Особенности автоматизации машиностроения

Современное состояние и ближайшие перспективы автоматизации в машиностроении связаны, прежде всего, с переходом от создания отдельных машин и агрегатов к разработке систем автоматических машин, охватывающих различные стадии производственного процесса – от заготовительных до сборочных, с оптимизацией технических решений. Центр тяжести разработок переносится с массового на серийное производство с широким развитием автоматизации и механизации вспомогательных процессов, причем автоматизации не только технологических операций, но и функций управления.

Комплексная автоматизация базируется на непрерывном совершенствовании технических средств (от простейших механизмов до сложных электронных систем; СПУ, электронных вычислительных и управляющих машин и др.); на широком использовании общности методов и средств автоматизации на различных стадиях производственного процесса, на применении методов унификации.

Развитие автоматизации на современном этапе характерно смещение центра тяжести разработок с массового на серийное производство, составляющую основную часть машиностроительной отрасли (около 80% всей машиностроительной продукции выпускается на заводах серийного и единичного производства).

Другая характерная особенность современной автоматизации – расширение арсенала технических средств и, как следствие, многовариантность решения задач автоматизации производственных процессов.

Стратегия комплексной автоматизации машиностроительного производства как основа технической политики определяется рядом аспектов, в том числе:

1) правильным пониманием содержания и основной направленности работ по автоматизации;

2) объективной оценкой во времени перспективности и целесообразности области применения новых методов и средств автоматизации, их состоянием и взаимосвязью с известными, традиционными.

Рассмотрим эти аспекты более подробно. Автоматизация производства часто трактуется как процесс замещения функций человека устройствами и системами управления и контроля, т.е. отождествляется с внедрением автоматики. При этом считается, что технологические процессы, конструкции и машин остаются в основном прежними. Это неверно. Содержание производства составляют технологические процессы, именно в них закладываются все потенциальные возможности качества и количества выпускаемой продукции, эффективности производства, а система управления есть лишь форма реализации этих возможностей. Поэтому автоматизация производства в машиностроении представляет собой комплексную конструкторско-технологическую задачу создания новой техники, таких высокоинтенсивных технологических процессов и высокопроизводственных средств производства, которые недоступны для непосредственного выполнения человеком.

Современный токарный автомат – это комплекс технологических и конструктивно-компоновочных решений, характеризуемый многопозиционностью, одновременным функционированием десятков, а в автоматических линиях – сотен механизмов и инструментов. Создание таких систем требует решения многих задач, в том числе автоматизации транспортирования и загрузки деталей, изменения их ориентации, накопления заделов, поворота и фиксации деталей, удаления отходов и т.д. И только при этих условиях может быть эффективным применение автоматического управления. Автоматически действующие средства производства только тогда перспективны, когда они выполняют производственные функции быстрее и лучше человека.

Сказанное не снижает значения «малой» автоматизации, т.е. оснащение неавтоматизированного оборудования механизмами загрузки и зажима деталей, устройствами для управления циклом и т.д., особенно когда такие средства являются типовыми. Однако к этой частности не сводится процесс автоматизации.

Чрезвычайную актуальность в автоматизации приобретает проблема правильной, объективной оценки и разумного внедрения новейших методов и средств автоматизации. Любое техническое новшество, сколь бы перспективным оно ни было, проходит ряд стадий: идея – опытная конструкция (способная лишь функционировать) – надежно работающая конструкция – экономически эффективная конструкция. Каждая стадия характеризуется совершенствованием параметров, которые можно свести к формуле «быстродействие – надежность – стоимость». И лишь когда эти параметры укладываются в технико-экономические допуски, данное новшество созревает для производственного внедрения. Поэтому в технической политике недопустимо как запаздывание с разработкой первичной идеи, так и реализация недостаточно созревших решений.

Один из принципиальных вопросов комплексной автоматизации – оптимальное сочетание новейших методов и средств с традиционными. В автоматических машинах и системах для массового производства широко используются принципы дифференциации и концентрации операций, совмещения их во времени, что составляет основу высокой производительности и эффективности. В подавляющем же большинстве современные станки с ЧПУ – одношпиндельные. Поэтому в условиях стабильной работы, без переналадок, производительность многошпиндельных агрегатных станков-полуавтоматов в десятки раз выше, чем многооперационных полуавтоматов, а стоимость ниже . В опытном производстве, где номенклатура изделий не повторяется, необходим широчайший диапазон переналадок технологического оборудования, который можно обеспечить лишь при использовании ЭВМ. В стабильном же производстве, с постоянной номенклатурой выпускаемой продукции, серийная обработка производится лишь потому, что масштабы выпуска не позволяют загрузить каждую единицу оборудования одними и теми же изделиями. Здесь участки из универсальных станков-полуавтоматов с ЧПУ или технологических комплексов с управлением от ЭВМ может заменить один переналаживаемый многошпиндельный агрегатный станок-полуавтомат, на котором несколько деталей обрабатываются одновременно десятками инструментов, производительность его несоразмерно выше, чем одноинструментальных станков, а переналадка значительно короче.

Поэтому выпуск одношпиндельных станков с ЧПУ с технологическими и компоновочными схемами, унаследованными от неавтоматизированного производства, следует считать правомерным лишь на ранних этапах их развития. Неизбежен массовый переход к использованию многошпиндельных и многопозиционных станков с ЧПУ, начиная с простейших, выполняющих параллельную обработку нескольких деталей по одной программе. Системы с распределительными валами, кулачками и копирами, по-видимому еще долго будут преобладающими при автоматизации управления в массовом производстве, несмотря на то, что в их конструкции мало электроники и нет адаптации. Системы с ЧП, прямого управления от ЭВМ и др. мобильны, и поэтому эффективны при автоматизации серийного, а будущем и единичного производства. Их значимость для массового производства не в замене сложившихся технических решений, а в их дополнении, в реализации невыполнимых ранее функций управления. Так, применение АСУ ТП с функциями технической и статистической диагностики работы автоматических линий должно стать основой высокопроизводительной эксплуатации линий, сокращения их простоев по техническим и организационным причинам.