Классификация технологических процессов и производств

По характеру производства и виду выпускаемых технических изделий выделяют дискретные (штучные) и непрерывные технологические процессы и операции.

В качестве примера дискретной технологической операции рассмотрим операцию контроля изделия (рис.7), которая состоит из следующих переходов:

– взять деталь из накопителя деталей (НД);

– установить и закрепить деталь на контрольно-измерительное устройство;

– произвести необходимые измерения;

– принять решение о годности детали;

– транспортировать изделие в соответствующую емкость: годные детали, исправимый брак, неисправимый брак.

Рис.7. Рабочий участок контроля ТИ

В приведенных выше технологических процессах обрабатываются отдельные единицы изделия, это так называемые технологические процессы по обработке штучных изделий, такие технологические процессы называют дискретными – им кроме всего присущ циклический характер выполнения составляющих операций и переходов.

В качестве примера непрерывной технологической операции рассмотрим термообработку изделий, которые сплошным потоком проходят через термокамеру (рис.8) и нагреваются там с помощью термоэлектронагревателя (ТЭНа).

В таких процессах всегда присутствуют различные внешние вредные возмущения (колебание электропитания, изменение температуры окружающей среды и т.п.), которые определенным образом влияют на технологические параметры процесса. Задачей оператора или системы автоматики является либо поддержание требуемой постоянной температуры (стабилизация), либо изменение ее значения по заданному закону (слежение), т.е. непрерывное регулирование температуры во времени. Регулированию в технологических установках могут подлежать также и другие параметры: давление газа, расход вещества, уровень жидкости и т.п. Такие технологические процессы называются непрерывными – им присущ также и непрерывный характер движения материальных потоков (заготовок, деталей, жидкостей, газов).

В каждом производственном и технологическом процессе для выполнения любой технологической операции должны присутствовать три обязательных потока:

– Материальный, связанный с изменением формы и состояния заготовки, изделия, инструмента, или какого-либо исходного материала, а также с их перемещением.

– Информационный, связанный со сбором, хранением и переработкой технологической информации и с выработкой управляющих команд, необходимых для организации материального потока.

– Энергетический, связанный с обеспечением технологического процесса всеми видами энергии (механической, электрической, гидравлической, пневматической и др.).

Производственные процессы классифицируют по степени механизации и автоматизации на следующие типы:

Ручное производство – это такой вид деятельности, когда человек непосредственно участвует в осуществлении (реализации) материального, энергетического и информационного потоков.

Механизированное производство – когда человек частично освобожден от участия в энергетическом и материальном потоках.

Автоматическое производство – когда человек полностью освобожден от участия в информационном, материальном и энергетическом потоках (это высшая степень автоматизации).

Автоматизированное производство – когда человек частично участвует в информационном потоке. Это выражается в основном в принятии решений, коррекции целей и задач производства, перепрограммировании, переналадке производства и т.д.

Все многообразие технологических операций, процессов и производств с точки зрения их автоматизации можно свести к трем типовым задачам:

1. Автоматическое выполнение заданной последовательности простых взаимных перемещений предмета труда и рабочего органа (РО), а также заданной последовательности обработки информации.

2. Автоматическое взаимное перемещение изделия и рабочего органа по заданной сложной траектории (на плоскости или в пространстве).

3. Автоматическое выполнение заданного непрерывного закона изменения определенных параметров процесса (температуры, давления, расхода и т.п.).

Первый случай имеет место при реализации дискретных технологических процессов при производстве штучных изделий. Например, обработка ступенчатых валов (рис.4), сверление множества отверстий в печатных платах (рис.9,а), сборка узлов и агрегатов или упаковка изделий (рис.9,б). Последовательность перемещений рабочих органов при этом задается циклограммой, а реализуется, например, с помощью кулачкового распределительного вала, электромеханического командоаппарата, а в настоящее время – программируемыми логическими микроконтроллерами, т. е. системами циклового программного управления (ЦПУ).

Второй случай также характерен для дискретного производства и имеет место, во-первых, при обработке деталей сложной формы, когда режущий инструмент или деталь должны перемещаться по сложной траектории (рис.10,а), здесь используются копиры, шаблоны, либо системы числового программного управления (ЧПУ), а во-вторых, при транспортировке деталей или инструмента по сложной траектории с помощью промышленных роботов (рис.10,б), здесь используется позиционные или контурные системы ЧПУ.

Третий случай возникает при необходимости поддержания постоянными, или изменения по заданному закону (алгоритму) каких-то параметров технологического процесса (рис.11), например, уровня воды в котле, давления пара в нем, температуры печи, влажности воздуха, скорости перемещения рабочих органов и т.п., и в отличие от первых двух характерен для непрерывных процессов и производств.

В зависимости от номенклатуры и количества производимых технических изделий все производства делятся на три типа:

1. Массовое производство – выпуск ограниченной (чаще всего одной) номенклатуры изделий в большом количестве, например: производство подшипников или крепежных изделий (болтов, винтов, гаек и т.п.).

2. Серийное производство (крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное),

например: производство самолетов, танков, станков.

3. Единичное производство – характерно для изготовления экспериментальных изделий или уникальных объектов, например: космических аппаратов.

Рис. 10б. Перемещение схвата ПР по сложной траектории

Рис. 11б. Программное управление параметром P

Основные понятия и определения автоматизации

Авто…(от греческого autós – сам) – часть сложных слов, обозначающая «само…», «свой». Например: автомобиль (авто – сам, mobilis – подвижный, самодвижущийся), автопилот, автопортрет, автограф, автобиография и т.п.

Автомат – (от греческого autómatos – самодействующий) - устройство (совокупность устройств), выполняющее по заданной программе без непосредственного участия человека все действия (переходы, операции) в процессе получения, преобразования, передачи и распределения (использования) энергии, материалов и информации. В кибернетике автомат – это математическая модель устройства или процесса, перерабатывающего аналоговую или дискретную (цифровую) информацию (конечный автомат, автомат Миля, автомат Мýра).

Программа автомата – это комплекс каких-либо предписаний (заданий, инструкций, алгоритмов). Программа может быть задана либо в его конструкции копирами, кулачками, рычагами и др. механизмами (часы, торговые автоматы), либо извне посредством перфокарт, перфолент, магнитных лент, магнитных или оптических дисков и т.п. (станки с числовым программным управлением, ЭВМ).

Полуавтомат – это машина или агрегат, самостоятельно выполняющий рабочий цикл, но подготовка к следующему циклу и пуск осуществляется человеком.

Автоматика – техническая наука (в области теоретических и прикладных знаний) о методах и средствах построения автоматических устройств, механизмов, агрегатов и систем, действующих без непосредственного участия человека.

Автоматизация – практическое применение (внедрение) вышеперечисленных самодействующих механизмов и систем в производство (на транспорте, в строительстве и в других областях деятельности человека).

Автоматизируются: технологические, энергетические, транспортные и другие производственные процессы; проектирование устройств, механизмов и машин; проектирование технологии их изготовления; организация, планирование и управление производством; научные исследования, контроль и испытания технических изделий.

Автоматизация может быть малой (частичной) и комплексной, охватывающей все составные части производственного процесса и его подготовки (рис.6).

Автоматическая система управления (АСУ) – это управляемый объект, измерительная и управляющая аппаратура, объединенные в систему, в которой обработка информации, форматирования команд управления и их преобразование в воздействие на управляемый объект осуществляется без участия человека.