склеивание является одним из самых надежных способов получения неразъемного соединения. Наиболее часто склеивают те материалы, которые теряют свои свойства при нагревании и сдавливании.

Склеивание применяется для соединения поверхностей из пластмасс, стекла, керамики, легких сплавов (алюминиевых, магниевых).

Технологический процесс получения клеевого соединения состоит из следующих этапов: подготовка поверхностей, нанесение клея, склеивание при определенных температурах, давлении и времени выдержки, очистка соединения и контроль качества.

В зависимости от материала и конструктивных особенностей соединяемых частей применяют различные клеи. Вид и качество применяемого клея оказывают большое влияние на механическую прочность соединения. Для органических клеев из синтетических полимеров (например, полиэфирных, эпоксидных, феноло-формальдегидных смол) характерны высокая прочность склеивания и стойкость в различных средах. Клеи из природных полимеров (например, коллагена, альбумина, каме-дей, крахмала) отличаются невысокой устойчивостью к действию воды и микроорганизмов. К неорганическим клеям относятся керамические, силикатные и др. Клеи могут быть жидкими (например, растворы, эмульсии) и твердыми (пленки, порошки, прутки). Последние расплавляют перед употреблением или наносят на нагретые поверхности.

Оборудование сборочных цехов можно условно разделить на три группы:

основное (технологическое): непосредственно для выполнения работ по осуществлению различных сопряжений деталей, их регулировке и контролю в процессе узловой и общей сборки.

Для облегчения труда и увеличения производительности применяют различные средства механизации и автоматизации

135


сборочных работ: механизированные инструмент, приспособления, а также сборочные автоматизированные станки;

вспомогательное: для механизации вспомогательных ра
бот, объем которых при сборке достаточно велик. Включает в
себя транспортное, подъемное, установочное и другое оборудо
вание, применение которого снижает затраты времени на сбо
рочные работы, увеличивает производительность, облегчает
труд сборщиков, повышает эффективность и технико-экономи
ческие показатели сборочного производства;

дополнительное: для обеспечения санитарно-гигиениче
ских условий труда работников (машины и оборудование для
очистки воздуха и газов (вытяжные зонты, вентиляторы, возду
ходувки и др.).

Контрольные вопросы

  1.  Что представляет собой машиностроительный комплекс? Какую основную продукцию он производит?
  2.  Выделите главные направления научно-технологического прогресса в машиностроении. Дайте им характеристику.
  3.  Что представляет собой производственный процесс в машиностроении? Какие элементы входят в его состав?
  4.  Какие производства выделяют в машиностроении? Дайте им краткую характеристику.
  5.  Из каких трех этапов состоит основное производство в машиностроении? Дайте им краткую характеристику.
  6.  Выделите характерные технологические особенности машиностроительного производства. Чем они обусловлены?
  7.  Дайте характеристику важнейшим направлениям научно-технологического прогресса в машиностроении.

8. Дайте общую характеристику важнейшим технологическим
процессам заготовительного производства в машиностроении. Что
объединяет эти процессы? Чем они отличаются друг от друга?

9. Дайте общую характеристику важнейшим технологическим ме
тодам обработки давлением. Что объединяет эти процессы? Чем они
отличаются друг от друга?

  1.  Дайте характеристику важнейшему технологическому оборудованию обработки материалов давлением.
  2.  Дайте общую характеристику важнейшим технологическим процессам литейного производства в машиностроении. Что объединяет эти процессы? Чем они отличаются друг от друга?
  3.  Дайте характеристику технологии литья в песчано-глинистые формы. Каковы ее технологические особенности, достоинства и недостатки по сравнению с другими методами?
  4.  Какие способы литья относят к специальным? Почему они получили такое название? Дайте им характеристику.

136


  1.  Дайте характеристику важнейшему технологическому оборудованию литейного производства.
  2.  Что представляет собой точность обработки и шероховатость поверхности деталей в машиностроении? От чего они зависят? Каким образом определяются?
  3.  В чем заключается сущность обработки материалов резанием? Какие движения для нее характерны?
  4.  Какие разновидности способов обработки резанием вам известны? Дайте им краткую характеристику.
  5.  Что такое режим резания? Из каких элементов он состоит? Дайте им краткую характеристику.
  6.  Что представляют собой специальные методы обработки деталей? Каковы их достоинства и недостатки по сравнению с традиционными методами обработки?

  1.  Дайте общую характеристику оборудованию машиностроительного производства.
  2.  Дайте характеристику важнейшим технологическим процессам термической обработки. Что их объединяет? Чем они отличаются друг от друга?
  3.  В чем заключается сущность технологического процесса химико-термической обработки? Какие явления лежат в его основе?
  4.  Дайте характеристику важнейшему технологическому оборудованию термических цехов.
  5.  Что такое машина? Из каких основных элементов она состоит? Каково их назначение? Приведите классификацию машин.
  6.  В чем заключается сущность технологического процесса сборки? Какие виды и организационные формы сборки вам известны? Дайте им краткую характеристику.

  1.  В чем состоит сущность технологического процесса сварки? Каковы достоинства и недостатки данной технологии?
  2.  Какие виды сварки в зависимости от вида используемой энергии применяются в машиностроении? Дайте им краткую характеристику.
  3.  Какие виды электродуговой сварки используются в машиностроении? Дайте им краткую характеристику,
  4.  В чем заключается сущность технологического процесса пайки? Каковы его достоинства и недостатки по сравнению с другими способами получения неразъемных соединений?
  5.  В чем заключается сущность технологического процесса клепки? Каковы его достоинства и недостатки по сравнению с другими способами получения неразъемных соединений?
  6.  В чем заключается сущность клеевой технологии? Каковы ее достоинства и недостатки по сравнению с другими способами получения неразъемных соединений?
  7.  Дайте характеристику важнейшему технологическому оборудованию сборочного производства.

137


Глава 8. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

8.1. Общие сведения о легкой промышленности

Легкая промышленность представляет собой совокупность отраслей и производств, перерабатывающих сельскохозяйственное и химическое сырье и выпускающих ткани, одежду, обувь и другие предметы потребления.

Основным производителем товаров легкой промышленности в Республике Беларусь является государственный концерн «Беллегпром». На его долю приходятся четверть всех непродовольственных потребительских товаров и около 80 % продукции легкой промышленности, производимых в стране. Доля концерна в общем объеме промышленного производства составляет 4 % , в розничном товарообороте непродовольственных товаров — 6,6 %.

Концерн «Беллегпром» — многоотраслевой промышленный комплекс, включающий предприятия текстильной, трикотажной, швейной, кожевенной, обувной, меховой, кожевенно- и текстильно-галантерейной подотраслей, а также производящие искусственный и трикотажный мех, фарфоро-фаянсовую посуду, щетишю-щеточные изделия, резиновую обувь и другие виды продукции производственно-технического назначения и потребительских товаров. На предприятиях концерна выпускается от 80 до 100 % общереспубликанского производства тканей, трикотажных, корсетных и ковровых изделий, фарфоро-фаянсовой посуды и свыше 70 % чулочно-носочных изделий и обуви.

Текстильная подотрасль представлена 19 предприятиями, которые производят различные виды тканей: хлопчатобумажные, льняные, шерстяные и шелковые, пряжу всех видов, нетканые материалы, ковры и ковровые изделия, текстильную галантерею, швейные нитки.

В состав трикотажной подотрасли входят 16 предприятий, которые производят трикотажные изделия верхнего ассортимента и изделия бельевого ассортимента, а также чулочно-носочные изделия.

В составе швейной подотрасли 26 предприятий. Их основная продукция — мужские и женские костюмы, пальто, детская одежда, белье, головные уборы, меховые изделия.

Кожевенно-обувная подотрасль представлена 37 предприятиями, выпускающими кожи для верха и подкладки обуви, ко-

138


жи шорно-седельные, кожи технические, кожи одежно-галан-терейные, обувь различного назначения, кожевенно-галанте-рейные изделия, искусственную кожу и меховые изделия.

Легкая промышленность является одной из важнейших составных частей промышленного комплекса Республики Беларусь. Доля изделий легкой промышленности в общем объеме товарооборота непродовольственных товаров составляет 40 %. Четвертая часть продукции легкой промышленности поставляется на экспорт, причем не только в страны СНГ, но и в дальнее зарубежье (Великобританию, Данию, Польшу, США, Нидерланды, Чехию и др.). На протяжении почти всего XX в. легкая промышленность была одной из ведущих отраслей промышленного комплекса республики.

Развитию отрасли способствовали наличие собственного сырья (льноволокна, химических волокон, кожевенного сырья и др.); обеспеченность высококвалифицированными кадрами; емкий рынок потребления как в Беларуси, так и в соседних регионах. Однако с 1991 г. происходил резкий спад объемов производимой продукции. И хотя после 1996 г. начался период увеличения выпуска ряда видов продукции, однако их производство к настоящему времени еще не достигло уровня 1990 г. (табл. 8.1). Одной из основных причин, повлиявших на снижение производства и в настоящее время сдерживающих его рост, являются трудности со сбытом выпускаемой продукции, вызванные недостаточной ее конкурентоспособностью на внутреннем и внешнем рынках и, как следствие, — недостаток собственных оборотных средств для расширенного воспроизводства у промышленных предприятий отрасли.

Таблица 8.1

Производство основных видов продукции легкой промышленности Республики Беларусь

Вид продукции

1990 г.

1995 г.

2000 г.

2004 г.

2005 г.

2005 г. к 1990 г.,

%

1

2

3

4

5

6

7

Ткани всех видов, млн м2

511,0

233,0

287,0

303,0

295,0

57,7

В том числе:

хлопчатобумажные

140,0

33,0

67,0

71,0

69,0

49,3

шерстяные

46,0

7,0

9,0

5,0

5,0

10,9

льняные

94,0

42,0

33,0

31,0

34,0

36,2

шелковые

210,0

35,0

62,0

52,0

51,0

24,3

139


Окончание табл. 8.1

1

2

3

4

5

6

7

Ковры и ковровые изделия, млн м2

20,7

4,2

8,7

7,9

7,9

38,2

Чулочно-носочные изделия, млн пар

175,0

55,0

101,0

80,0

91,0

52,0

В том числе для детей

51,0

11,0

24,0

21,0

22,0

43,1

Трикотажные   изделия, млн шт.

169,0

39,0

59,0

39,0

41,0

24,3

В том числе для детей

88,0

20,0

26,0

14,0

13,0

14,8

Обувь, млн пар

46,8

13,0

15,4

10,7

10,0

21,4

В том числе для детей

19,5

зд

4,5

2,2

1,6

8,2

Льноволокно, тыс. т

52,2

59,6

37,2

56,6

56,6

108,4

Низкая конкурентоспособность большинства изделий связана, прежде всего, с технической отсталостью предприятий отрасли. Уровень износа активной части основных производственных фондов в целом по концерну «Беллегпром» составляет 80 % . Это один из основных факторов, ограничивающих выпуск современной конкурентоспособной продукции, востребованной на внутреннем и внешнем рынках. Оборудование отрасли физически и морально устарело, а его обновление ежегодно составляет не более 2 % , в то время как для простого воспроизводства уровень обновления должен составлять не менее 10 %.

Кроме того, производимая продукция имеет высокую себестоимость, что снижает конкурентоспособность по ценовому фактору. На увеличение себестоимости повлияло, с одной стороны, отсутствие собственного сырья для производства изделий (кроме льняного) и необходимость его импорта по рыночным ценам, а с другой — наличие значительного количества лишней рабочей силы на предприятиях отрасли и большие расходы на содержание социальной сферы.

Наводнение отечественного рынка дешевыми товарами из стран Юго-Восточной Азии также негативно повлияло на конкурентоспособность товаров, производимых легкой промышленностью.

В легкой промышленности республики самой крупной по объему выпускаемой продукции является текстильная подотрасль. Ее доля в общем объеме валовой продукции отрасли составляет 43,5 % . Данная подотрасль также является первичной по отношению к швейной и трикотажной подотраслям.

140


В концепции повышения конкурентоспособности продукции текстильной подотрасли, разработанной концерном «Бел-легпром», делается акцент на использовании собственных сырьевых ресурсов Республики Беларусь — льна, перерабатываемого на предприятиях страны, химических волокон, производимых концерном «Белнефтехим», ферментных препаратов для обработки пряжи, тканей и трикотажных изделий, получаемых в организациях концерна «Белбиофарм». Особое внимание предусматривается уделить таким текстильным технологиям, как производство пряжи и тканей с использованием льна (в частности — котонизированного льноволокна) с целью получения новых потребительских свойств изделий, а также производству и освоению новых видов химических волокон и нитей, с учетом тенденций развития моды и необходимости получения специальных эффектов.

Второй по значению в республике является швейная подотрасль, доля которой в валовой продукции легкой промышленности составляет 30,4 %. Основные направления ее развития связаны с повышением технического уровня производства, развитием маркетинговой деятельности и расширением рынков сбыта, реструктуризацией и созданием совместных предприятий.

Развитие трикотажной подотрасли будет осуществляться путем дальнейшего повышения технического уровня производства и внедрения новых технологий; обновления и расширения ассортимента за счет использования новых видов сырья, разработки новых коллекций; сокращения затрат на производство за счет рационального использования сырья и материалов, экономии топливно-энергетических и повышения эффективности использования трудовых ресурсов, совершенствования организационной структуры управления, сокращения затрат на содержание зданий и сооружений; повышения качества выпускаемой продукции; активизации маркетинговой и сбытовой деятельности; расширения рынков сбыта.

Кожевенно-обувная подотрасль производит 26,1 % валовой продукции легкой промышленности республики.

Дальнейшее развитие кожевенно-обувной подотрасли тесно связано с использованием современных материалов, технологий и методов проектирования, обеспечивающих расширение ассортимента отечественной обуви, элегантной внешне и удобной в носке, отвечающей требованиям моды и способной конкурировать на рынке с импортной обувью. Необходимы развитие технологии производства кожевенных товаров для обуви с улучшенными гигиеническими свойствами, применение новых видов отделок верха обуви на основе химических материалов и

141


механических способов придания изделиям различных внешних эффектов и высоких качественных параметров, использование новых синтетических и натуральных материалов для производства обуви.

Развитие предприятий кожгалантерейной подотрасли планируется осуществлять за счет производства высококачественных изделий, обеспечения их устойчивой конкурентоспособности по качеству и ценам; использования новых современных материалов; внедрения новых технологий, в том числе ресурсосберегающих; применения новых способов декорирования изделий; дальнейшего повышения функциональности и улучшения потребительских характеристик изделий.

Осуществление технического перевооружения и модернизации предприятий легкой промышленности и существенное повышение качества выпускаемой ими продукции с целью коренного изменения ситуации на внутреннем и внешнем рынках требуют не только вложений собственных средств предприятий, но и привлечения иностранных инвестиций.

8.2. Общие сведения о текстильных материалах

К текстильным относятся материалы, состоящие из текстильных волокон и нитей, и, конечно, сами волокна и нити.

Текстильные материалы служат для удовлетворения потребностей человека в одежде, бытовых и хозяйственных вещах (постельное белье и одеяла, полотенца, скатерти, салфетки, отделочные материалы, занавески, ковры и др.). Текстильные материалы используются почти во всех отраслях промышленности. Широкое применение они нашли в технике. Достаточно вспомнить о канатах и тканых приводных ремнях, конвейерных лентах и корде — редкой ткани из крученых нитей, составляющей основу автомобильных, авиационных и других шин, разнообразной таре и упаковочных материалах, о парусах, рыболовных снастях, о разнообразной тепловой, электрической и других видах изоляций, о ситах и фильтрах и т.д. Парашюты, костюмы космонавтов и многое другое, необходимое для авиации и космоса, также изготовляется из текстильных материалов. Медицина применяет их в качестве перевязочных и протезных материалов. Также текстильные материалы используются при оформлении интерьера театральных, клубных, школьных помещений, в переплетном деле.

Области применения текстильных материалов подвержены изменениям: в одних сферах их использование сокращается, в других возникают новые, ранее неизвестные виды применения.

142


Так, с развитием производства пленочных материалов ими часто стали заменять ткани при производстве отдельных видов верхней одежды; нетканые полотна широко используются как основа искусственной кожи, фильтры, материалы для покрытия дорог и др.; появились трикотажные протезы кровеносных сосудов, световоды из стеклянных нитей и др. Широкое распространение получили пластики, армируемые различными видами волокон, в том числе стеклянными, углеродными. Появились новые волокна, получаемые дроблением пленок.

Существует множество видов текстильных материалов, которые обычно классифицируют по особенностям строения, происхождению материалов или способам выработки, химическому составу, а иногда и области их использования.

Первый из данных признаков наиболее удобен для построения общей классификации основных текстильных материалов, так как они наиболее существенно отличаются друг от друга прежде всего по строению.

На рис. 8.1 представлена общая классификация текстильных материалов, включающая три основные группы: I — исходные материалы (волокнистые и элементарные нити), II — первичные и вторичные нити, III — разнообразные изделия. Различные полуфабрикаты занимают переходную позицию между группами. Поскольку полуфабрикаты представляют собой промежуточные состояния материалов, в которых они обычно находятся кратковременно в следующих один за другим процессах переработки, они не вводятся в классификацию основных материалов, поэтому ограничимся лишь кратким перечислением некоторых видов полуфабрикатов.

Так, для того чтобы получить пряжу из большинства видов волокон, их обычно последовательно превращают в следующие полуфабрикаты: холсты, прочес, ленту и, наконец, в ровницу, из которой вырабатывается собственно пряжа. При этом материалы очищаются от примесей и сора, волокна в них распрямляются, параллелизуются, а сами полуфабрикаты выравниваются вдоль своей длины, уменьшаются по толщине и ширине, постепенно превращаясь в пряжу.

Ткани на разных этапах выработки также имеют разные наименования. Например, сотканная неотделанная ткань носит название суровой, прошедшая операции химического облагораживания, крашения и другой обработки — окрашенной и отделанной.

Из общей классификации видно, что текстильные материалы последовательно усложняются по своей структуре.

143



В I группу входят исходные текстильные материалы (волокна, элементарные нити, мононити, полоски), из которых получают другие текстильные материалы.

Текстильными волокнами называются протяженные тела, гибкие и прочные, с малыми поперечными размерами, ограниченной длины, пригодные для изготовления текстильных изделий.

Текстильные нити представляют собой прочные тела со сравнительно небольшими поперечными размерами, но значительной длины, используемые для изготовления текстильных изделий. Тонкие единичные нити, которые не делятся в поперечном и продольном направлениях без разрушения, называются элементарными.

Полоски — узкие бумажные или пленочные ленточки, получаемые из различных полимеров.

Сами исходные текстильные материалы слагаются из волок-нообразующих полимерных веществ. По источникам получения волокна и нити делят на два типа — натуральные и химические.

К натуральным относятся волокна и нити, которые образуются в природе без непосредственного участия человека, например, развиваются в растениях (хлопок, лубяные волокна (лен, пенька, джут и др.), на коже животных (шерсть), выделяются железами насекомых (шелк).

Химические волокна и нити изготавливаются заводским путем в результате проведения различных химических, физико-химических и других процессов и подразделяются на искусственные, которые производят из природных полимеров, и синтетические, для получения которых сами полимеры предварительно синтезируют из более простых соединений (мономеров).

Натуральные волокна используются такими, какими они формируются в природе. Для выделения из сырья, очистки от примесей и сора натуральные исходные материалы до поступления на перерабатывающие их текстильные фабрики проходят процессы так называемой первичной обработки, обычно выполняемые на специальных предприятиях или в особых цехах.

Химические волокна получают путем нарезания или разрыва жгутов, составленных из большого числа элементарных нитей, на короткие отрезки или иногда путем дробления пленочных материалов на короткие продольные части (волокна).

Элементарные нити среди исходных натуральных материалов представлены только шелковинами, а среди исходных химических — многими видами, отличающимися друг от друга по своему химическому составу и другим особенностям. При этом,

145


будучи очень тонкими, они всегда входят пучком из нескольких единиц или десятков в комплексные нити, так как формируются не поодиночке, а комплексом. В дальнейшем перерабатываются именно комплексные нити.

Мононити представляют собой несколько более толстые элементарные нити, которые используют поодиночке для изготовления рыболовных лесок, производства тонких чулок и др.

Из узких полосок путем скручивания также образуют своеобразные комплексные нити, используемые преимущественно как бечевки для упаковочных целей.

Во 11 группу классификации входят нити всех видов: первичные — пряжа, комплексные и разрезные нити, и вторичные — крученые, фасонные, текстурированные и другие нити, получаемые дальнейшей обработкой первичных.

Пряжа является основным видом первичных нитей. Она изготовляется из волокон почти всех видов, а также их смесей. Волокна в пряже располагаются по ее длине в более или менее распрямленном виде и соединяются в основном скручиванием, а иногда склеиванием.

Комплексные нити являются вторым по своему значению видом первичных нитей. Кроме нитей из натурального шелка, все они относятся к химическим. В подавляющем большинстве случаев все составляющие их элементарные нити получают из одного и того же полимера. Чтобы удерживать элементарные нити в комплексной вместе, при выработке последней ей сообщают крутку или перепутывают составляющие ее элементарные нити между собой воздушной струей (нневмокомпактирование).

Разрезные нити получают путем скручивания узких полосок.

Непосредственно из первичных нитей простого и сложного строения (фасонных, текстурированных и др.) вырабатывают многие виды изделий, однако в ряде случаев для увеличения разнообразия изделий первичные нити сначала перерабатывают во вторичные. Для этого одинаковые или разнородные комплексные нити или пряжу продольно складывают в несколько концов (отращивают) и скручивают вместе, получая крученые нити. Видоизменяя их структуру последовательным кручением в разных направлениях, получают крученые текстурированные нити, а сообщая специальную крутку, добиваются получения на них петелек, утолщений и других эффектов (фасонные нити) и т.д.

Большая часть нитей непосредственно к потребителю не поступает. Они предварительно перерабатываются в различные изделия.

146


III группа общей классификации охватывает разнообразные изделия. Основная их часть делается изизготовленных из нитей полотен. К таким изделиям относятся ткани, трикотаж, нетканые и вязано-тканые материалы.

Ткани представляют собой гибкие прочные изделия относительно малой толщины, сравнительно большой ширины и различной длины. Они обычно образованы двумя взаимно-перпендикулярными системами нитей (продольные — основные и поперечные — уточные), соединенными переплетением за счет поочередного перекрытия друг друга.

Трикотаж — гибкие прочные изделия малой толщины и разнообразной формы, получаемые из одной или многих параллельных нитей путем образования петель и их взаимного переплетения.

В последнее время появились изделия, называемые вязано- тканые. В них уток включает небольшие участки, формируемые из трикотажных петель.

Нетканые материалы, как и ткани, вырабатываются в виде полотен, получаемых из нитей. В отличие от тканей, в них две системы нитей, лежащие под углом друг к другу, не переплетаются, а провязываются дополнительной нитью. Этот способ получения нетканых полотен не является единственным. Многие из них вырабатываются непосредственно из волокон.

К текстильным изделиям, изготовляемым из нитей, относятся галантерейные, сетеснастные, трикотажные, крученые.-'

Галантерейные изделия включают в себя ленты, кружева, тюли, плетеные изделия (тесьму и шнуры).

Сетеснастные изделия представлены рыболовными сетями. Это тонкие, редкие, прочные и гибкие изделия, получаемые из нитей двух систем, образующих при перекрещивании ромбовидные ячейки, для сохранения размеров которых нити связывают узлами или проводят одни через другие.

К трикотажным относятся целыновязаные изделия: чулочно-носочные, перчаточные, шарфы, платки.

Кручеными называются нитеподобные изделия, отличающиеся от крученых нитей прежде всего тем, что они непосредственно или после небольшой дополнительной обработки идут к потребителю, тогда как крученые нити перерабатываются в различные изделия. Кроме того, крученые изделия во многих случаях значительно толще крученых нитей. К ним относятся различные виды канатов, веревок, кордные нити, используемые в шинном производстве, швейные и другие нитки и т.д. *

Часть изделий вырабатывается непосредственно из волокон. К таким изделиям относятся нетканые полотна, валяльно-вой-лочные, рыхловолкнистые.

147


Нетканые полотна получают из холста, состоящего из па-раллелизированных волокон, скрепленных между собой различными способами — механическими (провязыванием и др.) или химическими (проклеивавшем, сваркой и др.).

Валялъно-войлочные изделия представляют собой гибкие, прочные, различной формы и размеров полотна, получаемые путем перепутывания, сцепления и уплотнения слоев волокон, в основном шерстяных (иногда в смеси с другими). Такими изделиями являются войлоки, шляпные изделия и др.

Рыхловолокнистые изделия (вата и ватные изделия различных видов) представляют собой рыхлую массу волокон с несколько упорядоченным расположением (некоторой паралле-лизацией), в той или иной мере очищенную от посторонних примесей.

Существуют также комбинированные изделия, которые вырабатываются из материалов разных видов путем их дублирования. Например, некоторые виды нетканых материалов получают путем накладывания холста из волокон на ткань и их последующего скрепления; ковры — провязыванием жгутиками полотен; рыхловолокнистые изделия иногда комбинируют с тканями, бумагой и другими материалами путем их наклеивания на последние (так называемые ватилины). Наконец, для пальтовых и других готовых изделий тканые, трикотажные, нетканые полотна порой склеивают с пористыми пленками, утепляющими эти изделия.

8.3. Основы производства текстильных волокон и нитей

8.3.1. Основы производства и характеристика натуральных текстильных волокон

В зависимости от природы происхождения натуральные волокна бывают растительного и животного происхождения.

Натуральные волокна растительного происхождения получают путем съема с поверхности семян растений (хлопок) или выделения из стеблей (лубяные волокна — лен, пенька, рами, джут, кенаф).

Хлопок — это волокна, покрывающие семена растений хлопчатника. Хлопчатник представляет собой однолетнее кустарниковое растение высотой 0,6—1,7 м, произрастающее в районах с жарким климатом (Узбекистане, Туркменистане, Таджикистане, Кыргизстане, Казахстане, Индии).

Волокна, извлеченные из раскрывшихся коробочек вместе с семенами хлопчатника, называют хлопком-сырцом. На специ-

148


альных машинах он очищается от тяжелых примесей (камней, засохших комков почвы, кусков металла и др.), после чего на волокноотделительных машинах осуществляется отделение волокон от семян. Далее волокно прессуется в кипы массой 150—200 кг, которые направляются для дальнейшей переработки на прядильные предприятия.

В зависимости от длины волокон хлопок делят на короткого—27 мм), средне- (28 34 мм) и длинноволокнистый (35— 50 мм). Хлопок длиной менее 20 мм называют непрядомым, т.е. из него невозможно выработать пряжу. Между длиной и толщиной хлопковых волокон существует определенная зависимость: чем длиннее волокна, тем они тоньше.

Хлопковое волокно обладает многими положительными свойствами. Прежде всего, оно имеет высокую гигроскопичность (Н = 8—12 %), поэтому хлопчатобумажные ткани и изделия из них обладают хорошими гигиеническими свойствами. Волокна достаточно прочные (Р0 = 19- 36 сН/текс), причем в мокром состоянии их прочность повышается на 15— 17 %.

Хлопок имеет сравнительно высокую термостойкость — разрушения волокна при температуре до 130 °С не происходит. Светостойкость хлопкового волокна выше, чем у вискозного и натурального шелка, но ниже, чем у лубяных и шерстяных волокон. Хлопок обладает высокой устойчивостью к действию щелочей.

Недостатками хлопка являются высокая сминаемость, большая усадка, низкая устойчивость к действию кислот, особенно минеральных.

Хлопок применяют для производства тканей различного назначения — чисто хлопчатобумажных, а также полульняных и полушерстяных, в которых хлопчатобумажная пряжа используется в одной из систем нитей; трикотажа, нетканых полотен, гардинно-тюлевых и кружевных изделий, швейных ниток, шнуров, веревок, канатов, тесьмы, ленты и др. Из хлопкового пуха (волокон длиной менее 20 мм) изготовляют медицинскую, одежную и мебельную вату. Его также используют как целлюлозное сырье для изготовления искусственных волокон, пленок, пластмасс, лаков и др.

Лубяные волокна получают из стеблей, листьев или оболочек плодов различных растений. Стеблевыми лубяными волокнами являются лен, пенька, кенаф, джут, рами и др., листовыми — сезаль и др., плодовыми — койр, получаемый из покрова скорлупы кокосовых орехов.

В текстильной промышленности наиболее широко применяются лен, пенька, кенаф, джут. Наиболее ценные лубяные волокна — льняные.

149


Лен — однолетнее травянистое растение. Основными льноводческими районами в СНГ являются Смоленская, Калининская, Новгородская, Ярославская, Костромская, Псковская, Великолукская, Вологодская и Кировская области России и Республика Беларусь. Лен имеет две разновидности: лен-долгунец и лен-кудряш. Из льна-долгунца получают волокна, из льна-кудряша — льняное масло.

Процесс выделения волокон из стеблей растения включает следующие операции: мочку и обработку паром для удаления пектиновых (склеивающих) веществ и отделения волокон от стебля; мятье и трепание на специальных машинах. После трепания получают длинные волокна, называемые трепаным льном, и отходы трепания (короткие волокна).

Трепаный лен подвергается гребнечесанию, в результате чего получают длинные горсти чесаного льна, состоящего из хорошо очищенных длинных, тонких технических волокон, и очесы. Выход трепаного льна составляет 13—15 % , а короткого волокна и очесов — 8— 10 % от массы льносоломы.

По химическому составу льняные волокна имеют много общего с хлопковыми. Однако присутствие лигнина в составе волокон придает им жесткость, хрупкость и ломкость.

Льняные ткани меньше, чем хлопчатобумажные, загрязняются и легче отстирываются. Эти свойства льна особенно ценны для бельевых полотен. Льняное волокно уникально и тем, что при высокой гигроскопичности (12 %) оно быстрее других текстильных волокон поглощает и выделяет влагу. Прочность льна больше, чем хлопка, его относительная разрывная нагрузка составляет 60 сН/текс.

Содержание в льняном волокне лигнина делает его устойчивым к воздействию света, погодных условий, микроорганизмов. Термического разрушения волокна не происходит до температуры 160 ° С. Химические свойства льняного волокна аналогичны свойствам хлопкового, т.е. оно устойчиво к действию щелочей, но не устойчиво к кислотам.

Недостатками льняных волокон являются сильная смина-емость, плохие отбеливаемость и окрашиваемость.

Благодаря высоким гигиеническим и прочностным свойствам льняных волокон из них получают бельевые (для изготовт ления нательного, столового, постельного белья) и летние кос-тюмно-платьевые ткани. При этом около половины льняных тканей вырабатывают, смешивая лен с другими волокнами. Значительная часть таких тканей — полульняные бельевые с хлопчатобумажной пряжей по основе. Из льняных волокон изготовляют также пожарные рукава, шнуры, обувные нитки, а

150


из очесов льна — более грубые ткани: меточные, холсты, брезенты, парусины и др.

Пеньку получают из однолетнего травянистого растения конопли. Первичная обработка конопли аналогична обработке льна. По сравнению с льняным пеньковое волокно более грубое и менее прочное. Длинные волокна пеньки перерабатывают в канаты, короткие — в веревки, шпагаты, упаковочные и мешочные ткани.

Кенаф и джут получают из однолетних растений кенафа и джута, относящихся к семейству мальвовых и липовых соответственно. Из кенафа и джута вырабатывают в основном мешочные и тарные ткани. Так как мешки из джута обладают большой гигроскопичностью (до 27 %), но на ощупь остаются сухими, они используются для транспортирования и хранения товаров, имеющих большое содержание влаги.

Натуральные волокна животного происхождения получа ют путем съема с колеи животных (шерсть) и обработки продук та выделения желез некоторых видов насекомых (шелк).

Шерсть — это волокна снятого волосяного покрова овец коз, верблюдов, кроликов и других животных. Основными овце водческими регионами являются Россия, Украина, Узбекистан Киргизстан, Туркменистан, Азербайджан, Англия, Австралия,

Шерсть, снятую стрижкой в виде цельного волосяного покрова, называют руном. В разных частях руна шерсть неоднородна по качеству, поэтому для получения более однородной массы ее сортируют, а затем подвергают трепанию (для устранения растительных и минеральных примесей), мойке (для удаления потожировых веществ), сушке и упаковке. Выход шерсти при этом составляет примерно 50 % . В зависимости от толщины волокон и однородности их состава шерсть подразделяют на тонкую, полутонкую, полугрубую и грубую.

Важными показателями качества шерстяного волокна являются его длина и толщина. В отличие от хлопка, тонкая шерсть, как правило, более короткая. Длина шерсти влияет на технологию получения пряжи, ее качество и качество готовых изделий. Из длинных волокон (обычно 55—120 мм) получают гребенную (камвольную) пряжу — тонкую, ровную по толщине, плотную, гладкую (непушистую). Из коротких волокон (до 55 мм) получают аппаратную (суконную) пряжу, которая в отличие от гребенной более толстая, рыхлая, пушистая, с неровностями по толщине.

Свойства шерсти по-своему уникальны. Ей присуща высокая свойлачиваемость, что учитывается при отделке (валке) суконных тканей, фетра, войлока, одеял, при производстве валяной обуви.

151


Шерсть обладает низкой теплопроводностью, поэтому ткани ич нее отличаются высокими теплозащитными свойствами, а кроме того, благодаря высокой упругости волокон, имеют небольшую сминаемость.

Гигроскопичность шерсти высокая (15—17 %), но в отличие от других волокон она медленно поглощает и отдает влагу, оставаясь на ощупь сухой. Увлажненное волокно в растянутом состоянии можно зафиксировать сушкой, при повторном увлажнении длина волокна снова восстанавливается. Это свойство шерсти учитывается при влажно-тепловой обработке швейных изделий из шерстяных тканей для сутюжки и оттяжки их отдельных деталей.

К воздействию света и погодных условий шерстяное волокно более устойчиво, чем хлопковое и льняное. Но при длительном облучении оно разрушается.    

Щелочи на шерсть действуют разрушающе, к кислотам она устойчива.

Шерстяное волокно достаточно прочное 0 = 12—20 сН/текс), но в мокром состоянии его прочность уменьшается на 30 %. Недостатком шерсти является также малая термостойкость — при температуре 100—110 °С волокна становятся ломкими и жесткими, снижается их прочность.

Из тонкой и полутонкой шерсти, как в чистом виде, так и в смеси с другими волокнами (хлопковыми, вискозными, капроновыми, лавсановыми, нитроновыми), изготовляют камвольные и тонкосуконные платьевые, костюмные, пальтовые ткани, нетканые полотна, трикотажные изделия, платки, одеяла; из полугрубой и грубой — грубосуконные пальтовые ткани, валяную обувь, войлоки.

Натуральный шелк. Шелковое волокно — продукт выделения особых шелкоотделительных желез некоторых насекомых. Промышленное значение имеет шелк, получаемый от гусениц тутового шелкопряда.

Шелководством в странах СНГ занимаются главным образом республики Средней Азии, Закавказья, Украина и Молдова. Тутового шелкопряда разводят в специализированных шелководческих совхозах и колхозах.

Шелковую нить получают путем размотки размягченного паром кокона шелкопряда.

Коконная нить состоит из двух шелковин, склеенных сери-цином. При ее отварке серицин растворяется, и коконная нить распадается на две шелковины.

Коконные нити очень тонкие, поэтому после отварки их разматывают одновременно с 6—8 коконов, соединяя в одну комплексную нить. Такая нить называется шелком-сырцом. Длина

152


ее составляет примерно 1000 м, иногда более. Шелк-сырец может быть использован для выработки тканей. Значительную его часть перерабатывают в крученые нити, из которых получа-ют креповые, а также полукреповые ткани.

Оставшийся после размотки кокона сдир (тонкая, не поддающаяся размотке оболочка, содержащая около 20 % длины нити), бракованные коконы, рвань шелка-сырца перерабатывают в короткие волокна, из которых получают шелковую пряжу. Таким образом, натуральный шелк выпускают как в виде комплексных нитей, так и пряжи.

Натуральный шелк — самое легкое природное волокно из всех. Наряду с красивым внешним видом он обладает высокой гигроскопичностью (11 %), мягкостью, шелковистостью, ма-лой сминаемостыо. Шелк является незаменимым сырьем для, изготовления летней одежды.

Натуральный шелк обладает высокой прочностью (относительная разрывная нагрузка — около 30 сН/текс), однако в мокром состоянии она уменьшается примерно на 15 %.

Химические свойства натурального шелка и шерсти аналогичны, поэтому они одинаково реагируют на кислоты и щелочи.

К недостаткам натурального шелка относят низкие светостойкость и термостойкость (такие же, как у шерсти) и высокую усадку, особенно у крученых нитей.

Из шелка вырабатывают платьевые и блузочные ткани, в основном креповые, а также швейные нитки, ленты, шнуры.

8.3.2. Основы производства и характеристика химических текстильных волокон и нитей

Общая схема производства химических волокон состоит из следующих этапов: получение и предварительная обработка сырья; приготовление прядильного раствора или расплава; формование нитей; отделка; текстильная переработка.

1. Получение и предварительная обработка сырья. Сырье для производства искусственных волокон, состоящее из природных полимеров, обычно получают на предприятиях других отраслей промышленности (целлюлозных заводах, заводах пищевой промышленности) путем его выделения из древесины, семян, молока и т.д. Предварительная обработка сырья состоит в его очистке или химическом превращении в новые полимерные соединения.

Сырье для производства синтетических волокон получают путем синтеза полимеров из простых веществ на заводах искусственного волокна или химических заводах. Предварительная обработка этого вида сырья не проводится.

153


2. Приготовление прядильного раствора, или расплава.

При изготовлении химических волокон необходимо из твердого исходного полимера получить длинные тонкие текстильные нити или волокна с продольной ориентацией макромолекул, т.е. провести переориентацию макромолекул. Для этого следует перевести полимер в жидкое (растворение) или размягченное (расплавление) состояние, при котором нарушается межмолекулярное взаимодействие, увеличивается расстояние между макромолекулами и появляется возможность их свободного перемещения относительно друг друга.

3. Формование волокон или нитей состоит в дозированном
продавливании прядильного раствора или расплава через от
верстия фильеры (рис. 8.2), затвердевании вытекающих струек
и наматывании полученных нитей на приемные устройства.
Формование струек в элементарные нити осуществляется раз
личными методами: из расплава (рис. 8.3), из раствора сухим
(рис. 8.4) и мокрым (рис. 8.5) способами и др.


Процесс формования — один из важнейших этапов производства текстильных нитей, так как на нем происходит образование структурных элементов из макромолекул, создается первичная структура волокна.

При формовании химические волокна получают в виде комплексных нитей, состоящих из нескольких длинных элементарных волокон, и в виде штапельных волокон — отрезков нити небольшой длины.

4. Отделка. Химические волокна и нити непосредственно после формования не могут быть использованы для производства текстильных материалов без дополнительной отделки. Она включает в себя следующие операции: удаление примесей и загрязнений путем промывания волокон в различных растворах; беление волокон оптическими отбеливателями; вытягивание и термообработка волокон для упорядочивания их первичной структуры; поверхностная обработка (аппретирование, замасливание), необходимая для придания нитям способности к последующим текстильным переработкам.

155


5. Текстильная переработка проводится с целью соединения элементарных нитей в комплексные и повышения их прочности (скручивание и фиксация крутки), увеличения объема паковок нитей (перематывание), оценки качества полученных нитей (сортировка).

Химические волокна по существующей классификации подразделяются на искусственные и синтетические.

К искусственным относят волокна, получаемые из природных высокомолекулярных соединений (полимеров — целлюлозы, белков), металлов, их сплавов, силикатных стекол. Более 99,5 % всех таких волокон вырабатывают из целлюлозы. Известны три способа получения искусственных волокон из целлюлозы: вискозный, ацетатный и медно-аммиачный, в соответствии с которыми они и получили свои наименования.

Вискозное волокно — одно из первых химических волокон, которые начали вырабатывать в промышленных масштабах. Для его изготовления обычно используют древесную, преимущественно еловую, целлюлозу, которую путем обработки химическими реагентами превращают в прядильный раствор — вискозу. Для получения окрашенных в массе волокон и нитей в раствор вводят высокопрочный краситель, для получения матированных волокон — двуокись титана.

Вискозные волокна отличаются высокой гигроскопичностью (11—12 %), поэтому изделия из них хороню впитывают влагу и гигиеничны. В воде вискозные волокна сильно набухают, при этом площадь их поперечного сечения увеличивается в 2 раза. Они достаточно устойчивы к истиранию, поэтому вискозные волокна целесообразно использовать для выработки изделий, для которых важными характеристиками являются высокие износостойкость и гигиенические свойства (например, подкладочных и сорочечных тканей).

Вискозное волокно имеет высокую термостойкость, средние прочность (относительная разрывная нагрузка волокна — 21—22 сН/текс, нити — 13—18 сН/текс) и удлинение при разрыве (волокна — 19—26 % , нити — 14—16 %), на воздействие кислот и щелочей оно реагирует аналогично хлопку и льну.

Однако вискозное волокно имеет существенные недостатки, проявляющиеся в изделиях из него, — сильную сминаемость из-за низкой упругости и высокую усадку (6—8 %). Поэтому для. изготовления платьевого, костюмного, пальтового ассортимента тканей вискозное волокно в чистом виде применять нецелесообразно. Еще одним недостатком вискозного волокна является большая потеря прочности в мокром состоянии (до 50—60 %).

Вискозные волокна вырабатывают в виде комплексных нитей и волокон. Применение тех и других различное. Так, напри-

156


мер, из комплексных нитей (в чистом виде и в сочетании с други-< ми волокнами или нитями) вырабатывают подкладочные, платьевые, сорочечные, бельевые, декоративные ткани, верхний и бельевой трикотаж, чулочно-носочные, текстильно-галантерейные изделия (ленты, тесьма, галстуки). Волокна чаще применяв ют в смеси с другими волокнами — для изготовления платье-во-костюмных, сорочечных тканей, верхнего трикотажа.

Ацетатные волокна получают из хлопкового пуха и облагороженной древесной целлюлозы (содержание целлюлозы —t не менее 98 %). При воздействии на целлюлозу уксусным ангидридом, уксусной и серной кислотами образуется ацетилцел-люлоза, из раствора которой получают ацетатные волокна или нити. В зависимости от применяемых растворителей и других химических реагентов вырабатывают диацетатные (ацетатные), и триацетатные волокна.

Некоторые свойства ацетатных и триацетатных волокон общие, а некоторые различаются. К общим положительным свой-, ствам данных видов ацетатного волокна относят малые сминаем мость и усадку (до 1,5 %), а также способность сохранять в изделиях эффекты гофре, плиссе даже после мокрых обработок; ю недостаткам, сдерживающим их применение в ассортименте изделий, — низкую устойчивость к истиранию, в силу чего их применение в ассортименте подкладочных, сорочечных, кос-? тюмных тканей нецелесообразно. Эти волокна лучше использовать в ассортименте галстучных тканей, для которых износостойкость большого значения не имеет. К другим общим недостаткам ацетатных и триацетатных волокон относят высокую электризуемость и склонность изделий к образованию заломов в мокром состоянии.

Различия в свойствах ацетатного и триацетатного волокон состоят в следующем. Гигроскопичность у ацетатных волокон выше (6,2 %), чем у триацетатных (4,5 %), однако последние лучше окрашиваются и имеют большие свето- и термостойкость (180 °С против 140—150 °С).

Ацетатные и триацетатные волокна выпускают в виде комплексных и текстурированных нитей (повышенной объемности), волокон. Нити (в чистом виде и в сочетании с другими нитями, волокнами) используют в ассортименте шелковых платьевых, блузочных, сорочечных тканей, верхнего трикотажа, галстуков, шарфов, кружев.

Медно-аммиачные волокна. Значительным преимуществом производства медно-аммиачных волокон и нитей по сравнению с производством вискозных волокон является резкое уменьшение вредности вследствие отсутствия выделения газов

157


и меньшей загрязняемости водоемов. Однако для производства медно-аммиачных волокон и нитей требуется менее распространенное сырье и более дефицитные медные соединения и аммиак. Поэтому их доля в производстве химических волокон составляет около 1 % .

Исходным сырьем является хлопковый пух или облагороженная древесная целлюлоза.

Медно-аммиачное волокно повышенной линейной плотности (1—1,5 текс) используется в смеси с другими химическими волокнами или шерстью (для изготовления ковров). Более тонкие волокна и нити применяют для выработки того же ассортимента, что и вискозные.

Металлосодержащие волокна (нити) могут быть металлическими или металлизированными (пленочными с металлическим покрытием).

Металлические нити представляют собой мононити круглого или плоского сечения из алюминиевой фольги, меди и ее сплавов, серебра, золота и других металлов.

Металлизированные нити представляют собой двухслойные пленочные нити с внутренним алюминиевым покрытием. Для упрочения их обкручивают одной или двумя капроновыми нитями.

Введение металлосодержащих нитей в ткани, трикотаж, нетканые полотна придает им нарядность, и поэтому они применяются при изготовлении материалов, предназначенных для нарядной одежды.

Синтетические волокна получают из природных низкомолекулярных веществ (мономеров), которые путем химического синтеза превращаются в высокомолекулярные (полимеры).

В качестве низкомолекулярных веществ часто используют продукты переработки нефти, природного газа, каменного угля.

Синтетические волокна по сравнению с искусственными обладают высокой износостойкостью, малыми сминаемостью и усадкой, но их гигиенические свойства невысоки. Поэтому для бельевого ассортимента эти волокна не применяют, а для изделий одежного назначения их чаще используют в смеси с натуральными и искусственными волокнами и нитями, так как в этом случае отрицательные гигиенические свойства синтетических волокон компенсируются положительными гигиеничес-. кими свойствами других компонентных волокон. Таким образом, для получения изделий с необходимыми положительными свойствами важным является выбор рациональной смески волокон и их процентного соотношения.

Основными представителями синтетических волокон являются полиамидные (капроновые), полиэфирные (лавсановые),

158


полиакрилонитрильные (нитроновые), полиолефиновые (полипропиленовые, полиэтиленовые), полигалогеновые (поливи-нилхлоридные (ПВХ), хлориновые), поливинил спиртовые (ви-ноловые).

Полиамидные (капроновые) волокна получают из полимера капролактама —- низкомолекулярного кристаллического вещества, которое в свою очередь добывают из продуктов химической переработки каменного угля или нефти.

К положительным свойствам капронового волокна относят: высокую прочность, самую большую среди текстильных волокон устойчивость к истиранию и изгибам, малую сминаемость и усадку, устойчивость к действию микроорганизмов.

Однако капроновое волокно малогигроскопично, поэтому гигиенические свойства изделий из таких волокон невысоки. Кроме этого, капроновое волокно жесткое, сильно электризуется, неустойчиво к действию света, щелочей, минеральных кислот, имеет низкую термостойкость. На поверхности изделий, выработанных из капроновых волокон, образуются пилли, которые из-за высокой прочности волокон сохраняются в изделии и в процессе носки не исчезают.

Капроновые волокна используют главным образом в смеси (обычно 10—20 %) с шерстью, хлопком в ассортименте костюмных, пальтовых тканей. Из тонких комплексных, текстуриро-ванных и мононитей изготавливают легкие блузочные, платьевые, плащевые ткани, бельевой трикотаж, чулочно-носочные изделия, кружева. Иа толстых комплексных нитей получают корд для автопокрышек, крученые изделия (канаты, веревки), ме-бельно-декоративные ткани. Монопити используют для изготовления ситовых тканей, в качестве заменителя щетины, лески.

Полиэфирные (лавсановые) волокна получают из продуктов переработки нефти (полиэтилентерефталата) и каменноугольной смолы (терефталевой кислоты и этиленгликоля).

Лавсановое волокно характеризуется высокой несминаемо-стью, превосходя в этом все текстильные волокна, в том числе и шерсть.

Лавсановое волокно обладает очень высокой стойкостью к свету и атмосферным воздействиям (уступая только нитроновому волокну). По этой причине его целесообразно использовать в гардинно-тюлевых> тентовых, палаточных изделиях. Лавсановое волокно является термостойким. Оно термопластично, благодаря чему изделия из него хорошо сохраняют эффекты плиссе и гофре. По стойкости к истиранию и изгибам лавсановое волокно несколько уступает капроновому, имеет на разрыв высокую прочность. Оно устойчиво к разбавленным кислотам, ще-

159


лочам, но разрушается при воздействии концентрированной серной кислотой и горячей щелочью.

К недостаткам лавсанового волокна относятся низкая гигроскопичность (до 1 %), плохая окрашиваемость, повышенная жесткость, электризуемость и пиллингуемость. Образующиеся пилли длительно сохраняются на поверхности изделий.

Для снижения сминаемости изделий лавсановое волокно чаще используют в смеси с шерстью, хлопком, льном, вискозным волокном для выработки тканей, трикотажа, искусственного меха. Из текстурированных нитей получают верхний трикотаж, из комплексных нитей — тюлевые изделия, из мононитей — сетки, щетину.

Полиакрилонитрилъные (нитроновые) волокна вырабатывают из сополимеров полиакрилонитрила, содержащих один или два других компонента.

Извитое нитроновое волокно по внешнему виду схоже с тонким шерстяным волокном. По многим свойствам нитроновое волокно близко к лавсановому. Так же, как и лавсановое, нитроновое волокно обладает высокими теплозащитными свойствами, малой сминаемостыо и усадкой. По светостойкости нитроновое волокно превосходит все текстильные волокна, и поэтому из него изготовляют гардинно-тюлевые, тентовые и другие изделия. Нитроновое волокно имеет очень высокие термостойкость (180—200 ° С) и устойчивость к действию микроорганизмов, но малую гигроскопичность (0,7—0,9 %), что делает изделия из него негигиеничными. Из синтетических волокон оно обладает самой низкой устойчивостью к истиранию, но сравнительно небольшой прочностью.

Нитроновые волокна в чистом виде и в смеси с шерстью используют для выработки платьево-костюмных тканей, искусственного меха, различных трикотажных изделий — главным образом верхнего трикотажа, головных уборов, шарфов, перчаточных изделий. Из комплексных нитей вырабатывают изделия, подвергающиеся действию светопогоды, — гардинно-тюлевые изделия, рыболовные снасти.

Полиолефиновые (полипропиленовые, полиэтиленовые) волокна получают из продуктов переработки нефти и природного газа — полипропилена и полиэтилена. Это самые легкие текстильные волокна, изделия из них не тонут в воде. Они устойчивы к истиранию, действию химических реагентов, микроорганизмов, достаточно прочные. Основные недостатки полио-лефиновых волокон — низкая гигроскопичность (0,02 %) и малые свето- и термостойкость (при температуре 50—60 °С происходит значительная усадка волокон).

160


Моно- и комплексные нити используют для выработки парусных тканей, веревок, канатов. Полиолефиновые волокна в чистом виде или в смеси с шерстью, хлопком применяют для изготовления ковров, мебельно-декоративных тканей, скатертей, одеял.

Полигалогеновые (поливинилхлоридные (ПВХ), хлори-новые) волокна вырабатывают из раствора поливинилхлорид-ной смолы в диметилформамиде (ПВХ) и из хлорированного по-ливинилхлорида (хлориновое волокно). По своим свойствам эти волокна значительно отличаются от других синтетических волокон тем, что они в результате малой теплопроводности обладают высокой теплоизоляционной способностью, не горят, не гниют, очень стойки к действию различных химических реагентов (щелочей, кислот, окислителей). На белье из полигало-геновых волокон вследствие их высокой электризации о кожу человека накапливаются электростатические заряды, имеющие лечебный эффект при болезнях суставов. Однако ПВХ и хлориновое волокно имеют низкую гигроскопичность (0,2—0,3 и 0,1—0,15 % соответственно), плохую окрашиваемость.

Полигалогеновые волокна чаще всего используют в смеси с другими волокнами для производства трикотажного белья, фильтровальных тканей, сукна.

Поливинилспиртовые (виноловые) волокна изготавливают из поливинилового спирта, получаемого из поливинилаце-тата, являющегося продуктом переработки ацетилена и уксусной кислоты.

Виноловое волокно по сравнению с другими синтетическими волокнами имеет самую высокую гигроскопичность (5 %), высокие термостойкость (180—190 °С) и устойчивость к исти-ранию, обладает достаточной прочностью, устойчивостью к действию света, химических реагентов (кислот и щелочей, кроме концентрированных минеральных кислот), микроорганизм мов, хорошо окрашивается.

Виноловое волокно в смеси с хлопковым, вискозным и гпер-стяным волокнами используют для выработки сорочечных' платьево-костюмных тканей, бельевого и верхнего трикотажа, ковров, одеял. Из комплексных нитей вырабатывают сети, крученые изделия (канаты и др.).

8.3.3. Классификация, виды и строение текстильных нитей

Текстильные нити классифицируют по разным признакам: по структуре, интенсивности крутки, волокнистому составу, виду отделки и назначению.

161


По структуре текстильные нити делят на мононити, элементарные нити, комплексные нити, трощеные нити, жгутик, пряжу, крученые и текстурированные нити.

Мононитъ — одиночная нить, не делящаяся в продольном направлении без разрушения, пригодная для изготовления текстильных изделий.

Элементарная нить — одиночная нить, не делящаяся в продольном направлении без разрушения, являющаяся составной частью комплексной нити. Состоит из тонких или толстых одиночных натуральных (шелк-сырец), химических или минеральных волокон неопределенно большой длины.

Комплексная нить состоит из двух и более элементарных нитей, соединенных между собой скручиванием.

Трощеная нить состоит из двух и более продольно сложенных комплексных нитей или пряжи, не скрученных между собой.

Жгутик — комплекс большого числа продольно сложенных элементарных нитей, предназначенных для изготовления пряжи.

Пряжей называется нить, полученная из отдельных волокон путем их скручивания. Вырабатывают ее из волокон растительного происхождения (хлопка, льна), шерсти, коротких волокон натурального шелка, химических волокон.

Крученые нити состоят из нескольких продольно сложенных вместе первичных нитей, соединенных скручиванием в одну. К ним относятся крученая пряжа и крученые комплексные нити.

Применяя различные способы кручения, можно получить:

а) простую крученую пряжу, когда отдельные складывае
мые нити, подаваемые с одинаковым натяжением, образуют од
нородную структуру крученой нити по всей ее длине;

б) фасонную крученую, состоящую из стержневой нити, об
виваемой нагонной (или эффектной), имеющей большую дли
ну, чем стержневая. Последняя образует на пряже спирали,
узелки разнообразной формы и протяженности, кольцеобраз
ные петли и др. Применение нитей фасонной крутки позволяет
получать ткани с красивым внешним эффектом;

в) армированную, имеющую сердечник (одиночная пряжа,
крученая пряжа, комплексные нити и др.), обволакиваемый
разными волокнами (хлопком, шерстью, льном, разными хи
мическими волокнами) или нитями, прочно соединенными с
сердечником за счет скручивания.

Текстурированные нити — первичные нити, внешний вид, структура и свойства которых изменены путем дополнительных физико-механической, физико-химической и другой обра-

162


ботки. К ним относятся текстурированные пряжа и комплексные нити. Текстурированные нити имеют увеличенный объем, рыхлую структуру, повышенную пористость и растяжимость. Данные особенности являются следствием повышенной извитости элементов структуры. По химическому составу текстурированные нити бывают полиамидные (эластик, аэрон, гофрон, мэрон, комэлан и рилон), полиэфирные (мэлан) и полиакрило-нитрильные (эйрвел).

По интенсивности крутки бывают нити слабой (пологой), средней (муслин) и сильной (креп) крутки.

По волокнистому составу различают нити однородные, неоднородные и смешанные.

Однородная нить состоит из нитей одной природы, неоднородная — из нитей разной природы, смешанная — из смеси волокон разного вида, равномерно распределенных по всему поперечному сечению вдоль нити.

По виду отделки нити подразделяют на суровые, отбеленные, крашеные, блестящие, матированные, меланжевые, мулине.

Суровые </