Інженерія та машинобудування
У доповіді ЮНЕСКО (спеціалізованої установи Організації Об'єднаних Націй з питань освіти, науки й культури), підготованій у березні 2021 року, наголошується неабияке зростання попиту на інженерні спеціальності в усьому світі. Експерти стверджують, що для розв’язання будь-яких наявних проблем людства важливі саме інженерні науки. І справді, для реалізації будь-яких фізичних дій потрібні апарати — машини й механізми, які виконують певні дії для вирішення поставлених завдань. Без таких технічних пристроїв неможливо уявити жодного процесу на виробництві, під час транспортування вантажів, добування електроенергії чи освоєння космічного простору. Без інженерних споруд не можна розв’язати екологічні проблеми, освоїти океанічні глибини, колонізувати інші планети чи втілювати технічний прогрес загалом.
Розвиток штучного інтелекту й поява нових матеріалів відкривають перед інженерами широкий спектр можливостей, даючи змогу створювати технічні пристрої, що виконуватимуть найскладніші операції. Щороку інженерно-технічні об'єкти й споруди ставатимуть дедалі складнішими, і водночас поліпшуватиметься їхня надійність, довговічність та ефективність.
ПЕРСПЕКТИВНІ ПРОФЕСІЇ
Розробник автоматизованих транспортних систем
Розробник модульних систем машинобудування
Технолог автоматизованого виробництва
3D-інженер
Американський письменник-фантаст Мюррей Лейнстер 1945 року написав оповідання «Речі проходять повз». У ньому він описав пристрій, який створює об'ємні предмети за малюнками, які скануються фотоелементами. Пластик, що подається крізь спеціальне сопло, неначе малює об'єкт у повітрі. Пізніше інший фантаст — Реймонд Джонс — описав подібний прилад у своєму оповіданні «Інструменти торгівлі». Він назвав таку технологію «молекулярний спрей». Навряд чи хтось із цих письменників тоді розумів, що в майбутньому передбачена ними технологія стане одним з основних елементів Четвертої промислової революції. Революції, яка передбачає перехід до масового виробництва товарів з індивідуальними властивостями відповідно до потреб кожного споживача.
Ідея про те, що деталь можна виготовити, не вилучаючи зайвий матеріал із заготовки, а навпаки — наносячи його шар за шаром, була реалізована у пристрої для струминного друку металевим матеріалом. Патент на нього дістав інженер Йоганнес Ґотвальд 1971 року. Перше обладнання та матеріали для описаного методу виробництва з'явилися лише на початку 1980-х, а набувати популярності ця технологія почала лише у 2010-ті роки.
Створення готового виробу, що не потребує подальшої обробки, дістало назву «адитивне виробництво» (від англ. «additive» — «додавання, нашарування»), або «3D-друк». Його суть полягає у створенні об'ємного — тривимірного — об'єкта за допомогою друкувального пристрою, що називається «3D-принтер», за аналогією зі звичайним принтером для друку зображень. І справді, конструкція обох пристроїв досить подібна — і там, і там є друкувальна головка. Але в першому випадку (друк зображень) до неї подаються фарби, а для друку предметів — відповідні матеріали. Найчастіше такими матеріалами є пластикові, керамічні чи металеві порошки, що з'єднуються за допомогою клейової основи чи в інший спосіб (наприклад, температурним спіканням).
Іноді матеріалом для 3D-друку слугують будівельні суміші — для зведення будівель, мостів та інших архітектурних об'єктів; напівпровідникові матеріали — для виготовлення мікропроцесорів і мініатюрних сенсорів; харчова сировина — для створення продуктів харчування; і навіть живі клітини — завдяки ним можна створювати ділянки шкіри чи й цілі окремі органи для пересадки пацієнтам.
Сьогодні 3D-друк лише починає впроваджуватися в різні галузі промисловості й повсякденного життя. Проте вже зараз важко недооцінити можливості, що відкриваються перед людством завдяки йому. 3D-інженер займатиметься проєктуванням цифрової моделі й підбором потрібних матеріалів для створення виробів різного призначення — від дитячих іграшок до високоточних приладів для аерокосмічної галузі.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• малювати 3D-ручкою;
• створювати 3D-малюнки на комп'ютері;
• вивчати різноманітні матеріали та їхні властивості.
Характеристики професії
Пов’язані професії
ЗD-моделіст — фахівець зі створення тривимірних моделей різних об'єктів чи процесів. За допомогою спеціальних комп'ютерних програм розробляє об'ємну графіку для використання в кінематографі, комп'ютерних іграх, віртуальній і доповненій реальностях, а також у машинобудуванні, архітектурі, фешн-індустрії та інших галузях діяльності.
Технолог-програміст — фахівець з моделювання й укладання технічних процесів для верстатів з числовим програмним керуванням (ЧПК). Бере участь у запуску керувальних програм і контролює дотримання технологічних розпоряджень у процесі виготовлення деталі.
Оператор верстатів з ЧПК — фахівець з обслуговування автоматичних програмованих верстатів. Поміщає заготовку у верстат, стежить за роботою верстата й дістає готову деталь. Займається налагодженням і додатковим налаштуванням окремих вузлів та з'єднань верстата.
Машинобудівник
Важко повірити, але навіть сьогодні — у ХХІ сторіччі — на нашій планеті ще й досі залишаються такі місця, де ніколи не ступала людська нога. Заради правди варто зазначити, що більшість цих місць мають такі умови, що там не лише ногами не ступиш, а й не всякою технікою проїдеш! Болота, бурелом, кам'яні розсипи, розпечений пісок пустель чи вкриті кригою скелі заполярних широт, неймовірний тиск холодних океанських глибин — усі ці непривітні безживні місця часто приховують незліченні природні багатства чи привертають увагу перспективою заволодіти дешевими й екологічними джерелами електроенергії.
Насправді людство давно вигадало способи, як дістатися до подібних місць: вертоліт чи літак може доставити пасажира в будь-який куточок земної кулі і висадити людину з парашутом у заданому районі. А за допомогою батискафів удалося розглянути дно в найглибшому місці Світового океану — Маріанському жолобі. Складність полягає в тому, щоб спроєктувати транспорт, здатний пересуватися вже на місці, до того ж робити це стільки часу, скільки необхідно для розв’язання поставлених завдань. Інакше кажучи, потрібний такий засіб пересування, який здатен рухатися поверхнями, недоступними для звичайних автомобілів. При цьому він має успішно протистояти агресивним умовам навколишнього середовища — низькій чи високій температурі, підвищеній вологості чи запиленості, величезному тиску, впливу кислот чи лугів. Створення подібних машин важливе ще й тому, що людству немає сенсу думати про колонізацію інших планет, поки ще достатньо не освоєна власна.
Ідея створення всюдихода — машини, здатної переміщатися не лише дорогами, а й важкопрохідними місцями, — виникла незабаром після винайдення автомобіля. 1903 року інженер Якобус Спайкер для участі в перегонах Париж-Мадрид побудував перший у світі автомобіль з приводом на всі колеса. А 1905 року створили перший гусеничний трактор, який міг легко пересуватися пухким ґрунтом. У 1920-ті роки було спроєктовано безліч різноманітних машин-амфібій — транспортних засобів, здатних рухатися не лише суходолом, а й водою. Тоді ж стали з'являтися перші зразки шнекоходів — машин, у яких замість коліс були вмонтовані поздовжні гвинтові стрижні (шнеки), подібні до того, що обертається всередині м'ясорубки. Завдяки таким шнекам ці всюдиходи могли пересуватися снігом і пухким ґрунтом, а також досить швидко плавали по воді.
Американський штат Флорида, відомий своїми болотами, став батьківщиною баггі (від англійського «buggy» — «жучок») — невеликих легких автомобілів з колесами від літаків-бомбардувальників. Такі великі й широкі колеса менше тиснуть на ґрунт, завдяки чому машини не застряють у багнюці. Надалі снігоболотоходи (так стали називати всюдиходи, здатні пересуватися рихлим ґрунтом і трясовиною) послуговувалися принципом низького питомого тиску на ґрунт для підвищення прохідності. Така машина навіть із масою в десятки тонн може переїхати скляний посуд і не розчавити його.
Сьогодні є безліч різноманітних всюдиходів. Але всі вони мають певні вади — низьку швидкість, малу вантажопідйомність, невеликий термін служби чи обмежену галузь застосування. У майбутньому машинобудівник, який оперуватиме знаннями про найновіші досягнення науки в інженерії, матеріалознавстві та енергетиці, займатиметься створенням спеціальних транспортних засобів, здатних пересуватися будь-якою поверхнею і в будь-якому середовищі. Такі машини просто не залишать недоступних місць на планеті.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• ремонтувати зламані машинки;
• збирати транспортні засоби з окремих деталей;
• розвідувати важкопрохідні місця.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Інженер-машинобудівник — фахівець з розроблення, планування й організації технологічних процесів обробки деталей і збирання машин та механізмів. Розраховує економічну ефективність виробництва, контролює реалізацію проєктних рішень.
Інженер-конструктор автомобілів — фахівець з розроблення і вдосконалення конструкції автотранспортних засобів. Бере участь у розробленні й випробуванні дослідних зразків, допрацьовує вузли й агрегати в разі незадовільних випробувань. Супроводжує процес запуску в серійне виробництво.
Випробовувач — фахівець, що перевіряє зручність експлуатації дослідних зразків і нових моделей різних машин, механізмів та установок під впливом різноманітних механічних, електромагнітних, радіаційних та інших навантажень.
Розробник автоматизованих транспортних систем
Пригадуєте, що спільного в казкових транспортних засобів — килима-літака, самохідної печі, летючого корабля? Ніщо з них не потребувало від власників жоднісіньких спеціальних навичок керування і знань правил дорожнього руху. Казкові пристрої самостійно доставляли пасажирів у місце призначення, до того ж найчастіше в таке, куди шляху взагалі ніхто не знав. А ще казковий транспорт не потрібно було заправляти пальним чи регулярно обслуговувати — наприклад, міняти оливу в двигуні чи змащувати рухомі частини.
Між іншим, цей чарівний транспорт утілив у собі уявлення тогочасних людей про максимальний комфорт. Чи ж може бути що-небудь затишніше, аніж морозяної зими лежати, загорнувшись у ковдру, на теплій печі? Або, навпаки, відповідно до уявлень південних народів, значно приємніше розкошувати на м'якому перському килимі, що обдувається зустрічним вітерцем, аніж плентатися на верблюді під палким сонцем пустелі. До того ж думка про те, що з килима-літака можна просто впасти, на гадку якось не спадала — ніхто й ніколи не скаржився на такі незручності з боку килимів.
За сторіччя прогресу людство вигадало найрізноманітніший транспорт, який своїм комфортом, швидкістю переміщення і просто привабливим зовнішнім виглядом неабияк перевершував описані в казках засоби пересування. Утім, домогтися тієї самої бажаної автономності, що була властива казковим предметам, ніколи не вдавалося. Але не буває недосяжних цілей! Уже незабаром найсміливіші фантазії зі світу казок можуть стати звичною всім нам реальністю.
Розробник автоматизованих транспортних систем займатиметься створенням цілком автономних засобів пересування — від електросамокатів і літальних скейтбордів до міжконтинентальних авіалайнерів та круїзних кораблів. Завдяки розпізнаванню голосу транспортна машина зможе зрозуміти, куди бажає переміститися пасажир. Супутникова система глобального позиціонування визначить координати кінцевого пункту і прокладе маршрут. А система керування на основі штучного інтелекту забезпечить максимально швидке, комфортне й безпечне переміщення. До того ж транспортний засіб зможе періодично самостійно прибувати на зарядні станції (приблизно так, як це роблять кімнатні роботи-пилососи) й на сервісні пункти, де відбуватимуться потрібне обслуговування й ремонт. Якщо ж поломка виявиться аж такою серйозною, що апарат не зможе самостійно прибути на станцію, по нього вирушить спеціальний робот-евакуатор.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• займатися робототехнікою;
• цікавитись, як працюють сучасні гаджети й побутові прилади;
• подорожувати.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Кібернетик — фахівець із системної аналітики, спрямованої на попередження проблемних ситуацій, а також на вибір оптимального рішення, якщо ця ситуація таки настане. Вивчає динамічні системи, здатні сприймати й переробляти інформацію.
Інженер машинного зору — фахівець зі створення апаратних і програмних засобів розпізнавання об'єктів кібернетичними системами. Забезпечує автоматичну орієнтацію роботизованих систем у просторі й ідентифікацію предметів за допомогою оптичних приладів.
Дизайнер транспортних засобів — фахівець із проєктування (відповідно до призначення, умов праці, типу приводу й інших вихідних даних) механічних пристроїв для перевезення людей і вантажів. Визначає параметри кожної деталі, зважаючи на її призначення.
Розробник модульних систем машинобудування
Безперервне вдосконалення і розвиток техніки, які за останні десятиріччя відбуваються неймовірно стрімко, вимагають частого оновлення наявних пристроїв та машин. Це потрібно для того, щоб вони не застарівали й устигали відпрацювати інвестовані в них кошти. Змінювати всю конструкцію найчастіше неабияк складно і дорого — простіше виготовити нову машину. Якщо виріб буде розділений на окремі блоки, які легко збираються і розбираються, процес удасться значно спростити й прискорити. Такий спосіб конструювання назвали «модульним» (від латинського «modulus» — «міра», «одиниця виміру»).
Модуль — це складний вузол, який виконує певну функцію в технічному пристрої. При цьому конструктивно він — завершена самостійна частина, що проєктується як окремий виріб. З'єднуючи готові модулі різного функціонального призначення, можна скласти машини, призначені для виконання тих чи тих завдань. Як приклад модульної конструкції можна навести домашній персональний комп'ютер, що має модульні елементи — системний блок, монітор, клавіатуру, мишу. За бажання кожен із цих модулів можна замінити. І не потрібні ніякі зміни в інших частинах. Цікаво, що такий модуль, як системний блок, своєю чергою, складається з інших менших модулів — блока живлення, материнської плати, процесора, відеокарти, плат оперативної пам'яті.
Сукупність різнотипних модулів називають «агрегатом» (від латинського «aggregatus» — «з'єднаний», «зібраний»), а метод конструювання виробів з окремих модулів дістав назву «агрегатування». Добираючи різноманітні характеристики й кількість окремих модулів, змінюючи їхнє взаємне розташування та способи з'єднання, можна отримувати готові машини з різними характеристиками.
Важлива умова будь-якого проєктованого модуля — уніфікація, тобто якість, що дає змогу використовувати його в різноманітних пристроях і з різною метою. Прикладом такої уніфікації може бути добре відомий USB-порт. До такого порту можна підключити «флешку» зі збереженими на ній файлами, а можна і якийсь пристрій (наприклад, комп'ютерну мишу), а можна взагалі використовувати цей роз'єм як розетку для підзарядки мобільного телефону.
Вибір електроніки як прикладів різноманітних модульних систем не випадковий — сьогодні це, мабуть, найбільш просунута щодо модульного конструювання галузь. Утім, цей принцип конструювання застосовний і в інших галузях. Наприклад, сучасні автомобілі дедалі частіше будують на так званих модульних платформах. Завдяки використанню різних модулів (двигунів, кузовних елементів, керувальних блоків тощо) автовиробники створюють різні моделі машин. Авто відрізняються за розмірами, зовнішнім виглядом, максимальною швидкістю, вантажопідйомністю та за іншими параметрами. А завдяки уніфікації один і той самий силовий модуль — двигун — може використовуватися як на автомобілі, так і на морському катері чи навіть на мініелектростанції, де він обертає генератор для добування електроенергії.
Розробник модульних систем машинобудування в майбутньому потурбується про те, щоб представити будь-яку інженерну конструкцію (машину, прилад, виробничий комплекс, пристрій життєзабезпечення) як систему з максимально уніфікованих модулів. Як кубики конструктора LEGO, такі модулі зможуть використовуватися для створення абсолютно будь-яких технічних пристроїв чи архітектурних споруд.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• збирати конструктор LEGO;
• знаходити однакові чи схожі елементи в різних пристроях;
• розбирати іграшки на окремі блоки і збирати їх назад.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Технолог серійного виробництва — фахівець з організації масового випуску виробів протягом певного інтервалу часу. Зважає на найраціональніші за цих умов засоби технічного оснащення. Ухвалює рішення про засоби здешевлення виробництва через спрощення окремих елементів конструкції.
Метролог — фахівець із метрологічного забезпечення розробки, виробництва, випробувань та експлуатації продукції, що випускається підприємством, спрямованого на поліпшення якості товару. Здійснює експертизу конструкторської і технологічної документації щодо відповідності загальноприйнятим стандартам.
Інженер зі стандартизації та сертифікації продукції — фахівець, який перевіряє відповідність обладнання, товарів та послуг необхідним стандартам, нормативним документам і технічним умовам. Контролює якість продукції, що випускається підприємством.
Технолог автоматизованого виробництва
Немає жодного сумніву в тому, що колись роботи цілком замінять людей у будь-якій роботі, пов'язаній з фізичною працею. Роботизація всіх виробничих галузей відбувається неймовірно стрімкими темпами. Щороку продаж автономних промислових роботів подвоюється, до того ж що більше їх продається, то дешевшими вони стають.
Важливо розуміти, що з упровадженням роботів у будь-який виробничий процес відбувається не просто заміна людини механічним працівником — суттєво змінюється саме робоче обладнання. Якщо пояснювати дуже просто, то, наприклад, замість людини з молотком, яка забивала цвяхи, з'являється робот. Але з'являється не як закутий у залізні обладунки середньовічний лицар, що продовжував би забивати ті самі цвяхи тим-таки старим молотком, а як маніпулятор, що нагадує стрілу підйомного крана, з пістолетом, з якого за секунду може вилітати не один десяток цвяхів. Інакше кажучи, принципово змінюється спосіб виконання роботи, хоча результат цієї роботи залишається незмінним (у наведеному прикладі — забитий цвях).
Технічні засоби автоматизації (саме так називається обладнання, що дає змогу виконувати задані технологічні операції), можуть використовувати різні види енергії — електричну, гідравлічну, пневматичну. Якісь із цих засобів призначені безпосередньо для здійснення фізичного впливу на оброблювану сировину чи заготовку. Інші роблять потрібні вимірювання і вносять відповідні корективи в робочий процес. Треті регулюють рівень впливу. Четверті посилюють чи роблять точнішим вплив виконавчих механізмів завдяки редукторам. П'яті обчислюють різноманітні параметри відповідно до інформації, що надходить від численних сенсорів, наявних на лінії виробництва.
Для створення відповідного обладнання автоматизації того чи того процесу потрібне глибоке розуміння сенсу всіх виконуваних дій. Лише за цієї умови можна максимально точно визначити завдання, які випаде розв’язувати машинам без участі людини. Технолог автоматизованого виробництва займатиметься проєктуванням промислових машин, потрібних для забезпечення найбільш ефективної заміни людини роботами. Він добиратиме всі необхідні матеріали, типи приводу і джерела живлення для створення виробничого автомата певного призначення, а також визначатиме економічну ефективність цього пристрою.
Потрібні царини знань (hard skills)
Особисті захоплення, що впливають на вибір професії
Ця професія саме для тебе, якщо ти полюбляєш:
• дивитися передачу «Як це зроблено?» і подібні;
• ходити на екскурсії на фабрики й заводи;
• займатися на курсах робототехніки.
Характеристики професії
Пов’язані професії
Інженер виробничо-технічного відділу — фахівець, відповідальний за підготовк виробничого процесу. Розробляє й погоджує проєктну документацію, укладає всі потрібні розрахунки й кошториси, контролює виробничий процес.
Інженер-проєктувальник — фахівець з розроблення точних планів конструкцій, споруд та комунікаційних систем. Збирає й аналізує дані про об’єкт, розробляє проєкт за наявними параметрами й перевіряє відповідність даних затвердженим стандартам і нормам безпеки.
Інженер з міцності — фахівець, який відповідає за перевірку конструкції деталей, вузлів, агрегатів, механізмів та машин на міцність, стійкість і довговічність. Провадить статичні й динамічні розрахунки різних споруд, розробляє рекомендації щодо вибору конструктивно-силових схем і матеріалів.
Ця стаття з крутого проєкту «Розумний плакат "Навички і професії майбутнього"»! Хочеш дізнатися про нього докладніше? Тоді тисни сюди!
А ще у нас є неймовірно захопливий комплект розумних плакатів «Світ навколо».
409