Жизненный цикл технического изделия

Каждый этап развития цивилизации характеризуется свойственными ему техническими изделиями, создаваемыми человечеством для облегчения своего существования. К одним из первых, видимо, следует отнести: гончарный круг, повозки, водочерпальные устройства. Затем появились корабли, паровые машины, паровозы. К техническим изделиям современного этапа можно отнести: станки с числовым программным управлением, промышленные роботы, электронные вычислительные машины, автомобили, ракеты и т.п.

Любое техническое изделие (ТИ) претерпевает в течение времени своего существования ряд видоизменений. Отразим это схематично (рис.1).

В настоящее время при выполнении большинства указанных этапов жизненного цикла технического изделия человек использует различные средства автоматизации:

На первых 4-х этапах, когда основные работы связаны с обзором литературы и патентным поиском, сопоставлением создаваемого ТИ с существующими аналогами, оценкой экономической эффективности от внедрения нового ТИ, маркетингом, используются средства автоматизации обработки информации, которые реализуются современными электронными картотеками, автоматизированными базами данных (БД), локальными и глобальными сетями ЭВМ (включая Internet), электронной почтой и т.п.

На 5-м этапе широко применяются автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), связанные с создаваемым ТИ.

На 6-м и 9-м этапах большое применение нашли различные системы автоматизированного проектирования (САПР) на базе ЭВМ.

7-й этап – это область применения гибких производственных модулей (ГПМ) на основе станков с числовым программным управлением (СЧПУ).

На 10-м этапе используются автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП), включающие подготовку заготовок, инструмента, расходных материалов, т. е. всего, что называется материально-техническим обеспечением (МТО) производства, а также разработку управляющих программ (УП) для ГПМ.

11-й этап – это гибкое автоматизированное производство (ГАП) на базе ГПМ, СЧПУ, промышленных роботов (ПР), роботизированных технологических комплексов (РТК), автоматических складов и управляющих ЭВМ.

8-й и 12-й этапы предполагают использование автоматизированных систем контроля и испытания ТИ (АСКИ), включающие автоматизированный сбор данных по эксплуатации ТИ, накопление статистики, выявление технических отказов и условий приводящих к ним.

13-й этап - это автоматизированные производства по утилизации и переработке отслуживших свой срок ТИ.

Рассмотрим взаимосвязи некоторых автоматизированных этапов создания ТИ. На рис.2 представлена структурная схема интегрированного производственного комплекса (ИПК) – совокупность систем и средств автоматизированного проектирования и автоматизации производственных процессов (сокращенно: САПР/АПП, или CAD/CAM – computer aided design / computer aided manufacturing – компьютерное автоматизированное проектирование и автоматическое производство с управлением от ЭВМ).

Входной информацией системы ИПК является техническое задание (ТЗ) на разработку и создание ТИ, а на выходе ИПК мы имеем готовое к эксплуатации ТИ. Весь комплекс проектных и производственных работ управляется, координируется и контролируется автоматизированной системой управления НИИ (АСУ НИИ) и автоматизированной системой управления предприятием (АСУП) на основе единой базы данных (БД). Кроме ТЗ, в систему ИПК извне должно поступать все необходимое материально-техническое обеспечение (МТО).

2. Технологические и производственные процессы как объекты
автоматизации

В производственной деятельности человека можно выделить большое число разнообразных технологических процессов и производств. Приведем в качестве примера технологический процесс изготовления широко распространенного технического изделия: сборочной единицы «вал – шестерня» (рис. 3).

Сборочная единица состоит из двух деталей: ступенчатого вала I и шестерни II.

Примерный технологический процесс изготовления данной сборочной единицы может быть представлен в виде трех частных технологических процессов:

1. Технологический процесс изготовления ступенчатого вала I;

2. Технологический процесс изготовления шестерни II;

3. Технологический процесс сборки технического изделия.

Рассмотрим каждый из них подробнее.

Технологический процесс изготовления вала (рис.4) состоит из операций:

1. Изготовление заготовки в заготовительном цехе (отрезка из прутка, литье, горячая штамповка – в зависимости от соотношения диаметра и длины вала)

2. Фрезерно-центровальная операция – подрезка торцов и сверление центровых отверстий 7 и 8;

3. Точение поверхностей 4, 5 и 6;

4. Точение поверхностей 1, 2, 3;

5. Чистовое точение поверхностей 1, 4 и 6 (в центрах 7 и 8);

6. Термообработка (например, закалка);

7. Шлифование поверхностей 1, 4 и 6 для обеспечения требуемой точности диаметров, соосности шеек вала и чистоты их поверхности;

8. Контроль размеров обработанных поверхностей (может иметь место после каждой операции).

Технологический процесс изготовления шестерни (рис.5) включает операции:

1. Получение заготовки (пруток, штамповка, литье);

2. Подрезка торца 2 и черновое обтачивание отверстия 4;

3. Подрезка торца 1 и внешней поверхности 3;

4. Чистовое точение поверхности 4;

5. Нарезание зубьев 3;

6. Термообработка;

7. Шлифование поверхности 4;

8. Шлифование зубьев 3;

9. Контроль размеров обработанных поверхностей.

Технологический процесс сборки включает в себя: перемещение вала и шестерни в зону сборки, напресовка шестерни на вал, контроль и упаковка собранной сборочной единицы, транспортировка ее на склад, либо к месту сборки более сложных сборочных единиц, например, коробки передач.

Рассмотрим более подробно неавтоматизированный процесс обработки вала на токарном станке (например, операцию 4), при котором должны быть выполнены следующие производственные действия (технологические переходы):

– взять заготовку из накопителя заготовок (НЗ) и переместить ее в рабочую зону станка;

– закрепить заготовку на станке;

– включить станок,

– подвести режущий инструмент (резец);

– произвести металлообработку (точение поверхностей 1, 2, 3);

– отвести инструмент;

– выключить станок;

– произвести контроль готовой детали;

– поместить деталь в накопитель деталей (НД).

Изложенная выше последовательность выполнения технологических переходов и операций является наиболее характерной при механической обработке отдельных (штучных) деталей (например, при обработке их резанием на металлорежущих станках).

Введем основные понятия и определения (рис.6), связанные с изготовлением ТИ:

Производственный процесс – это комплекс производственных действий, в результате выполнения которого сырье и исходные продукты, а также энергия и информация превращаются в готовые промышленные технические изделия.

Технологический процесс – это часть производственного процесса (совокупность технологических операций), связанная с преобразованием размеров, формы, состояния (химических или физических свойств) предмета труда и с последующим контролем результатов этого преобразования.

Технологическая операция (ТО) – это часть технологического процесса (совокупность технологических переходов), выполняемая на одном рабочем месте.

Технологическая операция – одно из основных понятий в организации машиностроительного производства, с ней связано планирование производства, нормирование труда, компоновка оборудования, последовательность обработки детали.

Рабочее место – это часть площади цеха (участка), предназначенная для выполнения работы (одной операции) одним рабочим или группой рабочих. На этой площади размещается технологическое оборудование, инструмент, приспособления, накопители для заготовок и готовых деталей.

Технологические переходы (ТП)– это элементарные составляющие части технологической операции. Они делятся на рабочие (t_р) и холостые (t_х).

Все перемещения детали и инструмента, связанные с обработкой, можно разделить на рабочие, выполнение которых относится непосредственно к обработке детали (изменение ее размеров, формы, химических или физических свойств) и холостые, служащие для подготовки рабочих ходов (транспортировка детали из накопителя в зону обработки и обратно, транспортировка детали от станка к станку; подвод инструмента к заготовке и отвод от нее, зажим-разжим заготовки и т.п.).

Обработка одного изделия требует обычно полного комплекса рабочих и холостых ходов, время выполнения которых определяет время рабочего цикла технологической машины:

Т_ц = t_p + t_х ,

где t_p – время рабочих ходов,

t_х – время холостых ходов.

Величина, обратная времени цикла, называется цикловой производительностью.

При ручной обработке рабочие и холостые ходы совершаются рабочим. При механизированной обработке рабочая подача инструмента осуществляется механически специальным самоходным механизмом (например, механическая подача с помощью ходового винта). Обычно рабочие хода современные рабочие машины совершают автоматически (самостоятельно). Если машина самостоятельно выполняет и холостые ходы, то она уже относится к машинам автоматического действия (автоматам).