Предпосылками механизации и автоматизации являются: необходимость повышения качества выполняемой работы и производительности, снижения физических и нервных нагрузок на работника, улучшения условий его работы, устранение возможных факторов травматизма и профессиональных заболеваний исполнителя работы, повышение безопасности и социальной престижности труда.

Под механизацией технологических процессов понимают применение энергии неживой природы при выполнении технологических операций, полностью управляемых людьми, осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий труда, повышения производительности и качества работы, частичное выравнивание физических личностных особенностей работников. Механизация направлена на перевод отдельных ручных операций обработки изделий или других вспомогательных операций на обслуживание устройствами, управляемыми операторами. При механизации функции рабочего сводятся только к управлению работой, контролю качества, регулированию инструмента и оборудования.

Под автоматизацией технологических процессов понимают применение энергии неживой природы для выполнения этих процессов или их составных частей и управления ими без непосредственного участия людей, осуществляемое с целью повышения (часто радикального) качества выполнения операций и производительности, сокращения затрат ресурсов, улучшения условий труда, устранения производственного травматизма повышения качества производимых изделий. При автоматизации человек освобождается от непосредственного выполнения функций управления технологическими процессами. Эти функции передаются специальным управляющим устройствам. Роль работника сводится к наблюдению и контролю за работой приборов, технологического инструмента и оборудования, их наладке, к включению и выключению станка, автомата, линии, смене инструмента и его наладке. Характер, содержание работы и ее социальная престижность коренным образом меняется (сравнить работу грузчика и оператора автоматической погрузочно-разгрузочной машины).

Различают следующие виды механизации и автоматизации: первичная и вторичная, частичная и полная, единичная и комплексная.

Под первичной механизацией или автоматизацией понимают механизацию или автоматизацию техпроцессов, в которых до их проведения использовалась только энергия человека. Вторичная - когда до их проведения использовалась также и энергия неживой природы.

Под частичной механизацией или автоматизацией понимают такие действия, при которых часть затрат энергии людей заменена затратами энергии неживой природы. При полной механизации и автоматизации затраты энергии людей полностью заменены энергией неживой природы.

Единичная механизация или автоматизация - частичная или полная механизация или автоматизация одной составной части техпроцесса, исключая управление комплекса. При комплексной механизации или автоматизации осуществляют частичную или полную механизацию или автоматизацию двух или более первичных составных частей техпроцесса.

1.2. Технологические предпосылки механизации и автоматизации

Технологические предпосылки автоматизации требуют определенной технологической подготовки, которая включает специализацию, унификацию и типизацию технологических процессов, технологической оснастки, оборудования, стандартизацию и нормализацию конструкций выпускаемых изделий с целью разработки групповых техпроцессов, повышения уровня технологичности изготовления изделия, включая процессы обработки, сборки, испытания и отладки. Огромное значение имеет при этом выполнение всех видов работ на высочайшем уровне качества.

Техническая и экономическая эффективность внедрения средств автоматизации и механизации зависит от уровня технологической подготовки и организации производства, стабильности качества сырья, материалов, комплектующих изделий, стабильности технологических параметров во время выполнения процесса.

Основное условие автоматизации технологических процессов - поточность изготовления изделий, типизация и интенсификация технологических процессов, а также соответствие методов автоматизации характеру производства.

Поточность производства изделия - последовательное расположение рабочих позиций инструмента для выполнения операций в соответствии с принятым технологическим процессом. Такое расположение рабочих позиций исключает встречное движение средств механизации или автоматизации при перемещении предмета труда и сокращает протяженность пути и времени.

Типизация и унификация применяемых технологических процессов позволяет значительно сократить номенклатуру технологического инструмента и оборудования, упорядочить число технологических операций и переходов. Типизация технологических процессов - группирование обрабатываемых изделий по общим технологическим признакам: общности формы, размеров, свойств, параметров техпроцесса.

В условиях серийного и даже крупносерийного производства решить проблему эффективной автоматизации без типизации невозможно из-за низкой загрузки оборудования, частой его переналадки. Применение типовых унифицированных процессов создает возможность для разработки типовых загрузочных устройств, существенного сокращения их количества и соответственно затрат при проектировании и изготовлении.

Концентрация операций в результате их объединения в одном технологическом устройстве позволяет сократить число промежуточных операций, например, многократного закрепления и ориентации заготовки в пространстве. Концентрация и интенсификация технологических процессов не должна влиять на их устойчивость. Техпроцесс считается устойчивым, если допустимые технологическими условиями колебания параметров (физико-механических, химических, пластических свойств материала, температурного интервала обработки, износа инструмента, контактного трения, давления и т. п.) не вызывают нарушений хода технологического процесса. Для устойчивости технологического процесса следует его проводить при оптимально стабильных параметрах составляющих его элементов. При использовании средств автоматизации часто приходится ужесточить требования к стабильности свойств, размерам,

точности формы заготовки, технологическим и качественным параметрам. Это особенно важно при создании автоматических линий, так как остановка лишь одного загрузочного или передающего устройства приводит к простою дорогостоящего оборудования всей линии.

Основными предпосылками автоматизации являются:

1) наивысшая степень прогрессивности технологического процесса;

2) требования обеспечения высокого качества выполняемых работ на всех стадиях производственного процесса, в т.ч. материалов, сырья, комплектующих изделий, полуфабрикатов, конструкторской и технологической подготовки;

3) углубление специализации производства;

4) высокая надежность и безукоризненная работа инструмента, приборов и оборудования;

5) высокая степень стандартизации, унификации и типизации всех элементов производственного процесса;

6) технологическая и экономическая гибкость производственной системы;

7) высокий профессионализм производственного персонала;

8) техническая и социально-экономическая целесообразность.

1.3. Структура средств автоматизации и механизации

Производство характеризуется большим разнообразием: применяемых материалов и их свойств; видов заготовок (штучная, многоштучная, непрерывная лента, проволока, полоса и т. п.); условий их обработки (холодная, горячая, в вакууме, под избыточным давлением); характером технологических операций (нагрев, охлаждение, разделение, помол, прессование, пластическое формоизменение, разрушение и т. п.); числом операций, выполняемых на технологическом оборудовании. Каждая из этих особенностей накладывает свои требования на структуру (состав), принцип действия и конструкцию применяемых средств автоматизации. Вместе с тем основные элементы этих средств могут быть объединены в группы в соответствии с общими признаками. Например, средство автоматизации технологического процесса штамповки включает устройство для загрузки и ориентации заготовок (УО3), устройство для подачи заготовок (УП3), устройство для межоперационного транспортирования заготовок (УМТ), устройство удаления деталей (УУД), устройство для удаления отходов (УУО), устройство для складирования деталей (УСД), устройство для механизации процесса смены штамповой оснастки (УСШ). Надежная и безаварийная работа средств автоматизации поддерживается контрольно-блокирующим устройством (КБУ), в функции которого входят контроль правильности положения заготовки и последовательности выполнения устройствами автоматизации движения.

Средства автоматизации и механизации по выполняемым технологическим функциям обычно подразделяют на автоматизирующие и механизирующие основные технологические и вспомогательные операции. В зависимости от вида исходной заготовки средства механизации и автоматизации основных технологических операций разделяют на средства, работающие от штучной заготовки или непрерывной (длинномерной) заготовки. Общность устройств первого типа заключается в том, что необходимо непрерывно осуществлять процесс ориентации, фиксации и подачи штучных заготовок в зону обработки. При этом повышается требование к ориентации, контролю правильности положения заготовки и блокированию технологического оборудования.

1.4. Методы автоматизации технологических процессов

Принципиальные идеи автоматизации, практические и конструктивные пути ее воплощения зависят от характера и типа производства. Автоматизация техпроцессов развивается либо путем оснащения средствами автоматизации универсальных машин, либо путем создания специального или специализированного автоматического оборудования. В серийном и крупносерийном производстве целесообразно создание и применение переналаживаемых линий на базе универсального оборудования. Специальное или специализированное оборудование применяется главным образом в массовом производстве. Например, одно- или многопозиционные прессы-автоматы, горяче- и холодноштамповочные прессы-автоматы.

Принципиально новый подход к решению проблемы автоматизации главным образом в мелкосерийном серийном производстве - это оснащение технологических машин системами программного управления, создание обрабатывающих центров с управлением от ЭВМ. Широкие возможности открывает применение в производстве промышленных роботов, так как это позволяет автоматизировать технологические процессы, которые традиционными средствами трудно осуществить; обеспечить быструю и простую переналадку на новый технологический процесс, что способствует гибкости производства; создает условия для организации комплексно автоматизированных участков и цехов; повысить качество продукции и объемы ее выпуска; изменить условия труда работающих за счет освобождения их от монотонного, тяжелого, неквалифицированного и опасного труда; сократить номенклатуру средств автоматизации, затраты на их разработку и сроки их внедрения.

1.5. Приводы средств автоматизации и механизации

Привод - одна из основных частей любого средства автоматизации и механизации. Под приводом понимается система, состоящая из двигателя и преобразующего механизма, который служит для передачи энергии от двигателя к рабочему органу. Приводы должны обладать определенными свойствами: плавностью разгона и торможения; быстродействием; малой инерционностью; высоким коэффициентом полезного действия.

В зависимости от типа двигателя приводы делятся на электрические, пневматические, гидравлические, комбинированные, двигатели внутреннего сгорания, турбодвигатели. Наибольшее распространение в промышленности получил электропривод. Используются электродвигатели различного типа: постоянного и переменного тока, синхронные и асинхронные, шаговые, высокомоментные и т. д. Большие перспективы имеют гидроприводы, которые могут быть изготовлены в виде гидромоторов, гидроцилиндров и гидрокамер. Они отличаются высокой мощностью, плавностью разгона и торможения, относительно небольшими габаритами. В зависимости от назначения приводы разделяются на силовые и приводы перемещения. Силовые приводы после завершения перемещения рабочего органа создают на нем заданное усилие (крутящий момент). Например, привод перемещения тележки манипулятора - кинематический, а привод захвата руки манипулятора - силовой.

Принято различать приводы индивидуальные и групповые, однодвигательные и многодвигательные.

Выбор типа привода зависит от многих факторов: от особенностей автоматизирующих устройств, мощности, наличия источников энергии, требования к габаритам двигателя, быстродействия срабатывания, безопасности и т. д. При этом стремятся получить его минимальные размеры, высокие энергетические показатели, возможность работы в режиме автоматического управления и регулирования с обеспечением оптимальных законов разгона и торможения при минимальном времени переходных процессов; быстродействие, легкость включения и отключения; возможность встраивания систем охлаждения и терморегулирования для обеспечения приемлемых режимов работы и стабильности его характеристик, удобство монтажа и ремонта, низкий уровень шума.

Преобразующие механизмы выбирают в зависимости от характера движения ведомого звена (вращательное или поступательное, непрерывное или прерывистое). Механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное могут быть выполнены в виде рычажно-шатунной системы, кулачкового механизма, зубчатореечного и т. п. Наибольшее распространение получили кривошипные механизмы.

1.6. Основы гибкой автоматизированной технологии

Большинство производств имеет серийный и индивидуальный тип и требует частых переналадок оборудования, а это сопряжено со значительными временными потерями, поэтому были созданы гибкие системы. Гибкое производство позволяет за короткое время, при минимальных затратах переходить на другие технологические процессы, осуществляемые на одном и том же оборудовании.

По степени гибкости существует четыре группы производств: 1) оборудование предназначено только для выполнения одного технологического процесса; 2) эта группа основана на использовании нескольких видов оборудования, которые по мере необходимости при изменении технологического процесса периодически включаются в работу; 3) эта группа использует оборудование с числовым программным управлением, которое быстро переналаживает инструмент, режимы технологического процесса и оборудование в соответствии с потребностями производства; 4) группа основана на гибкой технологии производства и оборудования - переход на выпуск новой продукции осуществляется автоматически.

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) позволяет: сократить сроки освоения новой продукции; повысить качество продукции и производительность; сократить производственный цикл; снизить эксплуатационные затраты; улучшить условия труда. Основным звеном ГАП является гибкая производственная система (ГПС).

Гибкая производственная система (ГПС) представляет собой совокупность в разных сочетаниях оборудования с числовым программным управлением (ЧГГУ), роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающую свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. Понятие гибкости производственной системы является неоднозначным. Различают структурную и технологическую гибкость.

Структурная гибкость предусматривает возможность выбора последовательности обработки или сборки, наращивания системы на основе модульного принципа и выполнения работы на аналогичном оборудовании при выходе из строя любой из единиц оборудования, входящих в систему.

Технологическая гибкость определяется по способности выполнять на имеющемся оборудовании обработку группы различных деталей без переналадки или с незначительными переналадками. Для систем с широкой и непрерывно изменяющейся номенклатурой обрабатываемых деталей наиболее приемлемым является технологический принцип организации гибкой структуры, что обеспечивает наиболее эффективное использование оборудования и позволяет сократить численность работающих.

По организационной структуре ГПС делят на следующие виды: гибкий производственный модуль (ГПМ), робототизированный технологический комплекс (РТК), гибкая автоматизированная линия (ГАЛ), гибкий автоматизированный участок (ГАУ), гибкий автоматизированный цех (ГАЦ).

Гибкий производственный модуль - составная часть ГПС, представляющая собой единицу технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему.

Робототехнический комплекс (РТК) представляет автономно функционирующую совокупность технологического оборудования, робота и средств их оснащения.

Гибкая автоматизированная линия - производственная система, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок - гибкая производственная система, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

Гибкий автоматизированный цех - гибкая производственная система, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных линий, роботизированных технологических участков для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Гибкие производственные системы основаны на широком применении современного программно-управляемого технологического оборудования, микропроцессорных вычислительных средств и робототехнических систем.

При комплектовании ГПС технологическим оборудованием возможны различные варианты. Например, участки могут создаваться из однотипных многоцелевых станков или функционально дополняющих друг друга одноцелевых станков (фрезерных, сверлильных и др.). Наибольшее развитие ГПС получили в механообработке и значительно меньшее - в сборочных процессах. Эти системы обеспечивают высокий уровень автоматизации технологических процессов и значительное повышение производительности труда, сокращают цикл производства сложных деталей, улучшают использование основного оборудования и повышают качество выпускаемой продукции.

В перспективе ГПС являются составными элементами автоматических заводов серийного производства, обеспечивающих комплексное решение задач, связанных с изготовлением продукции и управлением предприятием.

Внедрение ГПС дает большой экономический эффект и вызывает важные изменения в производстве, что проявляется в повышении культуры труда, исключении тяжелого физического труда и улучшении техники безопасности.

Однако ГПС не может заменить все виды производства. При больших размерах партий однотипных деталей целесообразно использовать жесткие автоматические и роторные линии станков. В условиях единичного производства более выгодно применение универсального оборудования, обслуживаемого высококвалифицированными рабочими. Промежуточное положение между этими двумя видами производства занимает ГПС.

При переходе к гибким производственным системам и гибким автоматизированным участкам эффективность использования оборудования повышается в 2...3 раза за счет сокращения времени на переналадку. Коэффициент использования машинного времени станков повышается до 0,85...0,9 (по сравнению с 0,4...0,6), а коэффициент сменности их работы - до 2,5. Существенно сокращается в 6...10 раз цикл обработки деталей. Однако создание ГПС связано со значительными затратами и во всех случаях необходимо оценивать технико-экономическую и организационную эффективность от их внедрения.

Показателями экономической эффективности от внедрения ГПС являются коэффициент окупаемости, годовой экономический эффект, коэффициент повышения производительности труда, коэффициент приращения стоимости обработки продукции на одного работающего, фондоотдача.

Эффективность оценивается коэффициентом использования оборудования, коэффициентом сменности и загрузки оборудования, коэффициентом гибкости и показателями надежности.

Важным элементом ГПС является робот, предшественником которого был манипулятор. Его появление связано с необходимостью облегчить физическую работу при манипулировании тяжелыми заготовками в процессе их обработки (кузнечный манипулятор начали применять в первой половине XX в.). Манипулятором управлял оператор, который задавал определенные команды, траекторию перемещения механической руки (захвата), горизонтального и вертикального движения самого устройства (манипулятора). Манипуляторы нашли широкое распространение и при выполнении работ в условиях высоких температур, радиации, агрессивной химической среды.

Робот представляет собой перепрограммируемый манипулятор, который способен работать автономно, без непосредственного управления человеком. Это новый тип устройства, которое может легко встраиваться в технологические линии, выполнять не только вспомогательные, но и рабочие операции, производить измерения, менять инструмент и его положение в пространстве, выбирать режимы обработки заготовок и даже устранять появляющиеся неполадки.

Промышленный робот - перепрограммируемое многофункциональное устройство, предназначенное для выполнения вспомогательных (захвата, подъема, подачи, смены, транспортировки и манипулирования заготовки или детали, инструментов или технологической оснастки) и рабочих (сварки, сборки, окраски и т. д.) операций с помощью специальных устройств, управляемых соответствующей программой.

Известно три поколения роботов. Первое поколение (ПР) характеризуются жестко запрограммированными операциями для заданного технологического процесса. Второе поколение роботов (АР), оснащенные устройством адаптивного управления и могут реагировать на изменения параметров окружающей среды с помощью датчиков обратной связи. Механическая часть ПР и АР практически одинакова, но система управления АР сложнее. Третье поколение роботов (РИИ) имеет искусственный интеллект, РИИ оснащены мощными ЭВМ, они значительно сложнее и по механической части. Программа его действий формируется в процессе его функционирования на базе сопоставления параметров внешней среды и заданной модели. РИИ может вести непрерывную связь с человеком на естественном или искусственном языке.

Роботы еще отличаются друг от друга в зависимости: от числа степеней подвижности (с двумя, тремя, четырьмя и более степенями подвижности); возможности перемещения (стационарные, подвижные); способа установки на рабочем месте (напольные, подвесные и встроенные); вида привода (электромеханические, гидравлические, пневматические и т. д.); способа программирования (программируемые обучением, программируемые аналитически); вида системы координат (работающие в прямоугольной, цилиндрической, сферической, угловой и др. системах координат); назначения (технологические, подъемно-транспортные, контролирующие, сварочные, окрасочные, сборочные и т. д.).

Структурно роботы состоят из трех основных компонентов -механической руки (рабочего органа), привода и управляющей системы, включающей датчики определения параметров внешней среды и управляющей ЭВМ.

1.7. Автоматизация систем управления и проектирования

Автоматизации обработки информации на производстве включает в себя два процесса: создание и использование автоматизированных систем управления (АСУ) и систем автоматизированного проектирования (САПР).

АСУ - система «человек-машина», обеспечивающая эффективное функционирование объекта, в которой сбор и обработка информации, необходимой для реализации функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники.

САПР - система «человек - машина», обеспечивающая эффективное проектирование (создание, разработку) объекта, в процессе которого сбор и обработка необходимой информации, а также выдача результатов осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники.

В зависимости от производственного объекта существуют различные АСУ и САПР. Например, автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП), автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) - система автоматизированного проектирования технологического процесса, автоматизированная система управления предприятием (АСУП).

Классифицировать автоматизированные системы управления можно на три класса. К первому классу будут относить АСУ, в которых объектом управления являются люди, например АСОУ - автоматизированная система организационного управления. Ко второму классу - АСУ, в которых объект управления являются машины, например АСУТП. К третьему - интегрированные АСУ (ИАСУ), в которых объектом управления являются люди и машины. К таким АСУ относятся автоматизированные системы управления предприятием (АСУП) или интегрированные системы управления предприятием (ИСУП).

АСУП представляют собой комплексные и сложные системы управления. Поэтому при проектировании и эксплуатации они делятся на подсистемы. Выделяют две группы подсистем: функциональные и обеспечивающие. Функциональные подсистемы: технико-экономическое планирование, оперативное управление основным производством, материально-техническое снабжение и сбыт, техническая подготовка производства, управление качеством, бухгалтерский учет. Обеспечивающие подсистемы: техническое обеспечение, математическое и программное обеспечение, информационное обеспечение.

Среди современных ИСУП широкое применение находят «1С:Предприятие», «Галактика», «Парус» и др. Например, ИСУП «Галактика» предназначена для использования при создании единой автоматизированной системы управления на современном предприятии. Эта система содержит 4 управленческих контура: контур административного управления; контур оперативного управления; контур управления производством; контур бухгалтерского учета.

Таким образом, информация и знание всегда являлись важными составляющими экономического роста, а развитие технологии во многом определило производительность общества, уровень жизни, а также социальные формы экономической организации. На современное общество большое влияние оказывает накопленный научно-технический потенциал, особенно достижения в таких перспективных сферах, как микроэлектроника и электронная технология сбора, обработки и использования информации, что должно привести к третьей промышленной революции.

1.8. Подъемно-транспортные средства, манипуляторы, роботы, робототехнические комплексы, гибкие производственные системы

Подъемно-транспортные устройства и механизмы (ПТМ) нашли широкое применение при перемещении, подъеме заготовок, технологического инструмента и оборудования, готовой продукции, различных грузов при строительстве, ремонте, монтаже. Они бывают универсальные, специализированные и специальные.

Подъемные устройства характеризуются прерывистостью работы; к ним относятся тельферы, краны, краны-штабелеры, подъемники, лифты. В цехах наибольшее распространение получили так называемые мостовые краны, которые состоят из трех механизмов: подъема, перемещения тележки поперек пролета вдоль рамы крана, перемещения моста (рамы) вдоль пролета цеха по подкрановым рельсам, установленным на выступах колонн. Мостовые краны имеют электрический привод от сети трехфазного тока, надежные тормозные системы, предотвращающие самопроизвольное опускание грузов и смещение тележки вдоль пролета. Число мостовых кранов определяют из расчета один кран на каждые 60-100 м длины пролета, но в каждом конкретном случае количество кранов уточняется в зависимости от характера работы и вида грузов. Грузоподъемность двухбалочных опорных мостовых кранов от 10 т до 250 т. Мостовые краны грузоподъемностью 20 т и выше имеют по два крюка: один главный, другой вспомогательный. Управление осуществляется из кабины, установленной на мосту крана. Скорость перемещения мостовых кранов до 120 м/мин. При наличии у крана двух крюков грузоподъемность указывают дробью: в числителе для главного крюка, в знаменателе для вспомогательного.

Для транспортирования и механизации установки технологических инструментов и оборудования, перемещения, подъема и опускания различных грузов применяют электро- и автопогрузчики, авто-и электроплатформы различной грузоподъемности и конструкции. Максимальная скорость передвижения электропогрузчиков с грузом по горизонтали 10 км/час, автопогрузчиков- 15 км/час, электрокар-18 км/час, внутри цеха скорость перемещения свыше 5 км/час не допускается.

Широко в массовом производстве применяются конвейеры и транспортеры различного вида и типа, рельсовые и безрельсовые тележки, ленточные транспортеры, пластинчатые и цепные конвейеры. Особенно эффективны так называемые подвесные цепные конвейеры с несущей цепью и толкающие конвейеры с программным управлением. Толкающий конвейер имеет два подвесных пути, расположенных один над другим. По верхнему пути движутся тележки, связанные с тяговой цепью, по нижнему - тележки с подвесками транспортируемых грузов, передвигаемых кулаками тянущей цепи.

Применять непрерывный транспорт рекомендуется при длине трассы до 300 м. Для обслуживания складов применяют специальные погрузчики - напольные безрельсовые штабелеры, поднимающие грузы на высоту более 7 м мостовые краны - штабелеры. Они складируют и извлекают заготовки, полуфабрикаты, готовые изделия и технологический инструмент в многоярусных стеллажах, что позволяет существенно повысить уровень использования производственных и складских площадей.

2. СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗВИТИЯ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Значительная роль в реализации инновационной программы на 2006 - 2010 гг. принадлежит прогрессивным технологическим процессам. Разработанная программа развития инновационной деятельности предусматривает ориентацию на имеющийся в республике научно-технический потенциал, на его максимальное вовлечение в инновационный процесс. Научной базой послужили результаты исследований, выполненных в НАН Беларуси и других научных учреждениях. Республика Беларусь обладает: выгодным географическим и геополитическим положением; развитой системой транспортных коммуникаций и производственной инфраструктурой; значительными земельными, водными, лесными, торфяными ресурсами, а также полезными ископаемыми (нефть, сланцы, бурый уголь, железная руда, поваренная соль, калийные удобрения); высоким общеобразовательным уровнем населения и сложившейся системой подготовки квалифицированных кадров; значительным научно-техническим потенциалом; многоотраслевым промышленным комплексом; мощной строительной базой, многовекторными внешнеэкономическими связями. Для успешного выполнения разработанной инновационной программы необходимо особое внимание уделять внедрению в производство прогрессивных технологических процессов.

Прогрессивные технологические процессы характеризуются следующими признаками: обеспечивают высокое качество изготавливаемых изделий (выполнения работ), уменьшают затраты ресурсов (сырья, материалов, энергии, инструмента, оборудования, технологических смазок, трудозатрат, производственных площадей и т. д.), уменьшают загрязнение окружающей среды и улучшают экологиче-

скую ситуацию, расширяют технологические возможности и перспективу развития процесса, повышают производительность труда и безопасность выполнения операций, улучшают условия труда. Каждая отрасль промышленности на определенном этапе своего развития применяет достаточно много различных прогрессивных технологических процессов, инструмента и оборудования. Однако есть такие технологические процессы, которые произвели революционные изменения во многих отраслях производственной и интеллектуальной деятельности человека. К таким прогрессивным технологиям следует отнести: информационные, лазерные и ультразвуковые; порошковую металлургию; биотехнологию; технологические процессы, выполняемые в вакууме и под высоким давлением, электрофизические и электрохимические, и многие другие.

2.1. Технологические процессы с применением компьютеров

Многие технологические процессы, отличающиеся сложностью связей многочисленных компонентов и необходимостью переработки огромного объема информации, их невозможно реализовать без применения современной информационной технологии и техники. Здесь достаточно привести примеры запуска и управления космическими объектами; обеспечение функционирования автоматических производственных систем; управление сложным энергетическим хозяйством предприятия, города и республики; комплексное медицинское обследование (сердечно-сосудистой системы и головного мозга человека), прогнозирование погоды и многое др. На производстве значительные изменения произошли при внедрении компьютерных технологий при разработке чертежей инструмента и различных технологических устройств, моделировании технологических процессов и испытании новых видов техники, управлении сложными технологическими процессами и оборудованием, организации материально-технического обеспечения производства, ведении организационно-распорядительной документации и др.

Разработка чертежа изделий различного назначения на предприятии требует значительных трудозатрат квалифицированных специалистов. Конструкторская работа часто может быть сравнена с искусством, так как требует использования огромного массива данных и большого умения на практике оптимально сочетать в одном изделии различные конструкционные элементы. Чертеж изделия должен быть выполнен качественно, давать четкое представление о конструкции, не допускать неопределенных толкований, максимально использовать стандартные и унифицированные элементы, быть удобным в обращении и хранении, допускать многократное тиражирование. Традиционный, старый технологический процесс разработки чертежей базировался на применении конструктором чертежного инструмента (карандаша, циркуля, резинки, линейки, угольника и т. д.), кульмана (чертежной установки), ватмана (чертежной бумаги), огромного количества справочников, стандартов, в том числе ЕСКД - единой стандартной конструкторской документации. Чертеж изделия выполнялся конструктором в карандаше в выбранном масштабе, проходил тщательную проверку на отсутствие ошибок и соблюдение действующих стандартов и нормативных документов, затем на кальку с так называемого белка снимали копию, которая являлась исходным материалом для тиражирования чертежа. Качество выполненного чертежа определялось многими субъективными параметрами и часто было не безупречно. Кроме того хранение и поиск таких чертежей требовал больших затрат ресурсов, в том числе и архивных площадей с соответствующим оборудованием.

В настоящее время на большинстве современных предприятий внедрен технологический процесс компьютерного выполнения графических работ с использованием специальных программ и огромной базы данных по стандартам, нормалям и др. информационным материалам. Чертеж изделия выполняется конструктором на компьютере в требуемом масштабе с высочайшей точностью, все его конструктивные элементы (болты, винты, гайки, шайбы; пневматическая, гидравлическая и электрическая аппаратура, стандартные изделия и мн. др.) практически мгновенно вызываются из базы данных и устанавливаются в нужном месте. Для хранения, размножения, изменения, передачи исполнителю на рабочее место затрачиваются минимальные ресурсы. Кроме того, при использовании обрабатывающего оборудования с программным управлением, чертеж в электронном виде вводится в систему управления станком и таким образом реализуется полная (комплексная) автоматизация технологического процесса. Внесение изменений в конструкцию изделия не представляет сложности и может оперативно фиксироваться в электронном варианте. Согласование конструкторских решений с заинтересованными организациями, расположенными на большом расстоянии, упрощается при минимальных затратах времени и финансовых ресурсов. Передача конструкторской документации в любую точку земного шара может быть эффективно осуществлена по электронной почте.

Аналогичные революционные изменения при применении компьютеров произошли и при разработке и оформлении технологической документации. Особая роль компьютеры занимают при разработке сложных, многокомпонентных технологических процессов, требующих трудоемких расчетов и проведения моделирования. В частности, компьютерное моделирование процесса пластического формоизменения металлов и сплавов позволяет значительно ускорить и избежать ошибок при разработке технологического процесса штамповки и проектировании штампов, которые часто являются достаточно дорогостоящей технологической оснасткой и инженерные упущения и ошибки при проектировании и изготовлении могут принести большие убытки. Компьютерное моделирование процесса формирования заготовки или детали в полости штампа позволяет выбрать наиболее оптимальную форму, размеры и температуру обработки заготовки, а также параметры и количество ручьев, которые обеспечивают наиболее высокое качество получаемой штампованной поковки или детали при минимальных давлениях на контактной (рабочей) поверхности деформирующего инструмента, что повышает в несколько раз его долговечность. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет существенно уменьшить отходы материала, коэффициент использования металла может достигать до 0,95, также можно уменьшить расход дорогостоящей штамповой стали за счет оптимизации и повышения геометрической точности формы и размеров рабочих частей штампов и пресс-форм.

Невозможно переоценить применение компьютерного моделирования при исследовании динамических процессов, для прогнозирования изменения погоды и развития землетрясений на земле, для медицинского обследования организма человека, при выборе оптимальной формы конструкции автомобиля или летательного аппарата для снижения аэродинамического сопротивления при движении, при прогнозировании поведения автомобиля или самолета в критических ситуациях. Современные тренажеры, используемые в различных целях, невозможно представить без применения элементов компьютерного моделирования.

Компьютерные технологии произвели революционные изменения в редакционно-издательском и типографском деле: фантастически повысили качество типографской продукции и производительность процесса, расширили технологические возможности. Невозможно переоценить эффективность и значение компьютерного медицинского обследования состояния больного и объективной оценки возможностей его организма.

2.2. Биотехнологии

Вторая половина XX ст. отмечена интенсивным развитием биотехнологий. Биотехнологией называют промышленную технологию получения ценных продуктов из исходного сырья с помощью микроорганизмов. Биотехнологические процессы известны с древних времен: хлебопечение, приготовление вина и пива, сыра, уксуса, молочнокислых продуктов, биоочистка воды, борьба с вредителями растительного и животного мира, обработка кожи, растительных волокон, получение органических удобрений и т. д. Научные основы были заложены в IX в. французским ученым Л. Пастером (1822-1895), положившим начало микробиологии. Этому способствовало, с одной стороны, бурное развитие молекулярной биологии и генетики, биохимии и биофизики, с другой стороны, возникновение проблемы нехватки продовольствия, минеральных ресурсов, энергии, медпрепаратов, ухудшения экологической ситуации. В современном понимании в сферу биотехнологии включают генетическую и клеточную инженерию, цель которых - изменение наследственных механизмов функционирования организмов для управления деятельностью живых существ. Биотехнология тесно связана с технической микробиологией и биохимией. В ней также применяются многие методы химических технологии, особенно на конечных этапах производственного процесса, при выделении веществ, например, из биомассы.

В основе биотехнологии лежит микробиологический синтез, т. е. культивирование выбранных микроорганизмов в питательной среде определенного состава. Мир микроорганизмов - мельчайших, преимущественно одноклеточных организмов (бактерии, микроскопические грибы, водоросли и др.) - чрезвычайно обширен и разнообразен. Размножаются они чаще всего простым делением клеток, иногда почкованием или другими бесполыми способами.

Микроорганизмы характеризуются самыми разнообразными физиологическими и биохимическими свойствами. Для некоторых из них, так называемых анаэробов, не нужен кислород воздуха, другие отлично растут на дне океана в сульфидных источниках при температуре 250°С, третьи выбрали себе в качестве среды обитания ядерные реакторы. Есть микроорганизмы, сохраняющие жизнеспособность в глубоком вакууме, а есть и такие, которым ни почем давление в 1 000-1 400 ат. Необычайная устойчивость микроорганизмов позволяет им занимать крайние границы биосферы: их обнаруживают в грунте океана на глубине 11 км, в атмосфере на высоте более 20 км. Микроорганизмы широко распространены в природе, в грамме почвы их может содержаться до 2-3 млрд. В микроорганизмах многие процессы биосинтеза и энергетического обмена, например, транспорт электронов и синтез белка, протекает аналогично тем же процессам, что в клетках высших растений и животных.

Однако микроорганизмам присущи и специфические ферментные и биохимические реакции, на которых основана их способность разлагать целлюлозу, лингин, углеводороды нефти, воск и другие вещества. Существуют микроорганизмы, способные усваивать молекулярный азот, синтезировать белок, вырабатывать множество биологически активных веществ (антибиотики, ферменты, витамины и др.). На этом основано применение микроорганизмов для получения самых разнообразных продуктов. Причем в современной биотехнологии все активнее применяются не целые организмы, а их составляющие: живые клетки, различного рода структуры, являющиеся их частями, и биологические молекулы.

Сейчас с помощью биотехнологий получают антибиотики, витамины, аминокислоты, белки, спирты, кормовые добавки для животных, кисломолочную продукцию и многое другое. Интерес к использованию биотехнологий постоянно возрастает в различных отраслях деятельности человека: в энергетике, пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве, химической промышленности и т. д. Это объясняется в первую очередь возможностью применения в качестве сырья возобновляемых ресурсов (биомассы), а также экономией энергии. Например, такие вещества, как аммиак, глицерин, метанол, фенол, производить выгодней биотехнологией, чем химическими способами.

Перспективным направлением развития биотехнологии является разработка и внедрение в практику микробиологических способов получения различных металлов. Как известно, микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ в природе. Установлено, что они причастны к процессу образования рудных ископаемых. Так в начале двадцатого столетия на одном старом отработанном медном руднике было обнаружено в откаченном из шахты водном растворе огромное количество меди, которая была произведена бактериями из сернистых соединений меди. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды меди, бактерии превращают их в легко растворимые соединения, причем процесс протекает очень быстро. Микроорганизмы способны перерабатывать не только медные соединения, но и извлекать из руды железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий, свинец, висмут, уран, золото, германий, рений и многие др. Особенно эффективно использование бактерий на завершающей стадии эксплуатации рудников, при переработки отвалов. Внедрение геомикробиологической технологии позволит вовлечь в промышленное использование труднодоступные, глубинные залежи полезных ископаемых. После соответствующих подготовительных работ достаточно будет погрузить на нужную глубину трубы и подвести по ним к рудной породе биораствор. Проходя через породу, раствор обогатиться теми или иными металлами, и поднятый на поверхность вынесет необходимые природные ископаемые. Отпадает необходимость строительства дорогостоящих шахт, уменьшиться нежелательная нагрузка на экологическую ситуацию, высвобождаются большие площади земли, занимаемыми шахтами, отвалами и обогатительными предприятиями, сократятся расходы на очистку атмосферы, земли и сточных вод, значительно снизится себестоимость добытых полезных ископаемых.

Интенсивное развитие и расширение применения биологических процессов при производстве медицинских препаратов, белков и кормов, органических удобрений, продуктов питания на основе брожения, горючих газов и жидкостей, микроорганизмов для очистки жидкой и воздушной среды обитания живого мира является весьма актуальной и высокоэффективной задачей экономики Республики Беларусь. Нельзя пренебрегать возможностью использования биотехнологий при разработке нетрадиционных способов получения энергетических ресурсов. Превращение биомассы в биогаз дает возможность получить 50-80% потенциальной энергии, не загрязняя окружающую среду.

Биотехнология сегодня имеет следующие направления:

1) промышленную биотехнологию (микробиологический синтез);

2) генетическую и клеточную инженерию;

3) инженерную энзимо-логию (белковую инженерию).

Промышленная биотехнология реализует процессы, которые проводятся в искусственных производственных условиях с целью получения пекарских, винных и кормовых дрожжей, вакцин, белково-витаминных концентратов (БВК), средств защиты растений, заквасок для кисломолочных продуктов и силосования кормов, почвоудобрительньгх препаратов, антибиотиков, гормонов, ферментов, аминокислот, витаминов, спиртов, органических кислот, растворителей. Кроме того эти процессы позволяют утилизировать отходы, целлюлозу и получать биогаз.

Генетическая инженерия позволяет создавать искусственные генетические структуры посредством воздействия на материальные носители наследственности (ДНК), с ее помощью можно формировать совершенно новые организмы и производить физиологически активные вещества белковой природы для медицинских и сельскохозяйственных нужд (производить интерферон, инсулин, гормон роста живых организмов). Генная инженерия считается самой перспективной областью современной биотехнологии, с ее помощью возможно исправлять наследственные заболевания человека, создавать стимуляторы регенерации тканей для лечения ран, ожогов, переломов.

Инженерная энзимология является перспективным направлением развития промышленной биотехнологии, представляет собой науку, разрабатывающей основы создания высокоэффективных ферментов для промышленной интенсификации технологических процессов при значительной экономии материальных и энергетических ресурсов. Ферменты используются при производстве сахара для диабетиков, гормональных препаратов, обработки кож, получении тканей, бумаги, синтетических материалов, глюкозы, улучшения качества молочных продуктов и т. п.

2.3. Лазерные технологии

Одним из выдающихся достижений физики второй половины XX в. было открытие физических явлений, послуживших основой для создания уникального прибора - оптического квантового генератора, или лазера. Лазер представляет собой источник монохроматического когерентного света с высокой направленностью светового луча и большой концентрацией энергии.

Источником лазерного луча является оптический квантовый генератор (ОКГ), работа которого основана на принципе стимулированного генерирования светового излучения. Рабочим элементом ОКГ является рубиновый стержень, состоящий из окиси алюминия, активированного 0,05% Cr. Источником света для возбуждения атомов хрома служит импульсная лампа с температурой излучения около 4 000°С. Свет лампы с помощью отражателя фокусируется на рубиновый стержень, в результате чего атомы хрома приходят в возбужденное состояние. Из этого состояния они могут возвратиться в нормальное, излучая фотоны. Вся запасенная в стержне рубина энергия высвобождается почти одновременно в миллионные доли секунды в виде луча диаметром около 0,01 мм. Системой оптических линз луч фокусируется на поверхность обрабатываемой заготовки. Температура луча - около 6 000 - 8 000°С.

Лазеры нашли широкое применение и, в частности, используются в промышленности для различных видов обработки материалов. Среди множества принципиально новых технологических процессов лазерная технология является одной из самых перспективных. Благодаря направленности и высокой концентрации лазерного луча удается реализовать технологические операции, вообще невыполнимые каким-либо другим способом. С помощью лазера можно вырезать из любого материала детали сложнейшей конфигурации, причем с точностью до сотых долей миллиметра, раскраивать композиционные и керамические материалы, тугоплавкие сплавы, которые вообще не поддаются резке другими способами. Лазерный инструмент все чаще применяют вместо алмазного, он дешевле и во многих случаях может заменять алмаз.

Лазерные технологические процессы можно условно разделить на два вида. Первый из них использует возможность чрезвычайно тонкой фокусировки лазерного луча и точного дозирования энергии как в импульсном, так и в непрерывном режиме. В таких технологических процессах применяют маломощные лазеры (до 1 кВт). Это небольшие газовые лазеры импульсно-периодического действия и твердотельные лазеры на кристаллах иттрий алюминиевого граната с примесью неодима. С помощью этой группы лазеров разработаны технологические процессы выполнения тонких отверстий (диаметром 1-10 мкм и глубиной до 10 - 100 мкм) в рубиновых и алмазных камнях для часовой промышленности, изготовления волок для протяжки тонкой проволоки, обработки фильер пресс-форм.

Основная область применения маломощных импульсных лазеров связана с созданием измерительных систем и приборов, записью и воспроизведением информации, с медицинскими обследованиями и лечением пациентов, резкой, сваркой и наплавкой миниатюрных деталей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности, с маркировкой миниатюрных деталей, автоматическим выжиганием цифр, букв, изображений для нужд полиграфической промышленности. В последние годы в одной из важнейших областей микроэлектроники - фотолитографии, без применения которой практически невозможно изготовление сверхминиатюрных печатных плат, интегральных схем и других элементов микроэлектронной техники, обычные источники света заменяют на лазерные. Это дает возможность получить разрешение в фотолитографической технике до 0,15-0,2 мкм. Дальнейший прогресс в субмикронной литографии связан с применением в качестве экспонирующего источника света мягкого рентгеновского излучения из плазмы, создаваемой лазерным лучом. В этом случае предел разрешения, определяемый длиной волны рентгеновского излучения (0,01-0,001 мкм), оказывается просто фантастическим.

Лазерные системы широко применяются для измерения шероховатости поверхности, размеров и формы обрабатываемых поверхностей, что повлекло за собой принципиально качественные изменения, как в самом технологическом процессе обработки заготовок, так и в конструкции оборудования и средств автоматизации производства.

Лазерные технологии произвели революционные изменения в технологических процессах записи и воспроизведения информации, передачи ее по оптико-волоконным системам на большие расстояния, при создании принтеров.

Второй вид лазерной технологии основан на применении лазеров с большой мощностью (свыше 1 кВт). К этой группе относятся мощные газовые лазеры. Их используют в таких энергоемких технологических процессах, как резка и сварка толстых стальных листов, поверхностная закалка, наплавление и легирование крупногабаритных деталей, очистка от поверхностных загрязнений, резка мрамора, гранита, раскрой тканей, кожи и других материалов. При лазерной сварке металлов достигается высокое качество шва и не требуется применение вакуумных камер, как при электроннолучевой сварке, а это очень важно в конвейерном производстве.

Мощная лазерная технология нашла применение в машиностроении, автомобильной промышленности, производстве строительных материалов. Она позволяет не только повысить качество обработки материалов, но и улучшить технико-экономические показатели производственных процессов. Так, скорость лазерной сварки стальных листов толщиной 14 мм достигает 100 м/ч при расходе электроэнергии 10 кВтч. Кроме того, прочность сварных швов при лазерной сварке в несколько раз выше обычной, это очень важно для многих отраслей, например, атомной энергетики, химии и др. Лазерная сварка дает возможность избежать деформации свариваемых деталей. Производительность агрегатов лазерной сварки в 5-8 раз выше, чем у современных сварочных автоматов. Используя мощные газовые лазеры непрерывного действия, можно вырезать контур детали в стальном листе толщиной до 100 мм. Лазерные технологии также обеспечивают поверхностное упрочнение деталей (закалка, наплавка, легирование, аморфизация), что позволяет увеличить срок службы изделий в 8-10 раз. Применение лазерной технологии дает большой эффект при изготовлении деталей с особо высокими требованиями к качеству и точности, получении изделий с особыми характеристиками.

2.4. Технологические процессы изготовления деталей и заготовок порошковой металлургией

Технологические процессы порошковой металлургии нашли применение при производстве различных металлоизделий относительно недавно (с 50-х годов XX в.). Благодаря порошковой металлургии получены материалы, которые известными традиционными способами изготовить было невозможно; это твердые сплавы, пористые металлические подшипники и фильтры, фрикционные и антифрикционные материалы, композиционные материалы и электротехнические магнитомягкие изделия, технической керамики и тепловых труб с капиллярной структурой и многое др. Кроме того, стало возможным максимально эффективно использовать материалы, получать композиционные изделия с уникальными свойствами. Технологические процессы порошковой металлургии, композиционные и сверхтвердые материалы, защитные, фрикционные и антифрикционные покрытия, пористые изделия находят широкое применение в машино- и приборостроении, пищевой, фармацевтической, химической, радиоэлектронной, строительной и легкой промышленности, медицине, авиации, космической технике, в технике защиты окружающей среды. Началом развития порошковой металлургии в Беларуси явилось создание в Белорусском политехническом институте специальной лаборатории, которая с течением времени выросла в Белорусский государственный научно-производственный концерн порошковой металлургии.

Сущность технологического процесса изготовления деталей и заготовок порошковой металлургией заключается в том, что металлы, сплавы или химические соединения металлов превращают в порошки или гранулы различной фракции. Затем их смешивают в определенной пропорции, прессуют в так называемых пресс-формах, извлекают спрессованную заготовку и в специальных печах в условиях инертной среды или вакуума спекают в течение определенного времени, охлаждают по заданному режиму и получают достаточно прочное соединение порошков или гранул в виде соответствующей формы полуфабриката или уже готового изделия. Часто для придания спрессованным и спеченным порошковым заготовкам определенных свойств проводят дополнительную термообработку или пластическую деформацию, а для получения требуемых размеров и их точности, а также шероховатости поверхностей - обработку резанием.

В машиностроительной и инструментальной промышленности порошковой металлургией изготавливают твердосплавные инструменты (резцы, фрезы, пилы, сверла, волоки, фильеры, валки); направляющие и подшипники; постоянные магниты, супермагниты; детали электро- и радиоприборов; зубчатые колеса; фильтры и катализаторы, тормозные колодки и направляющие втулки и т. д.

Важными преимуществами порошковой технологии является возможность изготавливать металлоизделия практически без отходов при значительной сложности геометрической формы обрабатываемой заготовки, возможность создания композиционных изделий, состоящих из монолитного и порошкового слоя, обладающего уникальными свойствами, например высокой твердостью, износостойкостью, жаростойкостью и т. д. Металлическая стружка, облой, заусенцы, литники и другие виды металлоотходов могут быть легко превращены в специальных мельницах в порошки, которые полностью, без потерь, превращают в готовые детали или близкие по форме и размерам к ним заготовки. Металлоотходы можно переплавлять и превращать в специальных установках в гранулы, которые затем в пресс-формах формируют в полуфабрикаты, обладающих различной пористостью в зависимости от технологического процесса. Широкое применение пористые порошковые материалы получили при изготовлении фильтров; подшипников скольжения, магнитов, поршневых колец, уплотнений, электрических контактов; металлопластмассовых и металлостеклянных изделий, металлопе-номатериалов, огнепреграждающих пористых элементов, пористых титановых дисковых аэраторов, пористых глушителей шума, тепловых трубок и теплоотводов, защитных экранов электромагнитных излучений и т. д.

Экономическая целесообразность применения порошковой металлургии для изготовления многих металлоизделий может быть обоснованной в следующих случаях:

- когда необходимо металлоизделиям придать особые свойства, которые невозможно получить другими способами;

- когда расход дорогостоящего материала недопустим;

- когда трудоемкость порошкового металлоизделия ниже альтернативного;

- когда геометрическая форма детали требует применения сложных и дорогостоящих инструментов;

- когда экономическая эффективность изготовленного методом порошковой металлургии изделия очевидна.

2.5. Технологические процессы обработки материалов давлением

Обработка материалов давлением нашла широкое применение в различных отраслях промышленности и прежде всего в металлургии и машиностроении для получения металлических материалов и заготовок. Обработка материалов давлением позволяет во многих случаях добиться уникальных результатов, которые немыслимы при других способах обработки материалов. При формоизменении заготовок из металлов и сплавов удается еще и изменить в лучшую сторону их свойства (повысить прочность и пластичность, вязкость и упругость), сформировать на поверхности определенный микрорельеф, определяющий шероховатость и свойства поверхностного слоя. Подавляющее большинство способов обработки материалов давлением весьма рационально используют исходную заготовку при формировании проката, проволоки, поковки, штамповки- отходы составляют несколько процентов, в некоторых случаях процесс может быть вообще безотходным. По производительности технологические процессы обработки материалов давлением не знают себе равных (скорость прокатки может достигать 100 м/с, практически скорость сварки давлением неограниченна, что успешно используется при производстве сварных труб, сварке больших габаритов многослойных листов). Диапазон применяемых на практике давлений чрезвычайно широк: от вакуума до сжатия в специальных камерах при давлении 10¹⁰Н/м². Если для изготовления деталей и заготовок из полимерных и пластмассовых материалов применяют низкие давления, то для обработки металлических сплавов иногда требуются такие давления, которые обычные инструментальные материалы не выдерживают и тогда необходимо переходить к твердым сплавам. Известно, что для получения искусственных алмазов из углерода требуется огромное давление и для реализации такого технологического процесса необходимо иметь уникальное оборудование и специальный инструмент. Часто для обработки металлических сплавов в холодном и горячем состоянии применяют мощное оборудование (прессы, молоты, штамповочные машины, прокатные и волочильные станы, гибочные машины и т. п.), которое относятся к дорогостоящим технологическим устройствам, но благодаря высокой эффективности они окупаемы в короткие сроки. Важным условием эффективной эксплуатации такого оборудования является высокий коэффициент его загрузки.

2.6. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

В современном машиностроении получают все большое распространение материалы, которые отличаются высокой твердостью и вязкостью, трудно поддающиеся традиционным способам обработки. Все возрастающее количество применяемых штампов и пресс-форм отличается высокой сложностью внутренних полостей. Это послужило основанием создания и внедрения в производство высокоэффективных электрофизических (ЭФ) и электрохимических (ЭХ) методов обработки, cущность которых заключается в том, что обработка облегчается благодаря ослаблению связей между элементарными объемами заготовки за счет их нагрева, расплавления и удаления из зоны обработки или перевода сплава в легко удаляемое соединение.

При электрофизической обработке используют инструмент -электрод, который может быть изготовлен из легкообрабатываемого материала (меди, графита, медно-графитовой композиции и т. п.). При сближении в жидком диэлектрике электродов, инструмента и заготовки возникает электрический разряд, и через зазор между ними начинает течь электрический ток. Электроны, соударяясь с анодом (заготовкой), интенсивно его разогревают и расплавляют микро-объемы заготовки. Расплавленные частички сплава охлаждаются жидким диэлектриком и удаляются из зазора между инструментом и заготовкой. Электрофизические методы отличаются высокой концентрацией энергии (1 000-100 000 000 Вт/см²) на локальных участках обрабатываемой заготовки, частицы материала удаляются с поверхности в расплавленном или парообразном состоянии. На электроэрозионных станках можно выполнять сложные полости в заготовках, резать и сверлить их, шлифовать и полировать. При полировке отпадает необходимость в применении инструмента, достаточно обеспечить мощный разряд между полируемым изделием и водным раствором поваренной соли.

Разновидностями ЭФ являются электроэрзионная, электроискровая, электроимпульсная, электроконтактная и плазменная обработка.

Характерной особенностью электроэрозионной (электроразрядной) обработки является то, что электрический пробой происходит по кратчайшему пути, что предопределяет разрушение (оплавление) наиболее близкорасположенных участков заготовки. Поэтому при выполнении углублений (полостей) или отверстий обрабатываемая поверхность заготовки принимает форму электрода. Известно, что механическая обработка наружных поверхностей заготовки значительно проще, производительнее и экономичнее, может быть выполнена более качественно, чем внутренних поверхностей, при этом может использован простой инструмент и универсальные оборудование.

Электрохимические методы обработки основываются на анодном растворении сплава. Анод под действием электрического тока в среде электролита растворяется, и продукты растворения удаляются протекающим через зону обработки электролитом. Плотность энергии при ЭХ значительно меньшая, чем при ЭФ-методах (10-10 000 Вт/см²); в некоторых случаях качество обработки получается выше, чем при ЭФ-методе. При ЭФ- и ЭХ-методах обработки легко автоматизировать технологический процесс изготовления таких сложных изделий, как пресс-форм, штампов, волок, фильер, матриц, пуансонов.

2.7. Применение ультразвуковых колебаний в технологических процессах

Ультразвуком принято называть упругие механические колебания с частотой свыше 18 кГц, которые находятся за пределами слышимости обычного человека. Ультразвук характеризуется частотой, амплитудой и интенсивностью колебаний. Ультразвуковые колебания получают с помощью специальных преобразователей, в которых высокочастотные электрические колебания преобразуют в механические. Для этого часто используют пьезокерамические материалы и специальные металлические сплавы, которые способны под действием электрического тока или электромагнитного поля изменять геометрические размеры. Можно применять и чисто механические устройства. Ультразвуковые колебания передаются через твердые тела, жидкость или газ, в т. ч. и через воздух.

Ультразвуковые, или так называемые акустические колебания, впервые начали применять для измерения расстояния между подвижными и неподвижными объектами, затем успешно использовали для определения их размеров. Весьма удачно ультразвук применили для определения внутренних дефектов в твердых телах, так появились дефектоскопы. Далее ультразвуковые колебания начали применять в медицинской практике для обследования состояния внутренних органов в живых организмах. В настоящее время при исследованиях на установках УЗИ удается с высокой точностью и минимальными затратами определить состояние человеческого организма, малейшие патологические отклонения при полной безопасности для обследуемого пациента. Нашли применение ультразвуковые ингаляторы, которые позволяют без нагрева медпрепоратов получить воздушно-капельную смесь, легко вдыхаемую пациентом. Перспективным является применение ультразвука для получения определенной влажности воздуха в помещении.

Ультразвуковые колебания различной интенсивности применяют в промышленности для проведения и интенсификации технологических процессов. Так, ультразвук сейчас широко используют для мойки различных материалов и деталей. В этом случае очистка изделий от загрязнений происходит вследствие явления кавитации жидкости - возникновения и захлопывания пузырьков (полостей) под действием ультразвуковых колебаний. С помощью ультразвука можно значительно ускорять растворение различных веществ. Ультразвуковые колебания успешно применяются при обработке материалов резанием, в том числе при абразивной обработке (шлифовке и полировке) высокопрочных и твердых заготовок, например при изготовлении волок и фильер из твердых сплавов. При волочении и прокатке, прессовании и штамповке наложение ультразвуковых колебаний приводит к уменьшению усилий деформации и снижению контактного трения, что оказывает благоприятное влияние на обработку материалов давлением. Положительное воздействие ультразвука наблюдается при обработке расплавленных металлов, а также при сварке, при этом изменяется характер кристаллизации металлических сплавов и формируется мелкозернистая структура, что благоприятно сказывается на свойстве сплава, повышается прочность и надежность.

Ультразвук при проведении многих технологических процессов повышает их эффективность и качественные параметры обработки. В частности, многие химические и биологические процессы могут быть ускорены в десятки раз. Например, можно уменьшить время созревания вина или пива и многих других процессов брожения.

Успешно применяют ультразвук и для лечения: дробят почечные камни, очищают сосуды и раны, режут ткани, лечат зубы и воспалительные процессы, сваривают сосуды, кости, бронхи и т. д.

Целесообразность применения ультразвуковых технологических процессов должна подтверждаться более высоким качеством выполнения работы и экономией материальных и энергетических ресурсов.

2.8. Мембранная технология

Мембранная технология - одно из новых направлений развития химических технологических процессов, целью которых является разделение жидких и газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран. Процесс разделения основан на том, что некоторые компоненты системы проходят через мембрану медленнее других или вовсе задерживаются. Движущей силой процесса может быть градиент концентраций, давления, электрического потенциала или температуры по обе стороны мембраны. Эффективность разделения оценивается показателями «селективность», «производительность» и «коэффициент разделения». Разделение смесей через мембрану осуществляется в основном при температуре окружающей среды без фазовых превращений, что обусловливает простоту конструкции мембранных аппаратов и экономичность процесса.

Мембранная технология применяется для опреснения соленых и очистки производственных и бытовых сточных вод, для получения особо чистой воды, разделения углеводородов. Повышения концентрации растворов, в том числе фруктовых и овощных соков, молока и его производных, выделения и очистки биологически активных веществ, применяемых в медицине и г. п.

Растворы разделяют с помощью следующих способов мембранной технологии: обратного осмоса, ультрафильтрации, диализа; электродиализа, микрофильтрации

Способ разделения обратным осмосом заключается в том, что раствор под давлением 3-8 МПа подается на полупроницаемую мембрану, пропускающую растворитель (воду) и задерживающую полностью или частично молекулы или ионы растворенного вещества. Суть способа состоит в следующем: если концентрация вещества в растворе «А» больше, чем в растворе «В», находящихся по разную сторону мембраны, то возникает поток молекул (ионов) этого вещества через мембрану от раствора «А» к раствору «В», Этот поток можно остановить, если повысить давление в растворе «В». Разность давлений, при которой прекращается переход через мембрану вещества, называется осматическим давлением. При обратном осмосе используют плоскокамерные, трубчатые или рулонные аппараты с разделительными мембранами в виде пленок и полых волокон. Метод применяется для опреснения соленых и очистки сточных вод, разделения смесей путем удаления одного из ее составляющих, концентрирования растворов и др.

Ультрафильтрация относится к процессу мембранного разделения растворов и коллоидных систем, в которых молекулярная масса растворенных (диспергированных) компонентов намного больше молекулярной массы растворителя (дисперсионной среды). Для разделения в данном случае применяется небольшое избыточное давление 0,1-0,8 МПа. При этом значительное влияние оказывает на ультрафильтрацию «концентрационная поляризация», приводящая к гелео-образованию или выпадению осадка у поверхности мембраны. Пользуется ультрафильтрация для очистки сточных вод от высокомолекулярных соединений, очистки крови и биологически активных веществ, вакцин, вирусов, молока, фруктовых соков и др.

Микрофилътрация используется для разделения коллоидных систем при помощи полимерных высокопористых пленок, часто нанесенных на подложки (пластины, цилиндры, сетки, бумажные листы). Их толщина составляет 10-350 мкм, размер пор - 0,01-14 мкм, градиент давления по обе стороны мембраны - 0,01-0,1 МПа. Микрофильтрация применяется для очистки технологических растворов и воды от тонко диспергированных веществ. Основные достоинства способа -простота конструкционного оформления установки, большая производительность при малых эксплуатационных затратах.

Диализ предназначен для разделения растворенных веществ, значительно различающихся молекулярными массами. Способ основан на неодинаковых скоростях диффузии веществ через полупроницаемую мембрану, разделяющую концентрированный и разбавленный растворы. Применяется диализ в при производстве искусственных волокон, ряда биологических препаратов, для очистки растворов биологически активных веществ и др.

Электродиализ - способ разделения ионизированных соединений под действием электродвижущей силы. Создаваемой в растворе по обе стороны разделяющей его мембраны. Разделение ионов с одинаковым знаком заряда происходит в результате различия скоростей их переноса через мембрану. Способ широко используется для обессоливания морской и соленой воды, сахарных растворов, молочной сыворотки, для извлечения минерального сырья из соленых вод.

Мембранное газоразделение представляет собой разделение газовой смеси на компоненты или ее обогащение в аппаратах с непористыми перегородками (мембранами). Способ основан на различии между коэффициентами газопроницаемости компонентов газовой смеси. Для разделения газовых смесей применяются мембраны из стекла, металлов, полимерных материалов. Наибольшей производительностью обладают ассиметричные мембраны, состоящие из пористого и сплошного слоев. Причем толщина последнего составляет около 0,25% общей толщины мембраны.

Тип мембраны определяет конструкцию аппарата, достижимую плотность упаковки мембран и эксплуатационные параметры. Известны аппараты с плоскопараллельным расположением мембранных элементов, с рулонными элементами, с половолоконными и капиллярными мембранными элементами.

Одним из существенных недостатков мембранных способов разделения (обратного осмоса и ультрафильтрации) заключается в том, что в процессах опреснения и обессоливания образуется вода и концентрированный раствор, который содержит смесь неорганических веществ в виде ионов. Из-за невозможности дальнейшего использования такую смесь приходится сбрасывать в окружающую среду (море, реку, водоем). Недавно разработан новый процесс разделения жидкостей, основанный на возможности неэквивалентного переноса ионов растворенных в воде веществ через поры мембраны. В обычных условиях катионы и анионы растворенных веществ проходят или задерживаются в эквивалентном соотношении. Неэквивалентность переноса ионов через полупроницаемую мембрану обеспечивается свойствами поверхностного слоя мембраны. Этот слой наносится на промышленную ультрафильтрационную мембрану и может состоять из полимерных, органических и неорганических веществ, которые после нанесения и последующей термической и химической обработки приводят к возникновению новых свойств мембраны - возможности прохождения через нее ионов в неэквивалентном соотношении. Этот способ позволяет уменьшить энергетические затраты при одновременном извлечении минерального сырья и предотвращения засоления природных источников водоснабжения.

Мембранная технология является одним из приоритетных направлений научно-технического прогресса, так как она открывает путь к созданию ресурсосберегающих технологических процессов, оказывает благоприятное влияние на экологическую ситуацию и здравоохранение. В перспективе предусматривается значительный рост объемов производства с применением обратноосмотических и ультрафильтрационных мембран стойких в агрессивных средах. Разрабатывается поколение новых мембран, получаемых методом синтеза на границе раздела фаз, а также модифицируемых плазменной обработкой или радиационной прививкой. Широко развернуты работы по созданию мембран с использованием целенаправленного регулирования свойств за счет изменения состава и соотношения центров активированного переноса веществ в полимерах. В народном хозяйстве республики в ближайшее время будет наблюдаться широкое внедрение мембранных технологий и техники на основе постоянно развивающейся науки.

2.9. Нанотехнология

Наука вплотную подошла к нанотехнологическим открытиям, которые коснуться практически всех областей деятельности человека. Понятие нанотехнологии появилась сравнительно недавно. Нанотехнология - технологический процесс, объекты воздействия и манипуляции которой имеют геометрические размеры порядка нанометра (1 нанометр=10⁹м), это уже операции с отдельными атомами и молекулами. Теоретические предпосылки были впервые высказаны в конце 1959 г. на съезде Американского физического общества в Калифорнийском технологическом университете Ричардом Фейнманом. В 1962 г. аналогичную идею изложил английский химик Арчер Мартин, который утверждал, что использование сверхминиатюрной технологии и методики позволит быстро описать и понять трехмерную структуру замороженной биологической клетки и в дальнейшем ее можно вновь оживить, пользуясь компьютерной техникой и автоматизированными механическими устройствами. Существенное изменение масштаба манипуляции влечет за собой принципиальные изменения многих физико-химических свойств веществ и требует создания многоступенчатых и иерархических систем управления принципиально нового типа, возможно похожих на системы управления и регулирования в живых организмах. Базовая концепция, предложенная американским ученым Эриком Дрекслером в 1985 г. подразумевала сознательное манипулирование атомами и молекулами, когда каждая из них занимает в конечной структуре то место, которое ей определено человеком. Первым результатом работы над развитием нанотехнологии можно считать, когда американские инженеры компании IBM сложили из отдельных атомов ксенона название своей фирмы. Этот процесс они проводили в вакууме при температуре жидкого гелия и доказали, что человек способен манипулировать отдельными атомами, для этого необходим наноробот, который выполняет роль сборщика, способный манипулировать отдельными атомами и молекулами. Он как нельзя лучше подходят на роль клеточного доктора в организме человека, способен выращивать искусственные ткани для замены элементов суставов, костей, сосудов и т. п. Скорее всего первый нанотехнологический процесс будет применен при выращивании трехмерных микросхем с многократно связанными структурами, состоящими из сотен слоев. Это переход к принципиально новой структуре вычислительной машине, к нейрокомпьютеру, в котором элементарные процессоры (нейроны) соединены друг с другом множеством связей, подобно нейронам головного мозга. Нанотехнология -это переход в иную область управления веществом, последствия которого и будущее развития сейчас трудно предугадать и оценить, в лабораториях удалось преодолеть рубеж 0,1 мкм, что дает основание говорить о теоретическом переходе от микро- к нанотехнологическим процессам.

Нанотехнология - совокупность методов и способов синтеза, сборки структуро- и формообразования, нанесения, создания, удаления, модифицирования материалов и систем с новыми свойствами. Это наука, технология и техника создания, изготовления, характеризации и реализации материалов и функциональных структур и устройств на атомном, молекулярном и нанометровом уровнях.

Нанотехника - машины, механизмы, приборы, устройства, материалы, созданные с использованием новых свойств и функциональных возможностей систем при переходе к наномасштабам и обладающие ранее недостижимыми показателями (параметрами) и функциональными возможностями.

Развитие этой науки, технологии и нанотехники определяется необходимостью создания: 1) высокопрочных нанокристалических и аморфных материалов, негорючих нанокомпазитов на полимерной основе; 2) элементов наноэлектроники и нанофотоники, полупроводниковых транзисторов и лазеров, фотодетекторов, солнечных элементов, сенсоров, магнитомягких и магнитотвердых материалов, компонентов микроэлектроники и оптотроники; 3) устройств сверхплотной записи информации, суперкомпьютеров, плоских мониторов и экранов; 4) устройств микро- и наномеханики, в т. ч. микродвигателей и наномоторов, нанороботов; 5) электронных схем на молекулярном уровне; устройств нанолитографии; 6) технологических процессов и устройств нанесения покрытий, получения нанопористых материалов для химической и нефтехимической промышленности (катализаторы, адсорбенты, фильтры, сепараторы); 7) топливных элементов, электрических аккумуляторов, преобразователей и устройств для хранения энергии; 8) фармацевтики, способной осуществить целевую доставку лекарств и протеинов, биополимеров для заживления биологических тканей, искусственных мускулов, костей, и многое др.

Манипуляции с самыми маленькими физическими субстанциями (атомами и молекулами) уже в ближайшем будущем откроют перед человечеством фантастические перспективы и станут средством жизнеобеспечения во всех сферах деятельности, в корне изменится медицина, энергетика, биотехнологии, электроника и многое другое. Благодаря нанотехнологии: существенно изменится устройство машин и механизмов; значительно повысится КПД энергетических и тепловых устройств; мир станет более чистым; возможно автоматическое строительство орбитальных систем и любых строений в мировом океане, на поверхности земли и в воздухе; появятся сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие материалы; будет решена проблема энергетического и сырьевого снабжения предприятий.

Инновационная программа Республики Беларусь предусматривает развитие нанотехнологии в направлениях по созданию новых углеродных, сверхтвердых, тугоплавких, магнитных, керамических, композиционных наноматериалов и изделий на их основе. По прогнозам нанотехнологии обещают радикальные преобразования современного производства и жизни человека в целом.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Строительство как отрасль народного хозяйства выполняет особую роль в системе общественного производства. Создавая недвижимые основные фонды, оно играет заметную роль в повышении технического уровня общественного производства, хозяйственном освоении новых районов и рациональном размещении производительных сил, решении социальных задач и повышении качества жизненного уровня народа. Под технологией строительного производства подразумевают науку, которая изучает совокупность оптимальных процессов переработки сырья, материалов в изделия и превращение их в готовую продукцию - здания и сооружения (мосты, плотины, переходы, туннели, метро, взлетные полосы, автомобильные и железные дороги, причалы и пристани, набережные, высоковольтные опоры, радиотелевизионные вышки, трубы и т. д.). Эффективность ведения строительных работ зависит от совершенства технологического процесса, качества и номенклатуры строительных материалов, технического уровня применяемых инструментов, оборудования и технологических устройств, научной организации труда. Строительные технологические процессы характеризуются меньшим разнообразием по сравнению с машиностроительными технологиями, подразделяются на земляные, свайные, каменные, бетонные, монтажные, кровельные, теплоизоляционные, облицовочные, штукатурные, малярные, столярные, плотницкие и т. п.

3.1. Производство строительных материалов

Производство строительных материалов (ПСМ) является одной из базовых отраслей народного хозяйства. Доля продукции ПСМ в общем объеме внутреннего валового продукта составляет 5-6%, а стоимость основных фондов - 4-5% от стоимости основных фондов Республики Беларусь. ПСМ потребляет более 20 видов минерального сырья (песок, глина, гравий, мел, известняк и т. п.). Базовыми подотраслями ПСМ являются: производство цемента, сборного бетона и железобетона, стеновых, кровельных, отделочных, теплоизоляционных и других материалов. Предприятия ПСМ производят также продукцию для удовлетворения потребностей других отраслей (стеклотару, доломит, сортовую посуду, дренажные трубы, автостекло, графит, слюду, кварцевое стекло, известняковую муку и т. п.).

В структуре ПСМ сборные бетонные и железобетонные конструкции занимают 37-40%, стеновые материалы - 13-14%, цемент -12%. Более 20% в структуре затрат ПСМ составляют топливо -энергетические ресурсы, транспортные затраты - около 30%. Результаты работы ПСМ оказывают существенное влияние на эффективность деятельности всего строительного комплекса, развитие экономики страны и социальной сферы. Особенностью рынка ПСМ является его замкнутость, около 95% продукции потребляется внутри республики.

Производство вяжущих материалов. К вяжущим материалам, наиболее часто применяемым в строительстве, относят: цемент, известь, гипс, глину. Вяжущие материалы при растворении водой образуют пластичное тесто, которое постепенно твердеет, превращаясь в искусственный камень. Вяжущие материалы используют для приготовления растворов и бетонов.

В настоящее время из гидравлических вяжущих материалов широко применяется портландцемент, который обычно называют цементом. Этот материал известен человечеству более 180 лет. Он является одним из лучших вяжущих веществ, способен твердеть на воздухе и в воде. Его получают помолом обожженного при высоких температурах клинкера, который представляет собой спекшуюся в виде гранул диаметром около 4 см смесь известняка и глины. Для получения высококачественного портландцемента содержание важнейших оксидов в клинкере должно быть 62-68% СаО; 18-26% SiO₂; 4-9% AL₂0₃; 3-65% F₂0₃. Для регулирования времени схватывания при помоле к клинкеру добавляют 1,5—3,5% гипса. С уменьшением размера зерна при помоле клинкера активность цемента возрастает, средний диаметр пылинки цемента равен 40 мкм. Технологический процесс приготовления цемента включает следующие операции: приготовление сырьевой смеси, загрузка ее в печь, обжиг при температуре 1 200-1 450°С, выгрузка из печи клинкера, помол клинкера.

В настоящее время применяется свыше тридцати видов и разновидностей цемента: портландцемент, шлакоцемент, пунцолано-вый цемент, цветной, белый и т. д. Выпускается цемент следующих марок: М300, М400, М500, М600, М700 и др. Марка цемента означает его прочность и соответствует нагрузке на сжатие, приходящейся на 1 см², которую может выдержать образец из цементо-песчаного раствора состава 1:3, отвердевший за 28 суток, поскольку к 28 дню его прочность достигает заданной величины.

На качество цемента большое влияние оказывают условия и продолжительность его хранения. Так, хранение в благоприятных условиях (сухое и проветриваемое помещение) в течение трех месяцев снижает его активность на 10%, а в течение года - на 35-40%, так как влага в воздухе вызывает его гидратацию. Особое внимание следует обращать на морозостойкость цементного камня и бетона. Наличие пор и воздействие воды и мороза приводят к разрушению бетона. Для повышения его морозостойкости следует применять смеси с наименьшим количеством воды и с минимальным количеством минеральных добавок, при этом необходимо добиваться тщательного уплотнения при его укладке. Увеличить морозостойкость бетона можно поверхностно-активными добавками (мылонафтом и сульфитно-дрожжевой бражкой).

Известь получают путем обжига при температуре 900-1 200°С кальциево-магниевых карбонатных пород: известняка, мела, доломитового известняка, доломита с низким содержанием глины (менее 6%). В результате получается негашеная известь, которая может активно взаимодействовать с водой и выделять большое количество тепла. Недостатком чистой извести является ее неспособность твердеть в присутствии влаги и ее низкая водостойкость. Если к извести добавить пепел или туф, измельченный в порошок бой кирпича или обожженную глину, то она способна твердеть и сохранять прочность не только на воздухе, но и в воде.

Cтроительный гипс представляет собой вяжущее вещество, твердеющее на воздухе (воздушное вяжущее). Его получают из гипсового камня в результате дробления, помола и тепловой обработки при температуре 150-160°С. Для того чтобы прошла реакция твердения гипса, необходимо брать 60-80% воды. Избыточная вода при твердении испаряется, оставляя большое количество пор (пустот-ность достигает 60%). В связи с тем, что гипсовые изделия при впитывании влаги резко снижают свою прочность, гипс используют внутри сухих помещений. При затвердевании гипса происходит увеличение его объема примерно на 1%, что эффективно используется для плотной заделки щелей и зазоров. Гипс является быстротвердеющим материалом (2-30 мин.). Гипсовые вяжущие используют для производства гипсовых и гипсобетонных изделий, декоративных и отделочных материалов; его применяют при устройстве полов, для изготовления искусственного мрамора, для штукатурки и кладки, для приготовления гипсовых и смешанных растворов.

Стеновые материалы. В качестве стеновых материалов в строительстве широко применяют кирпич, блоки из пористого бетона, естественные, керамические и силикатные камни, однослойные и многослойные бетонные панели, стеклоблоки, газосиликатные блоки, древесину и т. д. Широкое распространение получило кирпичное домостроение. Стены, выполненные из кирпича, обладают достаточной прочностью, долговечностью, стойки к атмосферным воздействиям. В массовом строительстве на долю кирпичных зданий приходится не менее 30%. Промышленность выпускает кирпичи глиняные (керамические) обыкновенные (250x120x65 мм), утолщенные (толщиной 88 мм), модульных размеров (288x138x63 мм), утолщенный пустотелый кирпич (250x120x80 мм), силикатные и бетонные пустотелые камни (250x138x120 мм) и др. Силикатный кирпич по форме и размерам не отличается от керамического. Его изготавливают из смеси извести, кварцевого песка и воды. Силикатный кирпич менее водостоек, он на 15-35% по себестоимости ниже керамического. Применяют известково-шлаковый и известково-зольный кирпич, которые являются разновидностью силикатного.

Недостатком кирпичной кладки из указанных материалов является их высокая теплопроводность, приводящая к необходимости возведения очень толстых стен в отапливаемых зданиях (51-77 см). Перспективным направлением повышения теплозащиты кирпичных стен является использование облегченных керамических кирпичей и камней с пустотами, теплых кладочных растворов (заполнители -шлак, зола, туф и т. п.), применение т. н. колодцевой кладки с последующим заполнением колодцев сыпучими теплоизоляционными материалам и кладку с воздушными прослойками, применение в кирпичной кладке плитных утеплителей из минераловатных материалов и пенопласта. При возведении стен из кирпича используют известковые, цементные и известково-цементные растворы. Цементные растворы целесообразно применять при возведении несущих стен, опорных элементов.

Кирпичная кладка требует больших затрат труда и времени. С целью совершенствования технологии кирпичной кладки на кирпичных заводах организовано изготовление кирпичных однослойных и двухслойных панелей. Последние выпускают размером 2670x3180x260 мм, состоят из слоя кирпича, утепляющего слоя (пе-нокерамзит, фибролит, минеральная вата и т. п.) толщиной 100 мм и цементного раствора толщиной 40 мм. Достаточно эффективно использование в качестве стеновых элементов блоков, изготовленных из различных материалов (шлакобетона, пенобетона, стекла и т. п.).

Наибольшее распространение для кладки наружных стен получил глиняный или керамический кирпич, обладающий высокой влагостойкостью и огнестойкостью. Его успешно применяют при возведении подземных и наземных частей строительных объектов, а также сооружений, находящихся в условиях повышенной влажности. Силикатный кирпич применяют для зданий, эксплуатируемых в условиях нормальной влажности, или для кладки внутренних стен. Он не годится для фундаментов, цоколей, стен влажных и мокрых помещений.

При возведении стен жилых, административных и производственных зданий широко используют однослойные или многослойные панели из легкого или ячеистого бетонов (керамзитобетон, перлиго-бетон, шлакобетон, золоперлитобетон). Для теплозащиты панелей применяют различные утеплители: жесткие минераловатные плиты, керамзитобетон, газобетон, пенополистирол и т. п. Бетонные слои панели соединяют гибкими или жесткими связями, соответствующими требованиям прочности, долговечности и теплозащиты.

При возведении и реконструкции зданий применяется также древесина, которая в виде бревен, брусков, досок, реек предназначена для несущих конструкций стен и крыш, перекрытий, перегородок, полов, отделки внутренних помещений. Древесина является прекрасным строительным материалом, обладает большой прочностью, легкостью, хорошим теплосопротивлением, высокой технологичностью в обработке, прекрасными декоративными качествами, но она легко подвергается разрушению различными грибами и насекомыми, размножение которых происходит при повышенной влажности. Поэтому основным средством борьбы с гниением деревянных конструкций является использование сухой древесины и предохранение от увлажнения ее при эксплуатации, что обеспечивается постоянным проветриванием, препятствующим скоплению влаги. Предохранения древесины от загнивания и возгорания и продления срока службы в конструкциях добиваются конструктивными решениями - устройством гидроизоляции путем окраски, обмазки или использования влагонепроницаемых прокладочных материалов, а также пропиткой антисептиками и выщелачиванием.

Теплоизоляционные материалы. Теплота может передаваться теплопроводностью, конвекцией и излучением. Через стены, окна и перекрытия зданий тепло передается преимущественно посредством теплопроводности. Количество тепла, проходящего через стены, оконные проемы и другие строительные элементы, зависит от коэффициента теплопроводности материала и толщины элементарна коэффициент теплопроводности влияет главным образом плотность материала и его влажность. Чем плотнее материал и выше его влажность, тем больший коэффициент его теплопроводности. Поэтому для теплозащиты зданий важно, чтобы утеплитель имел низкую плотность и был сухим на протяжении всего срока эксплуатации.

Площади различных элементов наружных ограждений также оказывают существенное влияние на теплопотери. В частности, через оконные проемы теряется около 30% теплоты, а через стены-40%, через перекрытия первого этажа - 8%, через потолок и крышу- 5-35% (в зависимости от этажности здания). Оптимальное соотношение между площадью остекления и пола комнаты должно быть не более 1:5,5 и не менее 1:8.

При выборе теплоизоляции и определении ее толщины исходят из следующих условий: температура внутренней поверхности наружной стены в холодное время года не должна быть ниже 12°С, пола - 2°С, внутренней поверхности остекления - 9°С, а температура на поверхности потолка должна отличаться от температуры внутреннего воздуха не более чем на 4°С.

К теплоизоляционным материалам относят обычно легкие пористые материалы, имеющие низкий коэффициент теплопроводности. В настоящее время строительная отрасль располагает большой номенклатурой различных теплоизоляционных изделий, которые способны удовлетворить самые разнообразные требования. К этим материалам относят: легкие бетоны, керамзит, керамзитовый гравий и песок, шлаковую пемзу, гранулированный шлак, вспученный бетон, пенобетон, газобетон, перлитопластобетон, вспученный вермикулит, топливные шлаки, аглопорит, опилкобетон, пенопласта (по-листирольный пенопласт, пенополиуретан, мипора, сотопласты, теплоизоляция АКОТЕРМ, ИЗОМИН, ТЕХНО, ИЗОВЕР, ПАРОК и многие другие современные материалы), минеральная вата, стеклянная вата, пеностекло, цементный фибролит, арболит, древесноволокнистые и древесностружечные плиты, асбестовый картон, пакля, гипсобетон, сухая штукатурка. Высокий теплоизоляционный эффект наблюдается при сочетании теплоизоляционных жестких и мягких материалов с алюминиевой фольгой, выполняющей роль теплоотражения. Алюминиевая фольга также является хорошей пароизоляцией и воздухоизоляцией, она выпускается толщиной 0,005-0,2 мм.

Легкие бетоны имеют плотность 500-1 800 кг/м³, обладают большим количеством пор. Их получают на основе портландцемента. Если бетон автоклавного твердения, то используют известково-шлаковые, известково-зольные и другие вяжущие. В качестве заполнителей применяют пористые материалы с насыпной плотностью 100-1 200 кг/м³: гранулированный шлак, шлаковую пемзу, аглопорит, вспученный перлит и т. д.

Керамзит — прочный и легкий материал, имеющий плотность 250-800 кг/м³. Керамзит выпускают в виде песка, гравия и щебня, которые получают в результате обжига легкоплавких глин при температуре около 1 200°С.

Шлаковую пемзу получают из расплавленных шлаков, которые охлаждают воздухом, водой или паром, при этом происходит их вспучивание.

Перлит - сыпучий материал в виде мелких пористых зерен белого цвета, который получают в результате кратковременного обжига гранул из вулканических водосодержащих стеклообразных пород. При температуре 950-1 200°С из материала интенсивно испаряется вода, пар вспучивает и увеличивает частицы перлита в 10-20 раз. Плотность вспученного перлита 50-430 кг/м³.

Вспученный вермикулит - сыпучий теплоизоляционный материал в виде чешуйчатых частиц серебристого цвета, получаемый в результате измельчения и обжига водосодержащей слюды. Насыпная плотность вермикулита составляет 75-200 кг/м³.

Топливные шлаки - пористые кусковые материалы, образующиеся в топке при сжигании антрацита, каменного и бурого угля.

Аглопорит получают в результате спекания гранул из смеси глинистого сырья с углем. Насыпная плотность аглопоритового щебня-300-100 кг/м³.

В настоящее время широкое распространение в строительстве получили керамзитобетон, ячеистый бетон, пенобетон, газобетон. Пенобетон получают из смеси цементного теста с пеной, имеющей устойчивую структуру при застывании вплоть до отвердения. Опилкобетон представляет известково-цементное тесто, смешанное со смесью опилок и песка.

Пенопласты представляют собой пористые пластмассы, получаемые при вспенивании и термообработке полимеров. В ячеистых пластмассах поры занимают 90-98% объема материала. Они очень легки, не загнивают, достаточно гибки и эластичны. Недостаток пенопластов - их ограниченная теплостойкость и огнеопасность. Пенопласты выпускаются жесткими и эластичными. Они легко обрабатываются, их можно склеивать между собой и другими материалами. Для склеивания применяют дифенольные каучуковые и эпоксидные клеи. Пористые пластмассы вырабатывают на основе полистирольных, поливинхлоридных, полиуретановых, фенольных и карбомидныхсмол. Наибольшее распространение получили: пено-полистирол, пенополиуретан, мипора.

Сотопласты выпускают в виде гофрированных листов бумаги, хлопчатобумажной или стеклянной ткани, пропитанной полимером и антипиреном. Сотопласты представляют собой регулярно повторяющиеся ячейки правильной геометрической формы. Его используют в качестве утеплителя в трехслойных панелях из алюминия или асбестоцемента.

Стеклянная вата получается вытягиванием расплавленного стекла и превращением его в шелковистые тонкие гибкие нити белого цвета. Из нее изготавливают маты и полосы, прошитые крученными стекловолокнистыми нитями.

Пеностекло характеризуется высокой водостойкостью и прочностью, применяется для утепления стен, перекрытий, кровли, для изоляции подвалов и холодильников.

Цементный фибролит является хорошим теплоизоляционным материалом, состоящим из смеси тонких древесных стружек (древесной шерсти), портландцемента и воды, которая подвергнута тепловой обработке и разрезана на плиты.

Арболит изготавливают из смеси портландцемента, дробленой деревянной стружки и воды. Вместо стружки используют щепу, опилки, костру. Из арболита выпускают плиты плотностью в сухом состоянии 500 кг/м³.

Древесно-стружечные плиты (ДСП) изготавливают из отходов фанерного и мебельного производства или из неделовой древесины, перемешивают с жидкими полимерами, прессуют и при повышенной температуре высушивают. Для обеспечения биостойкости плит их пропитывают антисептиками (бура, фтористый натрий и др.), ан-типиреномином, гидрофобизирующими веществами. ДСП выпускают различной плотности. Используют для теплоизоляции, а также в качестве конструкционного и отделочного материала.

Древесно-волокнистые плиты (ДВП) изготавливают из древесных или растительных волокон, а также костры, камыша, хлопчатника и т. п. материалов. Применяют для подшивки потолков, устройства перегородок, настилки полов, изготовления мебели и т. д. Изоляционные древесно-волокнистые плиты используют для тепло-и звукоизоляции помещений.

3.2. Стекломатериалы, применяемые в строительстве

Стекло представляет собой прозрачный материал, изготавливаемый из кварцевого песка, известняка, соды, сульфита натрия в стекловаренных печах при температуре около 1 500°С.

Существует большое количество разновидностей стекла и изделий из него. Оконное листовое стекло является наиболее распространенным. Оно используется для остекления оконных и дверных проемов, отделки зданий внутри и снаружи. Стекло выпускают листами длиной 0,25-2,2 м, шириной 0,25-4,6 м и толщиной 2-6 мм. Обычное стекло пропускает около 85-90% света.

Витринное стекло изготавливают полированным, размером по длине до 6 м, шириной 3 м и толщиной 6-10 мм.

Орнаментное стекло представляет листовое изделие, одна поверхность которого гладкая, а другая - узорчатая.

Армированное стекло содержит запрессованную металлическую сетку из хромированной или никелированной проволоки. При разрушении стекла осколки удерживаются арматурной сеткой, что повышает его безопасность, особенно при разрушении на высоте. Оно выпускается золотисто-желтого, зеленого, голубого и лилово-розового цвета. Устанавливается в дверные проемы, используется для ограждения лестниц, балконов, лоджий, лифтовых шахт, перегородок. Выпускается размером по длине 1,5 м, шириной 0,8 м и толщиной 6 мм.

Светорассеивающее стекло выпускается матовым и узорчатым. Его используют для остекления окон, дверей и перегородок, когда необходимо обеспечить освещение помещения внутри без сквозной видимости.

Увиолевое стекло значительно лучше, по сравнению с оконным, пропускает ультрафиолетовые лучи. Его используют в северных районах, а также для сооружения лечебных учреждений, теплиц по выращиванию растений, помещений для зимнего выгула животных и птиц.

Закаченное стекло в 5-8 раз прочнее обыкновенного; его используют для остекления витрин, дверей, перегородок, окон на транспортных средствах, а также для изготовления стеклопакетов. Его получают путем нагрева до температуры 600-680°С и резкого равномерного охлаждения. Листы закаленного стекла, покрытые с внутренней стороны цветными керамическими красками, называют стемалитом. Его применяют для остекления дверей, перегородок и для устройства многослойных панелей.

Солнце- и теплозащитное стекло в зависимости от состава может пропускать лучи различной длины, т. е. обладать свойствами селективного пропускания света и быть теплоотражающим или теплопоглощающим. В состав последнего вводят закись железа, в результате чего стекло задерживает до 75% тепловых инфракрасных лучей.

Пустотелые стеклянные блоки получают свариванием отпрессованных из стекломассы половинок. Благодаря наличию на лицевой стороне рисунка стеклоблоки имеют рассеивающую способность. Их изготавливают бесцветными или окрашенными в различные цвета. Стеклоблоки выпускают размером 294x294 мм и толщиной до 98 мм.

Стеклопакеты представляют прозрачные изделия, состоящие из двух или нескольких листов стекла, соединенных по периметру так, что между ними образуется замкнутое пространство, заполненное сухим воздухом или газом. В зависимости от типа соединения стекол они могут быть клеенными, паянными или сварными. Толщина пространства между стеклами составляет 12-20 мм. Благодаря герметичности стеклопакетов они изнутри не запотевают, не замерзают и не покрываются пылью. Они весьма эффективны с точки зрения теплоизоляции и звукоизоляции при остеклении оконных проемов, они не замерзают при температуре - 40°С, не запотевают и не требуют внутренней протирки.

Стеклянные трубы представляют собой прозрачные цилиндрические изделия с открытыми торцами. Они находят применение для устройства трубопроводов по транспортировке различных жидкостей и газов, в т. ч. кислот, щелочных растворов и пищевых материалов. Стеклянные трубы можно эффективно использовать для пневмотранспорта, электроизоляции и т. п.

3.3. Гидроизоляционные, герметизирующие, уплотняющие и кровельные материалы

Для гидроизоляции строительных элементов наиболее часто применяют материалы типа рубероида, толя, пергамина, стеклору-бероида, гидроизола, гидростеклоизола, фольгоизола, битумной, дегтевой, битумно-резиновой изоляционной мастики и др. Указанные материалы должны быть водостойки, водонепроницаемы, стойки к атмосферным воздействиям.

Рубероид представляет собой рулонный материал, получаемый путем пропитки кровельного картона расплавленным легкоплавким битумом, нанесения на него покрытия с одной или с двух сторон тугоплавким битумом и мелкозернистого минерального порошка, слюды или другой присыпки, которая предотвращает слипание материала в рулонах. Для верхних слоев многослойного кровельного ковра при изготовлении мягкой кровли применяют рубероид кровельный с крупнозернистой посыпкой с лицевой стороны и пылевидной с нижней стороны. Толь получают двукратной пропиткой картона дегтевыми продуктами. Иногда толь выпускают с песчаной посыпкой с одной или двух сторон, применяют такое изделие для нижнего или верхнего кровельного ковра.

Пергамин получают из кровельного картона пропиткой нефтяными битумами, используется как кровельный подкладочный материал под рубероид и для пароизоляции.

Стеклорубероид получают нанесением битума на стеклохолст и покрытием с одной или двух сторон крупнозернистой, чешуйчатой или мелкозернистой посыпкой. Гидроизол изготавливают пропиткой нефтяным битумом асбестового или асбестоцеллюлозного картона. Гидростеклоизол получают покрытием стеклоткани смесью битума, молотого талька, магнезита и пластификатора.

Фольгоизол является двухслойным материалом, состоящим из тонкой алюминиевой фольги и покрытым с нижней стороны слоем битумно-резинового состава. Его применяют для устройства кровли, парогидроизоляции, а также для герметизации стыков панелей. Фольгорубероид состоит из слоя алюминиевой фольги, покрытой с двух сторон битумно-резиновой мастикой; применяют для гидроизоляции подземных частей строительных элементов. Изол является кровельным материалом, который изготавливается из смеси нефтяного битума и материалов, содержащих каучук, каменноугольную смолу, минеральные наполнители и антисептики. Изол эластичен, биостоек, невлагоемок, долговечнее рубероида в два раза.

Битумы и дегти, а также мастики на их основе применяют для гидроизоляционных и кровельных работ. Они являются водостойкими и водонепроницаемыми материалами, стойкими к атмосферным воздействиям. В строительстве в основном применяют нефтяные битумы, которые выпускаются в твердом, полутвердом и жидком состоянии. При кровельных работах рекомендуется применять теплостойкие битумы с температурой размягчения не менее 70—90 °С. Битумная мастика представляет собой однородную массу из нефтяных битумов, пылевидных или волокнистых наполнителей (известняковый, доломитовый, кварцевые порошки, тальк, минеральная вата и т. п.), антисептиков и добавок. Наполнители позволяют уменьшить расход битума, повысить его эластичность и теплостойкость. Битумно-резиновая изоляционная мастика более эластична за счет резиновой крошки и пластификатора, она также морозостойка. Дегтевые мастики состоят из дегтевого вяжущего материала и наполнителей. Битумно-каучуковая мастика включает в себя 85% нефтяного битума и 15% этиленпропиленового каучука.

Кровельное железо выпускают оцинкованным и неоцинкован-ным, плоским и предварительно спрофилированным с целью повышения его жесткости, технологичности сочетания с сопрягаемыми элементами, а также для улучшения эстетичности конструкций кровли, ограждений и других элементов. В последнее десятилетие в нашей республике расширяется применение металлочерепицы, которую изготавливают по специальным технологиям, обеспечивающим высокую антикоррозионную стойкость стали. Основой таких технологий являются металло- и полимерные покрытия.

3.4. Применение сборного и монолитного бетона в строительстве

Бетон и железобетон начали применять сравнительно недавно, 180-150 лет тому назад. По влиянию на развитие мировой цивилизации изобретение бетона и железобетона можно ставить в ряд наиболее выдающихся открытий. Железобетон начали активно применять в странах СНГ с 1930 г. Из монолитного железобетона выполняют несущие конструкции промышленных зданий (фундаменты, колонны, каркасы промышленных и жилых зданий, подкрановые балки, перекрытия и даже стены, балочные и безбалочные), возводят жилые здания, элеваторы, бункеры, емкости и подземные сооружения.

Бетон соответствует всем основным требованиям, предъявляемым к прогрессивному строительному материалу, а именно: высокая прочность и долговечность эксплуатации, хорошая сочетаемость с другими материалами, широкая возможность использования огромных сырьевых запасов и отходов, продуктов утилизации, высокая технологичность, эстетичность, экологическая безопасность, низкая энергоемкость и экономичность процесса. Бетон выпускают легкий, ячеистый, напряженный, водостойкий, жаропрочный, с полимерными и другими наполнителями, Из бетона можно делать станины крупных машин, морские суда и нефтяные платформы.

С 1950 г. сборные железобетонные конструкции начали применять во все возрастающих масштабах в промышленном строительстве. Вначале производство сборного бетона было организовано на специализированных технологических линиях в специализированных цехах мощных строительных предприятий. Объем применения сборных железобетонных конструкций в 1990 г. составил около 60% общего объема выпуска железобетона. Ориентация на строительство комбинатов крупнопанельного домостроения большой мощности породило унификацию типовых серий сборных элементов и, как следствие, однообразие строящихся зданий. Было снижено внимание к кирпичному домостроению, значительные средства затрачены на объемно-блочное строительство. В угоду конъюнктуре выбирались сборные варианты вместо монолитных, что не всегда было рационально. Концентрация производственных мощностей приводила к нецелесообразной перевозке строительных изделий на большие расстояния. В настоящее время наблюдается неоправданный отказ от сборного железобетона, несмотря на наличие развитой производственной базы.

Производство сборного железобетона расширяется в связи с возможностью обеспечения высокого качества сооружаемых строительных объектов. В Республике Беларусь около 80% общего объема выпуска сборного железобетона составляют различные виды плоских и линейных конструкций (стеновые панели, плиты перекрытий и кровли, перегородки, площадки и т. д.). Ориентировочная структура производства различных видов конструкций в общем объеме сборного железобетона выглядит так: фундаменты - 8%; элементы каркаса зданий - 10%; стеновые элементы и элементы зданий - 35%; плиты покрытий и перекрытий - 30%; мостовые конструкции, опоры ЛЭП, шпалы, трубы и т. д. - 13%.

Для производственных зданий наиболее рационально изготавливать в виде сборных конструкций фермы, стропильные балки, подстропильные конструкции, плиты перекрытий, плиты на пролеты, колонны, каркасы многоэтажных зданий, перемычки, панели, блоки для наружных стен из легких бетонов, забивные сваи, бетонные и железобетонные фундаменты массой до 3 т. Из сборного железобетона в настоящее время изготавливается примерно 70% конструкций производственных одноэтажных зданий, а многоэтажных - примерно 30%.

В жилищном строительстве в сборном железобетоне целесообразно выполнять крупнопанельные здания высотой до 16 этажей, а при обосновании и выше, в первую очередь при использовании легких бетонов для ограждающих и несущих конструкций, блоков из легких и ячеистых бетонов, плит перекрытий и покрытий, лестниц и других элементов.

В связи с повышением требований и увеличением термического сопротивления ограждающих конструкций значительная роль принадлежит ячеистому бетону, плотность которого может достигать 100 кг/м³. Расширение применения ячеистых бетонов для теплоизоляции в многослойных конструкциях и стеновых блоках является одним из основных путей снижения энергозатрат в строительстве. Кроме того, использование высокопрочного бетона в несущих конструкциях зданий позволит получить значительную экономию цемента, энергии и снизить транспортные расходы и трудоемкость строительства.

Проблема ускорения твердения бетона является одной из важнейших в технологических процессах производства сборных железобетонных изделий. Несмотря на то, что активно разрабатываются химические добавки-ускорители твердения бетона, тепловая обработка паром будет являться основным методом. Однако постепенно будут приходить более эффективные способы интенсификации твердения бетона, в частности, электротермообработка, которая позволяет снизить расход энергии более чем в 2 раза.

Производство бетона по своему технологическому содержанию можно отнести к химическому производству, так как твердение бетона происходит в результате протекания сложных химических реакций. Прочность бетона зависит от соотношения и качества используемых при этом составляющих материалов. Отсюда вытекает необходимость строгого контроля и свойств исходного сырья, и технологических параметров, что можно успешно решить, только применяя средства автоматизации.

Одним из основных направлений повышения эффективности бетона является его химизация, применение специальных добавок, улучшающих свойства бетона как на стадии приготовления и укладки, так и на стадии эксплуатации. Добавки подразделяются на регулирующие свойства бетонной смеси (пластифицирующие, ускоряющие, замедляющие, воздухововлекающие и т. д.), повышающие прочность, коррозионную стойкость, морозостойкость.

Современная технология приготовления бетона характеризуется применением тщательно промытых и отсортированных заполнителей, точной дозировкой добавок и в перспективе должна стать тонкой химической технологией, что определит значительное повышение качества изготавливаемых строительных объектов.

По объему производства и применению монолитный бетон существенно опережает другие виды строительных материалов. На изготовление бетона для монолитного строительства расходуется более половины мирового объема производства цемента. В монолитном исполнении возводятся промышленные и жилые здания, объекты социального и культурного назначения, плотины, энергетические комплексы, телевизионные башни и т. д. В последние годы наметились тенденции к увеличению применения монолитного бетона с использованием специальной опалубки, высокопроизводительной технологии и комплексной механизации и автоматизации, транспортирования и укладки бетонной смеси. Возведение строительных объектов с использованием монолитного бетона открывает возможность повышения качества архитектурных решений при снижении затрат ресурсов. Экономические преимущества монолитных железобетонных конструкций по сравнению с кирпичным и полносборным строительством характеризуется снижением затрат на создание производственной базы на 20-30%, расход стали уменьшается на 10-15%, энергоемкость - до 30%, суммарные трудовые затраты- на 25%. Монолитный бетон и железобетон также характеризуется несколько меньшими расходами цемента по сравнению со сборным железобетоном, но средняя его прочность ниже, а трудоемкость арматурных работ в 1,5-2 раза выше.

Наиболее рациональные области применения монолитных железобетонных конструкций являются фундаменты под колонны и оборудование, подземные конструкции (подвалы, тоннели и т. п.), несущие элементы зданий, каркасы и перекрытия многоэтажных зданий, стволы жесткости высотных сооружений.

Расход основных строительных материалов в монолитных железобетонных сооружениях различен и зависит от их конструкции и назначения, прочностных характеристик материалов. В среднем расход бетона на 1 м² общей площади многоэтажного жилого здания составляет 0,4-0,7 м³, а стали - 35-70 кг.

Монолитные решения эффективны в инженерных сооружениях. Это емкости различного назначения; дымовые трубы; градирни и т. п.; автодороги; мосты; очистные танки; тоннели; плотины ГЭС; фундаменты; реакторные отделения АЭС и корпуса реакторов и защитных оболочек; корпуса тепловых аккумуляторов и т. д.

Бетонную смесь приготавливают как в условиях строительной площадки, так и на заводах в бетоносмесительных установках стационарного или передвижного типа. Процессы дозирования составляющих, перемешивания и выгрузки полностью компьютизирова-ны. Распечатка сопроводительной документации содержит сведения о марке цемента, данные о продукции, времени ее доставки, адрес и маршрут движения автобетоновоза. Одна транспортная единица перевозит в год примерно 5 тыс. кубометров бетонной смеси. Средняя дистанция транспортирования обычно не превышает 20 км. При перевозке бетона на дальние расстояния для предупреждения его схватывания в него вводят добавки-замедлители.

Применение современной технологии укладки бетона при помощи автобетононасосов и использование пластификаторов предъявляет повышенные требования к конструктивным решениям опалубки. Разработаны основные типы универсальных опалубок: разборно-переставная, мелкощитовая, блочная, скользящая, объемно-переставная, греющая, несъемная многофункционального назначения. Объем бетона, укладываемого в унифицированные опалубки, в настоящее время составляет 70-80%. Для опалубок используются такие материалы, как ламинированная фанера, металлоконструкции облегченного профиля, стеклопластики, алюминиевые панели и т. д.

Наиболее распространенная разборно-переставная опалубка, готовые элементы которой в виде щитов или коробов демонтируются после набора бетона и его затвердевания; монтируется вновь на следующем участке бетонирования. Современные системы переставной опалубки для строительства монолитных многоэтажных зданий могут иметь размеры 9x12 мм и массу до 12 т.

Скользящая опалубка поднимается, опираясь на готовую конструкцию непрерывно или периодически с определенным шагом, применяется для бетонирования высотных сооружений. Скорость подъема опалубки определяет весь технологический цикл. Темп бетонирования в зависимости от условий выдерживания бетона обычно равен 3—4 м в сутки. Скользящая опалубка может также перенастраиваться для образования сложных поверхностей.

Значительный резерв повышения эффективности использования монолитного железобетона в массивных конструкциях - внедрение несъемной опалубки в виде тонкостенных элементов из армоцемента, стеклофиброцемента или тонких железобетонных плит. Перспективно применение в малоэтажном строительстве несъемной опалубки из пенополистирола. Она собирается насухо из отдельных блоков толщиной 7-10 см с применением связей между наружным и внутренним слоями. После затвердевания залитого бетона такая стена снаружи оштукатуривается по сетке из стекловолокна или стали.

Можно прогнозировать расширение использования монолитного бетона при возведении оригинальных по назначению и по архитектуре административных и жилых зданий с развитием и совершенствованием технологии устройства опалубки, которая позволит разнообразить архитектурные формы.

3.5. Устройство дополнительной теплоизоляции зданий

Сооружаемые и эксплуатируемые здания часто не соответствуют современным требованиям по экономному использованию тепловой энергии. Для повышения теплозащитных характеристик наружных стен при строительстве и ремонте зданий целесообразно устройство дополнительных слоев теплоизоляции. Теплоизоляционный материал, повышая сопротивление теплопередаче стены, оказывает заметное влияние на влажностный режим ограждения (стены). Неправильно установленный утеплитель может привести к снижению санитарно-гигиенических характеристик стены и всего помещения, вызвав повышение влажности.

Теплоизоляционный слой можно устанавливать с наружной, внутренней, а также одновременно с наружной и внутренней сторон стены. При внутреннем расположении теплоизоляции наблюдается скопление влаги в толще стены на границе с утеплителем. При устройстве теплоизоляции с наружной стороны стены она становится более теплоустойчивой. Паропроницаемый утеплитель не дает скапливаться влаге в стене, обеспечивая естественную просушку ограждения. Стена аккумулирует теплоту, так как утеплитель задерживает ее в ограждении, изолируя ее от холодного воздуха, и повышает температуру в толще стены. Естественная диффузия водяных паров и повышенная температура ограждения положительно сказывается на теплотехнических характеристиках стены. Однако в этом случае требуется устройство специальных защитных покрытий теплоизо-ляторов от неблагоприятного воздействия факторов окружающей среды: устройство поверх утеплителя прочного пароизоляционного материала типа известковой штукатурки, керамических плиток, ограждающих профилированных металлических или неметаллических элементов.

Установка пароизоляции и утеплителя одновременно с внутренней и наружной сторон стены препятствует высыханию материала конструкции и способствует скоплению влаги в толще ограждения. Такое решение недопустимо для деревянных стен, а также для стен первых этажей.

При утеплении здания с наружной стороны используют различные материалы: минераловатные плиты, полистирольные пено-пласты, штукатурные растворы, плиты из ячеистых бетонов. Теплоизоляционные плиты или блоки крепятся к стене на специальных клеевых составах, а также с помощью дюбелей, гвоздей, шурупов, деревянных брусков и реек, металлических столиков и т. д. При нанесении штукатурных материалов используют металлические или пластиковые сетки, которые крепят на соответствующих элементах, соединенных со стеной.

Второй вариант теплоизоляции может быть реализован на принципе вентилируемого фасада, при котором на фасаде здания монтируется каркас, в нем крепится утеплитель, а поверх каркаса навешиваются облицовочные панели. При этом между утеплителем и облицовкой предусматривается зазор, по которому свободно циркулирует воздух. Этот воздух удаляет влагу, испаряющуюся из поверхности стены, не давая ей задержаться в утеплителе. Фасад вместе с утеплителем дышит, и его теплоизолирующая способность постоянно сохраняется на определенном уровне. Этот технологический процесс свободен от нанесения клеевого или штукатурного составов, а также созданы условия для неограниченного выбора вариантов облицовки панелей из различных материалов, разного размера и различной текстуры и расцветки. Кроме того, наблюдается высокая шумоизолирующая способность вентиляционного фасада, повышается технологичность монтажа.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ И МЕБЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Технологические процессы, применяемые в лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Эта промышленность Республики Беларусь имеет устойчивые темпы развития. Удельный вес отрасли в структуре промышленного комплекса республики составлял в 2006 г. - 4,4%, в 2003 г. - 5,4%, в 1990 г.- 4,4%. Среднегодовая численность промышленно-производственного персонала за 1991-2006 гг. увеличилась более чем на 13%. Эта промышленность в настоящее время насчитывает около 5 000 предприятий и производств. В том числе находящихся на самостоятельном балансе — 323 (2003 г.). Рентабельность выпускаемой продукции в 2003 г. составляла 10,4%. В структурном отношении лесопромышленный комплекс делится на четыре отрасли -лесозаготовительную (лесоэксплуатационную), деревообрабатывающую, целлюлозно-бумажную и лесохимическую

Лесозаготовительная промышленность заготавливает ежегодно около 7,5 млн м³ древесины и производит 13,55 валовой продукции лесопромышленного комплекса. Ежегодные заготовки древесины составляют около 1% общего запаса, при этом вырубается примерно 50% среднего ежегодного прироста древесины.

Деревообрабатывающая промышленность производит из древесины материалы (доски, брусья, бруски, рейки и т. д.), мебель, рамы, двери, строительные деревянные элементы, паркет, фанеру, древесно-стружечные (ДСП) и древесно-волокнистые (ДВП) плиты, спички, тару и т. п., ее доля в структуре комплекса составляет 65%. Наибольшей ее составляющей является мебельная промышленность, которая производит около 38% валовой продукции комплекса и 57,6% всей деревообрабатывающей подотрасли. В настоящее время в Республике Беларусь работает свыше 300 мебельных предприятий, среди которых наиболее мощными являются «Бабруйскмебель», «Гомельдрев», «Минскмебель», «Витебскдрев» и «Пинскдрев». Беларусская мебель успешно поставляется в страны СНГ, Россию, дальнее зарубежье (Австрию, Венгрию, ФРГ, Нидерланды, Швецию и др.). Заметной частью комплекса является предприятия по производству фанеры, ДСП и ДВП. Сейчас в Беларуси работает шесть фанерных предприятий общей мощностью 183,5 тыс. м³фанеры в год, около 70% фанеры экспортируется. Деревообрабатывающее и мебельное производство одно из наиболее древних видов деятельности. Республика Беларусь для развития этой отрасли имеет достаточно хорошую сырьевую базу, столетиями наработанные опыт и традиции. Общий запас древесины на корню составляет около 800 млн м³, в том числе спелой древесины - 85 млн м³. Для устойчивого функционирования деревообрабатывающих предприятий республике необходимо заготавливать ежегодно около 7 млн м³ древесины, из которой 42% потребляет строительная промышленность, 34% деревообрабатывающая отрасль, остальная перерабатывается другими промышленными производствами, в том числе и энергоотраслью. Лесистость территории Республики Беларусь составляет 34,5%, при условии высокой культуры лесного хозяйства и применении прогрессивных технологических процессов деревоперерабатывающих производствах лесистость не должна превышать 25%. В Республике Беларусь ежегодно добывается сосна (60%), ель (9%), дуб (3,6%), береза (16%), черная ольха (8%), осина (2%), другие породы древесины (1,4%). Твердые породы древесины (бук, граб, красное дерево, ясен, орех и др.) импортируются и используются, как правило, для облицовки (отделки) изделий. В целом, ввоз и вывоз древесины из республики приблизительно равен.

Предприятия деревообработки подразделяются на предприятия с полным технологическим циклом, когда производственный процесс начинается из раскроя бревен и заканчивается готовым изделием из древесины (двери, рамы, шкафы, стулья и т. д.) и производства с неполным технологическим циклом (мебельное предприятие, фабрика по производству фанеры, древесностружечной плиты и т. д.). В свою очередь мебельные предприятия бывают двух типов:

— КМД-предприятия по производству мебельных деталей, сборочных единиц высокой степени готовности (щиты, бруски, гну-токлеенные детали и т. д.);

— ОСП-отделочно-сборочные предприятия мебельного производства, где полуфабрикаты из дерева окончательно обрабатывают, отделывают, подвергают лакокрасочным покрытиям, производят частичную или полную сборку и упаковывают.

Общая структура технологического процесса изготовления изделий из дерева (древесины) включает в себя следующие стадии:

1) сушка (досушка) заготовок из древесины;

2) раскрой заготовок на штучные полуфабрикаты;

3) пластификация и гнутье массивной древесины с целью получения заготовок с заданной изогнутой продольной осью в соответствии с чертежом детали;

4) первичная механическая обработка;

5) склеивание и облицовывание (фанеровка, покрытие шпоном) основной древесины декоративным слоем материала;

6) повторная механическая обработка полуфабрикатов;

7) отделка и окраска;

8) комплектование, сборка, упаковка и т. д.

Сушка древесины выполняется на предприятиях в естественных условиях, но чаще в специальных сушильных камерах, так как сушка в естественных условиях очень длительный процесс (не менее года). Сушка необходима для того, чтобы древесина стала более технологична в обработке резанием, кроме того высушенная древесина до влажности не более 10% не имеет склонность к короблению и сохраняет приданную ей форму в процессе обработки и эксплуатации в нормальных температурно-влажностных условиях. Для сушки древесины в естественных условиях заготовки в виде досок, бруса или брусков аккуратно укладываются в штабеля таким образом, чтобы между заготовками в одном ряду был достаточный зазор для свободного прохода воздуха. Причем укладывают заготовки так, чтобы они не имели свободной возможности изменять свою геометрическую форму. Стопки или штабеля древесины должны быть защищены от дождя, влаги от почвы и прямых солнечных лучей. Способ не требует больших капитальных затрат, но малопроизводительный, часто сочетается с искусственной сушкой древесины в сушильных камерах, в которых необходимые условия создаются с помощью пара, электрических нагревательных элементов или токов высокой частоты.

Раскрой древесины реализуется в несколько этапов. Вначале раскраиваются бревна, в котором кора составляет 10-12%, ее желательно удалить перед раскроем. Бревна раскраивают на доски, бруски или брусья на пилорамах, на которых зубчатые пилы совершают возвратно-поступательное движение, в установках с ленточной или дисковой зубчатой пилой. Выбор раскройного оборудования определяется качеством раскроя, отходами древесины в виде опилок (не более 11-15%) и безвозвратными потерями древесины (не более 4-6%), а также производительностью процесса. Обычно выход годных пиломатериалов составляет 53-65% от объема бревна. Бревно или цельную заготовку можно раскраивать и на шпон с помощью специальных установок, работающих на принципе срезания специальным ножом тонкого слоя древесины различной толщины. Шпон применяют для отделки основной древесины путем приклейки его с целью значительного улучшения внешнего вида поверхности детали и повышения ее прочности.

Раскрой фанеры, древесностружечных, древесноволокнистых, столярных и склеенных из кусочков цельной древесины плит на черновые штучные заготовки выполняется сквозными резами с помощью одно- или многопильных прорезных установок с ручной или механической подачей. В качестве инструмента применяют дисковые или ленточные зубчатые пилы. При этом применяют три схемы раскроя: продольную, поперечную и смешенную.

Раскрой досок или брусков выполняется на прорезных и торцовочных станках с ручной или механической подачей. Часто для этих целей применяют так называемые циркулярные станки. При массовом производстве применяют автоматизированное оборудование, в том числе с программным управлением и лазерным считывающим лучом, который обнаруживает дефектные места (сучки, трещины, вырывы и т. п.) и подает сигнал на управляющий блок. Система автоматически выберет наиболее рациональную схему раскроя и обеспечит высокое качество заготовок.

Пластификация и гнутье цельной древесины производят в три стадии: 1) повышение пластичности древесины за счет пропа-ривания, проваривания и нагрева ее до температуры 102-105°С, обработки аммиаком, пропитки древесины железными и алюминиевыми квасцами, хлористыми калием или магнием; 2) гибка в специальных установках с использованием спецоснастки; 3) сушка с целью стабилизации формы. Гибка заготовок составленных из большого количества тонких полуфабрикатов (шпона, тонких досок, тонких реек или брусков и т. д.) выполняется одновременно со склеиванием их и последующей сушкой в спецоснастке. Изготовление деревянных деталей этим способом позволяет значительно сократить отходы древесины по сравнению с механической обработкой подобных изделий, повысить их прочность, кроме того расширяются технологические возможности получения сложных и эстетически красивых форм деталей.

Первичная механическая обработка направлена на выполнение отверстий, шипов, фасок, скосов, углов определенного профиля, строжки по толщине и торцам заготовок с помощью фуговалъно-строгальных, фрезерных, долбежных, сверлильных и других станков. После первичной механической обработки получают черновую заготовку, которая затем поступает на облицовку шпоном, приклеивание к ней конструктивных и декоративных элементов. Эта обработка может выполняться при ручной и механической подаче в рабочую зону, а также в автоматических установках.

Склеивание и облицовывание (фанеровка, наклейка шпона или пленочно-листовых материалов с целью облагоаживания поверхностей и повышения их формоустойчивости, крепление конструктивных и декоративных реек) полуфабрикатов выполняется с применением современных клеящих составов (термореактивные и термопластичные, карбамидные, поливинилацетатные, каучуковые, белковые, формалиндегидные, полихролопреновые и другие клеи) и прогрессивного прессового или другого оборудования, которое обеспечивает строгое соблюдение всех технологических параметров, в том числе давления и температуры.

Повторная механическая обработка включает в себя удаление излишков шпона, сверление и долбление недостающих отверстий, выполнение шипов, профилирование внутренних и внешних углов кромок и т. п. Повторная механическая обработка предусматривает шлифовку поверхностей заготовок с помощью шлифовальной шкурки различной зернистости на специальном оборудовании. Шлифовка - трудоемкий и несовершенный технологический процесс, поэтому по мере возможности надо его исключать, но не в ущерб качеству обработки.

Отделка и окраска деревянных изделий предназначена для их защиты от воздействия вредных факторов окружающей среды, декоративной отделки и придания им требуемых свойств для эстетического восприятия. На этой стадии важно иметь необходимый ассортимент отделочных и лакокрасочных материалов, применять прогрессивные технологические процессы отделки, оборудование и инструмент. Весьма важная роль при этом принадлежит металлической и пластмассовой фурнитуре, которая помимо функционального предназначения имеет декоративное значение.

Комплектация, сборка и упаковка для многих готовых деревянных изделий в настоящее время является весьма важной стадией изготовления, небрежное выполнение которой может свести на нет расходы ресурсов по предыдущим этапам. Для удобства транспортировки, погрузки и разгрузки, установки у потребителя рациональным является изготовление разборной или корпусной мебели, которая позволяет при оптимальных затратах ресурсов обеспечить большое количество различных вариантов ее компоновки при высоком качестве конечных результатов работы.

Подготовленные к упаковке готовые детали складываются в пакеты, заворачиваются в гофрированный или коробчатый картон и стягиваются пропиленовой лентой. Упаковка может выполняться вручную или с применением специальных упаковочных станков. В последнее время для предохранения поверхностей мебельных деталей от различного рода повреждений применяется пузырьковая полиэтиленовая пленка.

Научно-технический прогресс в деревообработке и мебельном производстве направлен на непрерывное совершенствование традиционных и разработку новых технологических процессов, которые позволяют: заметно повысить качество изготавливаемых изделий; снизить расход материалов, энергии, трудозатрат и других ресурсов; повысить производительность труда при эффективном использовании основных и оборотных ресурсов предприятия; значительно улучшить условия труда и экологическую ситуацию. При этом огромное значение имеет разработка и внедрение новых материалов, обладающих высокой технологичностью обработки и эксплуатации, а также внедрение современных видов деревообрабатывающего инструмента и оборудования.

Целлюлозно-бумажная промышленность производит примерно 20% валовой продукции лесопромышленного комплекса. В 2005 г. произведено 60,6 тыс. т целлюлозы, которая является прекрасным сырьем для производства бумаги, картона и искусственных тканей.

Лесохимическая промышленность производит скипидар, канифоль, различные клеи, кормовые дрожжи, этиловый спирт, дубильные экстракты, фурфурол и др. Она дает около 1% валовой продукции лесопромышленного комплекса.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Наиболее эффективный вариант из числа возможных выбирают на основании технико-экономических расчетов. При этом используют абсолютные и относительные показатели экономической эффективности.

Для технологических процессов показателем абсолютной экономической эффективности Э является отношение разности между оптовой ценой Ц предприятия и себестоимостью С продукции к капитальным вложениям К, которые необходимы для реализации этого техпроцесса:

Э = (Ц-С) / К (1)

Значение Э сопоставляют с соответствующим значением отраслевого норматива Е, и если значение Э>Е, то предполагаемые капитальные вложения эффективны. Норматив абсолютной экономической эффективности зависит от отраслевой принадлежности предприятия, в среднем он составляет Е=0,160.

Сравнительная экономическая эффективность одного варианта технологического решения определяется по расчетному коэффициенту сравнительной экономической эффективности Е_р или по расчетному сроку окупаемости Т_р дополнительных капитальных вложений за счет экономии на себестоимости:

Ер = (C1 - С2) / (К2- К1) (2)

Тр = (К2 – K1) / (С2 - С1) (3)

Вариант считается эффективным, если Е_Р>Е или Т_Р<Т_Н. Если под С1 и С2 подразумевают себестоимость единицы продукции, то под К1 и К2 - удельные капиталные вложения, отнесенные к единице произведенной продукции при новом и старом варианте технологического процесса. При осуществлении различных вариантов их приводят в сопоставимый вид по обьему и качеству производимой продукции, а также по срокам осуществления вариантов. Если число вариантов более двух, то расчет сравнительной экономической эффективности ведут по величине приведенных затрат для каждого сравниваемого варианта.

W_i=C_i + E ∙ K_i (4)

Вследствие высвобождения рабочих возникает экономия от уменьшения простоев оборудования. Эту экономию можно подсчитать с помощью фондовооруженности (К_ф) рабочих на данном предприятии.

Общий годовой экономический эффект определяют из выражения:

Э_год=(С1+ЕК1)-(С2+ЕК2)+(е-1) ∙ ΔЭ+Е (К_фЧ_высв+Э_соц) (5)

где Ч_высв - число высвобожденных рабочих; ΔЭ - экономия живого труда.

Расчеты сравнительной экономической эффективности выполняют, как правило, на стадии разработки нового технологического процесса и проектирования нового оборудования, когда неизвестно конкретное место применения данного новшества или когда область применения новшества очень обширна. Если новые технологические процессы разрабатывают для конкретного предприятия, то расчеты выполняют по формуле (1). При расчетах необходимо определить с достаточной точностью и достоверностью слагаемые текущих (С) и капитальных (К) затрат.

При технологических расчетах цеховой себестоимости детали (С_цех_.) учитывают: М₀ - стоимость основных материалов; - стоимость вспомогательных материалов; З_о - заработную плату основных производственных рабочих (основную и дополнительную) с отчислением на социальное страхование; 3_вс - заработную плату вспомогательных рабочих с отчислением на социальное страхование; А„ - амортизационные отчисления от оборудования; А_то- амортизационные отчисления от технологического оснащения; Р_о- затраты на ремонт оборудования; И- затраты на инструмент и малоценные приспособления; Л - затраты на энергию для технологических целей; ПЛ - затраты на амортизацию и содержание производственных площадей; Р_у - затраты на ремонт и обслуживание управляющих устройств и программ; Б_р - потери на технологический брак.

Стоимость основных материалов с учетом утилизации отходов определяют по формуле:

МО = Ц_заг - G_omx ∙ Ц_omx (6)

где Ц_заг— цена заготовки, р/шт.

Стоимость вспомогательных материалов (M_в_c) определяют по заводским нормам расхода и по соответствующим прейскурантам на материалы с добавлением транспортно-заготовительных расходов (8-10%).

Заработная плата основных производственных рабочих при сдельных работах определяется как сумма расценок по всем операциям технологического процесса изготовления детали:

З_о = (∑g_i) ∙ αβγδ (7)

i=1

где g_i - сдельная расценка по операциям (р./шт.);

α - коэффициент, учитывающий премии и другие доплаты, увеличивающие фактический часовой заработок рабочего по сравнению с тарифной ставкой, обычно α = 1,2-1,4;

β - коэффициент дополнительной заработной платы (оплата отпусков, льготных часов несовершеннолетних и т. п.), β =1,07-1,09;

γ - коэффициент социального страхования, у = 1,14;

δ - коэффициент, учитывающий многостаночность работы и численность бригады, а также среднюю степень перевыполнения технически обоснованных норм.

При повременной оплате труда:

З_о = τI_cp ∙ αβγ (8)

где τ - трудоемкость изготовления детали (чел./час);

I_cp - средняя часовая ставка по выполняемым работам. Заработную плату вспомогательных рабочих рассчитывают либо прямым способом, либо косвенным (пропорционально сумме заработной платы основных рабочих).

Амортизационные отчисления от стоимости оборудования определяют из выражения:

А_о = (Ф ∙ Н_а/ 100N_год) ∙ η (9)

где Ф - первоначальная, с учетом переоценок, балансовая стоимость оборудования с учетом затрат на его модернизацию;

Н_а - годовая норма амортизации;

N_год - годовая программа выпуска данных деталей;

η - коэффициент загрузки оборудования по времени данными деталями, доли единицы.

Амортизационные отчисления от стоимости технологического оснащения рассчитывают по формуле:

A_mo = ∑Ф_то∙ n / Т_сл ∙ mo ∙ N_год (10)

i=1

где Ф_то - стоимость технологического оснащения;

п - число одинаковых штампов, пресс-форм, опок, кокилей и другой технологической оснастки и приспособлений (устройств), эксплуатируемых на данной операции;

т - число операций в технологическом процессе.

Затраты на ремонт оборудования можно определить исходя из нормативов годовых затрат на все виды ремонта, осмотры и межремонтное обслуживание:

P_o = (H_мK_м + H_эK_э) ∙ η ∙ K_m(11)

где H_м - норматив годовых затрат на ремонт механической части оборудования;

Н_Э - норматив годовых затрат на ремонт на ремонт электрической части оборудования;

К_м и К_э - категория сложности ремонта соответственно механической и электрической частей;

η - коэффициент загрузки оборудования по времени данными деталями;

К_т - коэффициент, зависящий от класса точности обслуживаемого оборудования.

Ориентировочно затраты на ремонт и обслуживание оборудования составляют 10-11% от стоимости оборудования и только в исключительных случаях поднимаются до 20-22%.

Суммарные затраты на режущий и измерительный инструмент:

И = И_р + И_п(12)

И_р = (Ф_и + П) / Т_сл ∙ и ∙ t_шт ∙ ηm (13)

Затраты на технологическую электроэнергию по каждой единице оборудования равны:

Л = N_э ∙ t_шт ∙ η_з.в. ∙ η_з.м. ∙ Ц_э / 6000 (14)

где N_э - установленная мощность электродвигателей, кВт;

η_з.в. и η_з.м. - коэффициент загрузки оборудования по времени и мощности (0,4-0,9);

Ц_э - цена 1 кВт-ч электроэнергии.

Затраты на содержание и амортизацию производственных площадей можно подсчитать исходя из норматива (Н_п) этих издержек на 1 м² площади в год, при этом учитывается количество смен работы оборудования. Удельную площадь П_у в расчете на единицу производственного оборудования можно получить, умножив габаритную площадь станка на коэффициент, учитывающий площадь, добавляемую по нормам техники безопасности и для удобства ремонта, обслуживания и эксплуатации. Этот коэффициент зависит от вида и габаритов оборудования и может быть в пределах от 1,5 до 3,5.

Затраты на содержание и ремонт управляющих средств определяют по формуле:

P_y = 350i / n (15)

где i - число смен работы устройств в течение суток;

п - число обрабатываемых деталей в год.

ЛИТЕРАТУРА

1. Александров, Л.П. Основы технологии важнейших отраслей промышленности: учеб. пособие / Л.П. Александров, В.И. Колганов, О.В. Молохов. -М., 1990.

2. Буслова, М.К. Новые технологии как фактор социальной динамики / М.К. Буслова. - М, 1996.

3. Буслова, М.К. Экономические основы технологического развития : учеб. пособие для вузов / М.К. Буслова. - М., 1995.

4. Васильева, И.Н. Системы технологий отраслей народного хозяйства / И.Н. Васильева, М.Д. Дворцин, В.В. Сорокин. - М., 1989.

5. Зенъков, B.C. Технология производства / B.C. Зеньков. -Минск, 1996.

6. Кохно, Н.П. Общая экономическая теория технологического развития производства: монография / Н.П. Кохно. - Минск, 2003.

7. Панин, В.Л. Тексты лекций по курсу «Современные технологии» : учеб. пособие / В.Л. Ланин, М.И. Пикуль. - Минск, 1996.

8. Мясникович, MB. Научные основы инновационной деятельности / М.В. Мясникович. - Минск, 2003.

9. Паневчик, В.В. Современные технологии : метод, рекомендации / В.В. Паневчик. - Минск, 1996.

10. Производственные технологии: учеб. пособие / Д.П. Лисовская [и др.]; под общ. ред. Д.П. Лисовской. - Минск, 2005.

11. Производственные технологии: практикум / В.В. Садовский [и др.]. - Минск, 2002.

12. Самойлов, М.В. Производственные технологии : учеб. пособие / М.В. Самойлов, Н.П. Кохно, А.Н. Ковалев. - Минск, 2006.

13. Самойлов, М.В. Теоретические основы товароведения: учеб. пособие / М.В. Самойлов. - Минск, 2002.

14. Справочник технолога-машиностроителя : в 2 т. / под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М., 1986.

15. Сычев, КГ. Лабораторный практикум: учеб. пособие/ Н.Г. Сычев, С.А. Хмель. - Минск, 2006.

16. Сычев, Н.Г. Производственные технологии : учеб. пособие/ Н.Г. Сычев, А.В. Руцкий. - 2-е изд., доп. и перераб. - Минск, 2005.

17. Сычев, Н.Г. Производственные технологии: учеб. пособие / Н.Г. Сычев, С.А. Хмель, А.В. Руцкий. - Минск, 2004.

18. Сычев, Н.Г. Производственные технологии: тексты лекций / Н.Г. Сычев, С.А. Хмель. - Минск, 2002.

19. Технологии важнейших отраслей промышленности : учебник для эконом, спец. вузов / под ред. A.M. Гинберга, Б.А. Хох-лова.-М., 1985.

20. Ушаков, Н.Н. Технология производства ЭВМ: учебник для студ. вузов по спец. «Вычислит, машины, комплексы, системы и сети»/Н.Н. Ушаков. -М., 1991.