Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 1

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

1.1. БИЗНЕС-ПРОЦЕССЫ В СФЕРЕ

МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Бизнес-процесс (БП) – это цепочка последовательных действий, свя-

занных с удовлетворением потребностей в материальной продукции, ус-

лугах и т.п., с получением экономической выгоды.

В простейшем случае БП может сводиться к перепродаже, т.е. за

деньги Д

покупается товар Т, который перепродается по более высокой

цене Д

→ Т → Д

Основное действующее лицо такого многоступенчатого процесса –

менеджер.

БП в сфере материального производства – это цепочка последова-

тельных действий, включающих в себя создание технических средств

производства и их эксплуатацию для получения соответствующей про-

дукции. БП в условиях тoвapнo-дeнeжныx отношений выражается фор-

мулой

→ П → Т → Д

т.е. сначала вкладываются деньги Д

в производство П, получается то-

варная продукция Т, реализация которой приносит деньги Д

, желательно

с прибылью (экономическим эффектом производства).

Центральные фигуры в БП материального производства – инжене-

ры-машиностроители, технолог и конструктор, задача которых состоит в

создании оптимального для данных условий производственного базиса

(комплекта средств производства для выпуска данной продукции).

В условиях рыночной экономики БП многовариантен (рис. 1.1).

Машиностроителям не гарантируются ни портфель заказов, ни денежные

средства. Поставка средств производства заказчикам протекает в услови-

ях неопределенности, с различным соотношением показателей прибыли и

риска.

Основные варианты действий организации – поставщика произ-

водственного оборудования (см. рис. 1.1):

1) работать с конкретными заказчиками, покупая и комплектуя для

них готовое оборудование, с возможной его доработкой и т.д.; здесь риск

минимален, но и прибыль не может быть высокой;

Рис. 1.1. Схема БП при производстве материальной продукции

в условиях рыночной экономики

2) работать с конкретными заказчиками, создавая для них техноло-

гии и средства производства для выпуска продукции; здесь прибыль мо-

жет быть значительно выше, но и риск весьма возрастает в условиях кон-

курентности на рынке, так как на создание оборудования требуются и

время, и деньги, а результат может оказаться нелучшим;

3) вести перспективные разработки, ориентируясь на маркетинг

рынка, предвидеть потребности и тенденции развития; тогда к моменту

появления заказчика (которого нужно еще найти!) поставщик может в

кратчайшие сроки поставить средства производства самого современного

уровня. Последний вариант наиболее рискованный прежде всего потому,

что необходимых оборотных средств у разработчика, как правило, нет и

необходимо брать кредиты, которые нужно отдавать с процентами; нель-

зя достоверно предсказать уровень успеха перспективных разработок,

сроки их завершения с доведением до коммерческого результата и т.д.

Кроме того, необходимы широкая реклама, постоянная работа с потенци-

альными заказчиками, анализ рынка и т.д.

Тем не менее именно по этому пути идут все передовые машино-

строительные фирмы, ибо только перспективные разработки способны

принести высокую прибыль.

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

В условиях рыночной экономики нашей страны, особенно на совре-

менном этапе, значительная часть выпускников технических вузов идет

не на крупные, а на малые предприятия, в производственно-

коммерческие или коммерческие структуры, где молодые талантливые

специалисты достаточно быстро завоевывают право решать, а не только

исполнять. Поэтому уже на вузовской скамье студенты должны получить

необходимые эрудицию и практическое умение. Квалификационный

диапазон выпускника вуза должен включать в себя умение:

1) анализировать текущие и перспективные потребности рынка в

конкретных видах продукции;

2) ориентироваться на рынке новой техники, знать возможных кон-

курентов;

3) работать с вероятными заказчиками, владеть искусством рекламы,

демонстраций на выставках, презентации продукции и т.д.;

4) пользоваться кредитной системой, зная все ее тонкости, ориенти-

роваться в юридических вопросах собственности, в том числе интеллек-

туальной;

5) видеть все разнообразие возможных технических решений, нахо-

дить оптимальные варианты по заданному функциональному назначе-

нию;

6) разрабатывать новые технологические процессы и средства про-

изводства;

7) реализовывать обратную связь от эксплуатации средств произ-

водства на последующие разработки.

Основой квалификации инженера-машиностроителя остаются зна-

ния и умения в разработке технологии, расчете и конструировании обо-

рудования, эта квалификация необходима, но недостаточна. Знания и

умения (см. пп. 1 – 4) даются в курсах по экономике и организации про-

изводства, по менеджменту и маркетингу.

Настоящее пособие кроме общей теории машин-автоматов и их сис-

тем посвящено вариантности технических решений, их генерации,

сравнительному анализу и выбору. Рассматриваются также задачи реа-

лизации обратной связи – от эксплуатации на последующее проектирова-

ние.

1.2. ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Производственный процесс – это регламентированное взаимодей-

ствие потоков материалов, энергии и информации в целях производства

материальной продукции. Определяющую роль играют потоки основных

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

и вспомогательных материалов, их движение и преобразование; потоки

энергии и информации обеспечивают эти процессы, делают их возмож-

ными. Все взаимодействия в рамках производственного процесса явля-

ются технологическими.

Современное понимание технологии носит всеобъемлющий ха-

рактер. Одно из ее определений: это комплекс целенаправленных ме-

тодов и средств, объединенных последовательностью действий.

Исходя из этого, ключевыми признаками любой технологии надо

считать наличие:

– многократных действий, следующих друг за другом;

– объектов воздействия, претерпевающих целенаправленные

изменения;

– материализованных средств технологического оснащения,

посредством которых реализуются воздействия на объекты.

Под такие понятия и определения подпадают, по существу, все серь-

езные проявления человеческого разума самой разной направленности,

включая производственные, политические, банковские технологии и т.д.

и т.п.

В сфере материального производства технологические процессы

можно трактовать как последовательную реализацию целенаправленных

методов получения заданной продукции путем применения средств

технологического оснащения.

Характер методов воздействия и средств технологического оснаще-

ния определяется их целевой направленностью. Так, для технологии кон-

струкционных материалов технологический метод есть совокупность

правил, определяющих последовательность и содержание действий при

формообразовании, обработке или сборке, перемещении, в том числе

технологический контроль и испытания, установленные безотноситель-

но к наименованию, типоразмеру или исполнению изделий [22].

Всякий технологический процесс, по определению, многооперацион-

ный. Операция есть составная часть процесса, характеризуемая иден-

тичностью и завершенностью воздействия, их локализацией во времени

и в пространстве. Так, технология механической обработки трактует

операцию как комплекс действий, выполняемый на одном металлорежу-

щем станке, на одном рабочем месте [22].

Технологический маршрут "набирается" из операций, которым по-

следовательно подвергается объект.

Рассмотрим важнейшие виды технологий и средств оснащения со-

временного материального производства.

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

1. Технологии воздействия на материальные потоки в целях из-

менения свойств конструкционных материалов: размеров, формы, хими-

ческого состава, физических свойств и т.д. В металлообработке эти тех-

нологии реализуются как процессы плавки, литья, сварки, резания,

штамповки, термообработки материалов; сборки деталей и узлов. Сред-

ствами технологического оснащения здесь являются прокатные станы,

литейные машины, прессы, металлорежущие станки, сварочные машины,

термические печи, а также инструментальные комплексы, комплекты

технологической оснастки, средства измерения и др. Как правило, едини-

ца технологического оборудования (металлорежущий станок, пресс) вы-

полняют одну операцию. Технологический процесс как последователь-

ные операции реализуется технологическими комплексами оборудования.

Технологии, формирующие качество конкретной продукции, приня-

то называть основными, остальные часто трактуют как вспомогательные

и обслуживающие.

2. Технологии воздействия на материальные потоки в целях не-

посредственного обеспечения основных операций: подача, ориентация,

закрепление, межоперационное перемещение обрабатываемых материа-

лов. Средствами оснащения в этом случае служат механизмы и устройст-

ва загрузки материалов (бункера, магазины, манипуляторы и др.), их за-

крепления (кулачковые, цанговые патроны и др.), поворота и фиксации

(мальтийские, кулачково-цевочные и др.), линейные транспортеры и т.д.

3. Технологии воздействия на материальные потоки на межопе-

рационном уровне: транспортирование материалов (с разделением или

соединением потоков), складирование, накопление; удаление отходов

производства и т.д.; средствами оснащения здесь являются разнообраз-

ные транспортеры, подъемники (тельферы, подъемные краны); магазины-

накопители; склады материалов, полуфабрикатов, комплектующих изде-

лий, готовой продукции; транспортеры отвода стружки и пр.

4. Энергетические технологии подачи потоков энергии, необхо-

димых для выполнения операций преобразования или перемещения ма-

териальных потоков (питание электродвигателей, нагрев изделий и т.п.).

5. Энергетические технологии обеспечения функционирования

подразделений и производства в целом: подача силовой электроэнергии,

освещения, теплоты, сжатого воздуха и др. В совокупности технические

средства данного назначения составляют энергетическое хозяйство пред-

приятия (трансформаторные подстанции и сети, системы теплоснабже-

ния, централизованной подачи сжатого воздуха и т.д. и т.п.).

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

6. Информационные технологии, решающие задачи технологиче-

ского управления конкретными операциями и средствами производства.

Традиционно в любых системах управления различают программную и

аппаратную составляющие. Длительное время программное обеспечение

управления базировалось на аналоговых носителях информации (кулач-

ки, копиры, упоры, реле и т.д.), что не обеспечивало ни гибкости, ни дис-

танционности. Революционным стало появление систем управления с

аппаратной реализацией на электронной основе, сначала в виде индиви-

дуальных пультов числового программного управления, а далее – на базе

типовых микропроцессорных (МП) блоков, образующих системы авто-

матического управления (САУ). В технической литературе такие систе-

мы часто называют АСУТП (автоматизированные системы управления

технологическими процессами).

7. Информационные технологии организационного управления

производственными подразделениями и их функционированием, включая

планирование, материальное обеспечение процесса производства, коор-

динацию работы подразделений, контроль материальных и денежных

потоков и ресурсов, управление ими, снабжение и сбыт и т.д.

В прежние времена эти технологии базировались на документообо-

роте с фиксацией необходимой информации на бумажных носителях.

Появление персональных электронных вычислительных машин (персо-

нальных компьютеров), сетей и систем, составляющих автоматизирован-

ные системы управления производством (АСУП), позволило перевести

информационные потоки на безбумажные носители, резко повысив ин-

формативность, оперативность, качество управления.

Реплика. Обилие технологий материального производства свидетельству-

ет об их важности, главенстве, что неизбежно трансформируется в соответ-

ствующие приоритеты внимания и финансирования.

Наука о технологии машиностроения, сформировавшаяся в 20 – 30-е годы

ХХ века с основным базированием на механическую обработку и узловую сборку,

категорию "технологии" относила только к основным операциям (формообразо-

вание, размерная обработка изделий и т.п.).

Это было закономерно, так как в те времена загрузка и транспортирова-

ние заготовок и деталей, управление станками или производственными подраз-

делениями носили чисто "ручной" или умственный характер, с минимальной тех-

нической оснащенностью.

Спонтанные начала множества человеческих действий никак не укладыва-

лись в рамки совокупности правил, определяющих последовательность и содер-

жание действий, поэтому и делились все процессы на основные технологические,

вспомогательные, обслуживающие

. В известной степени такие каноны сохра-

няются до настоящего времени, хотя по техническому совершенству и стоимо-

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

сти, сложности процессов функционирования средства и системы для обработ-

ки, транспортировки, управления практически идентичны.

Сегодня в ходу иная тенденция: считать важнейшими технологии не ма-

териальные, а информационные. Производственный процесс трактуется как

процесс преобразования информации с передачей ее с цифровых носителей на

аналоговые и обратно (изготовленная деталь есть аналоговый носитель инфор-

мации). Заглавное звено – компьютер, все остальное – периферия; металлоре-

жущий станок является лишь технологическим объектом управления (ТОУ) и в

общей иерархии располагается где-то между дешифратором и интерполято-

ром.

Эти и подобные "недоперегибы" не есть истина. Любые технологические

процессы материального производства (обработки, транспортирования, управ-

ления) есть процессы равной производственной необходимости. Спор о том, что

важнее: технологии формообразования или информационные технологии – столь

же беспредметен, сколь и спор, что важнее для человека – еда или сон?

Любые технологические процессы и средства производства сегод-

няшнего дня и обозримого будущего невозможны без участия человека;

безлюдные производства пока – миф. По степени и характеру участия

человека можно выделить следующие группы процессов.

1. Ручные, где человек является непосредственным исполнителем и

источником энергии, используя при необходимости подручные орудия

труда: инструменты и приспособления. Даже на самых высокоорганизо-

ванных и технически оснащенных предприятиях перечень таких процес-

сов и профессий весьма обширен (монтаж и наладка, ремонт и техниче-

ское обслуживание средств производства, зданий и сооружений; слесар-

ные подгоночные, сборочные работы, устранение отказов и т.д. и т.п.).

2. Механизированные, где средства технологического оснащения

имеют внешний подвод энергии и привод, механизмы и устройства для

выполнения основных целевых функций, а за человеком остаются вспо-

могательные действия, управление и контроль.

Хрестоматийный пример – токарная обработка на универсальном

станке, где без участия человека выполняется процесс резания посредст-

вом вращения шпинделя и подачи суппорта. Все остальные действия:

закрепление и открепление деталей, установка резцов и их настройка на

размер, включение и выключение – исполняются человеком.

3. Автоматизированные, где человек перестает быть непосредст-

венным участником и исполнителем элементов технологического про-

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

цесса, сохраняя функции наладки средств производства (орудий труда) и

контроля их функционирования.

При эксплуатации токарного автомата человек выполняет лишь пе-

риодическую заправку материала, установку и снятие инструмента, на-

ладку на размер, устранение отказов.

Производственный процесс можно трактовать как совокупность

всех действий людей и орудий труда (средств производства), необходи-

мых на данном предприятии [22].

Общая тенденция развития производственных процессов – сокраще-

ние ручного и механизированного труда, автоматизация производства.

Автоматизация производственных процессов есть совокупность

мероприятий по разработке прогрессивных технологий, созданию и вне-

дрению высокопроизводительных средств производства, выполняющих

основные технологические и вспомогательные процессы без непосредст-

венного участия человека.

Любое производственное предприятие – это огромный технический

комплекс, задачи его автоматизации весьма сложны и многообразны.

На рис. 1.2 показана структурная схема подразделений предприятия

с технологической направленностью металлообработки; стрелками пока-

заны основные материальные и информационные потоки. На предпри-

ятии может изготовляться разнообразная продукция: машины, механиз-

мы, устройства, приборы. Такое предприятие представляет собой слож-

ный комплекс, который обеспечивает бесперебойное функционирование

всех элементов производственного процесса. Основные технологии

включают в себя заготовительную, обработочную и сборочную фазы.

Заготовки основных деталей производят в заготовительных цехах:

литейном, кузнечном и др.

Комплекс литейного производства включает в себя и модельный

цех.

Металл в кузнечно-штамповочные цехи поступает либо непосредст-

венно с железнодорожных складов, либо из металлозаготовительного

цеха, где выполняют раскрой листов, разрезку или рубку пруткового ма-

териала на штучные заготовки и т.д.

Наибольший объем обработки приходится на механические цехи,

где заготовки, проходя механическую обработку, приобретают необхо-

димую конфигурацию, точность, твердость, шероховатость. Процессы

механической обработки, начиная от черновых операций и кончая чисто-

выми, окончательными, очень многообразны и могут выполняться после-

довательно на многих станках, составляющих поточные или автоматиче-

ские линии.

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

Рис. 1.2. Структурная схема предприятия металлобработки

Между отдельными операциями механической обработки проводит-

ся термообработка заготовок либо в специальных термических цехах,

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

либо на участках термообработки соответствующих механических цехов.

В сборочных цехах готовые детали собирают в механизмы и узлы; они

проходят контроль, общую сборку, окончательный контроль, испытания,

упаковку, консервацию и т.д.

Для поддержания нормального хода производственного процесса

кроме указанных существует ряд вспомогательных цехов: ремонтные,

инструментальные и др. В ремонтных цехах осуществляют капитальный

ремонт всего технологического оборудования, действующего на заводе, а

также его модернизацию. Задачей инструментального цеха является бес-

перебойное снабжение всех обрабатывающих цехов инструментом,

штампами, приспособлениями и т.д.

Как показывает схема (см. рис. 1.2), для нормального функциониро-

вания производственного процесса нужна развитая система транспорти-

рования и хранения заготовок, полуфабрикатов и готовых изделий. Раз-

личают системы транспорта межцехового – между отдельными цехами,

внутрицехового – между участками и межстаночного – между отдельны-

ми станками в пределах одного технологического потока изготовления

детали или узла.

До некоторого времени основным направлением автоматизации ос-

тавалась автоматизация технологических процессов механической обра-

ботки: создание токарных, шлифовальных, фрезерных автоматов и полу-

автоматов, агрегатных станков и автоматических линий из агрегатных

станков и т.д. Такое направление предопределяет создание автоматизи-

рованных участков и цехов, что позволяет намного сократить число про-

изводственных рабочих, непосредственно занятых обслуживанием стан-

ков.

Впоследствии широко велась работа по автоматизации процессов

контроля и сборки, созданию контрольных и сборочных автоматов и ав-

томатических линий для сборки. Автоматизация этих процессов дает

возможность в первую очередь повысить качество изготовляемых изде-

лий, особенно в отраслях производства с большими масштабами выпуска

(подшипники, метизы и т.д.). Кроме того, автоматизация контроля и

сборки позволяет устранить наблюдаемую диспропорцию, когда на кон-

троле и сборке готовых изделий занято больше рабочих, чем на их изго-

товлении.

Весьма перспективно внедрение автоматизации в заготовительных

цехах: литейном, кузнечном и др., что не только сокращает трудоемкость

заготовительных процессов, но и значительно облегчает условия труда в

горячих цехах. Это относится, прежде всего, к литейным цехам, где ав-

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ