Промышленное и производственное проектирование

Промышленная и производственная инженерия ( IPE ) — это междисциплинарная инженерная дисциплина, которая включает в себя производственные технологии, инженерные науки, науку управления и оптимизацию сложных процессов , систем или организаций . Он связан с пониманием и применением инженерных процедур в производственных процессах и методах производства. Промышленное проектирование восходит к промышленной революции, инициированной в 1700-х годах сэром Адамом Смитом , Генри Фордом , Эли Уитни , Фрэнком Гилбретом и Лилиан Гилбрет , Генри Ганттом , Ф. У. Тейлором и т. д. После 1970-х годов промышленное и производственное проектирование развивалось во всем мире. и начал широко использовать автоматизацию и робототехнику. Промышленная и производственная инженерия включает в себя три направления: машиностроение (откуда происходит технология производства), промышленная инженерия и наука управления .

Цель состоит в том, чтобы повысить эффективность, повысить эффективность производства, контроля качества и снизить затраты, одновременно делая свою продукцию более привлекательной и конкурентоспособной. Промышленная инженерия занимается разработкой, улучшением и внедрением интегрированных систем людей, денег, знаний, информации, оборудования, энергии, материалов, а также анализа и синтеза. Принципы IPE включают математические, физические и социальные науки , а также методы инженерного проектирования для определения, прогнозирования и оценки результатов, которые должны быть получены от систем или процессов, существующих в настоящее время или разрабатываемых. Целью технологии производства является завершение производственного процесса наиболее плавным, разумным и экономичным способом. Технология производства также существенно пересекается с технологией производства и промышленной инженерией . Понятие технологии производства взаимозаменяемо с технологией производства.

Что касается образования, студенты обычно начинают с изучения таких курсов, как физика, математика (исчисление, линейный анализ, дифференциальные уравнения), информатика и химия. студенты будут проходить более специализированные курсы, такие как планирование производства и запасов, управление процессами , производство CAD/CAM, эргономика В последние годы своей студенческой карьеры и т. д. В некоторых частях мира университеты предлагают степень бакалавра в области промышленной и производственной инженерии. Однако большинство университетов США предлагают их отдельно. Различные карьерные пути, которые могут быть для промышленных и производственных инженеров, включают в себя: инженеры-технологи , инженеры-технологи , инженеры по качеству , инженеры-технологи и промышленные менеджеры, управление проектами , производство , производство и распространение. Люди могут выбрать различные карьерные пути в качестве промышленных и производственных инженеров. инженер, средняя стартовая зарплата большинства из них составляет не менее 50 000 долларов.

История

Промышленная революция

Корни профессии промышленного инженера восходят к промышленной революции . Технологии, которые помогли механизировать традиционные ручные операции в текстильной промышленности, в том числе « Летающий челнок» , « Прядящая Дженни» и, что, возможно, самое главное, паровой двигатель, создали эффект масштаба сделал массовое производство , который впервые в централизованных местах привлекательным. Концепция производственной системы зародилась на фабриках, созданных в результате этих инноваций.

Специализация труда

Паровая машина Ватта ( Мадридский технический университет )

Идеи Адама Смита о разделении труда и «невидимой руке» капитализма, представленные в его трактате « Богатство народов », побудили многих технологических новаторов промышленной революции создать и внедрить фабричные системы. Усилия Джеймса Уотта и Мэтью Бултона привели к созданию первого в мире комплексного машиностроительного предприятия, включая внедрение таких концепций, как системы контроля затрат для сокращения отходов и повышения производительности, а также учреждение профессионального обучения мастеров.

Чарльз Бэббидж стал связан с промышленным проектированием благодаря концепциям, которые он представил в своей книге «Об экономике машин и производителей», которую он написал в результате своих посещений заводов в Англии и Соединенных Штатах в начале 1800-х годов. В книгу включены такие темы, как время, необходимое для выполнения конкретной задачи, последствия разделения задач на более мелкие и менее подробные элементы, а также преимущества, которые можно получить от повторяющихся задач.

Взаимозаменяемые детали

Эли Уитни и Симеон Норт доказали осуществимость идеи взаимозаменяемых деталей при производстве мушкетов и пистолетов для правительства США. В рамках этой системы отдельные детали производились серийно с допусками, позволяющими использовать их в любом готовом изделии. Результатом стало значительное снижение потребности в квалифицированных специалистах, что в конечном итоге привело к тому, что промышленную среду пришлось изучать позже.

Современное развитие

Промышленное проектирование

В 1960–1975 годах, с развитием систем поддержки принятия решений в сфере поставок, таких как планирование потребности в материалах (MRP), люди могли уделять особое внимание вопросам сроков (запасы, производство, компаундирование, транспортировка и т. д.) промышленной организации. Израильский ученый доктор Джейкоб Рубиновиц внедрил программу CMMS, разработанную в IAI и Control-Data (Израиль) в 1976 году в Южной Африке и по всему миру.

В семидесятые годы, с распространением японских теорий управления, таких как Кайдзен и Канбан , Япония достигла очень высокого уровня качества и производительности. Эти теории улучшили вопросы качества, сроков поставки и гибкости. Компании на Западе осознали огромное влияние Кайдзен и начали внедрять собственные программы непрерывного совершенствования .

В девяностые годы, после глобального процесса глобализации промышленности, упор был сделан на управление цепочками поставок и разработку бизнес-процессов, ориентированных на клиента. Теория ограничений, разработанная израильским ученым Элияху М. Голдраттом (1985), также является важной вехой в этой области.

Производственный (производственный) инжиниринг

Современные исследования в области технологии производства включают все промежуточные процессы, необходимые для производства и интеграции компонентов продукта.

Основная статья: Производство полупроводников

Некоторые отрасли, такие как производители полупроводников и стали, используют для этих процессов термин «производство».

Основная статья: Автоматизация

Автоматизация используется в различных производственных процессах, таких как механическая обработка и сварка. Автоматизированное производство означает применение автоматизации для производства товаров на заводе. Основные преимущества автоматизированного производства для производственного процесса реализуются при эффективном внедрении автоматизации и включают в себя: более высокую согласованность и качество, сокращение сроков выполнения заказов, упрощение производства, сокращение количества операций, улучшение рабочего процесса и улучшение морального духа работников.

Основная статья: Робототехника

Промышленные роботы KUKA используются в хлебопекарне для производства продуктов питания

Робототехника — это применение мехатроники и автоматизации для создания роботов, которые часто используются на производстве для выполнения опасных, неприятных или повторяющихся задач. Эти роботы могут быть любой формы и размера, но все они заранее запрограммированы и физически взаимодействуют с миром. Чтобы создать робота, инженер обычно использует кинематику (чтобы определить диапазон движения робота) и механику (чтобы определить напряжения внутри робота). Роботы широко используются в машиностроении.

Роботы позволяют предприятиям экономить деньги на рабочей силе, выполнять задачи, которые слишком опасны или слишком точны для экономичного выполнения людьми, а также обеспечивать лучшее качество. Многие компании используют сборочные линии роботов, а некоторые заводы настолько роботизированы, что могут работать самостоятельно. За пределами завода роботы используются для обезвреживания бомб, исследования космоса и во многих других областях. Роботы также продаются для различных бытовых применений.

Обзор

Промышленное проектирование

Промышленная инженерия — это отрасль инженерии, которая предполагает выяснение того, как сделать или сделать что-то лучше. Промышленные инженеры озабочены снижением производственных затрат, повышением эффективности, улучшением качества продукции и услуг, обеспечением здоровья и безопасности работников, защитой окружающей среды и соблюдением государственных постановлений.

Различные области и темы, которыми занимаются промышленные инженеры, включают:

• Технологическое проектирование
• Инженерный менеджмент
• Технологическое проектирование : проектирование, эксплуатация, контроль и оптимизация химических, физических и биологических процессов.
• Системная инженерия : междисциплинарная область инженерии, которая фокусируется на том, как проектировать сложные инженерные системы и управлять ими на протяжении их жизненного цикла.
• Программная инженерия : междисциплинарная область разработки, в которой основное внимание уделяется проектированию, разработке, обслуживанию, тестированию и оценке программного обеспечения, обеспечивающего работу компьютеров или других устройств, содержащих программное обеспечение.
• Инженерия безопасности : инженерная дисциплина, которая гарантирует, что инженерные системы обеспечивают приемлемый уровень безопасности.
• Наука о данных : наука об исследовании, манипулировании, анализе и визуализации данных для получения полезных идей и выводов.
• Машинное обучение : автоматизация обучения на основе данных с использованием моделей и алгоритмов.
• Аналитика и интеллектуальный анализ данных : обнаружение, интерпретация и извлечение закономерностей и идей из больших объемов данных.
• Инжиниринг затрат : практика, посвященная управлению стоимостью проекта, включающая такие виды деятельности, как оценка затрат и контроль, то есть контроль затрат и прогнозирование затрат, оценка инвестиций и анализ рисков.
• Инжиниринг стоимости : систематический метод повышения «ценности» товаров или продуктов и услуг путем анализа их функций.
• Система заранее определенного времени движения : метод количественной оценки времени, необходимого для повторяющихся задач.
• Инжиниринг качества : способ предотвращения ошибок или дефектов в производимой продукции и проблем при предоставлении решений или услуг клиентам.
• Управление проектами : это процесс и деятельность по планированию, организации, мотивации и контролю ресурсов, процедур и протоколов для достижения конкретных целей в научных или повседневных проблемах.
• Управление цепочками поставок : управление потоками товаров. Он включает в себя перемещение и хранение сырья, незавершенного производства и готовой продукции от точки происхождения до точки потребления.
• Эргономика : практика проектирования продуктов, систем или процессов с учетом взаимодействия между ними и людьми, которые их используют.
• Исследование операций , также известное как наука управления : дисциплина, которая занимается применением передовых аналитических методов для принятия более эффективных решений.
• Операционный менеджмент : область управления, связанная с надзором, проектированием и контролем процесса производства, а также перепроектированием бизнес-операций при производстве товаров или услуг.
• Проектирование работы : спецификация содержания, методов и взаимоотношений между работами с целью удовлетворения технологических и организационных требований, а также социальных и личных требований работника, занимающего должность.
• Финансовая инженерия : применение технических методов, особенно математических финансов и вычислительных финансов, в финансовой практике.
• Конфигурация промышленного предприятия : определение размера необходимой инфраструктуры, используемой для поддержки и обслуживания данного объекта.
• Управление объектами : междисциплинарная область, посвященная координации пространства, инфраструктуры, людей и организации.
• Процесс инженерного проектирования : формулирование плана, который поможет инженеру создать продукт с заданной целью производительности.
• Логистика : управление потоком товаров между пунктом происхождения и пунктом потребления для удовлетворения некоторых требований клиентов или корпораций.
• Бухгалтерский учет : измерение, обработка и передача финансовой информации о хозяйствующих субъектах.
• Капитальные проекты : управление деятельностью в капитальных проектах включает поток ресурсов или входных данных, поскольку они преобразуются в результаты. Многие инструменты и принципы промышленного проектирования могут быть применены к конфигурации рабочей деятельности в рамках проекта. Таким образом, применение концепций и методов промышленного проектирования и управления операциями для реализации проектов получило название «Управление производством проектов». Традиционно основным аспектом промышленного проектирования было планирование планировки заводов , проектирование сборочных линий и других производственных парадигм. И теперь, в системах бережливого производства , промышленные инженеры работают над устранением потерь времени, денег, материалов, энергии и других ресурсов.

Примеры использования промышленного инжиниринга включают в себя составление схем технологических процессов, картографирование процессов, проектирование сборочной рабочей станции, разработку стратегии для различной оперативной логистики, консультации в качестве эксперта по эффективности, разработку нового финансового алгоритма или кредитной системы для банка, оптимизацию операций и отделение неотложной помощи. расположение или использование в больнице, планирование сложных схем распределения материалов или продуктов (так называемое управление цепочкой поставок ) и сокращение очередей (или очередей ) в банке, больнице или тематическом парке.

Современные промышленные инженеры обычно используют заранее определенную систему времени движения , компьютерное моделирование (особенно моделирование дискретных событий ), а также обширные математические инструменты для моделирования, такие как математическая оптимизация и теория массового обслуживания , а также вычислительные методы для системного анализа, оценки и оптимизации. Промышленные инженеры также используют инструменты науки о данных и машинного обучения в своей работе из-за тесной связи этих дисциплин с этой областью и аналогичного технического образования, требуемого от промышленных инженеров (включая прочную основу в теории вероятностей , линейной алгебре и статистике ). а также наличие навыков программирования ).

Производственный (производственный) инжиниринг

Промышленное проектирование основано на основных навыках промышленного проектирования и машиностроения , добавляя важные элементы из мехатроники, коммерции, экономики и управления бизнесом. Эта область также занимается интеграцией различных объектов и систем для производства качественной продукции (с оптимальными затратами) путем применения принципов физики и результатов исследований производственных систем. например следующее:

• Ремесло или Гильдия
• Система выдачи
• Британская фабричная система
• Американская система производства
• Советский коллективизм на производстве
• Массовое производство
• Компьютерно-интегрированное производство
• Компьютерные технологии в производстве
• точно в срок Изготовление
• Бережливое производство
• Гибкое производство
• Массовая кастомизация
• Гибкое производство
• Быстрое производство
• Сборное производство
• Право собственности
• Изготовление
• Публикация

Набор шестиосных роботов, используемых для сварки .

Инженеры-технологи разрабатывают и создают физические артефакты, производственные процессы и технологии. Это очень широкая область, которая включает в себя проектирование и разработку продуктов. Промышленное проектирование считается поддисциплиной промышленного проектирования / системотехники и очень сильно пересекается с машиностроением . Успех или неудача инженеров-технологов напрямую влияет на развитие технологий и распространение инноваций. Эта область производственного инжиниринга возникла из дисциплины инструментов и штампов в начале 20 века. Он значительно расширился с 1960-х годов, когда промышленно развитые страны открыли заводы:

1. Станки с числовым программным управлением и автоматизированные системы производства.

2. Передовые статистические методы контроля качества . Эти фабрики были созданы американским инженером-электриком Уильямом Эдвардсом Демингом , которого первоначально игнорировали в его родной стране. Эти же методы контроля качества впоследствии превратили японские фабрики в мировых лидеров по экономичности и качеству продукции.

3. Промышленные роботы в заводских цехах, появившиеся в конце 1970-х годов. Эти сварочные рычаги и захваты с компьютерным управлением могли выполнять простые задачи, такие как быстрое и безупречное прикрепление автомобильной двери 24 часа в сутки. Это позволило сократить расходы и повысить скорость производства.

Образование

Промышленное проектирование

Учебная программа бакалавриата

В Соединенных Штатах можно получить степень бакалавра наук (BS) или бакалавра наук и техники (BSE) в области промышленной инженерии (IE). Варианты названия включают промышленное и эксплуатационное проектирование (IOE) и промышленное и системное проектирование (ISE). Типичная учебная программа включает в себя широкую математическую и естественную основу, охватывающую химию , физику , механику (т. е. статику, кинематику и динамику), материаловедение, информатику, электронику/схемотехнику, инженерное проектирование и стандартный набор инженерной математики (т. е. исчисление ). , линейная алгебра , дифференциальные уравнения , статистика ). Чтобы любая программа бакалавриата по инженерным специальностям была аккредитована, независимо от специализации, она должна охватывать в значительной степени аналогичный объем такой фундаментальной работы, которая также во многом пересекается с содержанием, проверенным на одном или нескольких экзаменах на получение инженерной лицензии в большинстве юрисдикций.

Курсовая работа, специфичная для IE, включает в себя специализированные курсы в таких областях, как оптимизация , прикладная вероятность , стохастическое моделирование, планирование экспериментов , статистический контроль процессов , моделирование , технология производства , эргономика / техника безопасности и инженерная экономика . Факультативные курсы по промышленной инженерии обычно охватывают более специализированные темы в таких областях, как производство , цепочки поставок и логистика , аналитика и машинное обучение , производственные системы , человеческий фактор и промышленный дизайн , а также системы обслуживания .

Некоторые бизнес-школы могут предлагать программы, частично перекликающиеся с IE, но инженерные программы отличаются гораздо более интенсивной количественной направленностью, обязательными факультативами по инженерным наукам, а также основными курсами по математике и естественным наукам, необходимыми для всех инженерных программ.

Высшая учебная программа

Обычно получаемая ученая степень - это магистр наук (MS) или магистр наук и техники (MSE) в области промышленной инженерии или различные альтернативные звания по соответствующей специальности. Типичные учебные программы MS могут охватывать:

• исследования операций и оптимизации Методы
• Инженерная экономика
• Управление цепочками поставок и логистика
• Системное моделирование и случайные процессы
• Аналитика и машинное обучение
• Производственные системы/ технология производства
• Инженерия человеческого фактора и эргономика ( техника безопасности )
• Планирование и контроль производства
• Системный анализ и методы
• Управленческие науки
• Компьютерное производство
• Бережливое производство шесть сигм
• Финансовый инжиниринг
• Проектирование помещений и дизайн рабочего пространства
• Проектирование качества
• Проектирование надежности и испытания на долговечность
• Статистический контроль процесса или контроль качества
• Исследование времени и движения
• Предопределенная система времени движения и использование компьютера для IE
• Операционное управление
• Управление проектом
• производительности Повышение
• Управление материалами
• Робототехника
• Разработка продукта
• Системная динамика и политическое планирование

Производственный (производственный) инжиниринг

Программы сертификации ученых степеней

Инженеры-технологи имеют степень младшего специалиста или бакалавра технических наук со специализацией в области машиностроения. Продолжительность обучения для получения такой степени обычно составляет от двух до пяти лет, за которыми следуют еще пять лет профессиональной практики, чтобы получить квалификацию профессионального инженера. Работа технологом-технологом предполагает более ориентированный на применение квалификационный путь.

Академические степени инженеров-технологов обычно имеют степень младшего специалиста или бакалавра технических наук, [BE] или [BEng], а также степень младшего специалиста или бакалавра наук, [BS] или [BSc]. Для технологов-производителей необходимы степени младшего специалиста или бакалавра технологий [B.TECH] или младшего специалиста или бакалавра прикладных наук [BASc] в области производства, в зависимости от университета. Степени магистра в области инженерного производства включают магистра инженерных наук [ME] или [MEng] в области производства, магистра наук [M.Sc] в области управления производством, магистра наук [M.Sc] в области промышленного и производственного менеджмента и магистра наук [ Магистр наук], а также магистр инженерных наук [ME] в области дизайна, который является поддисциплиной производства. В зависимости от университета также доступны докторские курсы в области производства на уровне [PhD] или [DEng].

Учебная программа бакалавриата обычно включает курсы по физике, математике, информатике, управлению проектами и конкретным темам в области машиностроения и производства. Первоначально такие темы охватывают большинство, если не все, разделы производственного инжиниринга. Затем к концу дипломной работы студенты выбирают специализацию по одной или нескольким субдисциплинам.

Специально для промышленных инженеров люди увидят курсы, охватывающие эргономику, планирование, управление запасами, прогнозирование, разработку продуктов, а также общие курсы, посвященные оптимизации. Большинство колледжей разбивают большие разделы промышленного проектирования на секторы здравоохранения, эргономики, разработки продуктов или консалтинга. Это позволяет студенту получить хорошее представление о каждом из различных подотраслей и знать, в какой области он больше всего заинтересован в продолжении карьеры.

Учебная программа бакалавриата

Базовая учебная программа для получения степени бакалавра в области машиностроения или технологии производства включает в себя указанную ниже программу. Эта программа тесно связана с промышленной инженерией и машиностроением. Но это отличается тем, что больше внимания уделяется производственной науке или науке о производстве. Он включает в себя следующее:

• Математика (исчисление, дифференциальные уравнения, статистика и линейная алгебра)
• Механика (статика и динамика)
• Механика твердого тела
• Механика жидкости
• Материаловедение
• Сопротивление материалов
• Гидродинамика
• Гидравлика
• Пневматика
• HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха)
• Теплопередача
• Прикладная термодинамика
• Преобразование энергии
• Приборы и измерения
• Инженерный чертеж (черчение) и инженерное проектирование
• Инженерная графика
• Проектирование механизмов, включая кинематику и динамику
• Производственные процессы
• Мехатроника
• Анализ схемы
• Бережливое производство
• Автоматизация
• Реверс-инжиниринг
• Контроль качества
• CAD (компьютерное проектирование, включающее твердотельное моделирование) и CAM (компьютерное производство)

Степени в области машиностроения и машиностроения обычно отличаются лишь несколькими специализированными классами. Степень в области машиностроения больше ориентирована на процесс проектирования продукции и на сложные продукты, что требует большего количества математических знаний.

Сертификация производственного инжиниринга

Профессиональная инженерная лицензия

Профессиональный инженер (PE) — это лицензированный инженер, которому разрешено предлагать профессиональные услуги населению. Профессиональные инженеры могут готовить, подписывать, опечатывать и представлять инженерные планы общественности. Прежде чем кандидат сможет стать профессиональным инженером, ему необходимо будет получить степень бакалавра в признанном ABET университете в США, сдать и сдать экзамен по основам инженерного дела, чтобы стать «инженером-стажером», и проработать четыре года под руководством контроль профессионального инженера. После выполнения этих задач кандидат сможет сдать экзамен по физкультуре. После получения проходного балла на тесте кандидат получит лицензию PE.

Сертификаты Общества инженеров-технологов (SME) (США)

МСП (общество) проводит квалификации специально для обрабатывающей промышленности. Это не квалификации уровня ученой степени и не признаются на профессиональном инженерном уровне. SME предлагает две сертификации инженерам-технологам: сертификат сертифицированного технолога-производителя (CMfgT) и сертифицированного инженера-технолога (CMfgE).

Сертифицированный технолог производства

Квалифицированные кандидаты на получение сертификата сертифицированного технолога-производителя (CMfgT) должны сдать трехчасовой экзамен из 130 вопросов с несколькими вариантами ответов. Экзамен охватывает математику, производственные процессы, управление производством, автоматизацию и смежные предметы. Для сдачи экзамена необходимо набрать 60% или выше. Кроме того, кандидат должен иметь как минимум четыре года комбинированного образования и опыта работы на производстве. Чтобы сохранить сертификат, сертификат CMfgT необходимо продлевать каждые три года.

Сертифицированный инженер-технолог

Сертифицированный инженер-технолог (CMfgE) — это инженерная квалификация, выдаваемая Обществом инженеров-технологов, Дирборн, Мичиган, США. Кандидаты, имеющие право на получение сертификата сертифицированного инженера-технолога, должны сдать четырехчасовой экзамен с несколькими вариантами ответов из 180 вопросов, который охватывает более глубокие темы, чем экзамен CMfgT. Для сдачи экзамена необходимо набрать 60% или выше. Кандидаты CMfgE также должны иметь восьмилетний опыт работы в сфере образования и производства, при этом не менее четырех лет опыта работы. Чтобы сохранить сертификат, сертификат CMfgT необходимо продлевать каждые три года.

Исследовать

Промышленное проектирование

Человеческий фактор

Область человеческого фактора специализируется на изучении того, как системы подходят людям, которые должны ими управлять, определении ролей людей в системах и выборе тех людей, которые могут лучше всего соответствовать определенным ролям в этих системах. Студенты, специализирующиеся на человеческом факторе, смогут работать с многопрофильной командой преподавателей, обладающих сильными сторонами в понимании когнитивного поведения, связанного с автоматизацией, воздушным и наземным транспортом, медицинскими исследованиями и освоением космоса.

Производственные системы

В области производственных систем разрабатываются новые решения в таких областях, как инженерное проектирование, управление цепочками поставок (например, проектирование систем цепочек поставок, устранение ошибок , крупномасштабные системы), производство (например, проектирование систем, планирование и составление графиков) и медицина (например, диагностика заболеваний, открытие медицинских знаний ). Студенты, специализирующиеся на производственных системах, смогут работать над темами, связанными с теориями вычислительного интеллекта для приложений в промышленности, здравоохранении и сервисных организациях.

Системы надежности

Цель области систем надежности - предоставить студентам передовые методы анализа данных и принятия решений, которые улучшат качество и надежность сложных систем. Студенты, специализирующиеся на надежности и неопределенности систем, смогут работать в областях, связанных с современными системами надежности, включая интеграцию качества и надежности, одновременное проектирование жизненного цикла производственных систем, теорию принятия решений в области качества и надежности, техническое обслуживание по состоянию и моделирование деградации. , моделирование дискретных событий и анализ решений.

Управление ветроэнергетикой

Программа управления ветроэнергетикой направлена ​​на удовлетворение растущих потребностей в выпускниках специалистов, занимающихся проектированием, эксплуатацией и управлением ветряными электростанциями, развернутыми в большом количестве по всей стране. Выпускники смогут полностью понять проблемы системы и управления ветряными электростанциями, а также их взаимодействие с альтернативными и традиционными системами производства электроэнергии.

Производственный (производственный) инжиниринг

Гибкие производственные системы

Основная статья: Гибкая производственная система

Типичная система FMS

Гибкая производственная система (FMS) — это производственная система, в которой существует определенная степень гибкости, позволяющая системе реагировать на изменения, как прогнозируемые, так и непредсказуемые. Обычно считается, что эта гибкость делится на две категории, каждая из которых имеет множество подкатегорий. Первая категория, гибкость станка, охватывает способность системы изменяться для производства новых типов продукции и возможность изменять порядок операций, выполняемых над деталью. Вторая категория, называемая гибкостью маршрутизации, состоит из возможности использовать несколько станков для выполнения одной и той же операции над деталью, а также способности системы поглощать крупномасштабные изменения, например, в объеме, мощности или возможностях.

Большинство систем FMS состоят из трех основных систем. Рабочие машины, которые часто представляют собой автоматизированные станки с ЧПУ, подключены к системе обработки материалов для оптимизации потока деталей и к центральному управляющему компьютеру, который контролирует движение материалов и поток машин. Основным преимуществом FMS является ее высокая гибкость в управлении производственными ресурсами, такими как время и усилия, для производства нового продукта. Наилучшее применение ФМС находит при производстве небольших партий продукции массового производства.

Компьютерно-интегрированное производство

Основная статья: Компьютерно-интегрированное производство

Компьютерно-интегрированное производство (CIM) в машиностроении — это метод производства, при котором весь производственный процесс контролируется компьютером. Традиционно разделенные методы обработки объединяются с помощью CIM через компьютер. Эта интеграция позволяет процессам обмениваться информацией и инициировать действия. Благодаря такой интеграции производство может стать более быстрым и менее подверженным ошибкам, хотя основным преимуществом является возможность создания автоматизированных производственных процессов. Обычно CIM опирается на процессы управления с обратной связью, основанные на входных данных от датчиков в реальном времени. Это также известно как гибкое проектирование и производство.

Сварка трением с перемешиванием

Основная статья: Сварка трением с перемешиванием

Крупный план прихваточного инструмента для сварки трением с перемешиванием

Сварка трением с перемешиванием была открыта в 1991 году Институтом сварки (TWI). Эта инновационная технология сварки в устойчивом состоянии (без плавления) позволяет соединять ранее не поддающиеся сварке материалы, в том числе некоторые алюминиевые сплавы . Он может сыграть важную роль в будущем строительстве самолетов, потенциально заменив заклепки. На сегодняшний день эта технология используется в следующих целях: сварка швов алюминиевого внешнего бака основного космического челнока, испытательного объекта корабля «Орион», одноразовых ракет-носителей Boeing Delta II и Delta IV и ракеты SpaceX Falcon 1; бронирование десантных кораблей; а также сварка крыльев и панелей фюзеляжа нового самолета Eclipse 500 от Eclipse Aviation, среди которых растет спектр применений.

Работа

Промышленное проектирование

Общее количество инженеров, работающих в США в 2015 году, составило примерно 1,6 миллиона человек. Из них 272 470 были инженерами-технологами (16,92%), третьей по популярности инженерной специальностью. Средняя зарплата в зависимости от уровня опыта составляет 62 000 долларов США при опыте 0–5 лет, 75 000 долларов США при опыте 5–10 лет и 81 000 долларов США при опыте 10–20 лет. Средняя стартовая зарплата составляла 55 067 долларов со степенью бакалавра, 77 364 доллара со степенью магистра и 100 759 долларов со степенью доктора. Таким образом, промышленная инженерия занимает 7-е место из 15 среди степеней инженерного бакалавра, 3-е место из 10 среди степеней магистра и 2-е место из 7 среди докторских степеней по среднегодовой заработной плате. Средний годовой доход промышленных инженеров среди рабочей силы США составляет 83 470 долларов.

Производственный (производственный) инжиниринг

Промышленное производство — это лишь один из аспектов машиностроительной отрасли. Инженерам-технологам нравится совершенствовать производственный процесс от начала до конца. У них есть способность держать в уме весь производственный процесс, сосредотачиваясь на определенной его части. Успешных студентов, обучающихся по программам инженерно-технического производства, вдохновляет идея начать с природного ресурса, такого как кусок дерева, и закончить полезным и ценным продуктом, таким как письменный стол, произведенным эффективно и экономично.

Инженеры-технологи тесно связаны с инженерным и промышленным дизайном. Примеры крупных компаний, которые нанимают инженеров-технологов в Соединенных Штатах, включают General Motors Corporation , Ford Motor Company, Chrysler , Boeing , Gates Corporation и Pfizer . Примеры в Европе включают Airbus , Daimler , BMW , Fiat , Navistar International и Michelin Tyre.

Связанные отрасли

Отрасли, в которых обычно работают промышленные и производственные инженеры, включают:

• Аэрокосмическая промышленность
• Автомобильная промышленность
• Химическая промышленность
• Компьютерная индустрия
• Электронная промышленность
• Пищевая промышленность
• Швейная промышленность
• Фармацевтическая промышленность
• Пластиковая упаковка
• Целлюлозно-бумажная промышленность
• Игрушечная промышленность

Современные инструменты

Модель CAD и деталь, обработанная на станке с ЧПУ.

Многие производственные компании, особенно в промышленно развитых странах, начали включать программы автоматизированного проектирования (CAE), такие как SolidWorks и AutoCAD , в свои существующие процессы проектирования и анализа, включая 2D и 3D твердотельное моделирование ( САПР). . Этот метод имеет множество преимуществ, в том числе более простую и полную визуализацию изделий, возможность создания виртуальных сборок деталей, простоту использования при проектировании сопряжений и допусков.

Снимок экрана сделан из SolidWorks.

Солидворкс

SolidWorks — это пример компьютерной программы САПР для моделирования, разработанной Dassault Systèmes . SolidWorks — это отраслевой стандарт для разработки проектов и спецификаций физических объектов, который по состоянию на 2013 год использовался более чем 165 000 компаний.

Автокад

AutoCAD — это пример компьютерной программы моделирования САПР, разработанной Autodesk . AutoCad также широко используется для моделирования САПР и CAE.

Другие программы CAE, обычно используемые производителями продукции, включают инструменты управления жизненным циклом продукции (PLM) и инструменты анализа, используемые для выполнения сложного моделирования. Инструменты анализа могут использоваться для прогнозирования реакции продукта на ожидаемые нагрузки, включая усталостную долговечность и технологичность. Эти инструменты включают анализ методом конечных элементов (FEA), вычислительную гидродинамику (CFD) и автоматизированное производство (CAM). Используя программы CAE, группа разработчиков машиностроения может быстро и дешево повторить процесс проектирования для разработки продукта, который лучше соответствует стоимости, производительности и другим ограничениям. Нет необходимости создавать физический прототип до тех пор, пока проект не будет близок к завершению, что позволяет оценить сотни или тысячи проектов, а не относительно небольшое количество. Кроме того, программы анализа CAE могут моделировать сложные физические явления, которые невозможно решить вручную, такие как вязкоупругость , сложный контакт между сопрягаемыми деталями или неньютоновские течения .

Так же, как производственное проектирование связано с другими дисциплинами, такими как мехатроника, многодисциплинарная оптимизация проектирования (MDO) также используется с другими программами CAE для автоматизации и улучшения итеративного процесса проектирования. Инструменты MDO охватывают существующие процессы CAE, автоматизируя процесс методом проб и ошибок, используемый классическими инженерами. MDO использует компьютерный алгоритм, который итеративно ищет лучшие альтернативы на основе первоначального предположения в пределах заданных констант. MDO использует эту процедуру для определения наилучшего результата проектирования, а также перечисляет различные варианты.

Субдисциплины

Механика

Основная статья: Механика

Круг Мора , распространенный инструмент для изучения напряжений в механическом элементе.

Классическая механика пытается использовать основные законы движения Ньютона, чтобы описать, как тело будет реагировать, когда на него действует сила. Однако современная механика включает в себя сравнительно недавнюю квантовую теорию . К поддисциплинам механики относятся:

Классическая механика:

• Статика , исследование неподвижных тел, находящихся в равновесии.
• Кинематика – это изучение движения тел (объектов) и систем (групп объектов) без учета сил, вызывающих движение.
• Динамика (или кинетика), изучение того, как силы влияют на движущиеся тела.
• Механика материалов , изучение того, как разные материалы деформируются под действием различных видов напряжений.
• Механика жидкости , изучение того, как принципы классической механики соблюдаются с жидкостями и газами.
• Механика сплошной среды — метод применения механики, предполагающий, что объекты непрерывны (а не дискретны).

Квант:

• Квантовая механика — исследование атомов, молекул, электронов, протонов и нейтронов на субатомном уровне. Этот тип механики пытается объяснить их движение и физические свойства внутри атома.

Если бы инженерный проект предусматривал проектирование транспортного средства, для проектирования рамы транспортного средства можно было бы использовать статику, чтобы оценить, где напряжения будут наиболее интенсивными. Динамику можно использовать при проектировании двигателя автомобиля для оценки усилий в поршнях и кулачках во время работы двигателя. Механика материалов может быть использована для выбора подходящих материалов для изготовления рамы и двигателя. Гидравлическую механику можно использовать для проектирования системы вентиляции автомобиля или системы впуска двигателя.

Составление

Основные статьи: Технический чертеж и ЧПУ

CAD-модель двойного механического уплотнения.

Чертеж или технический рисунок — это средство, с помощью которого производители создают инструкции по изготовлению деталей. Технический чертеж может представлять собой компьютерную модель или нарисованную от руки схему, показывающую все размеры, необходимые для изготовления детали, а также примечания по сборке, список необходимых материалов и другую соответствующую информацию. Квалифицированного работника, создающего технические чертежи, можно назвать составителем или чертежником . Черчение исторически было двухмерным процессом, но теперь программы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют дизайнеру творить в трех измерениях. Инструкции по изготовлению детали должны передаваться на необходимое оборудование либо вручную, с помощью запрограммированных инструкций, либо с помощью автоматизированного производства (CAM) или комбинированной программы CAD/CAM. Такие программы, как SolidWorks и AutoCAD. являются примерами программ, используемых для разработки новых деталей и продуктов, находящихся в стадии разработки.

При желании инженер также может вручную изготовить деталь, используя технические чертежи, но это становится все более редкой с появлением производства с числовым программным управлением (ЧПУ). Инженеры в основном производят детали вручную в областях нанесения покрытий распылением, отделки и других процессов, которые экономически или практически невозможно выполнить с помощью машины.

Черчение используется практически во всех разделах машиностроения и производства, а также во многих других отраслях техники и архитектуры. Трехмерные модели, созданные с помощью программного обеспечения САПР, также широко используются в анализе методом конечных элементов (FEA) и вычислительной гидродинамике (CFD).

Металлообработка и станки

Изготовление металлов — это изготовление металлических конструкций путем резки, гибки и сборки. Такие технологии, как плавление электронным лучом, лазерная инженерия формы сетки и прямое лазерное спекание металлов, позволили сделать производство металлических конструкций намного менее сложным по сравнению с другими традиционными методами изготовления металлов. Это помогает решить различные проблемы, когда идеализированные структуры САПР не совпадают с фактической изготовленной структурой.

В станках используются многие типы инструментов, которые выполняют резку или формование материалов. Станки обычно включают в себя множество компонентов, состоящих из двигателей, рычагов, рычагов, шкивов и других базовых простых систем, чтобы создать сложную систему, которая может создавать различные вещи. Все эти компоненты должны работать правильно, чтобы не отставать от графика и выполнять задачу. Станки нацелены на эффективное и результативное производство качественных деталей в быстром темпе с небольшой долей ошибок.

Компьютерно-интегрированное производство

Компьютерно-интегрированное производство (CIM) — это производственный подход, при котором компьютеры контролируют весь производственный процесс. Компьютерно-интегрированное производство используется в автомобильной, авиационной, космической и судостроительной промышленности. Компьютерно-интегрированное производство позволяет отслеживать данные с помощью различных сенсорных механизмов во время производства. В этом типе производства компьютеры контролируют и наблюдают за каждой частью процесса. Это дает CIM уникальное преимущество перед другими производственными процессами.

Мехатроника

Основные статьи: Мехатроника и робототехника

Учебный FMS с обучающим роботом SCORBOT-ER 4u, фрезерным станком с ЧПУ и токарным станком с ЧПУ

Мехатроника — это инженерная дисциплина, которая занимается конвергенцией электрических, механических и производственных систем. Примеры включают автоматизированные производственные системы, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также различные подсистемы самолетов и автомобилей. Мехатронная система обычно включает в себя механический каркас, двигатели, контроллеры, датчики, исполнительные механизмы и цифровое оборудование. Мехатроника широко используется в различных приложениях промышленных процессов и автоматизации.Термин «мехатроника» обычно используется для обозначения макроскопических систем, но футуристы предсказывали появление очень маленьких электромеханических устройств. Такие небольшие устройства, известные как микроэлектромеханические системы (МЭМС), уже используются в автомобилях для инициирования срабатывания подушек безопасности, в цифровых проекторах для создания более четких изображений и в струйных принтерах для создания сопел для печати высокой четкости. Есть надежда, что в будущем такие устройства будут использоваться в крошечных имплантируемых медицинских устройствах и для улучшения оптической связи.

Текстильное машиностроение

Курсы текстильной инженерии посвящены применению научных и инженерных принципов к проектированию и контролю всех аспектов процессов, продуктов и оборудования, связанных с волокном, текстилем и одеждой. К ним относятся природные и искусственные материалы, взаимодействие материалов с машинами, безопасность и здоровье, энергосбережение, а также контроль над отходами и загрязнением. Кроме того, студенты получают опыт проектирования и планировки предприятий, проектирования и усовершенствования машин и мокрых процессов, а также проектирования и создания текстильной продукции. В рамках учебной программы по текстильному машиностроению студенты посещают занятия по другим инженерным дисциплинам и дисциплинам, включая машиностроение, химию, материаловедение и промышленное проектирование.

Передовые композитные материалы

Усовершенствованные композиционные материалы (инжиниринг) (ACM) также известны как усовершенствованные композиты с полимерной матрицей. Они обычно характеризуются или определяются необычно высокими прочностными волокнами с необычно высокими характеристиками жесткости или модуля упругости по сравнению с другими материалами, хотя они связаны между собой более слабыми матрицами. Усовершенствованные композитные материалы имеют широкое и проверенное применение в авиастроении, аэрокосмической отрасли и производстве спортивного оборудования. В частности, ACM очень привлекательны для изготовления деталей конструкций самолетов и аэрокосмической отрасли. Производство ACM — это многомиллиардная индустрия во всем мире. Композитные изделия варьируются от скейтбордов до компонентов космического корабля. В целом отрасль можно разделить на два основных сегмента: промышленные композиты и современные композиты.

См. также

• Вашингтонское соглашение
• Автомобильная инженерия
• Компьютерное проектирование
• Компьютер с числовым программным управлением
• Инженерное дело
• Промышленная революция
• Кинематика
• Производство
• Инженерно-производственное образование
• Мехатроника
• Машиностроение
• Механика
• Охрана труда и безопасность
• Проектирование упаковки
• Робототехника
• Вторая промышленная революция
• Технология поверхностного монтажа
• Технический чертеж

Ассоциации

• Американское общество инженерного образования
• Американское общество качества
• Европейские студенты промышленного инжиниринга и менеджмента (ESTIEM)
• Индийский институт промышленной инженерии
• Институт исследования операций и наук управления (ИНФОРМС)
• Институт промышленных инженеров
• Институт инженеров-электриков
• Общество инженеров-технологов