Специальность «материаловедение и технологии материалов»
Содержание:
Содержание:
- Цель, задачи и содержание курса
- Основы металлургического производства
- Литейное производство
- Изготовление литейных форм и стержней
- Машины и механизмы, применяемые в литейном производстве
- Металлы и сплавы, применяемые для получения отливок
- Процесс изготовления отливок
- Схема доменного производства
- Основные продукты доменного производства
- Металлургия стали
- Конвертерное производство стали
- Мартеновский способ выплавки стали
- Выплавка стали в электропечах
- Раскисление стали (завершающая операция)
- Строение стального слитка
- Производство других металлов
- Металлургия меди
- Металлургия титана
- Процесс получения алюминия электролизом
- Основы порошковой металлургии
- Методы получения порошков
- Формование порошков
- Спекание и его разновидности
- Порошковые материалы и изделия
- Напыление материалов. Сущность, методы и оборудование
- Вакуумное напыление
- Газотермическое напыление (ГТН)
- Методы газотермического напыления
- Назначение металлических газотермических покрытий
- Литейное производство
- Способы получения заготовок
- Методы изготовления деталей для машиностроения
- Классификация материалов, применяемых в современном машиностроении
- Пути повышения качества и эффективности использования композиционных материалов
- Получение заготовок литьем. Специальные способы литья
- Способы литья их преимущества и недостатки
- Кокильное литье или литье в металлические формы
- Центробежное литье
- Литье под давлением
- Литье в оболочковые формы
- Литье по выплавляемым моделям
- Обработка материалов давлением (ОМД)
- Явление возврата и рекристаллизации
- Прокатка
- Прессование
- Волочение
- Ковка
- Штамповка
- Методы изготовления деталей для машиностроения
- Сварка металлов
- Сущность процесса сварки
- Сварка пластическим деформированием
- Сварка плавлением
- Структурно-фазовые превращения при сварке
- Электрическая дуговая сварка
- Сущность электродуговой сварки
- Классификация дуговой сварки
- Строение и свойства электрической дуги
- Условия устойчивого горения сварочной дуги
- Ручная дуговая сварка
- Полуавтоматическая дуговая сварка
- Автоматическая сварка
- Технологические особенности сварки закрытой дугой
- Флюсы применяемые для автоматической сварки
- Технология автоматической сварки под флюсом
- Электрошлаковая сварка
- Электрическая контактная сварка
- Точечная сварка
- Шовная сварка
- Специальные способы сварки
- Электронно-лучевая и лазерная сварка
- Сварка взрывом
- Сварка трением
- Источники тока для питания сварочной дуги
- Дефекты сварных соединений и причины их образования
- Пайка материалов
- Способы пайки
- Материалы для пайки
- Способы пайки в зависимости от источника энергии
- Типы паяных соединений
- Подготовка деталей к пайке
- Сущность процесса сварки
- Обработка металлов резанием
- Общие сведения
- Движения в процессе обработки заготовки
- Приводы и передачи станков
- Элементы режима резания
- Геометрия инструмента
- Назначение и технологические возможности метода обработки точением
- Обработка заготовок на станках токарной группы
- Сверлильно-расточные работы
- Обработка заготовок на сверлильных и расточных станках
- Фрезерование
- Общие сведения
- Электрофизические и электрохимические способы обработки конструкционных материалов
- Электроэрозионная обработка
- Электрохимическая обработка
- Анодно-механическая обработка
- Ультразвуковые методы обработки металлов и неметаллических материалов
Виртуальная и дополненная реальность
По данным Statista, рынок AR и VR в 2020 году оценивался в $18,8 млрд. Это в три раза больше, чем в 2016-м. Аналитики PwC в 2019 году прогнозировали, что число сотрудников, использующих VR и AR в своей работе, вырастет с 500 тыс. до 23 млн к 2030 году.
Сегодня эти технологии используют в здравоохранении — чтобы обучать хирургов или проводить операции с данными диагностики в виде голограмм и онлайн-консилиумом врачей. В начале февраля 2021 года Microsoft провела онлайн-трансляцию 12 операций, выполненных в MR — смешанной реальности. Хирурги из 13 стран смогли подключиться в режиме онлайн и видеть все данные диагностики в виде голограмм и консультировать друг друга.
В ретейле AR позволяет примерить товары, поместить мебель в интерьер перед покупкой, а также получать персонализированные предложения. К примеру, производитель игрушек Mattel (куклы Барби и др.) использует дополненную реальность для игрушечных машинок Hot Wheels. Покупатели могут направить свой смартфон на конкретную модель, чтобы поиграть с ней на любых поверхностях:
В IKEA с помощью VR-гарнитуры вы можете представить, как будет выглядеть ваша кухня с выбранной мебелью.
В образовании дополненная и виртуальная реальность помогают глубже вовлечь в процесс и в деталях смоделировать среду, которую изучают в классе. Технологию используют и в корпоративном обучении. Tyson Foods — международная корпорация по производству продуктов питания — применяет VR, чтобы обучать сотрудников технике безопасности на производстве. В результате производственных травм стало на 20% меньше.
Архитекторы и дизайнеры представляют проекты в масштабе 1:1 с помощью виртуальной и дополненной реальности вместо обычных 3D-рендеров:
ThyssenKrupp Elevator, поставщик транспортных систем, эскалаторов и лифтов, запустил в Азии и на Ближнем Востоке и залы виртуальной реальности с демонстрацией городских транспортных решений.
В автомобильной промышленности VR позволяет инженерам экспериментировать с дизайном и конструкцией новых моделей на стадии разработки концепта. Такой подход используют, к примеру, в Hyundai:
Но главной сферой, где виртуальная и дополненная реальность особенно востребованы, остаются игры и развлечения. Помимо VR-игр и симуляций, в разных странах действуют целые парки развлечений с использованием виртуальной реальности: например, Europa-Park в Германии или VR Star в Китае.
Быстрее всего в ближайшие семь лет будет расти рынок устройств с распознаванием жестов — перчатки для VR и AR: по данным Grand View Research, с 2021 по 2028 года ежегодный рост рынка составит в среднем 18%.
Особенности направления
Инженеры, получившие подобную специализацию, занимаются подготовкой заданий на разработку проектной документации, проводят патентные исследования, направленные на создание инновационных направлений. Они ищут оптимальные варианты переработки и обработки различных материалов, устройств, установок, их технологического оснащения с помощью автоматических систем проектирования.
Дипломированные специалисты проводят оценку экономической рентабельности определенного технологического процесса, принимают участие в проведении анализа альтернативных способов производства, организуют обработку и переработку продукции, участвуют в процессе сертификации изделий, технологий.
GPT-3
На сегодняшний день самая совершенная нейросеть на базе NLP (то есть, алгоритмов распознавания текста) — GPT-3. Это нейросеть-трансформер, которая способна генерировать связные ответы в диалоге с человеком. Объем используемых ей данных и параметров в 100 раз превосходит предыдущее поколение — GPT-2.
Однако даже самые продвинутые трансформеры, обученные на огромных массивах данных не понимают смысла слов и фраз, которые они генерируют. Для их обучения нужны огромные массивы данных и вычислительные ресурсы, которые, в свою очередь, оставляют большой углеродный след. Еще одна проблема — несовершенство датасетов для обучения нейронных сетей: тексты в интернете часто содержат искажения, манипуляции и откровенные фейки.
Индустрия 4.0
«Заходит в бар Илон Маск»: нейросеть GPT-3 научили рассказывать анекдоты
Одно из самых перспективных направлений в развитии ИИ и нейросетей — это расширение диапазона восприятия. Сейчас алгоритмы умеют распознавать изображения, лица, отпечатки пальцев, звуки и голос. Они также умеют говорить и генерировать изображения и видео, имитируя наше восприятие разных органов чувств. Ученые MIT отмечают: чтобы приблизиться к человеку ИИ не хватает эмоционального интеллекта и чувств. В отличие от ИИ, человек умеет не только обрабатывать информацию и выдавать готовые решения, но и учитывать контекст, множество внешних и внутренних факторов, а главное — действовать в условиях неопределенности и меняющейся среды. Например, алгоритм AlphaGo от компании DeepMind способен обыграть чемпиона мира по го и шахматам, но все еще не может расширить свою стратегию за пределы доски.
Пока что даже самые продвинутые алгоритмы, включая GPT-3, находятся лишь на пути к этому. Сейчас перед разработчиками стоит задача создать мультимодальные системы, которые бы объединили распознавание текста и сенсорное восприятие для обработки информации и поиска решений.
Индустрия 4.0
На что способна нейросеть GPT-3
Трудоустройство, зарплата и карьера
Специалист по материаловедению может проявить себя в различных сферах деятельности. Такая универсальность делает профессию одной из наиболее востребованных в России. Возможные места работы:
- военная промышленность;
- IT-компания;
- научно-исследовательский институт;
- заводская лаборатория;
- компания, занимающаяся робототехникой;
- фирма, разрабатывающая и внедряющая системы автоматизации.
В большинстве случаев материаловеды получают хорошую зарплату. Её размер у молодых специалистов составляет 25—30 тыс. рублей, у профессионалов — до 100 тыс. рублей. Величина оклада зависит от множества различных факторов, начиная со степени квалификации сотрудника и заканчивая местом работы.
Прекрасную карьеру может построить не только материаловед, который стал учёным и написал множество научных трудов, но и простой работник предприятия (инженер, материаловед-химик и т. д. ). В первом случае специалист имеет шанс получить различные учёные степени и занять руководящие должности в НИИ, во втором — пройти путь от рядового сотрудника до начальника отдела, подразделения или всего предприятия. В любом случае придётся много учиться и постоянно повышать свой профессиональный уровень.
Кем работать?
Основная специальность – материаловед, но есть и смежные вакансии, которые может занять выпускник профильного ВУЗа. Это:
- инженер по наноэлектронике;
- исследователь;
- композитчик;
- машиностроитель;
- металловед;
- конструктор новых сплавов.
Ежегодно перечень предложений расширяется, появляются новые перспективные профессии, которые эксперты рынка труда называют профессиями будущего.
Материаловед
Основная обязанность материаловеда – изучение структуры и свойств материалов и дальнейшее создание прочных, легких, экологически чистых модификаций на их основе.
В последнее десятилетие приоритетом является создание новых товарных упаковок, которые могут перерабатываться или быстро и без последствий разлагаются.
Второе не менее важное направление – поиск решений, которые существенно сократят образование бытовых отходов. Материаловеды также тщательно изучают возможности использования материалов в новых сферах и для реализации новых целей
Наноэлектроник
Специалист по наноэлектронике сосредоточен на создании микроэлектроники, нанотехники, микросхем из инновационного сырья, другими разработками в этом направлении.
Исследователь
Из названия понятно, что инженер-исследователь генерирует идеи, воплощает их в новое сырье, продукцию, изучает ее свойства и участвует в исследованиях.
Для такой работы необходим технический склад ума, усидчивость, хорошее знание математики и математического моделирования, умение составлять нормативно-техническую документацию.
Композитчик
Еще одна профессия, появление которой эксперты рынка труда прогнозируют в 2020 году. Композитчик будет заниматься преимущественно композитными материалами, подбирать наиболее оптимальные образцы для изготовления деталей, узлов, запчастей и других изделий.
Выбор базового материала во многом определяет способ производства. Акцент – на изготовление продукции методом 3D-печати.
Машиностроитель
У специалиста по материалам в сфере машиностроения узкая специализация – он сосредоточен на подборе и усовершенствовании материалов для изготовления деталей, кузова автомобилей, средств автоматики.
В его обязанности входит проведение расчетов, проектирование (если речь идет о выпуске новых станков и механизмов), осуществлении авторского надзора на всех стадиях реализации проекта.
Металловед
Основная задача инженера-металловеда – проектирование, создание, тестирование, доработка и модернизация сплавов металлов, дальнейшее внедрение их в производство.
Способы изготовления продукции из новых сплавов с учетом их структуры и других особенностей также подбирают металловеды.
Инженеры-металловеды работают в крупных металлургических концернах, а также в профильных НИИ.
Конструктор новых сплавов
В настоящее время известно порядка 100 элементов, образующих сплавы. Конструктор занимается изучением свойств каждого элемента и моделирует новые сплавы, прогнозируя их прочность, упругость, термические характеристики.
Возможных сочетаний и комбинаций могут быть сотни тысяч. Конструирование новых многокомпонентных сплавов позволяет получить материал с конкретными свойствами, наиболее полно соответствующими эксплуатационным параметрам готового изделия.
Специфика обучения
Бакалавры в этом профиле обучаются следующим навыкам:
- подбирать информацию об имеющихся материалах, используя базы данных, а также разнообразные литературные источники;
- анализировать, отбирать, оценивать по эксплуатационным характеристикам материалы, выполняя при этом структурный комплексный анализ;
- коммуникативным навыкам, а также умению работать в команде;
- собирать информацию в сфере осуществляемых экспериментов, составлять отчеты, обзоры, определенные научные публикации;
- оформлять документы, записи, протоколы опытов.
Бакалавры имеют навыки проверки создаваемых проектов на полное соответствие всем законодательным нормативам. Они проектируют высокотехнологические процессы, предназначенные для начальных исследовательских и проектно-технологических структур, организуют и оснащают рабочие места необходимым оборудованием.
Общие сведения
Изучение любой специальности следует начинать с рассмотрения её основных характеристик. Эта информация поможет определить сильные и слабые стороны профессии, особенности выбора сотрудников и варианты обучения.
Направления исследований
Материаловедение — это наука, которая занимается изучением различных свойств материалов. Она разделена на 5 основных направлений, среди которых есть не только современные, но и немного устаревшие.
Перечень направлений:
- космическое;
- нанотехнологии;
- кристаллография;
- металлургия;
- биоматериалы.
Плюсы и минусы
Человек, который хочет связать свою жизнь с материаловедением, должен знать достоинства и недостатки специальности. Это даст возможность лучше понять особенности будущей профессии и заранее подготовиться к неприятным моментам. Главные преимущества:
- большое количество учебных заведений;
- престижность;
- простота трудоустройства;
- достойная заработная плата;
- возможность быстрого карьерного роста.
Отрицательные моменты:
- необходимость получения высшего образования;
- частые командировки;
- высокая ответственность.
Важные качества специалистов
Специалисты по материаловедению должны обладать определёнными личными качествами. Они помогут сотруднику полностью раскрыть способности и добиться успехов в работе. Необходимые качества:
- ответственность;
- педантичность;
- скрупулёзность;
- аналитический склад ума;
- склонность к изучению точных наук;
- любознательность;
- стремление помогать;
- коммуникабельность.
Требования и обязанности
Чтобы человек мог хорошо справляться с поставленными задачами, он должен отвечать всем требованиям, предъявляемым к представителям профессии. Их не слишком много, поэтому отбор кандидатов проходит большинство специалистов. Основные требования:
- высшее образование в профильном вузе;
- глубокие познания в математике, физике, химии, материаловедении и других науках;
- опыт работы со специальными приборами (спектроскопом, разными видами микроскопов, прессами, печами, электрохимическими аппаратами);
- умение работать в команде и перенимать опыт у коллег;
- постоянное повышение квалификации;
- хорошее состояние здоровья.
Общие обязанности:
- подготовка проектов по внедрению современных технологий в производственный процесс;
- применение, утилизация или изменение свойств различных материалов;
- проведение испытаний и тестирование образцов;
- анализ итоговых результатов;
- наладка специального оборудования и уход за ним;
- ведение документации и составление отчётов о проделанной работе.
Обучение профессии
Выпускники школ, которые хотят получить высшее образование, часто выбирают профессию инженер-материаловед. Такая особенность обусловлена универсальностью специальности, большим количеством бюджетных мест в вузах и относительной простотой поступления.
Выбирая учебное заведение, нужно заранее знать, какие экзамены придётся сдавать на ЕГЭ. Наиболее популярными предметами являются:
- русский язык;
- математика;
- физика;
- химия.
Некоторые вузы также требуют сдачу иностранного языка и информатики.
Чтобы стать материаловедом, нужно выбирать соответствующие специальности. Альтернативой может стать учёба на факультетах материалографии, машиностроения и металлообработки. Поступившие студенты могут выбирать очную, заочную или смешанную форму обучения. Для получения степени бакалавра придётся учиться 4—5 лет, магистра — 6—7 лет. Лучшие вузы России:
- Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (Москва);
- Челябинский государственный университет (Челябинск);
- Тольяттинский государственный университет (Тольятти);
- Оренбургский государственный университет (Оренбург);
- Уральский федеральный университет им. Б. Н. Ельцина (Екатеринбург).
Конкурентные преимущества
Выпускник программы «Materials Science (Материаловедение)» способен:
- осуществлять научно-исследовательскую работу в области современного материаловедения, создания новых материалов, исследования их свойств, разработки технологии их получения, конструирования материалов с заданными свойствами на базе компьютерных технологий;
- осуществлять производственно-технологическую деятельность, обеспечивающую внедрение и эксплуатацию новых наукоемких разработок, востребованных на мировом рынке в области производства, применения и диагностики наноматериалов и покрытий;
- осуществлять поиск и получение новой информации, необходимой для решения инженерных задач в области интеграции знаний применительно к своей сфере деятельности, к активному участию в инновационной деятельности предприятий и организаций, в том числе транснациональных компаний;
- обосновывать и отстаивать собственные заключения и выводы в аудиториях разной степени профессиональной ориентации, заниматься организационно-управленческой деятельностью в междисциплинарных областях производства, осознавать ответственность за принятие своих профессиональных решений, работать в интернациональной команде.
Выпускник программы «Материаловедение и технологии материалов» способен:
- осуществлять научно-исследовательскую работу в области современного материаловедения, создания новых материалов, исследования их свойств, разработки технологии их получения, конструирования материалов с заданными свойствами на базе компьютерных технологий;
- осуществлять производственно-технологическую деятельность, обеспечивающую внедрение и эксплуатацию новых наукоемких разработок, востребованных на мировом рынке в области производства, применения и диагностики наноматериалов и покрытий;
- разрабатывать наноматериалы и покрытия новых поколений;
- решать проблемы промышленных предприятий, включая управление проектами, обучение персонала, выбор и проведение исследовательских работ.
Выпускник программы «Производство изделий из наноструктурных материалов» способен:
- работать на современных технологических установках, приборах анализа и контроля наноструктур;
- применять специализированное и распространенное программное обеспечение;
- адаптироваться к динамике мирового развития производства разнообразных изделий из нанокерамики, нанокомпозитов, других материалов на основе нанопорошков;
- ориентироваться в океане информации о такой междисциплинарной сфере, как наноиндустрия, включающей огромный спектр разнообразных технологий;
- применять знания иностранного языка в сфере профессиональной коммуникации;
- работать в команде для решения комплексных задач;
- создать и организовать новое производство.
Перспективы
Технолог и художник по материалам может реализовать творческий потенциал в мастерских по обработке гранита, мрамора, других камней, на ювелирных фабриках, в компаниях, занимающихся разработкой промышленного дизайна.
Одна из наиболее востребованных и прибыльных сфер деятельности – дизайн и изготовление памятников, надгробий. Мастера получают фиксированный оклад и процент от заказов. Оплата труда специалистов без опыта или с минимальным опытом стартует с 45-50 тысяч рублей.
Кем еще может работать выпускник факультета «Технологии обработки материалов»? На рынке труда есть спрос на:
- дизайнеров мебели, изделий из керамики и малой пластики;
- специалистов по созданию и росписи витражей;
- 3D дизайнеров;
- художников по металлу, дереву, стеклу.
Промышленный дизайнер
Востребованная профессия с хорошими перспективами. Промышленный дизайн охватывает разные производства:
- текстильное;
- кожгалантерейное;
- мебельное;
- деревообрабатывающее;
- автомобилестроительное;
- проектирование машин, станков и другого оборудования.
Главная задача промышленного дизайнера – придумать и создать продукцию, в которой эргономика сочетается с эстетикой и функциональностью.
Эргономичность готовых образцов – основной критерий оценки работы специалиста. Работа над проектом включает все этапы: от создания эскиза и его визуализации до конструирования отдельных элементов продукта и презентации его прототипа.
Промышленные дизайнеры часто участвуют в научных исследованиях, касающихся эргономики, а также контролируют испытания опытных образцов перед их запуском в серийное производство.
Востребованному работнику нужны знания в области инженерии, механики, рисования, а также чувство стиля и цвета. Промышленные дизайнеры не создают чертежи самостоятельно – их задача сводится к оптимизации существующих товаров, чтобы повысить их эстетическую и практическую ценность, привлекательность в глазах потребителей.
Заработная плата по России в среднем – 70-75 тысяч рублей. Крупные компании предлагают штатным сотрудникам 150-170 тысяч рублей.
Дизайнер-визуализатор
Визуализатор разрабатывает и оформляет 3D-объекты. Его услуги востребованы в рекламе, киноиндустрии, при разработке сайтов, компьютерных игр, мобильных приложений.
Все чаще открывают подобные вакансии архитектурные бюро, студии дизайна интерьера, компании по созданию упаковки. Оплата труда – 45-55 тысяч рублей, встречаются предложения с окладом 205 тысяч.
Где работать?
Инженер по материаловедению и технологиям может работать в государственных и коммерческих структурах, которые занимаются:
- выпуском продукции оборонного значения;
- робототехникой;
- биотехнологиями;
- IT и нанопроизводством;
- разработкой и внедрением систем автоматизации;
- научными исследованиями;
- лабораторными испытаниями экспериментальных образцов.
Материаловед – это ученый, исследователь и инженер в одном лице, поэтому карьеру он может сделать в научной и производственной сфере. В первом случае карьерный рост будет заключаться в подготовке и защите диссертаций, получении ученых степеней, всероссийском и международном признании.
Во втором случае выпускник начнет работать рядовым специалистом и шаг за шагом дорастет до менеджера, начальника отдела, а затем и до руководителя филиала или предприятия.