Организация автоматизированного производства

Под автоматизацией производства понимают процесс, при котором все или преобладающая часть операций, требующих физических усилий рабочего, передаются машинам и осуществляются без его непосредственного участия. За рабочим остаются лишь функции наладки, надзора и контроля.

Автоматизация производственного процесса достигается путем использования систем машин-автоматов, представляющих собой комбинацию разнородного оборудования и других технических устройств, расположенных в технологической последовательности и объединенных средствами транспортировки, контроля и управления дл выполнения частичных процессов производства изделий. Особо важную роль при этом играет комплексная автоматизация производства, при которой без непосредственного вмешательства человека, но под его контролем машинами-автоматами осуществляются все процессы производства — от поступления сырья до выхо­да готового продукта.

Различают четыре основных направления автоматиза­ции.

Первое направление — внедрение полуавтоматических и автоматических станков. Наивысшим достижением этого на­правления являются станки с числовым программным уп­равлением (ЧПУ). Они работают по заданной программе без непосредственного участия человека и изготавливают раз­личные детали или выполняют определенные производствен­ные операции. Использование станков с ЧПУ позволяет по­высить производительность труда на каждом рабочем месте в 3-4 раза.

Рис. 10. Схема автоматической линии:

ЗУ – загрузочное устройство (бункер, накопитель); ПУ – пульт управления;

ТУ – транспортирующее устройство; ВУ – выгрузочное устройство;

1 – 4 – станки-автоматы

Второе направление — создание комплексных систем машин с автоматизацией всех звеньев производственного процесса. Типичным примером комплексных систем машин яв­ляются автоматические линии. Автоматическая линия (АЛ) представляет собой объединение в единое производственное целое системы машин-автоматов с автоматическими механиз­мами и устройствами для транспортировки, контроля, накоп­ления заделов, удаления отходов, а также управления (рис. 10).

Значительно шире границы эффективности у автомати­ческих роторных линий (АРЛ), которые представляют собой разновидность автоматических линий, оснащенных специаль­ным оборудованием на основе роторных машин и транспор­тирующих устройств. Во вращающемся цилиндре-роторе сде­лано столько гнезд, сколько по технологии нужно операций для полного изготовления детали. Установленная деталь на особом приспособлении направляется навстречу орудиям об­работки. Поворот по кругу гнезда с деталью означает завер­шение одной операции и переход к следующей (рис. 11).

Роторные линии имеют существенные преимущества по сравнению с другими линиями изготовления деталей. Они полностью исключают транспортные операции, не требуют переналадки инструмента, пока идет обработка одной и той же детали.

Рис.11. Схема автоматической роторной линии.

ЗУ — загрузочное устройство (бункер, накопители); ПУ — пульт управления;

Р— ротор; Д — устройство для крепления деталей; И — устройство, обеспечивающее

подачу, отвод и работу инструмента; ВУ — выгрузочное устройство;

ТР — транспортирующий механизм

Преимуществом роторных линий является также то, что на каждой из них одновременно можно обрабатывать несколько разных деталей. Для этого в разных позициях ротора уста­навливаются разные инструменты. Эта особенность позволя­ет совмещать выпуск схожих по технологическому циклу изделий на одной линии и автоматизировать изготовление небольших серий деталей.

Количество включенного в состав автоматической линия оборудования зависит от сложности обрабатываемых дета­лей: от 5 —10 (для деталей средней сложности) до 100 — 150 (при массовом производстве деталей сложной формы с боль­шим количеством технологических операций) единиц.

Достоинства: Границы эффективного применения автоматических ли­ний расширяются в результате перехода к их созданию на основе многоцелевых станков (гибкие автоматические линии). Такие линии с программируемым устройством оснащаются числовым программным управлением, что делает их эконо­мически эффективными не только в массовом, крупносерий­ном, но и в мелкосерийном производстве.

В качестве третьего направления рассматривается конст­руирование и производство промышленных роботов, выпол­няющих в производственном процессе функции, подобные че­ловеческой руке, и благодаря этому заменяющие движения человека. Их внедрение в производство позволяет продол­жить эксплуатацию неавтоматизированной техники, которая при переходе к освоению новой продукции может оказаться непригодной, если ее расставить в определенном порядке и связать в единую технологическую линию роботами. Эта прин­ципиально новая многоцелевая технологическая система спо­собна выполнять за человека универсальные ручные опера­ции во всем их многообразии, решая одновременно сложные логические задачи, остававшиеся до недавнего времени мо­нополией человеческого ума. Многозвенная управляемая манипуляционная система (механические руки с управляемы­ми приводами в каждом суставе) легко программируется с простейшими элементами "искусственного интеллекта" для ручных операций.

Кроме автоматических линий в автоматизированном про­изводстве используют робототехнические комплексы (РТК)для выполнения различных работ (механической обработки, сварки, кузнечно-прессовых и т.п.). При их внедрении требуется решение ряда задач, связанных с автоматизацией смены изделий и инструмента на обору­довании, транспортирования изделий согласно технологи­ческому процессу.

Использование РТК на организации — это новый этап в автоматизации производства и имеет следующие преимуще­ства:

1) удобство эксплуатации (интерактивный пульт слеже­ния обеспечивает вывод информации о ходе технологическо­го процесса в реальном масштабе времени; электролюминес­центный дисплей обеспечивает высокое качество отображе­ния данных, которые представляются на языке пользовате­ля; к пульту управления возможно подключение принтера и клавиатуры);

Рис. 12. Планировка РТК №1:

О – единица оборудования; Р – робот; Н - накопитель

Рис. 13. Планировка РТК №2:

Обозначения те же, что и на рис. 12.

2) качество обработки изделия (за счет жесткости уста­новки комплекса; быстрого восстановления РТК после отка­за в электропитании; большого рабочего диапазона режимов обработки изделий разной номенклатуры);

3) гибкость (смена заготовки, оснастки, детали, инструмен­та производятся легко; программы задаются при помощи ручного подвесного пульта интерактивного действия; за счет большой емкости памяти новые программы могут вызываться без задержек в ходе гибкого мелкосерийного производства; комплектация РТК новым оборудованием и устройствами не представляет сложности; открытая система управления допускает построение интегрированных и гибких комплек­сов);

4) надежность и безопасность (во время работы рабочая зона РТК контролируется фотоэлементами; абсолютные ко­дирующие устройства обеспечивают быстрое восстановление РТК после сбоев; количество электропроводов в компактной конструкции РТК сокращено до минимума; для электро­проводов предусмотрена хорошая защита в виде двойной обо­лочки; рабочая зона отличается безопасностью и высоким уровнем гигиены, так как технологический процесс обработ­ки осуществляется внутри камеры, выполненной из защит­ного стекла и стеновых панелей; рабочее место сконструиро­вано с учетом высоких требований эргономики);

5) эффективность (РТК оснащен пультом управления, способным управлять как собственно роботом, так и всем остальным оборудованием; экономия времени на монтаж и установку РТК достигается благодаря компактности его конструкции; способность РТК быстро восстанавливаться после отказа в электропитании позволяет сокращать простои и сохранять производительность; РТК разработан с учетом быстрой переналадки и высокой скорости выполнения цик­лов обработки; в РТК заложена передовая технология про­изводства, а системный каталог обеспечивает удобный доступ ко всем параметрам технологического процесса).

С введением роботов коренным образом меняется вся орга­низация технологического процесса, устраняются многие от­рицательные факторы, вызываемые чрезмерным утомлением человека, притуплением его внимания, нарушением коорди­нации движений. В результате ликвидируются ручные опе­рации, резко повышаются производительность труда и каче­ство продукции.

Четвертым, принципиально важным и перспективным на­правлением автоматизации является развитие компьютериза­ции и гибкости производств и технологий. Потребность в раз­витии гибкой автоматизации производства определяется уси­лением международной конкуренции, требующей быстрого об­новления и освоения изделий, тенденцией работы на конкрет­ного потребителя с соответствующим снижением серийного выпуска продукции.

Под гибкостью производства понимается его способность быстро и при минимальных затратах на том же оборудова­нии переходить на выпуск новой продукции. Основой гибких производственных систем (ГПС) является гибкий производ­ственный модуль. Это легко переналаживаемая и автономно функционирующая единица автоматизированного оборудо­вания с ЧПУ, где загрузка заготовок и удаление обработан­ных деталей ведутся с помощью роботов, автоматизированы замена инструмента и удаление стружки, подача охлаждаю­щей жидкости, контроль и диагностика неисправностей. Мо­дуль не только быстро переходит на изготовление и сборку новых деталей или узлов, но и легко встраивается в гибкие производственные комплексы, линии и даже участки.

ГПС обладают высокой экономической эффективностью. Так, гибкий комплекс механической обработки корпусных Деталей на станках типа "обрабатывающий центр" позволяет повысить производительность труда в 2 –2,5 раза. Одновре­менно на 15 – 20 % увеличивается фондоотдача. Благодаря примерно двукратному сокращению продолжительности из­готовления деталей экономится 25 – 30 % оборотных средств, улучшается культура производства, создаются условия для ритмичной работы производственных подразделений, растет качество выпускаемой продукции. Коэффициент загрузки оборудования увеличивается в 2 раза, а коэффициент смен­ности оборудования – с 1,6 до 3. Коренным образом меняет­ся характер труда, он делается творческим, появляется необ­ходимость повышения профессиональных знаний, устраня­ются различия между умственным и физическим трудом, формируется новый тип рабочего.

Гибкая производственная система (ГПС), являясь высшей формой автоматизации, включает в себя в различных сочета­ниях оборудование с ЧПУ,- РТК, ГПМ и различные системы обеспечения их функционирования.

Практика показывает, что применение ГПС целесообразно, если в течение года каждый из 5 –10 типоразмеров (наиме­нований) деталей надо изготовить в количестве от 50 до 2000 шт. Гибкие модули эффективны при годовом выпуске любого из 40 – 80 типоразмеров деталей, равном 20 – 500 шт.

Для выпуска одного—двух типоразмеров в количестве бо­лее 2 – 5 тыс. шт. в год целесообразно использовать традици­онные автоматические линии с жестким управлением либо роторные и роторно-конвейерные линии. При 2 – 8 типораз­мерах с объемом выпуска 1 – 15 тыс. шт. лучше применять переналаживаемые автоматические линии с ограниченной гибкостью.

Опыт создания и эксплуатации гибких производств по­казывает, что для повышения их эффективности необходимо решать проблемы по сокращению затрат на создание, обеспе­чению высокой надежности и повышению коэффициента смен­ности при их эксплуатации.

Лекция 1.5. Техническая подготовка производства

План

1. Сущность и этапы технической подготовки производства.

2. Этапы технической подготовки производства.