Основные направления научно-технического прогресса

Это комплексная механизация и автоматизация, химизация, электрификация производства.

Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса на современном этапе является комплексная механизация и автоматизация производства. Это широкое внедрение взаимосвязанных и взаимодополняющих систем машин, аппаратов, приборов, оборудования на всех участках производства, операциях и видах работ. Она способствует интенсификации производства, росту производительности труда, сокращению доли ручного труда в производстве, облегчению и улучшению условий труда, снижению трудоемкости продукции.

Под термином механизация понимается главным образом вытеснение ручного труда и замена его машинным в тех звеньях, где он до сих пор остается (и в основных технологических операциях, и во вспомогательных, подсобных, транспортировочных, перестановочных и других трудовых операциях). Предпосылки механизации были созданы еще в период мануфактур, начало же ее связано с промышленным переворотом, который означал переход к фабричной системе капиталистического производства, опирающейся на машинную технику.

В процессе развития механизации проходила несколько этапов: от механизации основных технологических процессов отличающихся наибольшей трудоемкостью, к механизации практически всех основных технологических процессов и частично вспомогательных работ. При этом сложилась определенная диспропорция, которая привела к тому, что только в машиностроении и металлообработке более половины рабочих сейчас занято на подсобных и вспомогательных работах.

Следующий этап развития – комплексная механизация, при которой ручной труд заменяется машинным комплексно на всех операциях технологического процесса, не только основных, но и вспомогательных. Внедрение комплексности резко повышает эффективность механизации, так как даже при высоком уровне механизации большинства операций их высокую производительность может практически нейтрализовать наличие на предприятии нескольких немеханизированных вспомогательных операций. Поэтому комплексная механизация в большой степени, чем некомплексная, содействует интенсификации технологических процессов и совершенствованию производства. Но и при комплексной механизации остается ручной труд.

Уровень механизации производства оценивается различными показателями.

Коэффициент механизации производства – величина, измеряемая отношением объема продукции, выработанной с помощью машин, к общему объему продукции.

Коэффициент механизации работ – величина, измеряемая отношением количества труда (в человеко- или нормо-часах), выполненного механизированным способом, к общей сумме затрат труда на производство данного объема продукции.

Коэффициент механизации труда – величина, измеряемая отношением количества рабочих, занятых на механизированных работах, к общей численности рабочих на данном участке, предприятии.

При проведении более глубокого анализа можно определить уровень механизации отдельных мест и различных видов работ как для всего предприятия в целом, так и для отдельного структурного подразделения.

В современных условиях состоит задача завершить комплексную механизацию во всех отраслях производственной и непроизводственной сфер, сделать крупный шаг в автоматизации производства с переходом к цехам- и предприятиям-автоматам, к системам автоматизированного управления и проектирования.

Автоматизация производства означает применение технических средств, с целью полной или частичной замены участия человека в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации. Различают частичную, охватывающую отдельные операции и процессы, и комплексную, автоматизирующую весь цикл работ. В том случае, когда автоматизированный процесс реализуется без непосредственного участия человека, говорят о полной автоматизации этого процесса.

Исторически автоматизация промышленного производства развивалась по двум основным направлениям.

Первое возникло в 50-х годах, и было связано с появлением станков-автоматов и автоматических линий для механической обработки, при этом автоматизировалось выполнение отдельных однородных операций или изготовление крупных партий одинаковых изделий. По мере развития часть подобного оборудования приобрела ограниченную способность к переналадке на выпуск однотипных изделий.

Второе направление (с начала 60-х годов) охватило такие отрасли, как химическая промышленность, металлургия, т.е. те, где реализуется непрерывная немеханическая технология. Здесь стали создаваться автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), которые сначала выполняли лишь функции обработки информации, но по мере развития на них стали реализовываться и управляющие функции.

Перевод автоматизации на базу современной электронно-вычислительной техники способствовал функциональному сближению обоих направлений. Машиностроение стало осваивать станки и автоматические линии с числовыми программным управлением (ЧПУ), способные обрабатывать широкую номенклатуру деталей, затем появились промышленные роботы и гибкие производственные системы, управляемые АСУТП.

Организационно-техническими предпосылками автоматизации производства являются:

· потребность в совершенствовании производства и его организации, необходимость перехода от дискретной к непрерывной технологии;

· необходимость улучшения характера и условий труда рабочего;

· появление технологических систем, управление которыми без применения средств автоматизации невозможно из-за большой скорости реализуемых в них процессов или их сложности;

· необходимость сочетания автоматизации с другими направлениями научно-технического прогресса;

· оптимизация сложных производственных процессов только при внедрении средств автоматизации.

Уровень автоматизации характеризуется теми же показателями, что и уровень механизации: коэффициентом автоматизации производства, коэффициентом автоматизации работ и коэффициентом автоматизации труда. Расчет их аналогичен, но выполняется по автоматизированным работам.

Комплексная автоматизация производства предполагает автоматизацию всех основных и вспомогательных операций. В машиностроении создание комплексно-автоматизированных участков станков и управления ими с помощью ЭВМ позволит повысить производительность труда станочников в 13 раз, сократить в семь раз число станков.

Среди направлений комплексной автоматизации – внедрение роторных и роторно-конвейерных линий, автоматических линий для массовой продукции и создание автоматизированных предприятий.

В условиях многономенклатурного комплексно-автоматизированного производства осуществляется большой объем работ, для чего с основным производством функционально увязывают такие системы, как автоматизированная система научных исследований (АСНИ), системы автоматизированного проектирования конструкторских и технологических работ (САПР).

Повышение эффективности автоматизации производства предполагает:

· совершенствование методик технико-экономического анализа вариантов автоматизации конкретного объекта, обоснованный выбор наиболее эффективного проекта и конкретных средств автоматизации;

· создание условий для интенсивного использования средств автоматизации, совершенствование их обслуживания;

· повышение технико-экономических характеристик выпускаемого оборудования, используемого для автоматизации производства, особенно вычислительной техники.

Вычислительная техника все более широко применяется не только для автоматизации производства, но и в самых различных его сферах. Подобное вовлечение вычислительной и микроэлектронной техники в деятельность различных производственных систем называется компьютеризацией производства.

Компьютеризация – это основа технического перевооружения производства, необходимое условие повышение его эффективности. На базе ЭВМ и микропроцессоров создаются технологические комплексы, машины и оборудование, измерительные, регулирующие и информационные системы, ведутся проектно-конструкторские работы и научные исследования, осуществляются информационное обслуживание, обучение и многое другое, что обеспечивает повышение общественной и индивидуальной производительности труда, создание условий для всестороннего и гармоничного развития личности.

Для нормального развития и функционирования сложного народно-хозяйственного механизма необходимы постоянный обмен информацией между его звеньями, своевременная обработка большого объема данных на различных уровнях управления, что также невозможно без ЭВМ. Поэтому от уровня компьютеризации в значительной степени зависит развитие экономики.

В процессе своего развития ЭВМ прошли путь от громоздких машин на электронных лампах, общение с которыми было возможно только на машинном языке до современных ЭВМ.

Развитие ЭВМ происходит в двух основных направлениях: создание мощных многопроцессорных вычислительных систем с производительностью в десятки и сотни миллионов операций в секунду и создание дешевых компактных микроЭВМ на базе микропроцессоров. В рамках второго направления развивается производство персональных компьютеров, которые становятся мощным универсальным инструментом, существенно повышающим производительность интеллектуального труда специалистов различного профиля. Персональные компьютеры отличает работа в диалоговом режиме с индивидуальным пользователем; небольшие размеры и автономность функционирования; аппаратные средства на базе микропроцессорной техники; универсальность, обеспечивающая ориентацию на широкий круг задач, решаемых одним пользователем при помощи технических и программных средств.

Следует отметить и такой важный элемент компьютеризации производства, как широкое распространение собственно микропроцессоров, каждый из которых ориентирован на выполнение одной или нескольких специальных задач. Встраивание таких микропроцессоров в узлы промышленного оборудования позволяет решать поставленные задачи с минимальными затратами и в оптимальном виде. Использование микропроцессорной техники для сбора информации, регистрации данных или локального управления значительно расширяет функциональные возможности промышленного оборудования.

Развитие компьютеризации вызывает потребность в разработке и создании новых средств вычислительной техники. Их характерными особенностями являются: формирование элементарной базы на сверхбольших интегральных схемах; обеспечение производительности до 10 млрд операций в секунду; наличие искусственного интеллекта, что значительно расширяет возможности ЭВМ в обработке поступающей информации; возможность общения человека с ЭВМ на естественном языке путем речевого и графического обмена информацией.

В перспективе развития компьютеризации – создание национальных и межнациональных коммуникационно-вычислительных сетей, баз данных, нового поколения спутниковых систем космической связи, что позволит облегчить доступ к информационным ресурсам. Наглядным примером служит Интернет.

Химизация производства – другое важнейшее направление научно-технического прогресса, которое предусматривает совершенствование производства в результате внедрения химических технологий, сырья, материалов, изделий в целях интенсификации, получения новых видов продукции и повышения их качества, повышения эффективности и содержательности труда, облегчения его условий.

Среди основных направлений развития химизации производства можно отметить такие, как внедрение новых конструкторских и электроизоляционных материалов, расширение потребления синтетических смол и пластмасс, реализация прогрессивных химико-технологических процессов, расширение выпуска и повсеместного применения разнообразных химических материалов, обладающих специальными свойствами (лаков, ингибиторов коррозии, химических добавок для модификации свойств промышленных материалов и совершенствования технологических процессов). Каждое из этих направлений эффективно само по себе, но наибольший эффект дает их комплексное внедрение.

Химизация производства предоставляет большие возможности для выявления внутренних резервов повышения эффективности общественного производства. Значительно расширяется сырьевая база народного хозяйства в результате более полного и комплексного использования сырьевых ресурсов, а так же в результате получения искусственным путем многих видов сырья, материалов, топлива, которые играют все большую роль в экономике и обеспечивают значительное повышение эффективности производства.

Например, 1 т пластмасс заменяет в среднем 5-6 т черных и цветных металлов, 2-2,5 т алюминия и резины – от 1 до 12 т натуральных волокон. Применение 1 т пластмасс и синтетических смол в машиностроении и приборостроении позволяет снизить себестоимость продукции на 1,3 – 1,8 млн руб. и сэкономить 1,1 – 1,7 тыс. чел.-ч трудовых затрат.

Важнейшее преимущество химизации производства – возможность значительного ускорения и интенсификации технологических процессов, реализация непрерывного, хотя технологического процесса, что само по себе является существенной предпосылкой для комплексной механизации и автоматизации производства, а значит, и повышения эффективности. Химико-технологические процессы все более широко реализуются на практике. Среди них электрохимические и термохимические процессы, нанесение защитных и декоративных покрытий, химическая сушка и мойка материалов и многое другое. Осуществляется химизация и в традиционных технологических процессах. Например, введение при закалке стали в охлаждающую среду полимеров (водного раствора полиакриламида) позволяет обеспечить практически полное отсутствие коррозии деталей.

Показателями уровня химизации служат: удельный вес химических методов в технологии производства данного вида продукции; удельный вес потребляемых полимерных материалов в общей стоимости производимой готовой продукции и др.

Важнейшим направлением научно-технического прогресса, базой для всех других направлений является электрификация. Электрификация промышленности представляет собой процесс широкого внедрения электроэнергии как источника питания производственного силового аппарата в технологические процессы, средства управления и контроля хода производства.

На основе электрификации производства осуществляются комплексная механизация и автоматизация производства, внедряется прогрессивная технология. Электрификация обеспечивает в промышленности замену ручного труда машинным, расширяет воздействия электроэнергии на предметы труда. Особенно велика эффективность применения электрической энергии в технологических процессах, технических средствах автоматизации производства и управления, инженерных расчетах, обработке информации, в расчетно-вычислительных работах и др.

Ряд важных преимуществ перед традиционными механическими способами обработки металлов и других материалов имеют электрические и электрохимические методы. Они дают возможность получить изделия сложных геометрических форм, точные по размерам, с соответствующими параметрами шероховатости поверхности и упрочненные в местах сборки. Эффективно применение лазерной техники технологических процессах. Лазеры широко применяются для резания и сваривания материалов, сверления отверстий и термообработки. Лазерная обработка применяется не только в промышленности, но и во многих других отраслях народного хозяйства.

Показателями уровня электрификации в промышленности служат:

· коэффициент электрификации производства, определяемый как отношение количества потребленной электрической энергии ко всей потребленной энергии за год;

· удельный вес электрической энергии, потребленной в технологических процессах, в общем количестве потребленной электрической энергии;

· электровооруженность труда – отношение мощности всех установленных электрических двигателей к числу рабочих (ее можно определить как отношение потребленной электрической энергии ко времени, фактически отработанному рабочими).

Базой электрификации в промышленности служит дальнейшее развитие электроэнергетики, изыскание новых источников электрической энергии.

По выработке электрической энергии Российская Федерация занимает первое место в Европе и второе место в мире. Несмотря на некоторое снижение объема производства электроэнергии, в 2013 г. ее было выработано 827,2 млрд кВт-ч. Основное производство электрической энергии осуществляется на тепловых электростанциях, затем – на гидроэлектростанциях. Производство электрической энергии на атомных станциях занимает по удельному весу лишь 12,8% (1998 г.). В настоящее время темпы производства электроэнергии на атомных станциях снизилось. Основные причины этого – снижение роста потребностей в электроэнергии в промышленно развитых странах, существенное уменьшение цен на органическое топливо, создание более эффективных и экологически приемлемых систем на органическом топливе и, наконец, аварии, особенно на Чернобыльской АЭС, негативно повлиявшее на общественное мнение.

Вместе с тем, по прогнозам специалистов, в ближайшие 20 лет резко обострятся проблемы, связанные с дальнейшим развитием энергетики (за счет энергоисточников на органическом топливе), как в отношении экологии, так и по экономическим показателям. Ожидается дальнейшее значительное удорожание органического топлива в связи с тем, что будут в основном исчерпаны относительно легкодоступные его запасы. Поэтому в качестве ориентира для дальнейшего развития ядерного энергетического комплекса страны может служить увеличение к 2030 г. доли выработки электрической энергии атомными энергоисточниками до 30% в целом по стране и до 40-50% - в ее европейской части.

Помимо выделения основных направлений научно-технического прогресса принята также группировка направлений научно-технического прогресса по приоритетам.

Приоритетными направлениями научно-технического прогресса являются:

· электронизация народного хозяйства – обеспечение всех сфер производства и общественной жизни высокоэффективными средствами вычислительной техники (как массовой – персональные компьютеры, так и супер-ЭВМ с быстродействием более 10 млрд операций в секунду с использованием принципов искусственного интеллекта), внедрение нового поколения спутниковых систем связи и т.д.;

· комплексная автоматизация всех отраслей народного хозяйства на базе его электронизации – внедрение гибких производственных систем (состоящих из станка с ЧПУ, или так называемого обрабатывающего центра, ЭВМ, микропроцессорных схем, робототехнических систем и кардинально новой технологии); роторно-конвейерных линий, систем автоматизированного проектирования, промышленных роботов, средств автоматизации погрузочно-разгрузочных работ;

· ускоренное развитие атомной энергетики, направленное не только на строительство новых атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах, но и на сооружение высокотемпературных атомных энерготехнологических установок многоцелевого назначения;

· создание и внедрение новых материалов, обладающих качественно новыми эффективными свойствами (коррозионной и радиационной стойкостью, жаропрочностью, устойчивостью к износу, сверхпроводимостью и др.);

· освоение принципиально новых технологий – мембранной, лазерной (для размерной и термической обработки; сварки, резки и раскроя), плазменной, вакуумной, детонационной и др.;

· ускорение развития биотехнологии, открывающей пути коренного увеличения продовольственных и сырьевых ресурсов, способствующей созданию безотходных технологических процессов.

Разграничение перечисленных направлений относительно, поскольку все они отличаются высокой степенью взаимозаменяемости и сопряженности: процесс в одной области описается на достижения в других.

Так, современных уровень автоматизации производства и управления немыслим без информационно-вычислительных устройств, которые являются основной частью автоматизированных систем управления; создание новых материалов невозможно без применения принципиально новых технологий их производства и обработки; в свою очередь одним из условий, обеспечивающих высокое качество новой техники, является применение новых материалов с особыми свойствами. Воздействие вычислительной техники, новых материалов и биотехнологии испытывают на себе не только отдельные отрасли, а вся национальная экономика.