ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

В современных условиях работа машиностроительных предприятий требует постоянного совершенствования технологических процессов, средств автоматизации и технологии управления на всех уровнях производства. С повышением уровня автоматизации все более повышается роль информационных процессов в производстве, чем объясняется возрастающее применение ЭВМ как для проектирования, так и для управления производством.

Механизацияпроизводственного процесса – применение энергии неживой природы в производственном процессе (его составных частях), полностью управляемым человеком. Осуществляется в целях сокращения затрат труда и улучшения условий производства.

Автоматизацияпроизводственного процесса – применение энергии неживой природы в производственном процессе (его составных частях) для его выполнения и управления им без непосредственного участия людей.

Последовательность выполняемых на станке действий называют рабочим циклом.

Автоматом называют станок, в котором автоматизированы все основные и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического цикла обработки заготовок, включая загрузку и выдачу обработанной детали. Обслуживание автомата сводится к периодической наладке, подаче материалов на станок и контролю обрабатываемых заготовок.

Полуавтоматомназываются автоматический станок, в котором часть движений не автоматизирована. В большинстве случаев это движения, связанные с загрузкой и снятием заготовок.

Процесс, оборудование или производство, не требующие присутствия человека в течение определенного промежутка времени для выполнения ряда повторяющихся рабочих циклов, называют автоматическим. Если часть процесса выполняется автоматически, а другая часть требует присутствия оператора, то такой процесс называют автоматизированным.

Степень автоматизации производственного процесса определяется необходимой долей участия оператора в управлении этим процессом. Чем меньше это время, тем выше степень автоматизации. При полной автоматизации присутствия человека в течение определенного периода времени вообще не требуется. Различают три степени автоматизации: частичную, комплексную и полную.

Частичная автоматизация – это автоматизация отдельных операций технологического процесса (например, использование станков с автоматическим управлением, в том числе станков с ЧПУ).

Комплексная автоматизация – это автоматизация производственных процессов изготовления деталей и сборки с использованием автоматических систем машин: автоматических линий, гибких производственных систем (ГПС).

Полная автоматизация – высшая ступень автоматизации, при которой все функции контроля и управления производством выполняются автоматически.

Под безлюдным режимом работы понимают такую степень автоматизации, при которой станок, производственный участок, цех или весь завод могут работать автоматически в течение, по крайней мере, одной производственной смены (8 ч) в отсутствие человека.

Технические преимущества автоматически управляемых производственных систем по сравнению с аналогичными системами с ручным управлением следующие:

- более высокое быстродействие, а следовательно, и общая производительность оборудования;

- более высокое и стабильное качество управления процессами, обеспечивающее высокое качество продукции при более экономном расходовании материалов и энергии;

- возможность работы в тяжёлых, вредных и опасных для человека условиях;

- стабильность ритма работы, возможность длительной работы без перерывов вследствие отсутствия утомляемости, свойственной человеку.

Экономические преимущества при использовании автоматических систем в производстве, являются следствием технических преимуществ. К ним можно отнести:

- повышение производительности труда;

- более экономичное использование ресурсов (труда, материалов, энергии);

- повышение и стабильность качества продукции;

- уменьшение времени от начала проектирования до получения готового изделия;

- возможность расширения производства без увеличения трудовых ресурсов.

Автоматизация производства позволяет более экономично использовать труд, материалы, энергию.

Автоматическое планирование и оперативное управление производством обеспечивают оптимальные организационные решения, сокращают запасы незавершенного производства.

Автоматическое регулирование процесса производства предотвращает потери вследствие поломок инструментов и вынужденных простоев оборудования.

Автоматизация проектирования с использованием ЭВМ позволяет значительно сократить количество бумажных документов (чертежей, схем, графиков и др.), необходимых в неавтоматизированном производстве и отнимающие на их составление, хранение, передачу и использование много времени.

Автоматическое производство нуждается в более квалифицированном технически грамотном обслуживании. При этом значительно меняется сам характер труда, связанного с наладкой, ремонтом, программированием и организацией работ в автоматизированном производстве. Эта работа требует более глубоких и разносторонних знаний, более разнообразна и интересна.

От уровня развития машиностроения зависит прогресс всех отраслей промышленности. Поэтому повышению эффективности машиностроения и уровня автоматизации машиностроения должна отводиться приоритетная роль.

История создания и развития производственных процессов.

На заре развития автоматизации были предприняты попытки создать автоматические станки и линии с жёсткой кинематической связью. В этот период развитие автоматизации производства основывалось на принципах и методах классической механики.

Первый этап автоматизации (начало XX в.) характеризуется разработкой, созданием и использованием в производстве отдельных станков-автоматов и полуавтоматов. К этому же периоду относится широкое развитие и использование электротехники на производстве. Индивидуальный привод отдельных рабочих органов машин и введение между ними электрических связей существенно упростили кинематику машин, сделали их менее громоздкими и более надёжными. Электрические связи позволили создать комбинированное электрическое и механическое программное управление, обеспечивающее автоматическое выполнение гораздо более сложных операций, чем на машинах-автоматах с механическим программным устройством.

Универсальные станки с ручным управлением обладали небольшой производительностью, почти нулевым коэффициентом автоматизации, однако имели высокую гибкость и универсальность.

Универсальные автоматы и полуавтоматы (например, многошпиндельные токарные станки), которые имели более высокий коэффициент автоматизации и производительность.

Специальные и специализированные автоматы были разработаны для нужд массового производства, они обладали высочайшей производительностью и были полностью автоматизированы, но в ущерб гибкости и универсальности.

Агрегатные станки позволили разрешить противоречие между большой производительностью высокоавтоматизированного оборудования и возможностью его переналадки на выпуск новых деталей. В них был реализован принцип агрегатирования – метод построения более сложных систем из ограниченного набора унифицированных, стандартных, типовых элементов, блоков, агрегатов.

Задачи, решаемые на I этапе:

– автоматизация рабочего цикла, создание автоматов и полуавтоматов;

– разработка и совершенствование электрических и электромеханических механизмов управления.

Второй этап автоматизации (середина XX в.) – характеризовался разработкой и внедрением систем автоматических машин (прежде всего автоматических линий).

5. Автоматическая линия (АЛ) – это система машин, расположенных в последовательности технологического процесса, связанная единой транспортной системой, имеющая единую систему автоматического управления и предназначенная для выполнения всех технологических операций без участия человека. Задача человека сводится к первоначальной наладке оборудования и устранению неполадок. Структурная схема АЛ представлена на рис.1.

Рис. 1. Структурная схема АЛ

Были разработаны и внедрены различные автоматические линии:

– АЛ из универсальных автоматов;

– АЛ из специальных и специализированных автоматов;

– АЛ из агрегатных станков.

В 40 – 50-е годы ХХ столетия началось быстрое развитие радиоэлектроники. Электронные устройства стали обеспечивать высокое быстродействие, чувствительность, точность и надёжность автоматических систем. Для второго этапа развития автоматизации характерно появление электронно-программного управления, которое позволило создать станки, обрабатывающие центры и автоматические линии с числовым программным управлением (ЧПУ), а также первых промышленных роботов (ПР) и робототехнических комплексов (РТК). Использование ЭВМ при автоматизации производства на этом этапе развивалось в двух направлениях:

1. Создание микропроцессорных систем управления технологическим оборудованием (станками-автоматами, станками с ЧПУ, АЛ, ПР, РТК);

2. Автоматизация обработки технологической информации (САПР, АСТПП, АСКИ, АСУП).

Станки и участки станков с ЧПУ – высокоавтоматизированное универсальное оборудование для автоматизации мелкосерийного и единичного производства. Их особенности: большая производительность, высокий коэффициент автоматизации, высочайшая гибкость и легкость переналадки. Существенным недостатком станков с ЧПУ была их ручная загрузка и разгрузка.

Промышленные роботы (ПР) и роботизированные технологические комплексы (РТК) – это перепрограммируемые рабочие машины, предназначенные для воспроизведения двигательных функций руки человека. Именно внедрение ПР позволило решить вопросы автоматического обслуживания станков с ЧПУ.

Рис. 2. Структурная схема промышленного робота

Задачи, решаемые на II этапе:

– внедрение ЭВМ в производство;

– разработка систем автоматического управления на базе электронных устройств;

– разработка систем автоматического контроля (например, активного контроля качества изделия в процессе его изготовления);

– разработка межстаночного транспорта;

Третий этап автоматизации – это этап комплексной автоматизации, когда в автоматическом (или автоматизированном) режиме реализуются практически все этапы жизненного цикла технических изделий. На третьем этапе были успешно разработаны и широко внедрены в различные массовые производства автоматические цеха (АЦ) и заводы (АЗ) на основе:

– автоматических линий из универсальных автоматов;

– автоматических линий из специальных автоматов;

– автоматических линий из агрегатных станков.

Гибкие производственные модули (ГПМ) – это совокупность технологического оборудования, средств программного управления им и устройств, обеспечивающих автоматическую работу этого оборудования, возможность программной его перестройки и встраиваемость в гибкие системы более высокого уровня (рис.3).

Рис. 3. Структурная схема ГПМ

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) или интегрированный производственный комплекс (ИПК),в которые, помимо ГПС входят:

– автоматизированная система управления производством (АСУП);

– система автоматизированного проектирования (САПР);

– автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП);

– автоматизированная система контроля и испытания объектов (АСКИ).

На данный момент ГАП является высшей формой автоматизированного производства. Его достоинства:

– увеличение коэффициента использования оборудования;

– снижение простоев оборудования;

– сокращение цикла обработки деталей;

– снижение себестоимости единицы продукции;

– уменьшение численности рабочих;

– сокращение суммарных производственных затрат.

Задача, решаемая на III этапе:

– автоматизация всех составных частей жизненного цикла технического изделия.

В настоящее время на различных предприятиях можно встретить практически все рассмотренные выше типы оборудования. На рис. 4 и 5 представлены графики, поясняющие эффективность и экономичность применения различных средств производства в зависимости от номенклатуры и программы выпуска изделий.

Рис. 4. Области эффективного использования ГАП

Рис. 5. Область эффективной автоматизации