Технологические процессы и материалы, их классификация

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКМ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Факультет Экономики и управления

Кафедра Управление персоналом

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Основы отраслевых технологий»

Вариант № 37

Выполнил ст. гр. УПбз-13-1

Проверил

Чита

2015

Содержание

1. Понятие о технологических процессах и принципах их классификации

2. Общие сведения о материалах. Назначение и их классификация

Список использованных источников

1. Понятие о технологических процессах и принципах их классификации

Технологическим процессом принято называть совокупность операций по добыче, переработке сырья в полуфабрикаты или готовую продукцию. Технологический процесс в том или ином виде используется в любом промышленном производстве. При своей реализации технологический процесс может быть разделен на какое-то число типовых технологических операций или звеньев и представлен в виде технологической схемы. В технологической схеме способ производства должен быть представлен в форме последовательного описания операций, протекающих в соответствующих условиях. Существует несколько классификаций технологических процессов на основе различных признаков. Классификационными признаками могут являться:

? характер качественных изменений и превращений сырья;

? способ организации технологических процессов;

? кратность обработки сырья;

? степень унификации.

Рассмотрим особенности этих классификаций, учитывая, что в геодезии и топографии сырьем, полуфабрикатами и готовой продукцией, является информация.

По характеру качественных изменений и превращений вещества технологические процессы можно разделить на процессы, использующие физические, механические и химические способы переработки. Для физических и механических способов характерно изменение внешней формы и физических свойств. Однако состав вещества и его внутреннее строение при такой обработке остаются неизменными. Например, из металла с помощью резанья, штамповки, литья, сварки, ковки и других способов обработки можно изготовить различные детали самих разнообразных машин и аппаратов, а из древесины - построить здания, изготовить окна и двери, посуду, мебель и многое другое. Но при такой обработке металл будет оставаться металлом, а дерево - деревом.

В производстве, использующем химические способы переработки сырья, происходит изменение не только физических свойств вещества, но и его химического состава, внутреннего строения и агрегатного состояния. Этим и отличаются химические технологические процессы от механических и физических. Например, в результате химической переработки древесины можно получить скипидар, деготь, камфору, спирт, канифоль. Конечно, разделение технологических процессов на механические, физические и химические является в какой-то мере условным, так как очень часто бывает невозможно провести четкую границу между ними. В отношении геодезического производства данная классификация, на наш взгляд, не может использоваться из-за специфики используемого сырья и получаемой готовой продукции. технологический материал керамика композит

Различие в способах организации технологических процессов позволяет разделить их на периодические, непрерывные и комбинированные. В периодических технологических процессах можно выделить три этапа. На первом этапе производится загрузка оборудования исходным сырьем; на втором - обработка сырья и на третьем - выгрузка готовой продукции. К недостаткам таких процессов относят то, что во время загрузки сырья и выхода готовой продукции основное производственное оборудование простаивает или работает не в полную мощность. Если учесть, что на втором этапе сосредоточено, обычно, самое дорогостоящее оборудование, то его простои особенно нерентабельны. Непостоянство технологического режима на разных этапах производственного цикла приводит к потерям рабочего времени и большим затратам труда. Оно усложняет также обслуживание оборудования и затрудняет автоматизацию. Поэтому более перспективными считаются непрерывные технологические процессы. А периодические сохраняют свое значение в производствах небольшого масштаба, но с широким ассортиментом продукции. В таких производствах применение периодических процессов позволяет использовать оборудование с большей гибкостью при меньших затратах.

В непрерывных процессах поступление сырья и выгрузка готовой продукции протекают непрерывно. Однако все стадии технологии могут производиться одновременно не только в различных частях одного аппарата, но и в различных аппаратах, составляющих большую установку. К непрерывным процессам можно отнести, например, производство цемента. Такие процессы отличаются отсутствием простоев оборудования, перерывов в выпуске готовой продукции, возможностью более полной механизации и автоматизации, стабильностью технологического режима и, соответственно, более высоким качеством конечных продуктов.

Для комбинированных технологий характерно сочетание стадий периодических и непрерывных процессов, которое позволяет выгодно объединить их достоинства.

Большинство технологий, используемых в геодезическом производстве, относятся по данной классификации к периодическим. В них четко прослеживается разделение производственного процесса на стадию сбора информации об объекте с помощью специального геодезического оборудования, период компьютерной обработки этой информации и этап передачи заказчику выходной информации. Однако в последние годы с широким развитием спутниковых технологий определения координат точек в геодезии стало возможным использование непрерывных и комбинированных процессов. Такие технологические процессы можно использовать при наблюдении за стабильностью положения какого-либо значимого инженерного сооружения. Для решения задачи на таком сооружении можно установить антенны спутниковых приемников, непрерывно принимающих радио дальномерные сигналы от специальных спутников. Получаемая информация может непрерывно обрабатываться на компьютере и в режиме реального времени передаваться заказчику.

По кратности обработки сырья различают технологические процессы, работающие по разомкнутой (или открытой), замкнутой (или круговой, или циклической) или комбинированной схемам. В первом случае сырье подвергается однократной обработке, и на выходе производственного цикла получаются готовая продукция и отходы. Для процессов с замкнутой технологической схемой характерно неоднократное возвращение сырья или вспомогательных материалов в начальную стадию производства для повторной обработки или регенерации (восстановления потерянных свойств). По такой схеме работают многие системы охлаждения, в которых специальная жидкость постоянно циркулирует между бачком, охлаждаемым оборудованием, сборником для жидкости и насосом для ее перекачивания в бачок. Хорошим примером работы по замкнутой схеме является работа бытовых холодильников. Конечно, замкнутые технологии не нужно путать с вечным двигателем потому, что при своей реализации они потребляют какую-то энергию. Холодильникам, например, для работы электродвигателя нужна электрическая энергия.

Процессы с замкнутой технологической схемой, как правило, более компактны, чем с разомкнутой схемой, и требуют меньшего расхода сырья, вспомогательных материалов, энергии. Очень часто в промышленности применяют комбинированные технологии, в которых сочетаются процессы с открытой и закрытой схемами. В таких процессах одни промежуточные продукты обрабатываются по открытой схеме, проходя последовательно ряд установок, а другие - циркулируют по замкнутой схеме.

Большинство задач геодезии и топографии решается, как нам кажется, по открытой схеме, в которой собранная на объекте измерительная информация однократно проходит этап математической обработки и в каком-то систематизированном виде поступает к заказчику. Однако и в геодезии есть задачи, которые необходимо решать по замкнутой или комбинированной технологиям. К ним можно отнести задачи математического моделирования и идентификации геодинамических систем по многомерным пространственно- временным рядам разнородных комплексных геодезических и геофизических наблюдений.

Под геодинамическими системами можно понимать инженерные сооружения, технологическое оборудование, блоки земной поверхности, горные массивы и т. д. Ключевым при решении задач геодинамики является выполнение адекватного прогноза поведения исследуемой системы (объекта) в будущем. Для такого прогноза необходимо выполнять математическую обработку нескольких циклов измерений, разделенных каким-то временным интервалом. Результаты прогноза будут более точными, если на вход этапа математической обработки, начиная со второго цикла, будет поступать не только измерительная информация, но и предыдущие результаты вычислений. По нашему мнению, это является примером использования в геодезии замкнутых технологических процессов.

Вид технологического процесса может определяться по количеству изделий, охватываемых этим процессом (одно изделие, группа однотипных изделий и т. д.). Этот классификационный признак называется степенью унификации. По степени унификации производственные процессы можно подразделить на единичный, типовой и групповой.

Единичный технологический процесс применяется для изготовления изделий одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства. Технологический процесс, который характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками, называется типовым. Для группового технологического процесса характерно единство методов обработки с использованием однородных и быстро переналаживаемых приспособлений для групп разных по своей конструкции изделий.

В геодезической отрасли применяются в основном типовые технологические процессы для решения различных задач. Однако, в некоторых случаях, например, при математическом моделировании и идентификации геодинамических систем могут разрабатываться единичные технологии.

2. Общие сведения о материалах. Назначение и их классификация

Успехи современных технологий, которые сделали наше существование столь комфортным, связаны с тем, что стали доступными подходящие материалы. Успехи в понимании того, чем определяется тип материала, зачастую предшествуют развитию новых технологий. Так, например, становление автомобильной промышленности было бы невозможным без разработки сравнительно недорогих сталей или иных подходящих материалов. В наше время развитие многочисленных сложных электронных устройств основывается на использовании компонентов, производимых из так называемых полупроводниковых материалов.

Зачем мы исследуем материалы? Многие ученые и инженеры, работающие в области машиностроения, гражданского строительства, химической или электротехнической промышленности, рано или поздно сталкиваются с задачей разработки конструкции изделия. В качестве примера таких изделий можно привести передаточные шестерни, конструкции, используемые в строительстве, детали для нефтеперерабатывающего оборудования, интегральные чипы. Конечно, ученые и инженеры, занимающиеся материаловедением, являются экспертами, знакомыми с задачами изучения материалов и проблемами конструирования из них изделий.

Во многих случаях задача состоит в том, чтобы выбрать подходящий материал из многих тысяч, имеющихся на рынке. Существует несколько критериев, на основании которых следует сделать окончательный выбор. Прежде всего, необходимо четко охарактеризовать условия применения изделия, поскольку именно они определяют необходимые свойства материала. Лишь в очень редких случаях существует материал, который в максимальной степени или идеально отвечает предъявляемым требованиям. Поэтому зачастую приходится пренебрегать одними характеристиками материала по сравнению с другими более важными. Классический пример -- это требования по прочности и пластичности. Обычно материал, обладающий очень высокой прочностью, оказывается недостаточно пластичным. Во всех таких случаях необходимо приходить к разумному компромиссу между двумя или большим количеством необходимых свойств.

Далее, необходимо основывать выбор на том, насколько могут снижаться свойства материала в процессе эксплуатации изделия. Например, весьма заметное снижение прочности может быть результатом действия повышенных температур или коррозии в окружающей среде. И, наконец, решающий аргумент может быть связан с экономическими соображениями. Какова будет стоимость конечного изделия? Можно найти материал, который идеально подходил бы по своим свойствам всем предъявляемым требованиям, но был бы чрезмерно дорог. И здесь опять-таки неизбежен определенный компромисс. Следует учесть, что в стоимость конечного продукта входят не только стоимость материала, но и затраты в процессе формования готового изделия.

Чем лучше ученый или инженер знаком с различными характеристиками материала и соотношением между его структурой и свойствами, равно как и с технологией получения изделий, тем более умелым и надежным будет его (или ее) выбор материала, основанный на перечисленных критериях.

Классификация материалов

Твердые материалы обычно подразделяются на три основные группы. Это металлы, керамика и полимеры. Это деление основывается, прежде всего, на особенностях химического строения и атомной структуры вещества. Большинство материалов можно вполне однозначно отнести к той или иной группе, хотя возможны и промежуточные случаи. Кроме того, следует отметить существование композитов, в которых комбинируются материалы, принадлежащие к двум или трем из перечисленных групп. Ниже будет дано краткое описание различных типов материалов и приведены их сравнительные характеристики.

Еще одним типом материалов являются современные специальные (advanced) материалы, предназначенные для применения в высокотехнологичных (high-tech) областях, таких как полупроводники, материалы биологического назначения, «умные» (smart) материалы и вещества, используемые в нанотехнологии.

Металлы

Материалы, принадлежащие к этой группе, включают в себя один или несколько металлов (таких как железо, алюминий, медь, титан, золото, никель), а также часто те или иные неметаллические элементы (например, углерод, азот или кислород) в сравнительно небольших количествах.

Атомы в металлах и сплавах располагаются в весьма совершенном порядке. Кроме того, по сравнению с керамикой и полимерными материалами плотность металлов сравнительно высока.

Что касается механических свойств, то все эти материалы относительно жесткие и прочные. Кроме того, они обладают определенной пластичностью (т.е. способностью к большим деформациям без разрушения), и сопротивляемостью разрушению, что обеспечило им широкое применение в разнообразных конструкциях.

В металлических материалах имеется множество делокализованных электронов, т. е. электронов, не связанных с определенными атомами. Именно присутствием таких электронов непосредственно объясняются многие свойства металлов. Например, металлы представляют собой исключительно хорошие проводники для электрического тока и тепла. Они непроницаемы для видимого света. Полированные поверхности металлов блестят. Кроме того, некоторые металлы (например, железо, кобальт и никель) обладают желательными для их применения магнитными свойствами.

Керамика

Керамика -- это группа материалов, занимающих промежуточное положение между металлами и неметаллическими элементами. Как общее правило, к классу керамики относятся оксиды, нитриды и карбиды. Так, например, некоторые из наиболее популярных видов керамик состоят из оксида алюминия (Al₂O₃), диоксида кремния (SiO₂), нитрида кремния (Si₃N₄). Кроме того, к числу тех веществ, которые многие называют традиционными керамическими материалами, относятся различные глины (в частности те, которые идут на изготовление фарфора), а также бетон и стекло. Что касается механических свойств, то керамика -- это относительно жесткие и прочные материалы, сопоставимые по этим характеристикам с металлами. Кроме того, типичные виды керамики очень твердые. Однако керамика исключительно хрупкий материал (практически полное отсутствие пластичности) и плохо сопротивляется разрушению. Все типичные виды керамики не проводят тепло и электрический ток (т.е. их электропроводность очень низкая).

Для керамики характерно более высокое сопротивление высоким температурам и вредным воздействиям окружающей среды. Что касается их оптических свойств, то керамика может быть прозрачным, полупрозрачным или совсем непрозрачным материалом, а некоторые оксиды, например, оксид железа (Fe₂O₃) обладают магнитными свойствами.

Композиты

Композиты представляют собой комбинацию из двух (или большего числа) отдельных материалов, относящихся к различным классам веществ, перечисленным выше, т.е. металлов, керамики и полимеров. Целью создания композитов было стремление достичь такого сочетания свойств различных материалов, которые не могут быть получены для индивидуальных компонент, а также обеспечить оптимальное сочетание их характеристик. Известно большое количество различных композитов, которые получены при совмещении металлов, керамики и полимеров. Более того, некоторые природные материалы также представляют собой композиты, например, это дерево и кость. Однако большинство композитов, которые рассматриваются в настоящей книге, это материалы, полученные из синтетических материалов.

Одним из наиболее популярных и знакомых всем композиционных материалов является стеклопластик. Этот материал представляет собой короткие стеклянные волокна, помещенные в полимерную матрицу, обычно в эпоксидную или полиэфирную смолу. Стеклянные волокна обладают высокой прочностью и жесткостью, но они хрупкие. В то же время полимерная матрица пластична, но ее прочность низкая. Комбинирование указанных веществ приводит к получению относительно жесткого и высокопрочного материала, который, тем не менее, обладает достаточной пластичностью и гибкостью.

Другим примером технологически важного композита являются углепластики -- полимеры, армированные углеродными волокнами (CFRP). В этих материалах в полимерную матрицу помещают углеродные волокна. Материалы этого типа более жесткие и более прочные по сравнению со стеклопластиками, но в то же время более дорогие. Углепластики используют в аэрокосмической технике, а также при изготовлении высококачественного спортивного оборудования, например велосипедов, клюшек для гольфа, теннисных ракеток, лыж и сноубордов.

Прогрессивные материалы

Материалы, которые предназначены для использования в высокотехнологичных изделиях («хай-тек») иногда условно определяют термином «прогрессивные» материалы. Под высокими технологиями обычно имеются в виду устройства или изделия, работа которых основана на использовании сложных современных принципов. К числу таких изделий относится различное электронное оборудование, в частности цифровые видео-аудио камеры, CD/DVD проигрыватели, компьютеры, оптико-волоконные системы, а также космические спутники, изделия аэрокосмического назначения и ракетных технологий.

Прогрессивные материалы, по существу, представляют собой обычно типичные обсуждавшиеся выше вещества, но с улучшенными показателями свойств, но также и новые материалы, обладающие выдающимися характеристиками. Эти материалы могут быть металлами, керамикой или полимерами, однако их стоимость обычно очень высока. К числу прогрессивных материалов также относятся полупроводники, биоматериалы и вещества, которые мы называем «материалами будущего». Это так называемые «умные» материалы и изделия нанотехнологии, которые предназначены, например, для изготовления лазеров, интегральных схем, магнитных хранителей информации, дисплеев на жидких кристаллах и оптических волокон.

Биоматериал

Биоматериалы используют для создания имплантатов для тела человека, которые призваны заменить больные или разрушенные органы или ткани. Материалы этого типа не должны выделять токсичных веществ и должны быть совместимыми с тканями человека (т.е. не должны вызывать реакции отторжения). Все перечисленные типы веществ -- металлы, керамика, полимеры и полупроводники -- могут быть использованы в качестве биоматериалов. В качестве примера можно привести некоторые биоматериалы, которые применяют для изготовления искусственных тазобедренных суставов.

Матералы будущего

«Умными» (или интеллектуальными) материалами называют группу новых искусственно разрабатываемых веществ, которые оказывают существенное влияние на многие современные технологии. Определение «умные» означает, что эти материалы способны чувствовать изменения в окружающей среде и отзываться на эти изменения заранее определенным образом -- качество, присущее живым организмам. Концепция «умных» материалов также была распространена на сложные системы, построенные как из «умных», так и традиционных веществ.

В качестве компонентов умных материалов (или систем) могут использоваться некоторые типы датчиков (распознающих входящие сигналы), а также исполнительные системы (активаторы), играющие роль отвечающих и адаптивных устройств. Последние могут использоваться для изменения формы, положения, собственных частот или механических характеристик как ответа на изменение температуры, интенсивности освещенности, напряженности электрического или магнитного полей.

В качестве активаторов обычно используют материалы четырех типов: это сплавы с памятью к изменению формы, пьезоэлектрические виды керамики, магнитострикционные материалы и электрореологические/электромагнитные жидкости.

Сплавы «с памятью» -- это металлы, которые после деформирования возвращаются в исходную форму, если изменилась температура.

Пьезоэлектрические виды керамики расширяются и сжимаются в ответ на изменение электрического поля (или напряжения); если же их размеры изменяются, то это приводит к возбуждению электрического сигнала. Поведение магнитострикционных материалов аналогично реакции пьезоэлектриков, но только как реакция на изменение магнитного поля. Что касается электро- и магнитореологических жидкостей, то это такие среды, которые претерпевают огромные изменения вязкости в ответ на изменение электрического или магнитного поля, соответственно.

Материалы/устройства, используемые в качестве датчиков, могут быть оптическими волокнами, пьезоэлектриками (к их числу относятся некоторые полимеры) и микроэлектромеханическими устройствами, аббревиатура MEMS.

В качестве примера «умных» устройств можно привести систему, используемую в вертолетах для того, чтобы снизить шум в кабине, создаваемый при вращении лопастей. Пьезоэлектрические датчики, встроенные в лопасти, отслеживают напряжения и деформации; сигнал передается от этих датчиков к исполнительному механизму, который с помощью компьютера генерирует «антишум», гасящий звук от работы винтов вертолета.

Необходимость создания новых материалов.

Несмотря на то, что за последние несколько лет был достигнут огромный прогресс в области материаловедения и технологии применения материалов, все же остается необходимость в создании еще более совершенных и специализированных материалов, а также в оценке взаимосвязей между производством таких материалов и его влиянием на окружающую среду. По этому вопросу необходимо дать некоторые комментарии, чтобы обрисовать возможные перспективы в этой области.

Создание ядерной энергетики предлагает определенные обещания будущего, но здесь остаются многочисленные проблемы, связанные с разработкой новых материалов, которые необходимы на всех стадиях -- от системы размещения топлива в реакторе до хранения радиоактивных отходов.

Большие затраты энергии связаны с перевозками. Уменьшение веса транспортирующих устройств (автомобилей, самолетов, поездов и т.д.), также как и увеличение температуры, при которой работают двигатели, будет способствовать более эффективному потреблению энергии. Для этого требуется создать высокопрочные легкие инженерные материалы, равно как и материалы, которые могут работать в условиях повышенных температур.

Далее, существует общепризнанная необходимость в новых экономически обоснованных источниках энергии, а также в более эффективном использовании существующих источников. Несомненно, что материалы с нужными характеристиками играют огромную роль в развитии этого направления. Так, например, была продемонстрирована возможность прямого преобразования солнечной энергии в электрический ток. В настоящее время солнечные батареи представляют собой довольно сложные и дорогостоящие устройства. Несомненно, что должны быть созданы новые относительно дешевые технологические материалы, которые должны быть более эффективными в осуществлении использования солнечной энергии.

Еще одним очень привлекательным и вполне реальным примером в технологии преобразования энергии служат водородные топливные элементы, которые к тому же обладают тем преимуществом, что не загрязняют окружающую среду. В настоящее время только начинается использование этой технологии в электронных устройствах; в перспективе такие элементы могут использоваться как силовые установки в автомобилях. Для создания более эффективных топливных элементов нужны новые материалы, а для производства водорода необходимы новые катализаторы.

Для поддержания качества окружающей среды на требуемом уровне нам необходимо осуществлять контроль состава воздуха и воды. Для осуществления контроля загрязнений используют различные материалы. Кроме того, необходимо усовершенствовать методы переработки и очистки материалов с тем, чтобы снизить загрязнение окружающей среды, т.е. стоит задача создавать меньше отходов и меньше вредить окружающей нас природе при добыче полезных ископаемых. Следует также учесть, что при производстве некоторых материалов образуются токсичные вещества, так что следует учесть возможный ущерб экологии от сброса таких отходов.

Многие используемые нами материалы получают из невосполнимых ресурсов, т.е. источников, которые не могут быть регенерированы. Это относится, например, к полимерам, первичным сырьем для которых является нефть, и к некоторым металлам. Эти невосполнимые ресурсы постепенно исчерпываются. Отсюда возникает необходимость: 1) обнаружения новых источников этих ресурсов; 2) создание новых материалов со свойствами, аналогичными существующим, но менее наносящих ущерб окружающей среде; 3) усиления роли процессов рециклинга и, в частности, разработки новых технологий, позволяющих осуществлять рециклы. Как следствие всего этого возникает необходимость экономической оценки не только производства, но и учета экологических факторов, так что оказывается необходимым проанализировать весь жизненный цикл материала -- «от колыбели до могилы» -- и производственный процесс в целом.

Список использованных источников

1. Купряков Е.М. и др. Технология важнейших отраслей промышленности. -М.:изд. ВЗФЭИ, 1979 - 340 с.

2. http://investments.academic.ru/1445/Технологический_процесс

3. http://bookwu.net/book_tehn.i-tehnologii-1_760/4_1.3.-ponyatie-o-tehnologicheskih-processah.-principy-ih-klassifikacii.

4. http://allrefs.net/c1/49rrt/

Размещено на Allbest.ru