Введение
Модельное машиностроение – это создание пропорционально масштабированных миниатюрных рабочих моделей полноразмерных машин. Это область металлообработки с сильным акцентом на мастерство и ручной труд, в отличие от массового производства. Хотя сегодня это в основном хобби, в прошлом оно также имело коммерческое и промышленное применение. Термин «модельное машиностроение» использовался уже в 1888 году. В Соединенных Штатах вместо него часто употребляют термин «домашний слесарь», хотя, возможно, его сфера применения шире. Модельное машиностроение наиболее популярно в индустриально развитых странах с богатым инженерным наследием, восходящим к эпохе паровых машин. То есть, это занятие, которое в основном распространено в Великобритании, США, странах Северо-Западной Европы и индустриально развитых странах Британского Содружества.
Область применения моделирования
"Классическими" областями интереса в моделировании являются модели с живым паром (как правило, паровозы, стационарные двигатели, морские паровые двигатели, двигатели Шоумена и тяговые двигатели), двигатели внутреннего сгорания и часовое дело. Другие популярные направления – двигатели Стирлинга, оборудование для мастерских, миниатюрные станки и художественная токарная обработка. Это устойчивые жанры, которые часто отражаются в категориях соревнований на выставках модельной техники. В прошлом любительские эксперименты с электричеством (предшественник хобби-электроники) и моделизм кораблей рассматривались как часть моделирования, но в настоящее время они не считаются основными жанрами. Инженеры-моделисты обычно изготавливают модели, обрабатывая рабочие детали из заготовок металла и металлических отливок. Некоторые модели предназначены как функциональные рабочие модели, другие – как высокоточные демонстрационные модели, а иногда и как их сочетание. Самые сложные модели предполагают ручное изготовление тысяч деталей, требующее тысяч часов работы, часто в течение нескольких лет или даже десятилетий. Инженер-модельщик часто руководствуется коммерчески доступными чертежами, однако некоторые разрабатывают собственные проекты или даже работают без чертежей. Аналогично, большинство инженеров-моделистов приобретают отливки при необходимости, но некоторые покупают или изготавливают литейное оборудование для самостоятельного литья металла. Все чаще "современные" технологии, такие как автоматизированное проектирование (САПР), оборудование с ЧПУ (числовым программным управлением), лазерная резка, 3D-печать и встраиваемые системы, становятся частью хобби, поскольку все больше практикующих приобретают навыки и опыт работы с этими технологиями по роду деятельности, а молодое поколение, знакомое с новыми процессами, открывает потенциал традиционной обработки, сокращая разрыв между "модельной инженерией" и "культурой мейкеров". Как вид деятельности, предполагающий широкое использование металлообрабатывающих станков в условиях домашней мастерской, модельная инженерия пересекается с другими ремесленными занятиями, связанными со станками и металлообработкой, включая оружейное дело (особенно в США), изготовление домашних инструментов и аксессуаров для металлообработки, сборку оборудования с ЧПУ, коллекционирование старинных станков, реставрацию старинных транспортных средств и машин, домашнюю сварку и литье металла. Модельная инженерия тесно связана с увлечением запуском моделей паровозов и в некоторой степени пересекается с изготовлением нерабочих моделей, особенно механических. Продукты, такие как Meccano и игрушечные паровые двигатели низкого давления, имеют косвенное отношение к модельной инженерии, восходящее к производству научных и механических игрушек, начатому в конце XVIII века. Стимпанк, стиль постиндустриального скульптурного искусства, использующий эстетические и кинетические качества старой техники, также имеет некоторое пересечение. Существуют споры о целесообразности использования термина "модельная инженерия". Некоторые утверждают, что термин "инженер" следует резервировать исключительно для лиц, имеющих профессиональную квалификацию. Однако историческое значение слова "инженер" – это тот, кто конструирует или обслуживает двигатели, и поэтому это подходящее определение для тех, кто занимается изготовлением рабочих моделей как хобби. В любом случае, поскольку термин "инженер-модельщик" использовался с 1888 года, прецедент его использования давно установлен.
Модели паровозов
Модели живых паровозов преобладают как наиболее популярный объект моделирования в модельной технике и заслуживают особого внимания. «Живой пар» подразумевает использование пара под давлением, нагреваемого в собственном котле модельного локомотива, для привода колес посредством миниатюрных паровых цилиндров. Не все локомотивы работают на живом пару – некоторые моделисты создают модели, приводимые в движение электричеством или двигателями внутреннего сгорания. Однако, критерием является то, что модель является самоходной, и, следовательно, требует изготовления двигателя или установки мотора, в отличие от (обычно гораздо меньших) модельных поездов, которые полагаются на электрифицированную колею для движения. Живопаровые (и другие самоходные) локомотивы изготавливаются в различных размерах, или масштабах, в соответствии с шириной колеи. Более узкие колеи, иногда называемые «садовыми», поскольку их можно устанавливать в саду владельца, или в США – «backyard railroad», достаточны для самостоятельного движения, но обычно не могут перевозить машиниста или пассажиров. Более широкие колеи обычно встречаются на клубных трассах или миниатюрных железных дорогах и предназначены для перевозки машиниста и пассажиров. Популярными «садовыми» колеями являются «0», «1» и 2½-дюймовые (для езды). Стандартные размеры клубных трасс – 3½", 5" и 7¼", а в Северной Америке – 4¾" и 7½". Более широкие миниатюрные железнодорожные колеи, такие как 10¼" и 15", чаще встречаются в зоопарках и парках или используются для организации общественных пассажирских перевозок, например, на железной дороге Ромни, Хайт и Димчерч. На протяжении истории существовали различные колеи. В 1898 году 3½" и 5" были предложены в качестве стандартных модельных размеров, однако 5" стала популярной только после Второй мировой войны, наряду с 7¼". Не все любители модельных живопаровых локомотивов являются модельными инженерами (и наоборот). Многие любители предпочитают эксплуатировать модели на трассе, а не тратить долгие часы на их сборку в мастерской, поэтому покупают готовые модели локомотивов. Однако для многих радость этого хобби заключается в самом процессе изготовления, который завершается огромным удовлетворением от работающего двигателя любого типа, что может быть поистине огромным.
Инженерные модели в обществе
Цель моделирования для создания механических моделей в настоящее время обычно носит чисто рекреационный характер, хотя начиная с промышленной революции в конце XVIII века и до конца XX века такие модели широко производились в качестве вспомогательного средства для технического образования, либо в качестве проектов для учеников, либо в качестве экспонатов в классах или государственных учреждениях. Они также изготавливались в качестве коммерческого реквизита для поддержки патента, визуализации предлагаемого капиталовложения или для рекламы продукции производителя. Многие музеи в старых индустриальных странах хранят оригинальные коллекции механических моделей, относящиеся к самым ранним временам промышленной революции. Одна из самых ранних известных моделей паровой машины, двигатель Ньюкомена, была создана до 1763 года. Музей науки в Лондоне опубликовал каталоги, иллюстрирующие многие ранние модели. Многие из этих моделей представляют те же объекты, которые остаются популярными среди инженеров-моделистов и сегодня, что свидетельствует о давней традиции моделирования. Самая ранняя публикация, предлагавшая инструкции общественности по созданию рабочих моделей паровых двигателей, – это книга Model Dockyard Handy book (2-е издание, 1867 г.) Э. Белла, владельца магазина Model Dockyard в Лондоне, который также предлагал запасные части и готовые модели для продажи. Белл утверждал, что он был "модельером и механиком" для королевской семьи, английского адмиралтейства и различных европейских королевских дворов. Книга была предназначена для создания и эксплуатации этих моделей как развлечения. В Великобритании к концу XIX века сформировался широкий средний класс, расширились возможности для досуга и возникло движение «Искусства и ремесла», которое ценило ручной труд. Это привело к появлению нового круга любителей-инженеров и экспериментаторов, заинтересованных в металлообработке как в хобби. В то время механические технологии рассматривались как движущая сила экономического процветания. Статьи и реклама, связанные с моделированием, начали появляться в журнале Amateur Work Illustrated в середине 1880-х годов. С ростом интереса со стороны «любителей» в сочетании с рабочими-механиками, которые делали модели в качестве учеников, появилась новая рыночная ниша, которую использовал Персиваль Маршалл, начавший издавать журнал Model Engineer and Amateur Electrician в 1898 году (ныне Model Engineer). Общий интерес к моделированию среди мужчин из разных социальных слоев подтверждал утверждения о том, что моделирование стирает классовые границы. Однако традиция, которая сохраняется и сегодня, – это использование псевдонимов в прессе для моделистов, поскольку ранее считалось неприемлемым для профессионалов публиковаться в «любительских» журналах. Другой причиной было желание скрыть тот факт, что один автор иногда самостоятельно писал целый выпуск журнала, в частности, Эдгар Т. Вестбери, который использовал не менее четырех псевдонимов. Моделирование остается популярным, несмотря на значительные социальные изменения за последнее столетие. Среди этих изменений – отказ от паровой тяги (все еще самой любимой темы для моделистов) в железнодорожном транспорте и промышленности, а также широкомасштабная деиндустриализация западных стран, начавшаяся в 1970-х годах, наряду с переходом к обществу потребления и появлением широкого спектра конкурирующих видов досуга. Эти изменения, а также возраст многих моделистов и сокращение числа новых учеников, вызвали длительные дебаты среди моделистов о том, не исчезнет ли это хобби. Моделисты часто объединяются в клубы и общества. Первым из них было основано в Лондоне, Великобритания, в 1898 году Общество модельных и экспериментальных инженеров, "по аналогии с клубами яхтенного моделирования", которые были популярны в то время. К 1948 году было образовано "более ста местных клубов и обществ". Сегодня в Великобритании, Канаде, Австралии, Южной Африке, Новой Зеландии, Нидерландах, Швейцарии и других странах насчитываются сотни клубов и обществ моделистов. Эти клубы являются формой организации гражданского общества, что является признаком здоровой демократии и сплоченности общества. Основным направлением деятельности многих из этих клубов является эксплуатация клубной трассы или миниатюрной железной дороги для моделей локомотивов с паровой тягой членов клуба. Эти трассы часто открыты для публики и являются частью инфраструктуры отдыха и туризма в их районе. Клубы и общества моделистов часто занимаются и другими интересами в области моделирования, помимо локомотивов. В силу присущей опасности работы с паровой тягой, клубы и общества несут ответственность за соблюдение правил безопасности, страхование и специальные кодексы для котлов, которые распространяются как на членов клуба, так и на общественность. С этой целью клубы и общества моделистов часто объединяются в национальные организации, которые могут лоббировать правительство для сохранения исторического права на саморегулирование стандартов безопасности. Доходы, основанные на моделировании, включают розничных продавцов, которые предоставляют моделистам оборудование и материалы, небольшие производственные предприятия, которые изготавливают отливки, миниатюрные паровые котлы и детали для моделей с паровой тягой (или даже полностью готовые модели), коммерческих издателей в прессе для моделистов и очень небольшое количество профессиональных моделистов, которые изготавливают модели на заказ для частных или институциональных коллекционеров. Однако большинство моделистов – это любители, которые живут за счет других доходов.
Известные инженеры-модели
Каждый год во многих городах и регионах, где есть клубы, проводятся выставки и смотры моделей, отмечающие лучшие работы инженеров-моделистов. Крупнейшие выставки проходят в Лондоне, Харрогейте и Бристоле в Великобритании. В Великобритании "Трофей вызова герцога Эдинбургского", ежегодно присуждаемый на выставке модельных инженеров, демонстрирует лучшие образцы этого хобби. Наиболее известным обладателем трофея является девятикратная победительница Черри Хилл. В интернете качество работ некоторых современных инженеров-моделистов отмечается в Музее интернет-мастерства. Многие известные имена в модельной инженерии принадлежат авторам, активно публиковавшимся в специализированной прессе. Генри Гринли, возможно, был первым заметным инженером-моделистом, основав журнал Model Railways and Locomotives Magazine в 1902 году и написав книги по модельной инженерии и смежным темам. Гринли разработал ряд моделей локомотивов, работающих на спиртовом топливе, однако они не могли перевозить пассажиров. Вероятно, самым выдающимся инженером-моделистом был малоизвестный "LBSC" (Лиллиан "Кёрли" Лоуренс). Его главным достижением стало опровержение общепринятых взглядов Гринли и доказательство того, что даже модели локомотивов небольшого калибра (2½") могут быть достаточно мощными для перевозки пассажиров, используя миниатюрные угольные водотрубные котлы, подобные тем, что использовались в полноразмерных локомотивах. С 1923 года и до своей смерти в 1967 году он популяризировал миниатюрные паровозы, способные перевозить пассажиров и строиться с минимальным набором оборудования, опубликовав более 50 конструкций локомотивов различных масштабов, в основном в журнале Model Engineer. Многие другие инженеры-моделисты внесли значительный вклад, создав множество популярных и востребованных конструкций. До появления журналов Engineering in Miniature в 1979 году и Model Engineers' Workshop в 1990 году эти авторы публиковались почти исключительно в Model Engineer. Среди них Эдгар Т. Вестбери разработал множество конструкций двигателей внутреннего сгорания, В. Дж. Хьюз – моделей сельскохозяйственных и тяговых двигателей. Полковник Боуден запомнился как один из самых плодовитых экспериментаторов с моделями самолетов, лодок и радиоуправления, особенно его успехи в создании моделей летательных аппаратов с двигателем внутреннего сгорания в сотрудничестве с Э. Т. Уэстбери, который создал двигатель Atom Minor для нескольких его ранних моделей. Мартин Эванс разработал еще множество моделей локомотивов, Джордж Х. Томас специализировался на конструкциях для мастерских, Тубал Кейн (Т. Д. Уолшоу) – на стационарных двигателях, а Клод Б. Рив – на часах. Ян Брэдли и Норман Хэллоуз писали как по отдельности, так и вместе под псевдонимом Duplex, охватывая широкий круг тем, в частности, тонкую и изобретательную оснастку. Дон Янг вносил свой вклад в конструкцию локомотивов для Model Engineer, а затем издавал собственный ежеквартальный журнал о живых паровых моделях Locomotives Large and Small с 1979 года до своей смерти в 1994 году. В последнее время Кодзо Хираока опубликовал несколько серий статей о лесозаготовительных локомотивах в американском журнале Live Steam. Среди ныне живущих инженеров-моделистов Черри Хилл известна своими небольшими рабочими моделями необычных ранних паровых машин.
Инструменты и оборудование для моделирования
Машины-инструменты, используемые в моделировании, включают токарный станок, фрезерный станок, зубонарезной станок и сверлильный станок. До появления относительно недорогой техники из Азии, начиная с 1980-х годов, станки производства британских и американских компаний Myford, South Bend, Bridgeport и других ныне не существующих западных фирм были весьма распространены в моделировании. Сегодня инженеры-моделисты могут выбирать между новыми бюджетными станками азиатского производства, восстановлением «старого железа» (бывшие в употреблении станки, изготовленные по высоким стандартам в бывших западных промышленных центрах) или, если финансовые возможности позволяют, новыми станками высокого класса от немногих оставшихся западных производителей. Эти станки становятся по-настоящему полезными только тогда, когда инженер-модельер накапливает большой набор сопутствующих инструментов (таких как сверла, развертки, оправки и т. п.), общая стоимость которых может превысить стоимость самого станка. Инженеры-моделисты часто экономят, изготавливая инструменты самостоятельно. Хотя традиционно моделирование – это ручное хобби, то есть требующее изготовления деталей вручную с использованием станков ручного управления, компьютеризированные инструменты становятся популярными среди некоторых инженеров-моделистов. Проекты сейчас часто разрабатываются с помощью CAD-программ. Некоторые инженеры-моделисты используют 3D CAD-программы для создания модели в виртуальном пространстве перед началом работы над физической моделью. Такое CAD-программное обеспечение также взаимодействует со станками с ЧПУ, особенно фрезерными станками, все большее количество которых ориентировано на инженеров-моделистов и других «мастеров домашней мастерской», что позволяет изготавливать некоторые компоненты моделей под компьютерным управлением. 3D-печать – еще одна перспективная технология для инженеров-моделистов. Моделирование продолжает развиваться, интегрируя новые технологии, такие как лазерная резка, 3D-печать и встроенная электроника, находя все больше общего с движением maker. Эти компьютеризированные направления являются ответвлением моделирования, но не распространены среди большинства моделистов.
Инженерные наборы для моделей
Комплекты деталей предлагают более быстрый путь по сравнению с традиционным методом сборки. Комплекты делятся на две категории: обработанные и необработанные. Необработанные комплекты обычно состоят из чертежей, отливок, заготовок металла, а также, возможно, крепежа и других элементов, необходимых для завершения модели. Для их завершения требуется оборудование для механической обработки, а также часто дополнительные компоненты и сырье. Как правило, минимальный набор оборудования включает токарный станок, сверлильный станок и, возможно, фрезерный станок. Для успешной сборки этих комплектов необходим хороший уровень знаний в области механической обработки. Обработанные комплекты – это набор деталей, которые полностью изготовлены и требуют лишь окончательной обработки ручными инструментами, покраски и сборки. Цеховое оборудование не требуется. В комплект обычно входят все детали, необходимые для завершения модели. Эти комплекты требуют значительно меньше работы, чем необработанные, но они очень дорогие, и выбор моделей ограничен.
Источники информации для моделирования
Существует множество книг, журналов и интернет-форумов, посвященных модельному машиностроению. Журналы, такие как Model Engineer и Live Steam, остаются основным источником подробных чертежей и планов (в дополнение к новостям и обсуждению продукции и технологий). Эти подробные чертежи и планы содержат инструкции и рисунки, достаточные для постройки конкретной модели. В архивах журналов можно найти сотни таких чертежей для самых разных моделей. Многие планы также переиздаются специализированными службами и поставщиками оборудования для модельного машиностроения. Книги обычно посвящены описанию технологий (иногда с подробными чертежами и планами), а форумы активно используются для решения проблем и общих дискуссий. Также существует множество веб-сайтов или блогов, где моделисты-машиностроители демонстрируют свои текущие и прошлые проекты. Существуют также электронные журналы по модельному машиностроению. Ежегодно по всему миру проводятся выставки и экспозиции модельного машиностроения, организуемые местными и региональными клубами или профессиональными выставочными компаниями. Крупнейшие выставки проходят в Лондоне, Донкастере (ранее в Харрогейте) и Бристоле (Великобритания), Йорке (Пенсильвания, США) и Карлсруэ (Германия). [Музей миниатюрного инженерного мастерства в Карлсбаде, Калифорния (США) располагает постоянной экспозицией.