ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

Потери являются одним из основных факторов, наряду с технологическим процессом, который определяет производительность оборудования. Кроме того, классификационные признаки потерь используются для классификации проблем комплексной автоматизации, которые перечислены ниже.

1. Проблема автоматизации рабочего цикла и создание машин и линий непрерывного действия. На первом этапе автоматизации создавались машины, в которых разработчики пытались сократить до минимума время рабочих и холостых ходов (потери 1-го вида).

Наиболее совершенными являются машины непрерывного действия, у которых отсутствуют потери по холостым ходам, а производительность определяется исключительно совершенством технологического процесса. С создания таких машин начался новый этап автоматизации производства. (В литературе иногда к автоматам непрерывного действия относят роторные машины и линии, что является глубоким принципиальным заблуждением). А вот линии волочения проволоки, бесцентрово-шлифовальные автоматы, автоматы для производства полимерных трубок являются типичными представителями машин непрерывного действия.

Применение машин непрерывного действия может быть особенно эффективно, если в них используется высокопроизводительный технологический процесс.

2. Проблема автоматизации смены инструмента. Проблема, связанная с автоматизацией смены инструмента, прежде всего заключается в снижении потерь 2-го вида (по инструменту). Долгое время эта идея была не востребована из-за скептического отношения к ней технологов, обусловленного в общем-то обоснованными сомнениями. Они главным образом опасались снижения жесткости системы СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь), которая определяет качество поверхности, ее геометрическую форму и точность соответствующих размеров. Поэтому, на первых этапах автоматизации потери по инструменту снижались следующими способами.

а). Повышение физической стойкости инструмента.

б). Снижение времени смены инструмента за счет совершенствования конструкции устройства его крепления (например, применение эксцентриковых зажимов вместо прижимов с несколькими болтами, применение пневматического и гидравлического приводов и проч.).

в). Сокращение вплоть до нуля времени настройки инструмента путем создания специальных регулировочных механизмов или инструментальных наладок, которые полностью исключают настройку (например, в случае замены резца в универсальном токарном станке необходимо перенастраивать отсчетные устройства продольной и поперечной подачи).

г). Совершенствование организации работы наладчиков и операторов с целью снижения времени устранения неисправности, обусловленной инструментом.

Дальнейшее развитие техники позволило решить проблему автоматизации смены инструмента на высоком уровне. В современных станках имеются системы автоматической смены и настройки инструмента, которые обеспечивают высокое качество обработки и минимальные внецикловые потери 2-го вида.

3. Проблема долговечности и надежности автоматических систем. Все потенциальные возможности повышения производительности труда и производительности машин, заложенные в автоматических системах машин, можно реализовать только в том случае, если все механизмы и устройства будут иметь высокую надежность в работе.

Под надежностью обычно подразумевают свойство системы, характеризуемое безотказностью и долговечностью и обеспечивающее нормальное выполнение заданных функций системы. Очевидно, что при абсолютной надежности все механизмы работают бесперебойно. Так, например, механизмы питания всегда загружают и снимают заготовки, механизмы зажима - зажимают обрабатываемый материал и т.д. Однако, практика показывает, что механизмов и устройств с абсолютной надежностью не бывает, время от времени в работе машины возникают неполадки, для устранения которых требуется вмешательство рабочего. Многие операции по обслуживанию обычных машин, которые для человека являются простейшими и не требуют высокой квалификации, например, взять заготовку из штабеля, установить ее в шпинделе и закрепить, для механизмов машин-автоматов оказываются очень сложными и требуют для своего выполнения совершенных механизмов. Надежность механизма часто и определяет степень его «квалификации».

Частота возникновения неполадок не остается постоянной по времени. Обычно, в первый период после пуска надежность несколько повышается благодаря устранению тех или иных конструктивных недостатков, улучшению организации обслуживания, приработке деталей и контактирующих поверхностей и т.д. Однако одновременно с этим происходит изнашивание, срабатывание отдельных деталей механизмов и устройств, что постепенно приводит к нарушению их взаимодействия, а следовательно, к более частым регулировкам, подналадкам. В конце концов, когда скорость изнашивания прогрессивно возрастает, частота возникновения неполадок становится столь высокой, что машину приходится останавливать на ремонт с заменой наиболее изношенных деталей и механизмов. Следовательно, чем больше период поддержания стабильного уровня надежности, чем реже механизмы и устройства подвергаются ремонту, тем выше их долговечность.

Рассматривая надежность, следует иметь в виду две ее формы: надежность срабатывания, связанную с отказом того или иного механизма машины, и технологическую надежность, определяемую стабильностью протекания самого процесса обработки.

Надежность срабатывания механизмов характеризуется возникновением простоев машины или автоматической линии из-за невыполнения того или иного элемента рабочего цикла (деталь не зафиксировалась в рабочей позиции, агрегатная головка не переключилась с рабочей подачи на быстрый отвод, автооператор не загрузил заготовку и т.д.).

Технологическая надежность связана с потерей качества обработки, что также приводит к остановкам машины, хотя все суппорты, приспособления и т.д. выполняют заданные элементы рабочего цикла, но не обеспечивают стабильности перемещений. Это происходит вследствие износа трущихся поверхностей механизмов, колебания температуры, коэффициентов трения, вязкости жидкости, припусков на обработку, твердости обрабатываемого материала, жесткости деталей и механизмов и т.д. Причины, вызывающие нестабильность работы механизмов, носят случайный характер. Отсутствие необходимого качества происходит в случае неблагоприятного сочетания тех или иных случайных величин. Поэтому, если надежность срабатывания связана обычно с окончательными отказами и для устранения неполадок требуется вмешательство человека, то отказы по причине недостаточной технологической надежности, как правило, не окончательные, т.е. следующая деталь после бракованной может оказаться годной и без вмешательства человека.

Потери 3-го вида по вине каждого конкретного механизма или устройства зависят, с одной стороны, от интенсивности неполадок, с другой - от трудоемкости их устранения. Главной проблемой борьбы с потерями этого вида является определение их допустимого уровня. Действительно, увеличение надежности и повышение ремонтопригодности обычно приводит к росту себестоимости оборудования, а это означает, что снижаются и темпы роста производительности общественного труда.

Очень важно бывает правильно определить соотношение приемлемых надежности и ремонтопригодности. Так, например, затратив определенные ограниченные средства, можно создать машину с надежными, но неремонтопригодными механизмами или с ненадежными, но ремонтопригодными механизмами. И не так-то просто определить ту из них, которая будет иметь минимальные потери 3-го вида (одна часто, но быстро ремонтируется, а другая - редко, но подолгу).

Накопленный опыт указывает на то, что наиболее эффективным является одновременное проведение мероприятий, направленных на повышение надежности и ремонтопригодности. Повышение надежности может обеспечиваться конструктивно, качеством изготовления и дублированием. Наилучшим способом повышения ремонтопригодности является применение модульного принципа построения оборудования (при ремонте меняются быстросменные модули).

Кроме этого, важным аспектом создания новой техники является и выбор ее оптимальной долговечности. С одной стороны, при большой долговечности оборудования оно или выпускаемая продукция могут морально устареть до физического износа (будут иметь место финансовые потери), а, с другой стороны, малая долговечность оборудования приводит к большим затратам на его капитальный ремонт или смену.

4. Проблемы автоматизации управления производством. Особенно эффективны в настоящее время достижения автоматизации, направленные на сокращение потерь по организационно-техническим причинам.

Современные производственные процессы на машиностроительных и приборостроительных предприятиях настолько сложны и многообразны, что для управления ими требуется своевременная переработка огромного количества всевозможной информации. Трудности такого текущего анализа без применения средств автоматизации приводят к тому, что ритмичность в работе отдельных звеньев производства нарушается, в результате возникают простои машин из-за отсутствия заготовок, инструмента, вспомогательных материалов и т.д. Дальнейшее повышение уровня организационного руководства, планирования и т.д. находится в прямой зависимости от автоматизации анализа и переработки этой информации, что возможно благодаря внедрению вычислительной и управляющей техники.

Вторым важнейшим направлением сокращения организационных потерь является автоматизация процессов транспортировки и хранения полуфабрикатов и готовой продукции во всех звеньях производственного процесса. На транспортировке, погрузочно-разгрузочных и складских работах затраты ручного труда все еще недопустимо велики.

Автоматизация основных процессов обработки и сборки, создание автоматических линий приводят к возрастанию простоев из-за отсутствия заготовок, вследствие несовпадения по времени и продолжительности простоев соседних станков в технологической цепочке. Сокращение этих простоев достигается путем установки автоматических магазинов- и бункеров-накопителей (см. ниже о заделах-накопителях).

5. Проблемы качества продукции. Предотвращение брака повышением качества продукции является одной из важнейших задач. Поэтому большое значение сейчас придается автоматизации процессов контроля, исключающей индивидуальность в данной операции.

Следует иметь в виду, что при плохом качестве изделий они не будут взаимозаменяемыми, не смогут проходить непрерывным потоком. И поэтому время, в течение которого выпускается брак, следует считать простоем машины.

Автоматический контроль, особенно в процессе обработки (активный), требует коренного пересмотра как основного технологического оборудования, так и современных средств контроля. Автоматический контроль дает возможность повысить качество продукции, производительность машин и агрегатов; он обеспечивает надежность работы всего оборудования.

Особенно остро стоит проблема автоматизации процессов контроля и сборки в отраслях промышленности с большими масштабами производства и высокими требованиями точности. Так, например, на подшипниковых заводах до внедрения автоматизации численность контролеров составляла до 30% производственных рабочих. Ручной контроль не только малопроизводителен, но и обладает малой точностью, вследствие субъективности оценки и утомляемости рабочего, особенно в конце смены. Таким образом, автоматизация контроля позволяет не только решить проблему сокращения брака, но и значительно повысить производительность.

6. Проблема мобильности автоматизированного производства. Быстрая сменяемость объектов производства, обусловленная бурным развитием техники, приводит к росту потерь, связанных с переналадкой и сменой специального оборудования.

Автоматизация и мобильность - противоречие, которое может быть разрешено средствами самой же автоматизации. Развитие и распространение систем числового программного управления, введение в автоматическую систему процессоров и контроллеров позволяют эффективно решать эту чрезвычайно важную задачу.

В первых полуавтоматах и автоматах управление осуществлялось посредством распределительного вала с кулачками. Создавались целые библиотеки (коллекции) кулачковых валов (кулачковых наладок). Высшим достижением на этом пути явилось создание командоаппаратов - законченных перепрограммируемых модулей для управления оборудованием. Основной недостаток таких машин состоял в сложности изготовления распределительного вала и регулировке взаимного расположения кулачков. На смену распределительному валу - носителю информации последовательно пришли перфоленты, магнитные ленты, дискеты. Это позволяло постоянно сокращать время переналадки оборудования.

Однако создание высокопроизводительных мобильных машин не сводится лишь к созданию мобильной системы управления. Как правило, кроме этого необходимо решать задачу проектирования универсальной оснастки и инструмента или обеспечения их быстрой смены, возможно, и автоматизированной.

Таким образом, задача создания высокопроизводительных машин, автоматических линий, цехов и заводов заключается в том, что еще в стадии проектирования необходимо предусмотреть конструктивные меры для снижения всех видов потерь, а также спланировать систему технико-организационных мероприятий по высокопроизводительной эксплуатации техники.

Вопросы для самоконтроля

1. Что лежит в основе классификации проблем комплексной автоматизации промышленности?

2. Перечислите и кратко поясните суть основных проблем комплексной автоматизации промышленности.

3. Какие машины считаются наиболее совершенными с точки зрения обеспечения наивысшей производительности? Приведите примеры таких машин.

4. Какими способами разработчики прежде всего обеспечивают высокую производительность машин дискретного действия?

5. Перечислите способы по снижению потерь по инструменту. Приведите примеры наиболее распространенных организационных и технических мероприятий по снижению потерь по инструменту.

6. Что такое надежность, долговечность и ремонтопригодность машины? Как перечисленные показатели связаны с производительностью общественного труда?

7. Какими средствами следует обеспечивать высокое качество выпускаемой промышленной продукции?

8. Что такое мобильность производства и чем она обеспечивается? Поясните противоречивую сущность мобильности и автоматизации.

9. Назовите известные вам носители программ, которые применяются в машинах автоматического действия.

ЧАСТЬ 3