Создание в Казахстане научной школы машиноведения туралы қазақша
Машиностроение является одним из главных средств материализации научно-технических достижений, технической и технологической реконструкции производства, что особенно актуально в современных условиях развития экономики страны. Республика Казахстан испытывает необходимость ускоренного создания новой техники и технологии, вынуждена решать первостепенные и неотложные задачи по выпуску освоенных и импортозамещающих машин и оборудования для базовых отраслей, среди которых особое место занимает нефтегазовое, горнометаллургическое и сельскохозяйственное машиностроение. Для решения этих задач республика располагает высоким научно-техническим потенциалом, высококвалифицированными специалистами и машиностроительными предприятиями с достаточно насыщенным станочным парком, оборудованием и производственными площадями.
Теоретической основой машиностроения является машиноведение, которое, в свою очередь, базируется на теории механизмов и машин (ТММ). В ТММ изучаются методы анализа и синтеза (исследования и проектирования) механизмов, являющихся »скелетами» машин, т.е. именно в ТММ закладывается основа любой машины. Согласно материалам «ТММ в XXI веке» Генеральных Ассамблей Международной федерации по ТММ, объединяющей в своем составе Национальные комитеты по ТММ более 50 стран мира, в т.ч. Национальный комитет по ТММ Республики Казахстан, в сферы деятельности ТММ входят также проблемы надежности и прочности машин, управление машинами, также современные направления механотроники и робототехники.
Ведущая роль в формировании науки ТММ принадлежат русской, а затем советской школе по ТММ, благодаря исследованиям выдающихся ученых: математика П.Л.Чебышева и механика И.И.Артоболевского. Именно по инициативе советских ученых-машиноведов в 1965 г. была организована !РТоММ и ее первым президентом был избран академик И.И.Артоболевский — основоположник советской школы по ТММ.
Казахстанская научная школа по ТММ была создана известным ученым-механиком и государственным деятелем, академиком НАН РК, академиком Международной инженерной академии и Инженерной академии РК У.А.Джолдасбековым. Начало 60-х годов было началом становления ТММ, в т.ч. теории механизмов высоких классов (МВК) в Казахстане. МВК благодаря своим структурным особенностям, т.е. наличию изменяемых замкнутых контуров из подвижных звеньев, обладают широкими функциональными возможностями. Использование МВК в манипуляционных устройствах по сравнению с существующими антропоморфными (рукообразными) конструкциями роботов повышает точность позиционирования и быстродействие вследствие большой жесткости, увеличивает грузоподъемность за счет распределения сил по контурным звеньям. Кроме того, в МВК имеется возможность реализации сложных программных траекторий одного или нескольким рабочих органов, что значительно упрощает систему управления манипуляционными роботами, созданными на базе МВК. Несмотря на большие функциональные возможности, МВК не получали широкого применения в инженерной и конструкторской практике при создании новых машин и оборудования. Одной из главных причин слабого внедрения МВК в технике было отсутствие эффективных и доступных для инженеров методов их исследования и проектирования. Казахстанскими учеными под руководством академика У.А.Джолдасбекова разработаны методы анализа и синтеза МВК. Именно исследования в области МВК подняли казахстанских ученых-машиноведов на международный уровень. Качественное исследование МВК, выявление их функциональных возможностей, определение путей исполь-зования в современном машиностроении возможны при наличии аналитических и численных методов анализа и синтеза. Поэтому следующим этапом в области исследования МВК явилась разработка аналитических и численных методов (академики ИА РК Ж. Ж. Байгунче-ков, М. М. Молдабеков; чл.-корр. ИА РК У. Т. Абдрахи-мов, С. М. Ибраев). Разработан метод условных обобщенных координат, сводящий системы трансцендентных уравнений замкнутости контуров к одному или к двум уравнениям с одним или с двумя неизвестными в зависимости от вида групп Ассура (с неравномерно или равномерно распределенными поводками) и позволяющий определить число сборок, проводить их идентификацию и решить задачу о перемещениях. Составлены в матричной форме дифференциальные уравнения движения МВК и разработаны методы их решения. На основе принципа виртуальных перемещений определены уравновешивающие сипы и момекты МВК и разработаны алгоритмы аналитической кинетостатики методом замены ведущего звена и условных обобщенных координат без и с учетом трения в кинематических парах. Разработаны методы структурно-кинематического синтеза МВК, основанные на решении задач о координации движений двух подвижных плоскостей при помощи бинарных звеньев с вращательными и поступательными кинематическими парами.
На базе разработанных аналитических и численных методов анализа и синтеза МВК созданы принципиально новые, не имеющие аналогов в мировой практике, грузоподъемные, погрузочно-разгрузочные и грузозахватные устройства, которые защищены более 100 авторскими свидетельствами и патентами, в том числе Великобритании, Германии, Италии, Финляндии, Чехии, Польши. Изготовлены опытно-промышленные партии подъемников ВШ-6 и ВШД-8, подмостей механизированных ПМ-4, ПМ-6, ПМ-12и грейферных погрузчиков. На грузоподъемное устройство ВШ-6 продана лицензия фирме «Мего-18 Новембри» (Югославия).
Созданные грузоподъемные и погрузочно-разгрузочные устройства построены на базе плоских одноподвижных МВК, т.е. они работают в одной плоскости и по одной жестко заданной программе, т.е. траектории. Поэтому эти устройства имеют ограниченное применение, в основном в строительстве для монтажных и ремонтных работ. Кроме того, из-за практически невозможности изготовления строго параллельных осей вращения шарниров в плоских МВК возникают избыточные связи, что приводит к резкому увеличению сил реакции и трения в шарнирах. Увеличение сил реакции в шарнирах, в свою очередь, приводит к возрастанию массы конструкции и снижению его КПД, В связи с этим были начаты исследования по созданию теории пространственных МВК со многими степенями свободы (Ж. Ж. Байгунчеков, С. У. Джолдасбеков, Б. К. Нурахметов). Пространственные МВК по сравнению с плоскими МВК имеют следующие преимущества: устраняются избыточные связи, что приводит к снижению значений сил реакций и трения в кинематических парах и уменьшению их энерго- и материалоемкости; увеличивается зона обслуживания за счет использования пространственных кинематических цепей и увеличения числа степеней свободы; устранение избыточных связей и увеличение зоны обслуживания позволяют расширить область применения пространственных МВК и создать на их базе нефтегазовые, горнометаллургические и сельскохозяйственные машины с малой энерго- и материалоемкостью.
Наряду с исследованиями МВК казахстанскими учеными-машиноведами проводятся исследования динамики механизмов с переменными параметрами и с учетом упругости звеньев, роторных систем (Г.У.Уалиев, Е.Р.Рахимов, А.Ч-Джомартов, Ж.К. Масанов, Р.К.Наурыз-баев, Е.С.Темирбеков, А.К.Тулешов), а также в области надежности и прочности машин (Ш.М.Айталиев, М.Р.Нургужин, Ж.О.Кульсеитов, Т.П.Раимбердиев, Ж.Н.Касымбек, Ж.Б.Бакиров).
В области машиноведения в настоящее время бурно развивается механотроника, объединяющая в себе базисные знания трех фундаментально-прикладных областей: механики машин, электроники и информационных технологий. Сам термин «механотроника» объединяет понятия «механика» и «электроника». Концепция механотроники, сформулированная японской фирмой «Yashikawa Electric Corp/, признана специалистами во всем мире как современная и перспективная методология производственной автоматизации. Меха-нотроника принята в качестве одного из девяти приоритетов развития науки в Ттратегии-2030» РК как основа пятого—шестого технологических укладов. Классическим примером механотронного устройства является робот, представляющий собой объект, созданный на основе исполнительного механизма (манипулятора) и микропроцессорной техники.
В последнее время в мировой практике развития робототехники наблюдается тенденция использования манипуляторов с замкнутыми кинематическими цепями или так называемых параллельных манипуляторов (ПМ). При этом основным критерием построения манипул яционных роботов является выполнение технологической операции минимальными энергозатратами, не обязательно подражая движению руки человека.
Благодаря наличию замкнутых кинематических цепей ПМ воспринимают нагрузку как пространственные формы и потому обладают высокой грузоподъемностью и жесткостью. Возможность расположения всех или части двигателей на стойке или вблизи нее позволяет добиться большей скорости и точности, поскольку не происходит суммирования ошибок, обусловленных двигателями. Высокая удельная грузоподъемность и хорошие динамические показатели обеспечивают использование таких систем в условиях быстроменяющихся динамических нагрузок.
Однако задачу проектирования манипуляционных роботов можно поставить в более широком виде, рассматривая манипуляционный робот как механизм с элементами управления. Такая постановка проблемы проектирования манипуляционных роботов путем оптимального сочетания их механики и управления (электроники) соответствует современной концепции меха—нотроники (механика т электроника) как методологии разработки простой, надежной и дешевой технологической автоматизации. По-видимому, не случайно, что именно в Японии, занимающей лидирующее положение в производстве и применении промышленных роботов, где возникла концепция механотроники, понятие промышленный робот включает себе кроме автоматических манипуляторов и простейшие автоперато-ры, т.е. механизмы с одной степенью свободы.
В Институте механики и машиноведения им. У.А. Джолдасбекова МОН РК (ИММаш), являющимся единственным в республике, который занимается проблемами машиноведения, впервые исследуются проблемы создания параллельных манипуляторов с функционально независимыми приводами (ПМ с ФНП) на базе многолетних научных результатов, полученных в области анализа и синтеза плоских и пространственных механизмов высоких классов со многими степенями свободы.
ПМ с ФНП назван параллельный манипулятор, у которого за каждую составляющую движения охвата «отвечает’1 отдельный привод, т.е. происходит функциональное разделение работы приводов.
В настоящее время в ИММаш МОН РК выполняется программа фундаментальных исследований «Разработать методы анализа и синтеза ПМ с ФНП», согласно которой разработан принцип формирования ПМ с ФНП из отдельных структурных модулей (СМ), сформулированы и решены аппроксимационные задачи синтеза СМ ПМ с ФНП методами Чебышевского и квадратического приближений, синтезированы принципиально новые позиционирующие и ориентирующие ПМ с ФНП, которые защищены патентами РК.
Перспективами развития научного направления по ПФИ «Разработать методы анализа и синтеза ПМ с ФНП» являются исследования по динамике и прочности, многокритериальной оптимизации, разработки САПР и систем управления ПМ с ФНП, а также создание на их базе высокоэффективных машин для нефтегазовой и горнорудной промышленности, а также транспорта (станки-качалки, буровые оборудования, устройства по хранению и транспортировке нефти, виброударные механизмы, шагающие транспортные средства повышенной проходимости и др.).
Исследования по данному фундаментальному направлению требуют консолидацию ученых республики в области механики, машиноведения, машиностроения, материаловедения, информационных технологий. Основной научно-технический потенциал страны по машиностроению, станкостроению и технологии машиностроения (М.Р.Тусупбеков, А.Н.Нуржанов, Т.М.Мен-дебаев): подъемно-транспортным, горным и металлургическим машинам (С.А.Джиенкулов, А.Т.Филимонов, Л.А.Крупник, А.Ф.Цеховой, И.Н.Столповских, Х.Г.Аха-нов, НХДавильбеков), конструкционным материалам (О.К.Дуйсемалиев, САМашеков) находится в КазНТУ им, К.И.Сатпаева, Некоторые ученые-машиностроители работают в других вузах республики; М.М.Жасимов (Павлодарский государственный университет им. С.То-райгырова), ИАЯнцен (КарГТУ), РАКабашеви Р.Т.Таукелов (Казахская академия транспорта и коммуникаций) и др. Ученые в области управления и информационных технологий работают в КазГУ им. аль-Фараби (Ш,С. Смагулов.Т.Н.Бияров), КазНТУ им. К.И.Сатпаева (Д.Н.Шукаев, Г.З.Казиев, Д.Ж.Сыздыков, М.К.Шуакаев), Институте проблем информатики и управления (А.А. Ашимов, М.Б.Айдарханов).
Согласно Концепции об интеграции образования и науки в соответствии с пунктом 4.3.1.12 «Осуществить поэтапную интеграцию научных учреждений и высших учебных заведений», Постановления Правительства РК «План мероприятий по реализации Программы действий Правительства РК на 2000 — 2002 годы» Jfc367 от 7 марта 2000 г. заключен генеральный договор о сотрудничестве между КазНТУ им. К.И.Сатпаева и ИМ Маш им. УА Джолдасбекова, где сосредоточен основной научно-технический потенциал республики в области машиноведения и машиностроения. На базе машиностроительного факультета и факультета химической технологии и полиграфии в КазНТУ создан Институт машиностроения, технологий и экологии (ИМТиЭ). Этими двумя институтами совместно с РГП «Институт экономических исследований15 Министерства экономики и торговли (МЭиТ) РК разработана Программа развития нефтегазового машиностроения РК на 2001 -2005 годы, сопровождаемая созданием новых технологий, охраной окружающей среды и подготовкой кадров по этим направлениям. Проведен анализ современного состояния отечественных производств для нефтегазодобывающего комплекса, разработана общая концепция развития нефтегазового машиностроения Казахстана, представлены методы и механизмы реализации программы. Выполняются совместные работы с ОАО «АЗТМ» и МНТЦ «Машиностроение» МЭиТ РК. В области образования в ИМТиЭ с участием ученых ИММаш получены лицензии на новые специальности 2502-Динамика и прочность машин, 3502-Механотроника и робототехника, 3702-Системы автоматизированного проектирования и осуществлен прием-студентов по этим перспективным специальностям, открыта новая выпускающая кафедра «механотроника и робототехника».
#Создание #Казахстане #научной #школы #машиноведения
Рақмет ретінде жарнаманы баса кетіңіз