Машины и машиностроение России: виды, устройство, развитие и ключевые предприятия

Понятие о машинах

Машина — средство производства, с помощью которого используются природные ресурсы и силы. В эпоху научно-технической революции (НТР) выделяют три главных вида машин с разными функциями:

• машины-двигатели — преобразуют один вид энергии в другой;

• рабочие машины (машины-орудия) — предназначены для обработки различных материалов или воздействия на них. Все рабочие машины включают в себя три ключевых механизма: приводной, передающий и исполнительный. Исполнительный механизм является главной составляющей, определяющей функциональное назначение машины. В зависимости от его типа машины-орудия классифицируются следующим образом: технологические (используемые в производственных процессах), транспортные (например, тепловозы, электровозы, морские и речные суда, автомобили, велосипеды) и транспортирующие (такие как лифты, эскалаторы, конвейеры, мостовые и подъёмные краны).

• машина-контролёр — контролирует работу других машин. Роль человека в этом случае сводится к наблюдению за работой механизмов. 

Машины и механизмы состоят из множества соединённых между собой деталей.
Деталь является самой простой и неделимой частью конструкции.
Некоторые современные устройства, такие как самолёты, могут содержать свыше 100 тысяч различных деталей, отличающихся по назначению, размерам и форме.

С развитием технологий и производственных методов машины становятся всё более сложными, как по конструкции, так и по функциональности.
Одним из направлений этого развития является объединение различных операций в одном устройстве, что приводит к созданию многофункциональных машин-комбайнов.
К ним относятся, например, зерно- и картофелеуборочные машины, угольные комбайны, турбогенераторы, а также кухонные комбайны.
Ещё одна тенденция — уменьшение габаритов устройств, или миниатюризация, особенно заметная в сферах электроники и микроэлектроники.

Возрастающее значение приобретают нанотехнологии: микросхемы, микрочипы, миниатюрные компоненты оборудования, лёгкие LED-панели. Особое место занимает развитие робототехники и создание роботов, которые позволяют:

• полностью механизировать и автоматизировать производственные операции на предприятиях;

• максимально исключить брак в машиностроении, связанный с человеческим фактором и квалификацией работника;

• резко увеличить производительность труда на предприятиях. 

Современные роботы становятся всё более универсальными, способными выполнять сразу несколько разных задач.
Основными отраслями, где наиболее активно используется робототехника, остаются автомобилестроение и производство электроники.
Во многих странах ведутся интенсивные разработки беспилотных транспортных средств: самолётов, автомобилей, тракторов, строительной техники и даже автоматизированных поездов метро.
Уже функционируют медицинские сервисные роботы, дроны, обеспечивающие интернет-связь в труднодоступных регионах, автоматизированные устройства для сельского хозяйства и станки-роботы.
Рынок робототехники делится на два ключевых сегмента: промышленный и сервисный.

В России эти направления пока находятся в стадии становления.
Доля страны в мировой индустрии робототехники составляет лишь 0,2%.
В 2018 году в России было реализовано 860 промышленных роботов, причём только 5% из них были произведены внутри страны.
На каждые 10 тысяч работников в РФ приходится всего четыре робота, в то время как в Европе этот показатель достигает 106, в США — 91, а в Азии — 75.
Одна из причин таких низких показателей — то, что для большинства российских предприятий создание роботов не является приоритетной сферой, а лишь дополнительным направлением деятельности.

 Разработчики и производители робототехники в РФ

Таким образом, основная мировая тенденция в изменении представлений о современных машинах — усложнение их функций при общем уменьшении объёма, что позволяет им увеличивать КПД (коэффициент полезного действия) и производительность труда.

Состав машиностроительных производств

• производство машин и оборудования, к которому относится производство механического оборудования (двигателей, турбин, насосов), оружия и боеприпасов, станков, оборудования для лесной промышленности и сельского хозяйства, прочих машин специального назначения;

• производство электрооборудования, электронного и оптического оборудования, которое включает производство электронных компонентов для радио, телевидения и связи, медицинские изделия, измерительные приборы и часы, оптические приборы, компьютеры, электромашины (трансформаторы, кабели, электродвигатели) и другое;

• производство транспортных средств и оборудования объединяет предприятия по сборке судов, машин для железнодорожного транспорта, летательных аппаратов, автомобилей, мотоциклов и велосипедов.

В географической науке при изучении территориальной организации машиностроительного комплекса с учётом особенностей, факторов и условий размещения производства применяется следующее деление.

Структура машиностроительного комплекса

Роль и значение машиностроения в экономике страны

Машиностроительный комплекс играет ключевую роль в социально-экономическом развитии страны.
Он формирует более пятой части промышленно-производственных фондов, обеспечивает около 30% всего объёма промышленной продукции и задействует примерно треть всех работников, занятых в промышленности.
В целом, уровень заработной платы в машиностроении остаётся сравнительно высоким.
Этот комплекс является двигателем научно-технического прогресса в экономике. Его развитие необходимо ускоренными темпами, так как он входит в число передовых отраслей НТР (научно-технической революции).

Машиностроение производит средства производства, способствуя автоматизации и механизации труда, что в итоге отражается на росте производительности и повышении качества жизни населения.
Это также усиливает позиции страны на мировом рынке за счёт увеличения конкурентоспособности.

Сегодня машиностроительный сектор представлен крупными производственными объединениями, научно-производственными центрами, корпорациями и холдингами.

В начале 2010-х годов в России были созданы объединённые машиностроительные корпорации с целью сосредоточения усилий по ключевым направлениям, формирования стратегических заказов и улучшения контроля в отрасли.
Среди них — Государственная корпорация «Ростех», ПАО «Ракетно-космическая корпорация “Энергия”», АО «Трансмашхолдинг», ПАО «Объединённые машиностроительные заводы», ПАО «Силовые машины», ПАО «Объединённая авиастроительная корпорация» и другие.

Машиностроение активно взаимодействует с другими отраслями экономики через кооперационные связи.
Благодаря этому и учёту факторов размещения, на территории страны сформировались региональные машиностроительные центры.
Особенно выделяются такие агломерации, как Московская, Санкт-Петербургская, Нижегородская, Новосибирская, Екатеринбургская, Пермская, Самарско-Тольяттинская, Омская, Казанская, Ростовско-Таганрогская, Волгоградская и Красноярская.

Основные технологии и сырьё в машиностроительном производстве

На машиностроительных предприятиях применяются схожие базовые технологические процессы.
Ключевыми этапами являются: подготовка заготовок, механическая и термическая обработка, а также сборочные работы — все они осуществляются в отдельных специализированных цехах.
Помимо основных, на заводах также функционируют вспомогательные цеха, такие как модельные, металлургические и ремонтно-механические.
Кроме того, имеются склады для хранения сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.
Современные универсальные машиностроительные заводы часто располагают собственными мощностями для выплавки стали и производства проката — так называемой «малой металлургией».
Они также могут включать в себя генерацию электроэнергии и тепла для внутренних нужд.
Яркими примерами таких предприятий являются ведущие машиностроительные заводы, расположенные в Ленинградской и Свердловской областях, а также в Пермском крае.

Структура машиностроительного предприятия

Предприятия узкоспециализированного типа включают в себя отдельные цеха и производственные участки, соответствующие их профилю.
Такая специализация создаёт благоприятные условия для производственной кооперации и способствует развитию крупных сборочных заводов, на которых готовая продукция формируется из отдельных комплектующих и узлов.

В отраслях машиностроения с высокой технологической сложностью данный подход становится единственно возможным: создать весь необходимый ассортимент деталей для автомобиля или самолёта на одном предприятии — задача практически невыполнимая.

Основной базой для машиностроительных производств служат черные и цветные металлы, различные их сплавы и комбинации.
Металлургическая отрасль поставляет сотни видов сталей, включая литейные, инструментальные, нержавеющие, судостроительные, жаропрочные, легированные, конструкционные и подшипниковые марки.
Также в машиностроении применяются специальные виды стекла, синтетические материалы — такие как пластмассы и резинотехнические изделия, а также современные конструкционные решения: композиты, керамика, углепластики и наноматериалы.

Финальная обработка изделий включает использование красок, лаков, термостойких и защитных покрытий, а также специализированных напылителей.

Разнообразие материалов, используемых в машиностроении, позволяет решать сразу несколько задач: снижать себестоимость продукции, улучшать эксплуатационные характеристики, сокращать материалоёмкость и повышать общую производительность.

Способ сборки машин зависит от характера производства: единичного, серийного или массового.
Применяются два основных метода — стационарный (стендовый) и подвижный (поточный). В стационарной сборке все необходимые детали и агрегаты доставляются на стационарный пост.
В поточном методе изделия перемещаются от одного рабочего участка к другому, проходя последовательные этапы сборки.

Поточная организация чаще всего реализуется на конвейерах, движение которых не превышает 3,5 метра в минуту — это ограничение связано с физиологическими возможностями человека.
Такой способ используется в крупносерийном и массовом производстве: при сборке автомобилей, тракторов, бытовой техники, а также в точной промышленности — микроэлектронике, часовом и приборостроении.

География отрасли

Машиностроение занимает одно из самых широких территориальных распространений среди отраслей промышленности.
В одних регионах оно выступает как ключевая специализация, формирующая промышленный облик территории, в других — служит для удовлетворения внутренних потребностей и дополняет экономический комплекс.
В России машиностроение считается одной из ведущих отраслей и сосредоточено преимущественно в крупных промышленных центрах: Москве, Санкт-Петербурге, на Урале, в Поволжье и Западной Сибири. Наиболее значимые регионы развития — Центральная Россия и Урало-Поволжский район.
При этом около 94% выпускаемой отраслью продукции приходится на европейскую часть страны, а лишь 6% — на азиатскую.

Машиностроение России