Предстоящие задачи

Категория:
Советская школа механики машин


Предстоящие задачи

Как будет развиваться теория механизмов и машин в дальнейшем? Какие ее направления окажутся в ближайшие годы особенно важными для народного хозяйства СССР? В какой взаимосвязи они должны быть между собой, с другими направлениями науки о машинах, с отдельными направлениями математического естествознания и техники? Какими исследовательскими методами следует пользоваться? Эти и подобные вопросы, относящиеся к прогнозированию путей дальнейшего развития науки, имеют важное практическое значение.

В наше время техника прогрессирует очень быстро, поэтому теоретические исследования должны обеспечить создание прочного научного фундамента для развития современного машиностроения, науки и техники ближайшего и отдаленного будущего. На протяжении почти сорокалетней работы советской научной школы механики машин, начиная с Первого совещания по основным проблемам теории механизмов и машин, ее руководитель И. И. Артоболевский систематически подводил итоги проделанной работы и намечал задачи дальнейшего развития науки. Приводимые ниже положения основаны на выступлениях И. И. Артоболевского, его заметках и статьях, имеющих отношение к планированию науки. Перечисленные проблемы, естественно, не охватывают всех направлений механики машин и всех прогнозов относительно ее будущего развития. Они лишь дают понятие о некоторых важнейших направлениях исследований. В значительной степени эти проблемы являются комплексными. Так, создание манипуляторов и роботов требует исследования механизмов с несколькими степенями свободы и построения теории структуры подобных механизмов. Проблема глобальных движений роботов — это опять проблема синтеза пространственных механизмов, проблема их структуры и их построения; с ней тесно связана проблема теории передач. Проблемы динамики машин охватывают и весьма сложные задачи динамики тела переменной массы, него-лономной динамики, устойчивости движения при разных условиях и динамики специальных технологических роторных машин. Все эти проблемы немыслимы без предварительной подготовки рабочего аппарата — экспериментального, математического и вычислительного.

Теория машин и систем машин автоматического действия.

Совершенствование машин-автоматов будет продолжаться в направлении улучшения их экономических показателей с одновременным сохранением эффективности выполняемого технологического процесса и повышения качества продукции. Будут широко применяться механизмы с пневматическими, гидравлическими и электрическими элементами. Увеличится количество автоматов, которые будут обладать свойством самонастройки или адаптивности, позволяющим вести технологический процесс при изменяющихся внешних условиях. Все большее значение получат системы машин, в частности автоматические линии и машинные комплексы, обладающие при этом маневренностью и возможностью легкой переналадки при изменении технологического процесса.

В связи с этим важное значение получит разработка следующих методов и научных теорий:
— синтеза механизмов с механическими, пневматическими, гидравлическими, электрическими и электронными элементами;
— вероятностного и структурно-логического анализа и синтеза систем машин автоматического действия с учетом их производительности, эффективности, надежности, качества продукции, экономичности, точности действия;
— выбора оптимальных схем систем машин и машин-автоматов;
— самонастраивающихся и адаптирующих систем машин автоматического действия;
— методов управления машинами-автоматами и системами машин автоматического действия.
— методов автоматического измерения и контроля в условиях автоматического производства.

Динамика машин. Проблема динамики машин является чрезвычайно широкой, так как в значительной степени пересекается с проблемами теории машин-автоматов и анализа и синтеза механизмов. Основные требования к машинам будущего, с учетом роста их энергетических, силовых и скоростных характеристик, — это повышение их экономической эффективности, оптимизация системы «человек-машина», повышение их безопасности. В связи с этим особое значение получает разработка следующих научных проблем:
— методов исследования динамических режимов движения быстроходных и энергоемких машин и систем машин;
— динамики машин с переменными параметрами и с переменной структурой;
— динамики плоских и пространственных механизмов с одной и несколькими степенями свободы;
— методов и средств технической диагностики машин;
— создание автоматической измерительной аппаратуры для экспериментального изучения характеристик работы машин и механизмов разного функционального назначения.

Колебательные процессы в машинах. Колебательные процессы в машинах и их исследования являются неотъемлемой частью динамики машин. Однако специфические особенности вибраций, с одной стороны — используемых в механических, энергетических и технологических целях, а с другой — вредно отражающихся на работе машины и на ее ближайшем окружении, в самом широком смысле этого слова, в том числе и на операторе, заставляют отнестись к ним с большим вниманием. В сущности выявляются три проблемы: вибрационной техники, машии виброударного действия и виброзащиты человека.

Здесь можно наметить следующие исследовательские направления:
— разработка методов исследования сложных колебательных процессов в машинах:
— преобразование вибраций в полезные виды энергии и создание новых технологических процессов, основанных на явлении колебания;
— изучение влияния вибраций на организм человека и разработка методов и средств вибрационной защиты;
— развитие акустической динамики машин с целью улучшения акустических характеристик машин и систем машин.

Манипуляторы и роботы. Эта проблема имеет два аспекта: заменить человека там, где он не может присутствовать из-за угрозы его здоровью или жизии или пе в состоянии выполнить требуемый технологический процесс, чему мешает, например, скорость конвейера, мелкость деталей и т. п. С этими двумя аспектами создания «человекоподобных» машин в определенной связи находится проблема шагающих машин. Поставленная еще Чебышевым и развитая затем в практике шагающих экскаваторов, она в последнее время приобретает все большее значение. Здесь перед исследователями стоит много задач, начиная от вопросов механики и кончая разработкой искусственного интеллекта.

В области механики проблема заключается в исследованиях по сравнительному анализу и синтезу различных схем механизмов, по их кинематике и динамике. Следует разработать численные и аналитические методы решения уравнений движения исполнительных органов роботов и манипуляторов. Важна также проблема разработки приводов, отвечающих специальным требованиям, вытекающим из конструктивных особенностей и функционального назначения роботов: низкоскоростных, малогабаритных и высокомоментных. Аналогичной является проблема разработки принципов и систем управления исполнительными органами манипуляторов и роботов.

Существенное место в создании роботов второго и третьего поколения занимает проблема их очувствления, разработка принципов управления сбора и обработки информации о состоянии самого робота и окружающей его среды. Очувствление роботов и реализация возможностей искусственного интеллекта требуют специальной организации вычислительных процессов, разработки принципов построения бортовых и стационарных вычислительных управляющих комплексов, рационального распределения функций между различными уровнями этих комплексов, а также между бортовой и стационарной частями, создания специализированных предпроцессоров для предварительной обработки сенсорной информации и эффекторпых постпроцессоров для рациональной организации рабочих действий робота, разработку системы общего и специального математического обеспечения вычислительных управляющих комплексов. К этой проблеме примыкают проблема взаимодействия робота со средой и проблема взаимодействия между человеком и роботом.

Проблемы создания автоматических локомоционных систем. Существенной проблемой является обеспечение способности роботов к перемещению. Наибольшие возможности в этом направлении имеют интегральные локомоционные роботы, объединяющие способность к автономному функционированию со способностью работать в рамках дистанционного управления оператором (су-первизионное управление).

Проблема создания автоматических локомоционных систем, в том числе передвигающихся с помощью конечностей, объединяет широкий круг вопросов: выбор и проектирование движителей, разработку легких н мощных приводов с высоким к. п. д., легких и мощных источников питания, навигационных и измерительных устройств для сбора информации о местности, специализированных бортовых ЭВМ. Сюда также относится задача разработки экзоскелетонов, предназначенных для повышения силы и выносливости человека, а также для воссоздания двигательных возможностей у людей с повреждениями опорно-двигательного аппарата.

Роботы по своей структуре и функциональным характеристикам во многом копируют поведение человека и животных, поэтому представляет интерес развитие исследований по биомеханике и физиологии. Проблема предусматривает изучение биомеханических характеристик опорно-двигательного аппарата человека и животных, физиологических процессов, лежащих в основе управления произвольными и автоматизированными движениями, изучение роли вестибулярной, зрительной и кинематической информации в пространственной ориентации и обеспечение устойчивости.

Для успешного выполнения этих проблем важное значение приобретает проблема моделирования и проектирования роботов и их элементов. Разработка методов математического моделирования роботов и условий их функционирования позволит получать оптимальные конструкции и системы управления применительно к назначению создаваемых роботов. Для этого должны быть развиты также системы проектирования роботов, включая машинные методы проектирования.

Механика машин была первой по времени своего становления прикладной наукой, порожденной промышленным переворотом XVIII в. Последующие полтора с лишним столетия принесли с собой поток информации и размножение наук, в частности, число паук о машинах к настоящему времени достигло трехзначной цифры. Вместе с тем существуют старые проблемы и постоянно’ возникают новые, которые являются общими для всего машиноведения и которые ни одна из конкретных наук о машинах решить не в состоянии: образно выражаясь, здесь поле битвы остается за теорией механизмов и машин. До тех пор, пока человечество пользуется машинами (а оно, по всей видимости, отказываться от машин в обозримое будущее пе собирается), теория механизмов и машин в сумме человеческого знания будет занимать свое определенное место.

В одной из публицистических статей, адресованных молодежи, И. И. Артоболевский писал: «Самое главное в воспитании научной молодежи — это развитие самостоятельности и творческой мысли. Научиться и научить творчеству можно. Что нужно для этого? Бесспорно — много знать… Наверное, не стоит бояться «изобрести велосипед». Пусть это будет нечто давно известное, но свое, по-новому увиденное.

Самое главное для творческого человека — это уменье наблюдать явления природы, знать механизм происходящих в ней процессов и переносить это знание в мир техники. Своими руками собрать, сделать то, что «подсмотрел» у живого мира. Человек должен быть умельцем»

В последние годы в печати обсуждался вопрос о сущности понятия «научная школа», было выработано определение этого понятия, объединяющее в себе единство руководителя, исследовательской тематики и преемственности идей. В нашем конкретном случае тематикой является вся наука о машинах со всеми ее возможными выходами. Речь идет о научной школе, которая смогла объединить всех ученых в области науки о машинах в масштабе всей нашей страны. И в этом наибольшая заслуга руководителя школы Ивана Ивановича Артоболевского.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум