Инженерия и машиностроение
В докладе ЮНЕСКО (специализированного учреждения Организации Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры), подготовленном в марте 2021 года, отмечается значительный рост спроса на инженерные специальности во всём мире. Эксперты утверждают, что для решения любых существующих проблем человечества важны именно инженерные науки. И в самом деле, для выполнения любых физических действий необходимы аппараты — машины и механизмы, выполняющие какие-то действия для решения поставленных задач. Без таких технических устройств невозможно представить себе ни одного процесса на производстве, при транспортировке грузов, получении электроэнергии или освоении космического пространства. Без инженерных сооружений не может быть и речи о решении экологических проблем, об освоении океанических глубин, о колонизации других планет или о техническом прогрессе в целом.
Развитие искусственного интеллекта и появление новых материалов открывают перед инженерами широкие возможности, позволяя создавать технические устройства, способные выполнять сложнейшие операции. С каждым годом инженерно-технические объекты и сооружения будут становиться всё сложнее, но при этом также будет расти их надежность, долговечность и эффективность.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОФЕССИИ
Разработчик автоматизированных транспортных систем
Разработчик модульных систем машиностроения
Технолог автоматизированного производства
3D-инженер
Американский писатель-фантаст Мюррей Лейнстер в 1945 году написал рассказ «Вещи проходят мимо». В нем он описал устройство, которое создает объемные предметы по рисункам, сканируемым фотоэлементами. Пластик, выходящий через специальное сопло, словно рисует объект в воздухе. Через некоторое время другой фантаст — Раймонд Джонс — описал схожий прибор в своём рассказе «Инструменты торговли». Он назвал такую технологию «молекулярным спреем». Вряд ли кто-то из этих писателей в то время понимал, что в будущем предсказанная ими технология станет одним из ключевых элементов Четвертой промышленной революции. Революции, которая предполагает переход на массовое производство товаров с индивидуальными свойствами под потребности каждого отдельно взятого потребителя.
Идея о том, что деталь можно изготовить, не удаляя лишний материал из заготовки, а наоборот — нанося его слой за слоем, была реализована в устройстве для струйной печати металлическим материалом. Патент на него получил инженер Йоханнес Готвальд в 1971 году. Первое оборудование и материалы для описанного метода производства появились лишь в начале 1980-х, а набирать популярность такая технология начала лишь в 2010-е годы.
Создание готового изделия, не требующего последующей обработки, получило название «аддитивное производство» (от англ. «additive» — «добавление, наслоение»), или «3D-печать». Суть ее заключается в создании объемного — трехмерного — объекта с помощью печатающего устройства, которое получило название «3D-принтер», по аналогии с обычным принтером для печати изображений. И в самом деле, конструкция обоих устройств довольна похожа — и там, и там есть печатающая головка. Только в случае с печатью изображений к ней подаются краски, а для печати предметов — необходимые материалы. Чаще всего такими материалами выступают пластиковые, керамические или металлические порошки, соединяемые с помощью клеевой основы или каким-либо другим способом (например, температурным спеканием).
Иногда материалом для 3D-печати служат строительные смеси — для возведения зданий, мостов и прочих архитектурных объектов; полупроводниковые материалы — для получения микропроцессоров и миниатюрных датчиков; пищевое сырье — для создания продуктов питания; и даже живые клетки — с их помощью можно создавать участки кожи или целые отдельные органы для пересадки пациентам.
В настоящее время 3D-печать только начинает внедряться в различные сферы промышленности и повседневной жизни. Однако уже сейчас трудно недооценить возможности, которые открываются перед человечеством благодаря ей. 3D-инженер будет заниматься проектированием цифровой модели и подбором необходимых материалов для создания изделий самого различного назначения — от детских игрушек до высокоточных приборов для аэрокосмической отрасли.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• рисовать 3D-ручкой;
• создавать 3D-рисунки на компьютере;
• изучать различные материалы и их свойства.
Характеристики профессии
Связанные профессии
ЗD-моделист — специалист по созданию трехмерных моделей различных объектов или процессов. С помощью специальных компьютерных программ создает объемную графику для использования в кинематографе, компьютерных играх, виртуальной и дополненной реальностях, а также в машиностроении, архитектуре, фешн-индустрии и прочих сферах деятельности.
Технолог-программист — специалист по моделированию и составлению технических процессов для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Участвует в запуске управляющих программ и контролирует соблюдение технологических предписаний в процессе изготовления детали.
Оператор станков с ЧПУ — специалист по обслуживанию автоматических программируемых станков. Помещает заготовку в станок, следит за работой станка и извлекает готовую деталь. Занимается наладкой и дополнительной настройкой отдельных узлов и соединений станка.
Машиностроитель
Трудно поверить, но даже сегодня — в XXI веке — на нашей планете всё еще остаются такие места, на которых никогда не ступала нога человека. Справедливости ради стоит отметить, что большинство этих мест имеют такие условия, что там не то что ногами не ступишь — не всякой техникой проедешь! Болота, бурелом, каменные россыпи, раскаленный песок пустынь или обледенелые скалы заполярных широт, невообразимое давление холодных океанских глубин — все эти неприветливые безжизненные места часто скрывают в себе несметные природные богатства или привлекают возможностью получения дешевых и экологичных источников электроэнергии.
На самом деле, люди давно придумали способы, как добраться до подобных мест: вертолет или самолет может доставить человека в любую точку на земной поверхности, высадив его с парашютом в заданном районе. А с помощью батискафов удалось рассмотреть дно в самом глубоком месте Мирового океана — Марианской впадине. Сложность состоит в том, чтобы спроектировать транспорт, способный передвигаться уже на месте, причем делать это столько времени, сколько необходимо для решения поставленных задач. Другими словами, нужно такое средство передвижения, которое способно перемещаться по поверхностям, недоступным для обычных автомобилей. При этом оно должно с успехом противостоять агрессивным условиям окружающей среды — низкой или высокой температуре, повышенной влажности или запыленности, огромному давлению, воздействию кислот или щелочей. Создание подобных машин важно еще и потому, что человечеству нет смысла думать о колонизации других планет, пока в достаточной мере не освоена своя собственная.
Идея создания вездехода — машины, способной перемещаться не только по дорогам, но и по труднопроходимым местам, — появилась вскоре после изобретения автомобиля. В 1903 году инженер Якобус Спайкер для участия в гонках Париж-Мадрид построил первый в мире автомобиль с приводом на все колеса. А в 1905 году был построен первый гусеничный трактор, который мог без труда передвигаться по рыхлому грунту. В 1920-е годы было спроектировано множество разнообразных машин-амфибий — транспортных средств, способных передвигаться не только по суше, но и по воде. В это же время стали появляться первые действующие образцы шнекоходов — машин, у которых вместо колес были два продольных винтовых стержня (шнека), подобных тому, что вращается внутри мясорубки. Благодаря таким шнекам эти вездеходы могли передвигаться по снегу и рыхлому грунту, а также довольно быстро плавали по воде.
Американский штат Флорида, знаменитый своими болотами, стал родиной багги (от английского «buggy» — «жучок») — небольших легких автомобилей с колесами от самолетов-бомбардировщиков. Такие большие и широкие колеса оказывают меньшее давление на грунт, благодаря чему машины не увязают в грязи. В дальнейшем снегоболотоходы (так стали называть вездеходы, способные передвигаться по рыхлому грунту и трясине) использовали принцип низкого удельного давления на грунт для повышения проходимости. Такая машина даже при массе в десятки тонн может проехать по стеклянной посуде и не раздавить её.
На сегодняшний день существует огромное множество различных вездеходов. Но все они имеют свои недостатки — низкую скорость, малую грузоподъемность, небольшой срок службы или ограниченную сферу применения. В будущем машиностроитель, располагающий знаниями о последних достижениях науки в инженерии, материаловедении и энергетике, будет заниматься созданием особых транспортных средств, способных передвигаться по любой поверхности и в любой среде. Такие машины просто не оставят недоступных мест на планете.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• ремонтировать сломанные машинки;
• собирать транспортные средства из отдельных деталей;
• разведывать труднопроходимые места.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Инженер-машиностроитель — специалист по разработке, планированию и организации технологических процессов обработки деталей и сборки машин и механизмов. Рассчитывает экономическую эффективность производства, контролирует реализацию проектных решений.
Инженер-конструктор автомобилей — специалист по разработке и совершенствованию конструкции автотранспортных средств. Участвует в разработке и испытании опытных образцов, дорабатывает узлы и агрегаты в случае неудовлетворительных испытаний. Сопровождает процесс запуска в серийное производство.
Испытатель — специалист, проверяющий удобство эксплуатации опытных образцов и новых моделей различных машин, механизмов и установок под воздействием всевозможных механических, электромагнитных, радиационных и прочих нагрузок.
Разработчик автоматизированных транспортных систем
Помните, что общего у сказочных транспортных средств — ковра-самолета, самоходной печи, летучего корабля? Ничто из них не требовало от владельцев никаких специальных навыков вождения и знаний правил дорожного движения. Сказочные устройства самостоятельно доставляли пассажиров в требуемое место назначения, причем зачастую в такое, куда путь вообще не знал никто. А еще сказочный транспорт не требовалось заправлять топливом или регулярно обслуживать — к примеру, менять масло в двигателе или смазывать подвижные части.
Между прочим, этот волшебный транспорт воплотил в себе представления людей того времени о максимально возможном комфорте. Что может быть уютнее, чем лежать, закутавшись в одеяло, на теплой печи в морозную зиму? Или, напротив, в представлении южных народов, гораздо приятнее валяться на мягком персидском ковре, обдуваемом встречным ветерком, чем телепаться на верблюде под палящим солнцем пустыни. При этом мысль о том, что с летающего ковра можно просто свалиться, в голову как-то не приходила — никто и никогда не жаловался на подобные неудобства со стороны ковров…
За столетия прогресса люди придумали самый разнообразный транспорт, который своим комфортом, скоростью перемещения и просто красивым внешним видом значительно превосходил описанные в сказках средства передвижения. Но при всём этом добиться той самой желанной самостоятельности, которой отличались сказочные предметы, никогда не удавалось. Но не бывает недостижимых целей! Уже совсем скоро самые смелые фантазии из мира сказок смогут стать привычной для всех реальностью.
Разработчик автоматизированных транспортных систем будет заниматься созданием полностью автономных средств передвижения — от электросамокатов и летающих скейтбордов до межконтинентальных авиалайнеров и круизных кораблей. Благодаря голосовому распознаванию речи транспортная машина сможет понять, куда желает переместиться пассажир. Спутниковая система глобального позиционирования определит координаты конечного пункта и построит маршрут. А система управления на основе искусственного интеллекта обеспечит максимально быстрое, комфортное и безопасное перемещение. При этом транспортное средство сможет периодически самостоятельно прибывать на зарядные станции (примерно так же, как это делают комнатные роботы-пылесосы) и на сервисные пункты, где будут производиться всё необходимое обслуживание и ремонт. Если же поломка окажется настолько серьезной, что аппарат не сможет самостоятельно прибыть на станцию, за ним отправится специальный робот-эвакуатор.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• заниматься робототехникой;
• интересоваться, как работают современные гаджеты и бытовые приборы;
• путешествовать.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Кибернетик — специалист по системной аналитике, направленной на предупреждение проблемных ситуаций, а также на выбор оптимального решения, если такая ситуация всё же произойдет. Изучает динамические системы, способные воспринимать и перерабатывать информацию.
Инженер машинного зрения — специалист по созданию аппаратных и программных средств распознавания объектов кибернетическими системами. Обеспечивает автоматическую ориентацию роботизированных систем в пространстве и идентификацию предметов посредством оптических устройств.
Дизайнер транспортных средств — специалист по проектированию (с учетом назначения, условий работы, типа привода и прочих исходных данных) механических устройств для перевозки людей и грузов. Определяет параметры каждой детали в зависимости от её назначения.
Разработчик модульных систем машиностроения
Непрерывное совершенствование и развитие техники, которые за последние десятилетия стали происходить особенно быстро, требуют частого обновления существующих устройств и машин. Это необходимо, чтобы они не устаревали и успевали отрабатывать вложенные в них средства. Менять всю конструкцию целиком в большинстве случаев слишком сложно и дорого — проще уж создать новую машину. Если же изделие будет разделено на отдельные блоки, которые легко собираются и разбираются, процесс удастся значительно упростить и ускорить. Такой способ конструирования назвали «модульным» (от латинского «modulus» — «мера», «единица измерения»).
Модуль — это сложный узел, выполняющий в техническом устройстве определенную функцию. При этом конструктивно он является завершенной самостоятельной частью, проектируемой как отдельное изделие. Соединяя готовые модули различного функционального назначения, можно получать машины, предназначенные для выполнения тех или иных задач. В качестве примера модульной конструкции можно привести домашний персональный компьютер, состоящий из модульных элементов — системного блока, монитора, клавиатуры, мыши. Каждый из этих модулей можно при желании заменить. При этом никаких изменений в остальных частях не потребуется. Интересно, что такой модуль, как системный блок, в свою очередь, состоит из других модулей поменьше — блока питания, материнской платы, процессора, видеокарты, плат оперативной памяти.
Совокупность разнотипных модулей называют «агрегатом» (от латинского «aggregatus» — «соединенный», «собранный»), а метод конструирования изделий из отдельных модулей получил название «агрегатирование». Подбирая различные характеристики и количество отдельных модулей, изменяя их взаимное расположение и способы соединения, можно получать готовые машины с совершенно разными характеристиками.
Важным условием любого проектируемого модуля является его унификация, то есть качество, позволяющее использовать его в самых разных устройствах и по разным назначениям. Примером подобной унификации может служить знакомый всем USB-порт. К такому порту можно подключить «флешку» с сохраненными на ней файлами, а можно и какое-нибудь устройство (например, компьютерную мышь), а можно и вовсе использовать этот разъем в качестве розетки для подзарядки мобильного телефона.
Выбор электроники в качестве различных примеров модульных систем не случаен — на сегодняшний день это, пожалуй, наиболее продвинутая в плане модульного конструирования сфера. Однако этот же принцип конструирования применим и в других отраслях. К примеру, современные автомобили всё чаще строят на так называемых модульных платформах. Благодаря использованию различных модулей (двигателей, кузовных элементов, управляющих блоков и пр.) автопроизводители создают совершенно разные модели машин. Они отличаются размерами, внешним видом, максимальной скоростью, грузоподъемностью и прочими параметрами. А благодаря унификации один и тот же силовой модуль — двигатель — может использоваться как на автомобиле, так и на морском катере или даже на мини-электростанции, где он вращает генератор для получения электроэнергии.
Разработчик модульных систем машиностроения в будущем позаботится о том, чтобы представить любую инженерную конструкцию (машину, прибор, производственный комплекс, устройство жизнеобеспечения) в виде системы из максимально унифицированных модулей. Словно кубики конструктора LEGO, такие модули смогут использоваться для создания абсолютно любых технических устройств или архитектурных сооружений.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• собирать конструктор LEGO;
• находить одинаковые или схожие элементы в различных устройствах;
• разбирать игрушки на отдельные блоки и собирать их обратно.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Технолог серийного производства — специалист по организации массового выпуска изделий в течение определенного интервала времени с учетом наиболее рациональных для данных условий средств технического оснащения. Принимает решение о способах удешевления производства за счет упрощения отдельных элементов конструкции.
Метролог — специалист по метрологическому обеспечению разработки, производства, испытаний и эксплуатации выпускаемой предприятием продукции, направленному на повышение качества товара. Осуществляет экспертизу конструкторской и технологической документации на предмет соответствия общепринятым стандартам.
Инженер по стандартизации и сертификации продукции — специалист, проверяющий соответствие оборудования, товаров и услуг необходимым стандартам, нормативным документам и техническим условиям. Контролирует качество выпускаемой предприятием продукции.
Технолог автоматизированного производства
Нет никакого сомнения в том, что когда-нибудь роботы полностью заменят людей в любой работе, связанной с физическим трудом. Роботизация всех производственных сфер осуществляется немыслимыми темпами. С каждым годом продажи автономных промышленных роботов удваиваются, при этом чем больше их продается, тем дешевле они становятся.
Нужно понимать, что с внедрением роботов в любой производственный процесс не просто происходит замена человека механическим работником, а очень существенно изменяется само рабочее оборудование. Если объяснять совсем просто, то, к примеру, вместо человека с молотком, который забивал гвозди, появляется робот. Но появляется не в виде закованного в железные доспехи средневекового рыцаря, который продолжал бы забивать те же гвозди всё тем же старым молотком, а в виде манипулятора, напоминающего стрелу подъемного крана, с пистолетом, из которого за одну секунду может вылетать не один десяток гвоздей. Другими словами, принципиально меняется способ выполнения работы, хотя сам результат этой работы остается прежним (в случае с приведенным примером — вбитый гвоздь).
Технические средства автоматизации (именно так называется оборудование, позволяющее выполнять заданные технологические операции) могут использовать различные виды энергии — электрическую, гидравлическую, пневматическую. Какие-то из этих средств предназначены непосредственно для выполнения физического воздействия на обрабатываемое сырье или заготовку. Другие делают необходимые измерения и вносят соответствующие корректировки в рабочий процесс. Третьи регулируют степень воздействия. Четвертые усиливают или делают более точным воздействие исполнительных механизмов с помощью редукторов. Пятые вычисляют различные параметры в зависимости от информации, которая поступает от многочисленных датчиков, присутствующих на производственной линии.
Для создания соответствующего оборудования автоматизации того или иного процесса необходимо глубокое понимание смысла всех выполняемых действий. Только в этом случае можно с точностью определить задачи, которые предстоит решать машинам без участия человека. Технолог автоматизированного производства будет заниматься проектированием промышленных машин, необходимых для обеспечения наиболее эффективной замены человека роботами. Он будет подбирать все необходимые материалы, типы привода и источники питания для создания производственного автомата определенного назначения, а также определять экономическую эффективность этого устройства.
Необходимые области знаний (hard skills)
Личные увлечения, влияющие на выбор профессии
Эта профессия именно для тебя, если ты любишь:
• смотреть передачу «Как это сделано?» и подобные;
• ходить на экскурсии на фабрики и заводы;
• заниматься на курсах робототехники.
Характеристики профессии
Связанные профессии
Инженер производственно-технического отдела — специалист по подготовке производственного процесса. Разрабатывает и согласовывает проектную документацию, составляет все необходимые расчеты и сметы, контролирует производственный процесс.
Инженер-проектировщик — специалист по разработке точных планов конструкций, сооружений и коммуникационных систем. Собирает и анализирует данные по объекту, разрабатывает проект по имеющимся параметрам и проверяет соответствие данных принятым стандартам и нормам безопасности.
Инженер-прочнист — специалист по проверке конструкции деталей, узлов, агрегатов, механизмов и машин на прочность, устойчивость и долговечность. Производит статические и динамические расчеты различных сооружений, разрабатывает рекомендации по выбору конструктивно-силовых схем и материалов.
Эта статья из крутого проекта «Умный плакат «Навыки и профессии будущего»! Хочешь узнать о нем подробнее? Тогда жми сюда!
А еще у нас есть невероятно увлекательный комлект умных плакатов «Мир вокруг».
1626