Тема 4. Инженерная деятельность в эпоху научно-технической революции (НТР)

Основные направления НТР. Современное состояние машиностроения

В середине XX в. человечество вступило в новый этап исторического развития – началась эпоха научно-технической революции. В материальном производстве с средины XX века до наших дней произошли значительные изменения, которые отражают типовую специфику современного этапа научно-технического процесса.

В области добывания сырья и производства материалов происходит беспрецедентное наращивание объемов производства на основе внедрения высокопродуктивной техники и методов добывания и обогащения полезных ископаемых. Горнодобывающая промышленность превращается в высокомеханизированную отрасль, деятельность которой может сравниться с глобальными геологическими процессами. Происходит промышленное освоение все более бедных руд, расширяется номенклатура химических элементов, используемых в промышленности, что приводит к поискам и добыванию все новых минералов.

Быстро увеличивается добыча каменного угля, нефти и природного газа, из-за изменения мирового топливно-энергетического баланса быстро возрастает потребление нефти и газа. Важным экономическим сырьем становятся урановые руды.

Глубокую техническую реконструкцию переживает и такая “классическая” отрасль производства как металлургия, бурно развивается сравнительно молодая химия пластмасс. Возникает новая отрасль химической промышленности – производство синтетических материалов: искусственных волокон, пленок, конструкционных полимеров. Осваивается производство синтетических материалов с особыми технологическими характеристиками: искусственных алмазов и других сверхтвердых, композитных материалов, различных покрытий и т.п.

В области промышленного производства и технологии обработки материалов происходит коренное техническое перевооружение, цель которого – значительное и быстрое увеличение объемов изготовляемой продукции и непрерывное улучшение показателей её качества. В частности, в металлообработке широко применяются прогрессивные способы формообразования: производство деталей методом точного литья под давлением, точная штамповка, плазменные, лазерные, электролучевые, электроэрозионные, электрохимические и т.п.

Внедряются высокопроизводительное и мощное прессовое оборудование, металлорежущие станки с числовым программным управлением, станки типа “обрабатывающий центр”, средства прецизионной обработки поверхностей.

Внедряются полностью механизированные и автоматизированные участки и линии, в 70-е годы производство начинает оборудоваться промышленными роботами – автоматическими промышленными манипуляторами первого поколения. Развивается применение автоматизированных систем проектирования, технологической подготовки производства и управления процессами обработки материалов с использованием ЭВМ. На основании применения ЭВМ, нового технологического оборудования и усовершенствования организации производства в последние годы началось развитие оборудованных роботами и управляемых ЭВМ гибких автоматических производств (ГАП) и интегрированных автоматизированных комплексов, которые должны развязать особенно сложную проблему автоматизации дискретных производственных процессов с часто изменяющейся номенклатурой изготовляемой продукции.

Научно- техническая политика инженерной деятельности направлена на полную автоматизацию материального производства, на создание в перспективе автоматических предприятий, на которых полностью будет ликвидирован нетворческий труд.

 

Возникновение и развитие информационно-кибернетической техники

Кибернетика (древнегреческое – искусство управления) – наука об управлении, связи и переработке информации. Первым применил термин “кибернетика” для управления в общем понимании древнегреческий философ Платон.

Информационно – кибернетическая техника включает в себя технические средства управления и связи, в которых вещество и энергия применяются для получения, передачи, сохранения и обработки информации. Практическая кибернетика направлена на создание сложных систем управления и разного ряда систем для автоматизации умственного труда.

Реальное становление кибернетики как науки было предопределено развитием крупной машинной промышленности, технических средств управления и преобразования информации. Ещё в средние века в Европе стали создавать так называемые андроиды – человекоподобные игрушки, которые представляли собой механические программноуправляемые устройства.

Первые промышленные регуляторы уровня воды в паровом котле и скорости вращения вала в паровой машине были изобретены Ползуновым и Уаттом. Во второй половине ХIХ в. появляется необходимость создания всё более усовершенствованных автоматических регуляторов. Наряду с механическими блоками в них всё чаще применяют электромеханические и электронные. Большую роль в развитии теории и практики автоматического регулирования и управления сыграло изобретение в начале ХХ в. дифференциальных анализаторов, способных моделировать и решать обыкновенные дифференциальные уравнения.

Источником идей и проблем кибернетики стала практика создания реальных дискретных преобразователей информации. Первым таким преобразователем информации был созданный Паскалем в ХVII в. арифмометр. В ХIХ в. Ч. Беббидж (Англия) пытался создать автоматический числовой вычислитель – прообраз ЭВМ. В начале ХХ в. были созданы первые образцы электромеханических счетно-аналитических машин.

Основным современным техническим средством для решения задач кибернетики являются ЭВМ, созданные в 40–х годах ХХ в. Дж. фон Нейманом, К. Шенноном и другими.

Теоретическое обобщение практического опыта технического использования информационных процессов, начатое Н. Винером в книге “Кибернетика” (1948 г.), позволило обосновать концепцию единства информационных процессов в сложных системах, с помощью которых осуществляются функции управления и связи в природе, технике, обществе.

Теоретическое ядро современной кибернетики составляют её основные разделы: теория информации, теория кодирования, теория программирования (алгоритмов), теория автоматического управления, теория систем, теория оптимизации процессов, теория узнавания образов, формальных языков.

Объединение фрагментов этих разнородных знаний привело к созданию специализированных методов и технических средств информационной деятельности, позволило сформировать научно – технические основы для передачи некоторых функций управления отдельными производственными процессами от человека к техническим средствам.

Становление космонавтики

В условиях НТР быстро развивается одна из специфических отраслей знания и инженерной деятельности – космонавтика.

Эта совокупность отраслей науки и техники, исследующих и осваивающих космос и неземные объекты для нужд человечества с использованием космических аппаратов, включает в себя проблемы:

-теорию космических полётов – расчёты траекторий и др.;

-научно-технические – конструирование ракет, двигателей, бортовых систем управления, автоматических станций и космических кораблей;

-медико-биологические – создание бортовых систем жизнеобеспечения, компенсация неблагоприятных явлений в человеческом организме, связанных с перегрузкой, невесомостью.

Начало космической эры – 4 ноября 1957 г. – связано с запуском первого искусственного спутника Земли. Но начало космонавтике, как науке, положили научные работы М. В. Ломоносова, Н. Е. Жуковского, К. Э. Циолковского, Ф. А. Цандера, Г. Оберита, Р. Годдорда и других.

12 апреля 1961 г. первый космонавт Ю. А. Гагарин совершил первый полет в космосе.

18 – 19 марта 1965 г. космонавт А. А. Леонов впервые в мире вышел в открытый космос.

21 июля 1969 г. совершена первая высадка людей на Луну (Н. Армстронг, Э. Олдрин – космонавты США).

Таковы лишь некоторые вехи на сравнительно коротком пути освоения человечеством космоса, приведшего к созданию в настоящее время орбитальных космических станций, автоматическим полётам межпланетных космических кораблей к Марсу, Венере, в сторону Солнца и т.д.

Основная задача деятельности в области освоения космоса – научно – техническое обеспечение создания и применения космической техники – может быть разделена на четыре группы менее общих задач:

1) создание и применение технических средств изучения и освоения околоземного космического пространства;

2) задача космотехнической деятельности с обеспечением изучения и освоения Луны, Марса и других планет Солнечной системы;

3) задача по созданию и применению техники для исследования космоса, ориентированная на изучение характеристик межпланетного пространства и отдалённых объектов Вселенной, которые лежат за пределами Солнечной системы;

4) задачи, связанные с использованием специализированной космической техники для исследования Земной биосферы и Земли.

Зарождается пятая группа задач – развитие технических средств космической технологии, которые обеспечат проведение в космосе технических процессов, ориентированных на дальнейшее промышленное использование: выращивание кристаллов, создание особо чистых сплавов в условиях космического вакуума и т.п.

4.4 Инженерная деятельность в условиях ограничения ресурсов и ужесточения экологических требований

 

Во второй половине XX в. технический прогресс впервые в истории сталкивается с ограничениями глобального масштаба. Во-первых, человечество вплотную подошло к проблеме исчерпания целого ряда невозобновимых природных ресурсов, главным образом минеральных, пригодных для массовой добычи, производства энергии и промышленной переработки сырья в материалы и технические средства. Во-вторых, воздействие промышленности и других видов технической деятельности на биосферу приобрело угрожающие размеры и поставило под вопрос будущее существования человечества. В-третьих, возникла проблема ограничения трудовых, финансовых и прочих ресурсов, выделяемых обществом на научно-технический прогресс. В-четвертых, развитие военно-технических средств создает реальную угрозу существованию жизни на Земле.

К числу проявлений деградации биосферы под воздействием технической деятельности относятся: уменьшение разнообразия естественной среды, уничтожение биоценозов, нарушение естественного круговорота веществ, накопление отходов промышленности, не минерализуемых естественными деструкторами (в т.ч. отходов атомных электростанций).

Примеры. Только в развитых странах под строительство дорог и сооружений отводится ежегодно по меньшей мере 3000 км² сельскохозяйственных угодий. Каждый год в мире уничтожается не менее 10 млн. га леса. Всего из недр Земли ежегодно извлекается свыше 100 млрд. т естественных ресурсов, причем от 70 до 90 % превращается в отходы производства и потребления. В настоящее время под угрозой полного уничтожения 400 видов птиц, 305 - млекопитающих, 193 - рыб, 138 - земноводных и пресмыкающихся.

Применение новых материалов, технологических процессов и технических средств существенно повышает прибыли, но часто приводит к загрязнению среды.

Проблема экологизации современной технологии требует значительных дополнительных затрат общественного труда на разработку и внедрение экологически чистых технологий, на строительство очистных сооружений и нейтрализацию отходов промышленного производства и т.д.

Колоссально возросшая возможность и функциональные характеристики технических средств определяют огромную меру социальной ответственности за их применение в интересах всего человечества, а не только отдельных государств и владельцев капиталов.

Отрицательные последствия научно-технической деятельности могут быть преодолены не ее приостановкой, а только ее дальнейшим развитием на новом качественном уровне: созданием новых областей научно-технического знания, новых отвечающих современным социально-экономическим требованиям технических средств и технологических процессов, новых способов производства и применения техники.

Особое значение приобретают те области исследования, которые обеспечивают снижение материалоемкости и энергоемкости техники, повышение надежности и долговечности, улучшение физико-химических и технических характеристик искусственных материальных средств деятельности.

Увеличение арсеналов средств массового уничтожения, наращивание военно-технических потенциалов, во-первых, создает угрозу самому существованию жизни на Земле, во-вторых, военно-технические исследования и военная промышленность поглощают гигантские людские и материальные ресурсы.