«Введение в специальность» Карякин Андрей Виссарионович История развития техники и технологии
Человек создавал первичные орудия из камня, дерева, костей в эпоху палеолита - от 2,5 млн. до 10 тыс. лет назад. В те времена люди питались охотой и собирательством, кочевали. Всё было хорошо до тех пор, пока не случилось крайнее большое обледенение: вымерли крупные источники мяса и большинство хищников, кушавших людей. Кормиться охотой стало труднее, племена стали переходить к оседлому образу жизни и часть пищи получать земледелием и рыболовством. Эпоха мезолита – от 10 тыс. до 7 тыс. лет назад. Человек одомашнил некоторых животных, окультурил растения. Появились первые приспособления – лук, устройство разведения огня на его базе, лодки/плоты … Неолит – 5..3 тыс. лет до н.э. Земледелие и рыболовство даёт бОльшую часть пищи, появляются города. Человек учится изготавливать керамику, плести и ткать. Появляются первые механизмы: жернова, гончарный круг, ткацкий станок. Каменные части инструментов начинают шлифовать и сверлить. Каменный век:
Медный век – 4-3 тыс. лет до н.э.. Медь в некоторых немногочисленных областях находили в самородном виде. Каменные орудия твёрже, но медные можно чинить. Медь ковали. Бронзовый век – от 3 тыс. до 1300 лет до н.э.. Начали выплавлять металлы из руды. Бронза – смесь меди и олова. Твёрже меди, хорошо льётся. Руды мало. Железный век – от 1200 года до н.э. до 300 года н.э. Полностью исчезают каменные орудия труда. Появляются сложные механизмы. Выделяются первые профессионалы машиностроения – кузнецы, металлурги. На первых порах железо было по всем параметрам хуже бронзы: сложнее выплавить (нужна больше температура), нельзя отливать (только ковать), ржавеет… Зато руда встречается гораздо чаще. Обработка металлов:
Самородное (метеоритное) железо – встречалось очень редко. Сыродутный процесс – температура до 1300°С, получали «крицу». Получение железа:
11-12 вв. н.э. доменная печь: корпус из кирпича, меха для воздушного дутья с приводом от водяного колеса. Теперь металл расплавлялся и превращался в чугун. Получение железа:
1735 г. в домне применён кокс. 1755 г. – паровая машина для дутья воздуха. Кричный передел – в домну загружали не руду, а крицу, в результате получалась сталь. 1856 г. Бессемер (Англия) предложил переливать расплавленный чугун в конвертер, а затем продувать через него воздух для получения стали. 1857 г. – Каупер (Англия) предложил теплообменник для подогрева воздуха, вдуваемого в домну, за счёт тепла отходящих газов. 1864 г. Мартены (Франция) предложили мартеновскую печь. Похожа на домну, но загружают не руду, а чугун и металлолом, на выходе получают сталь. 1912 г. Германия – нержавеющая сталь. Другие металлы: 1825 г. впервые получен алюминий. Электричества было мало, поэтому он был слишком дорогой. 1880 г.г. алюминий начали выплавлять в промышленных масштабах. Получение железа:
Добыча огня трением – мезолит. Сверлильный станок - от 3 тыс. лет до н.э. Сверлильный станок - неолит Станки:
Токарный станок – 5 в. до н.э. Станки:
4 в. до н.э. – токарный станок с постоянным вращением детали (за счёт маховика – точильного камня) и одновременно шлифовальный станок. 1351 г. – волочильный стан с гидроприводом для получения проволоки. 1830 – 1850 г.г. прокатный стан (рельсы, листы железа). Станки:
1649 г. – расточной станок Нартова (Россия). Станки:
1655 г. – токарно-винторезный станок Бессона (Франция). Станки:
1839 г. – паровой молот Несмита. Станки:
19 в. - легированные сплавы 1903 г. – быстрорежущая сталь 1914 г. – твёрдый сплав на основе карбида вольфрама Развитие инструментальных материалов:
Сварка придумана русскими : В.В. Петров, 1802 г. – электрическая дуга. Н.Н. Бенардос, 1882 г. – электродуговая сварка угольным электродом. Н.Г. Славянов, 1898 г. – плавящийся металлический электрод. 189х г. – термитная сварка (рельсы, провода …) 190х г., Франция – газовая сварка. Развитие сварки:
первые двигатели: энергия ветра (мельницы) – более 2 тыс. лет назад, Китай. водяные мельницы – 1,5 тыс. лет назад, Китай. Ньюкомен (Англия), 1712 г. – пароатмосферный двигатель (паровой котёл, цилиндр с поршнем, ручное управление перепуском пара). Применялся для откачки воды из шахт. Бейтон (Англия), 1718 г. – автоматизировал перепуск пара. Развитие двигателей:
И.И. Ползунов, 1763 г. – двухцилиндровая машина непрерывного действия. ок. 1780 г. – паровая машина Уатта (Англия). Цилиндр двойного действия + много своих конструкт. решений Развитие двигателей :
1847 г. Френсис – гидротурбина, практически совпадающая с применяемыми на современных ГЭС. 1885 г. – Парсонс (Англия) паровая турбина. Развитие двигателей:
Первые известные попытки – 1673 г. Гюйгенс. Проблема – нет топлива (Гюйгенс делал на порохе). 1688 г. – гремучий газ 180х г. – светильный газ (продукт нагревания древесины без доступа воздуха). 1858 г. – первый автобус 1876 г. – ДВС Отто (со сжатием воздуха). Воспламенение горелкой. 1889 г. – Даймлер, 4 такта, 4 цилиндра, V- образный ДВС. 1897 г. – Дизель Развитие двигателей:
Технологический уклад – совокупность сопряжённых производств, имеющих единый технический уровень и развивающихся синхронно. Устойчивое образование - замкнутый цикл от добычи ресурсов до конечных продуктов, соответствующих типу общественного потребления. Ядро технологического уклада - комплекс базисных технологий и производств. Ключевой фактор – нововведения (т.е. технологии, появившиеся только в этом укладе). Несущие отрасли - отрасли, интенсивно использующие ключевой фактор. « Смена технологических укладов объясняет неравномерный ход научно-технического прогресса». Понятие «технологического уклада» или «промышленной революции» придумали, чтобы объяснить экономические кризисы при капитализме. Технологический уклад:
I Т.У. - начало первой промышленной революции. 1772 г., создание Аркрайтом в Англии прядильной машины « Water frame » и строительство им текстильной фабрики в Кромфорде. Ядро уклада — текстильная промышленность. Промышленная революция ( промышленный переворот, Великая индустриальная революция ) — переход от ручного труда к машинному, от мануфактуры к фабрике. Индустриализация — переход от преимущественно аграрной экономики к промышленному производству. Утверждение капитализма в качестве господствующей мировой системы хозяйства. Главные факторы П.Р.: формирование институтов, защищающих частную собственность и контрактные обязательства; высокий уровень развития торговли ; формирование рынка ресурсов, главным образом - земли; широкое применение наёмного труда; развитость финансовых рынков, низкий уровень ссудного процента ; развитие науки. Разделение труда на уровне отдельного человека (крестьянин / рабочий). Развитие лимитировано источниками энергии – используются «возобновляемые» источники – ветер, вода… Технологический уклад:
II Т.У. - эпоха пара, 1825 г. Энергия угля. Паровозы, железные дороги – быстрый и стабильный транспорт. Бурное развитие заокеанских колоний. Ядро уклада — паровое судоходство, угледобыча, железные дороги. Разделение труда на уровне населенных пунктов (город ткачей, поселок шахтёров…). Технологический уклад:
III Т.У. - эпоха стали (вторая промышленная революция ), 1875 г. Конвертерная выплавка стали. Стандартизация узлов и механизмов, чертежи. Развитие электричества, телеграф как средство связи. Металлорежущие станки (электропривод). Развитие химии – динамит, удобрения, алюминий. Разделение труда на уровне организаций/ предприятий в отдельно взятых городах: всё производство какой-либо продукции в данном городе принадлежит одной организации. Технологический уклад:
IV Т.У. - э поха нефти, 1908 г. массовое производство, в т.ч. конвейерное двигатель внутреннего сгорания радиосвязь самолёты объединение энергосистем автомобилестроение как ядро уклада Разделение труда на уровне организаций/ предприятий в отдельно взятых странах: всё производство какой-либо продукции в данной стране принадлежит одной организации. Банковская система. Технологический уклад:
V Т.У. - э поха компьютеров и телекоммуникаций, научно-техническая революция (вторая промышленная революция), 1971 г. Наука стала ведущим фактором производства, индустриальное общество превратилось в постиндустриальное. микроэлектроника + компьютеры + информатика биотехнологии и генная инженерия освоение космического пространства, спутниковая связь производство программного обеспечения как отдельная отрасль роботостроение Индивидуализация производства и потребления. Разделение труда на уровне транснациональных компаний в пределах всего мира: всё производство какой-либо продукции в мире принадлежит одной организации. Развитие экономики за счет кредитования населения. Технологический уклад:
VI / VII Т.У. – нанотехнологии, третья / четвертая промышленная революция, 2004 г. наноэлектроника / нанохимия / наноматериалы когнитивные науки ( междисциплинарные, обычно включают психологию и искусственный интеллект). Большие данные Интернет вещей Виртуальная и дополненная реальность 3D-печать Квантовые вычисления Большая доля «ненужного» населения. Глобальное социальное расслоение (в т.ч. на уровне стран). Прозрачность мира, отсутствие скрытой личной жизни. Изменение традиционных политических систем. Технологический уклад: Практика №2
Подготовить доклад/презентацию (15 мин.) или отчет (2 стр. текста + иллюстрации) на тему: Технологии четвертой промышленной революции: Большие данные Интернет вещей Виртуальная и дополненная реальность 3D-печать, аддитивные технологии Квантовые вычисления Выдающиеся технологии прошлого: Пудлингование Производство автомобилей Г. Форда Первые паровозы История развития и конструкции подъемных механизмов История горнодобывающего оборудования Практика №2:
