Российская научная школа в области гибких производственных систем (ГПС)

ГПС появились в мировой и российской практике в середине второй половины XX в. Отличительная особенность ГПС от традиционных автоматических линий массового производства является их гибкость - возможность быстро и автоматически перестраи­ваться на обработку других деталей в пределах технических возможностей оборудования.

Принципы формирования ГПС, имеющих перестраиваемую технологию, опира­ются на опыт использования станков с ЧПУ и достижения в области вычислитель­ной техники.

Для создания технологий и конструкций ГПС решались две задачи: создание гибких, интегрированных производственных комплексов серийного и мелкосерийного произ­водства и комплексная автоматизация производственного процесса путем создания АСУП/АСНИ/САПР/АСТПП/ СУГАПУАСКИО, где АСУП - автоматизированная систе­ма управления производством, АСНИ - автоматизация научных исследований, САПР - автоматизация проектирования, АСТПП - автоматизация технологической подготовки производства, СУГАП - система управления гибким автоматизированным производст­вом; АСКИО - автоматизированная система контроля и испытаний объектов.

Исследования по созданию ГПС проводились в основном в научных центрах Санкт-Петербурга и Москвы, а также в отдельных технических университетах Росси под руководством д.т.н., проф. B.C. Васильева, чл.-корр. АН РФ П.Н. Белянина, д.т.н проф. В.Г. Колосова, д.т.н., проф. СП. Митрофанова, д.т.н., проф. В.А. Ратмирова, д.т.н. Л.Ю. Лищинского, чл.-корр. РАН Ю.М. Соломенцева, д.т.н., проф. С.А. Соколицына, их учеников и соратников. Благодаря этим работам были созданы ГПС в Москве (ЭНИМС, завод «Станконструкция», завод «Динамо» НИАТ), в Санкт-Петербурге (Ижорский завод, завод «Арсенал», гибкая производственная система механообработки Санкт-Петербургского технического университета).

Значительную роль в ГПС играют промышленные роботы, которые являются универсальным средством автоматизации производственных процессов в условиях большой номенклатуры и частой смены предметов производства. Они могут выпол­нять как основные, так и вспомогательные операции по обслуживанию технологиче­ского оборудования.

Промышленный робот - перепрограммируемая автоматическая машина, способ­ная выполнять аналогичные человеку двигательные функции по перемещению пред­метов производства или технологической оснастки.

Технологическая школа МГТУ «Станкин»

Кафедра «Технология машиностроения» МГТУ «Станкин» - одна из старейших в мире - создана в 1938 г. в период подготовки к тяжелым испытаниям Великой Оте­чественной войны 1941 - 1945 гг.

У истоков создания кафедры был выдающийся коллектив высококвалифициро­ванных научных работников-педагогов и руководителей, создателей научной техно­логической школы.

Основатель кафедры и ее заведующий с 1938 г. по 1946 г. д.т.н., проф. Каширин Александр Иванович - один из основоположников отрасли науки о технологии маши­ностроения, автор учебников «Основы проектирования технологических процессов», «Технология машиностроения», монографии «Исследование вибраций при резании ме­таллов» и др.; заслуженный деятель науки и техники РСФСР, лауреат Ленинской пре­мии, почетный доктор-инженер Дрезденского технического университета. Профессор, доктор технических наук Борис Сергеевич Балакшин возглавлял кафедру с 1946 г. по 1974 г.; заслуженный деятель науки и техники РСФСР, профессор, доктор технических наук Чарнко Донат Владимирович являлся одним из проектировщиков Сталинградско­го тракторного завода, а позже был главным инженером этого завода, главным техноло­гом ЭНИМСа, главным технологом, заместителем начальника Технического управле­ния Наркомата станкостроения.

Основная заслуга в формировании и развитии технологической школы Станкина принадлежит Борису Сергеевичу Балакшину, являющемуся одним из выдающихся основоположников технологии машиностроения как отрасли науки, занимающейся изучением и построением процессов изготовления машин. Им разработаны теории размерных цепей (1946 г.) и базирования (1939 г.) для получения качествен­ных изделий. Значительным шагом в обеспечении повышения производительности и точности обработки на металлорежущих станках явилось предложение Б.С. Балакшина об адаптивном управлении процессом изготовления изделий.

Началось развитие адаптивного управления на наиболее трудоемких операциях с высокими требованиями к точности деталей: круглошлифовальных, плоскошлифо­вальных, шлицешлифовальных и внутришлифовальных станков. Эти исследования выполнялись будущим лауреатом Ленинской премии Е.И. Луцковым, Е.М. Королевой, В.Г. Митрофановым, аспирантами из Китая.

Несколько позже начались интенсивные исследования по применению адаптив­ного управления на станках токарной и фрезерной групп; следует отметить успеш­ные исследования в этой области лауреата Ленинской премии Б.М. Базрова.

Даль­нейшее сокращение времени и снижение себестоимости изготовления деталей были до­стигнуты путем использования автоматических систем наладки и подналадки металлоре­жущих станков, многомерных САУ, управляющих одновременно точностью, производи­тельностью и стойкостью режущих инструментов. Работы в этом направлении были вы­полнены Ю.М. Соломенцевым и в дальнейшем продолжены В.П. Вороненко.

Управлением точностью на зубофрезерных, продольнофрезерных, расточных, зубошлифовальных станках занимались Н.А. Герасимов, Л.М. Червяков, А.Г. Схиртладзе, Е.Р. Ковальчук. По проблемам адаптивного управления было защищено свы­ше 40 кандидатских и докторских диссертаций.

Применение металлорежущих станков, оснащенных САУ, обеспечивало повыше­ние точности обработки в 2-6 раз, увеличение производительности до 200% и повы­шение стойкости режущего инструмента на 30-50%. Наряду с известными выдаю­щимися научными трудами Б.С. Балакшина «Технология машиностроения», «Осно­вы технологии машиностроения» (выдержавшего 3 издания: 1959 г., 1966 г. и 1969 г.) и «Теория и практика машиностроения» (1982 г.), по проблеме адаптивного управле­ния были опубликованы три монографии «Самоподнастраивающиеся станки» (1965 г., 1967 г., 1970 г.) и издан капитальный труд «Адаптивное управление станками» (1973 г.). Одновременно с 1960 г. начались интенсивные работы по автоматизации сборки изделий. Значительный научный вклад в автоматическую сборку изделий внес А.А. Гусев в направлении обеспечения достижения точности при соединении деталей с использованием программных и адаптивных средств (1965 г.), в том числе с применением универсальных машин и самопереналаживающихся устройств (1970-1972 гг.) Такие устройства обеспечивают высокую производительность и на­дежность за счет широких допусков на все составляющие звенья сборочных систем. Они были признаны в качестве изобретений в нашей стране, Японии, США, Англии, Франции, Германии и нашли применение в ряде промышленно развитых стран.

Идея адаптивного управления в дальнейшем нашла свое развитие в автоматиза­ции мелкосерийного и единичного производства с применением гибких производст­венных систем (ГПС).

Научный авторитет кафедры подкрепляло широкое участие в работе различных государственных и общественных организаций. Так, в работе Высшей аттестацион­ной комиссии принимали участие Б.С. Балакшин, И.М. Колесов, Д.В. Чарнко, а в на­стоящее время - Ю.М. Соломенцев, В.Г. Митрофанов, А.А. Кутин, в работе Государ­ственного комитета по Ленинским и Государственным премиям Г.А. Круглов, Гос­стандарта - Б.С. Балакшин, И.М. Колесов, Е.И. Луцков, С.Н. Соловьев, Всесоюзно­го общества «Знание» - Б.С. Балакшин, И.М. Колесов, А.А. Гусев.

Вопросами повышения эффективности использования режущих инструментов на ос­нове применения мелкозернистых сплавов и композиционной керамики с многофункци­ональным покрытием занимается ведущий ученый в этой области А.С. Верещака.

В перспективе планируется развитие технологической школы МГТУ «Станкин» в следующих направлениях: в области нанотехнологий; высокоскоростной обработки; оптимизации материальных потоков на предприятиях и модульного построения про­изводственных участков с целью повышения мобильности производства и коэффи­циента загрузки оборудования, создания гибких механосборочных центров; разра­ботки новых технологий сборки на основе универсальных самопереналаживающих­ся средств технологического оснащения; выбора структуры технологического про­цесса механической обработки и его размерного анализа на основе ЗD-моделей де­талей и заготовок; разработки и исследования технологии получения размеров и формы деталей путем ионноплазменного наращивания поверхности; разработки и исследования технологий экологически чистой сухой обработки резанием; исследо­ваний в области технологических процессов быстрого изготовления прототипа дета­лей или непосредственно деталей с помощью ЗD-моделей.