Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

241

нической документации (Е

). В дальнейшем такие подтверждаемые фак-

торы и параметры вынесены в верхнюю часть схемы (см. рис. 7.1).

7.3. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПОСТАВКА

В сложнейших условиях рыночной экономики проектирование и из-

готовление новой техники выполняются зачастую различными организа-

циями и даже в разных местах.

Это налагает самые серьезные требования на комплектность и отра-

ботанность передаваемой технической документации, установление не-

обходимого взаимодействия всех заинтересованных сторон.

Технические документы рабочего проекта включают в себя тексто-

вые и конструкторские документы.

Текстовые документы должны содержать:

– техническое описание, составленное на основе пояснительной

записки к техническому проекту и откорректированное в соответствии с

рабочим проектом;

– краткое описание конструкции, его техническую характеристи-

ку и принцип работы. В общем случае описание разбивается на разделы в

такой последовательности: назначение, технические данные, состав кон-

струкции, принцип работы, описание конструкции, размещение и мон-

таж;

– технические условия и нормы точности на изготовление, сбор-

ку, покраску, транспортирование, маркировку. Технические условия

должны содержать все не указанные на чертежах технические требования

к изготовлению, испытанию и поставке оборудования. Они разбиваются

на разделы в следующем порядке: условия сборки, методы испытания,

покраска, комплектность, правила приемки, маркировки, транспортиро-

вания;

– инструкцию по технике безопасности;

– уточненный расчет технико-экономической эффективности от

внедрения оборудования в эксплуатацию;

– расчет размерных цепей и другие расчеты;

– инструкции по наладке, приемке и эксплуатации оборудования,

которые должны содержать все правила и указания, необходимые для

использования оборудования. Инструкция по эксплуатации разбивается

на разделы: состав обслуживающего персонала, указания по технике

безопасности, подготовка оборудования к работе, особенности эксплуа-

тации, порядок работы оборудования, контрольно-измерительная аппара-

тура, контроль работы и настроек, объем и периодичность контрольно-

ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПОСТАВКА

242

профилактических работ, характерные неисправности и методы их уст-

ранения, смазка, консервация и расконсервация;

– паспорт на создаваемое оборудование, который является доку-

ментом, удостоверяющим гарантированные предприятием-изготовителем

основные параметры и характеристики оборудования. В паспорт входят

свидетельство о приемке, технические данные оборудования, комплект

поставки, гарантийные обязательства, рекламации.

Конструкторские документы должны содержать следующие мате-

риалы:

– общий вид оборудования (комплекса) и сборочный чертеж (всей

конструкции оборудования, группы, узла), включающие в себя изобра-

жения с необходимым и достаточным количеством видов, разрезов и се-

чений и дающие представление о расположении и взаимной связи со-

ставных частей;

– компоновочные и планировочные чертежи (при необходимо-

сти);

– общие виды групп и узлов;

– чертежи деталей групп и узлов;

– монтажный чертеж;

– кинематические, электрические, гидравлические, пневматиче-

ские и комбинированные схемы;

– сводную спецификацию на конструкцию оборудования в целом;

– ведомость заимствованных групп, узлов, деталей;

– ведомость нормализованных групп, узлов, деталей;

– ведомость покупных изделий;

– ведомость комплектации;

– протоколы согласования с заводами-изготовителями покупных

изделий, не включенных в прейскуранты.

Принципиальным новшеством нашего времени, как было сказано

выше, явился перевод технической информации с бумажных на элек-

тронные (безбумажные) носители, что позволяет не только поэтапно реа-

лизовывать единую систему разработки и изготовления методами САПР

(конструкторские чертежи механизмов и деталей, технологию изготовле-

ния и сборки, программы обработки деталей на станках с ЧПУ, организа-

ционную документацию планирования и контроля), но и передавать всю

информацию по вычислительным сетям.

Процесс вторичной материализация проектных идей и замыслов во

исполнение требований и условий ТЗ содержит следующие основные

этапы, отраженные на рис. 7.4.

Глава 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПОСТАВКА ОБОРУДОВАНИЯ

243

1. Изготовление деталей, приобретение комплектующих, узловая и

общая сборка. На этом этапе взаимосвязь с требованиями и условиями ТЗ

осуществляется прежде всего по срокам (см. с. 237).

2. Отладка узлов, испытания машины у изготовителя: на холостом

ходу с прогонкой всех элементов рабочего цикла; под нагрузкой – путем

обработки ограниченного числа изделий в отладочном режиме. На этом

этапе проверяется значительная часть параметров, заложенных в ТЗ и

номинально выполненных на этапах проектирования, например по

рис. 7.4: толщина покрытий (А

) предельный вакуум (Б

), температура

нагрева пластин (А

), потребляемая мощность (В

), а также сроки испол-

нения (Е

) и др.

Так как испытания оборудования с их отладкой, технологической и

конструктивной доработкой проводятся, как правило, в цехах по отдель-

ным узлам и зачастую на холостом ходу, истинные значения выходных

системных характеристик пока точной опенке не подлежат.

3. Сдача-приемка у заказчика, что производится совместно с пред-

ставителями разработчика и изготовителя. Испытания выполняют в усло-

виях, максимально приближенных к условиям дальнейшей производст-

венной эксплуатации (подробнее см. гл. 10), с обеспечением всех необхо-

димых требований. Проверяются прежде всего показатели качества про-

дукции, например для установки нанесения тонких пленок (см. рис. 7.3):

микродефектность готовых пластин (А

) и толщина покрытий (А

), а

также работоспособность по коэффициенту технического использования

(Г

), длительности восстановления после отказов (Г

), наработке на отказ

(Г

); выполнение всех требований по безопасности эксплуатации (Д

– Д

наконец полные сроки выполнения контракта и завершения работ (Е

Если все требования ТЗ выполнены, можно проводить окончатель-

ные расчеты с разработчиками и изготовителями.

Рис. 7.4. Схема поэтапной реализации требований ТЗ

в процессе изготовления и поставки

ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПОСТАВКА

244

7.4. ВАРИАНТНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Формирование и выбор вариантов на различных этапах процесса

создания новой техники имеет ряд особенностей.

На этапе технического предложения, когда выбирается принципи-

альное проектное решение по объекту в целом, формально разработчик

имеет максимальную свободу действий: он может создавать машину од-

но- или многопозиционную, последовательного или параллельного агре-

гатирования, с непрерывным или дискретным технологическим процес-

сом, вертикальной или горизонтальной компоновки и т.д. Именно выбор

общего структурно-компоновочного решения в наибольшей степени оп-

ределяют успех и судьбу проекта, ибо ошибки, допущенные в принципи-

альном выборе варианта, невозможно компенсировать самой грамотной

конструктивной проработкой.

Казалось бы, задача может решаться чисто аналитически: сопостав-

лением ожидаемых выходных параметров, определяющих в конечном

итоге рыночную оценку машины или системы машин. К ним относятся:

стоимость и эксплуатационные затраты, производительность, качество

выпускаемой продукции и т.д. (см. гл. 2 – 4). Это поддается количествен-

ным расчетам, которые будут рассмотрены в гл. 8 и 9. К этому следует

добавить экологичность, возможные сроки поставки и т.д. Однако и этого

недостаточно; необходимо учитывать многие субъективные факторы.

Реплика. В конце 70-x годов ХХ века руководством СССР было принято

очередное постановление об увеличении выпуска сельскохозяйственной техники,

которое предусматривало строительство и расширение предприятий сельхоз-

машиностроения, оснащение их новым, современным оборудованием. Одному из

проектно-конструкторских институтов было поручено создание автоматиче-

ских линий сборки комбайновых цепей.

Так как данная организация до тех пор занималась в основном линиями из

агрегатных станков, то и для сборки цепей заложили аналогичную схему: линию

последовательного дискретного действия с шаговым транспортером и стацио-

нарными сборочными позициями (см. гл. 6). Минимальная длительность сбороч-

ных переходов на каждой из позиций по сравнению с временем перемещений объ-

екта из позиции в позицию, закрепления и открепления, подводов и отводов ин-

струментов и т.д. предопределила в рабочем цикле до 80…90 % времени холо-

стых ходов, а следовательно, невысокую производительность даже при высокой

степени дифференциации самого процесса сборки. Линия была разработана,

поставлена в срок и достаточно успешно эксплуатировалась.

Через несколько лет потребность в комбайновых цепях еще более возросла.

Разработчикам было предложено вернуться к данной задаче и создать новую

Глава 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПОСТАВКА ОБОРУДОВАНИЯ

245

или модернизированную конструкцию сборочной линии. И они создали ее, реали-

зовав принципиально иное решение – роторную автоматическую линию, где все

процессы комплектации цепи, вставления и закрепления конструктивных элемен-

тов, соединения звеньев и т.д. осуществлялись на ходу, без холостых ходов и инер-

ционных сил.

При тех же технологическом маршруте и методах номинальная произво-

дительность по новому варианту была выше почти в 10 раз! На вопрос: "А по-

чему же сразу не применили роторный вариант?" – автор получил искренний

ответ: "В голову не пришло! Делали, как привыкли." Хотя ко времени первого

проектирования уже были известны аналогичные роторные сборочные линии,

созданные в Конструкторском бюро автоматических линий (КБАЛ, г. Подольск)

под руководством выдающегося конструктора – акад. Л.Н. Кошкина [14, 15].

Истории этой, к сожалению, не выпал счастливый конец. Через несколько

лет автору довелось побывать на заводе, где в короткие сроки был построен

целый цех, оснащенный роторными сборочными линиями. Цех, однако, практиче-

ски не работал, его просто не удавалось запустить из-за низкой надежности

оригинальных и недостаточно отработанных конструктивных решений. Линии

были спроектированы с жесткой межагрегатной связью, когда любой отказ,

любой перекос при монтаже одного из элементов останавливал всю систему.

Так и осталось вопросом, на что правильнее было опираться в данной конкрет-

ной ситуации: на собственный опыт конструирования или на прогрессивные, но

малознакомые схемы?

Приведенный пример позволяет сделать вывод, справедливость и

значимость которого выходит далеко за рамки проектирования новой

техники: чем выше сложность и значимость намеченного проекта, тем

обширнее и серьезнее должна быть предпроектная проработка общей

стратегии действий, выработка принципиальных проектных решений.

Прежде всего, ни один реально возможный и разумный вариант

нельзя не принять во внимание, оставить вне многостороннего анализа.

А сравнительный анализ и выбор варианта должны быть выполнены не

только по количественным (через технико-экономические и коммерче-

ские расчеты), но и по качественным критериям.

Выбор принципиальной схемы проектируемых машин-автоматов,

тем более их систем должен содержать три стадии.

I. Формирование совокупности разумных с инженерной точки зре-

ния и технически возможных вариантов с учетом всех отличительных

признаков, значимых для конкретного объекта.

II. Сравнительный поэтапный анализ вариантов по качественным и

количественным критериям с постепенным сужением круга рассматри-

ваемых решений.

III. Выбор единственного варианта в качестве оптимального c вы-

дачей исходных данных для последующих этапов проектирования.

ВАРИАНТНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

246

С учетом важности данной задачи именно выбору принципиальной схе-

мы на этапе технического предложения посвящены последующие разделы

книги, которые содержат методические подходы и примеры как для отдель-

ных машин-автоматов (гл. 8), так и для автоматических линий (гл. 9).

Предшествующий опыт позволяет во многих случаях сразу умень-

шить число рассматриваемых вариантов производственного проектиро-

вания, доводя их порой до минимальной выборки. А принципиально но-

вые решения следует сначала отрабатывать на макетах, опытных образ-

цах, не забывая отслеживать действия конкурентов и мировой опыт.

Обращаясь к приведенному примеру, можно говорить о трех вари-

антах принципиальной схемы многопозиционной установки вакуумного

нанесения тонких пленок:

1) установке с линейным транспортером и двусторонним располо-

жением рабочих и шлюзовых камер (см. рис. 7.3);

2) установке с линейным транспортером и односторонним размеще-

нием камер (рис. 7.5, а);

3) установке с центральной транспортной камерой и расположением

рабочих и шлюзовых камер по окружности (рис. 7.5, б).

Во всех трех вари-

антах технология нане-

сения, а также конст-

руктивное исполнение

функциональных моду-

лей рабочих и шлюзо-

вых камер (см. рис. 7.2)

идентичны, а следова-

тельно, показатели об-

щей стоимости и произ-

водительности не могут

отличаться существен-

но; критериями выбора

являются в первую оче-

редь занимаемая пло-

щадь и удобство обслу-

живания установки, а

также предшествующий

опыт разработчиков как

некая гарантия надежно-

сти установки в работе.

Глава 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПОСТАВКА ОБОРУДОВАНИЯ

Рис. 7.5. Варианты принципиальной схемы

многопозиционной установки нанесения

тонкопленочных покрытий:

а – с линейным расположением позиций;

б – с расположением позиций по окружности;

1 и 6 – шлюзовые камеры соответственно для

заготовок и для готовых изделий;

2 – 5 – технологические камеры; 7 – линейный

транспортер; 8 – спутник с изделиями;

9 – центральная вакуумная камера; 10 – поворотный

манипулятор

247

Второй вариант (см. рис. 7.5, а) привлекателен по доступу ко всем

механизмам при наладке и устранении отказов, но он предполагает сущест-

венную разницу в линейных габаритных размерах по длине и ширине, а за-

казчиком заданы площади с сопоставимыми размерами длины и ширины.

Что касается схемы, выполненной по варианту, показанному на

рис. 7.5, б, то она привлекательна тем, что единый поворотный манипу-

лятор может выполнять функции и передачи изделий из позиции в пози-

цию, и ввода-вывода из камеры; в схемах по первому и второму вариан-

там для этого необходимо иметь два вида механизмов с их дублировани-

ем по позициям. Такая схема популярна и применяется, однако у кон-

кретного разработчика достаточного опыта по данным компоновкам не

было. Кроме того, общие габаритные размеры оказываются большими и в

требования ТЗ укладываются с трудом. Поэтому и был выбран первый

вариант (см. рис. 7.3).

Вариантность на этапе эскизного проекта сводится прежде всего к

выбору вариантов реализации кинематики, пневмогидравлической, ваку-

умной, газовой схем, а также их состава и комплектации.

Здесь несколько иной состав критериев сравнительного анализа и

расчета выбора (см. табл. 7.2). Количественные критерии соседствуют с

качественными, проектные решения более субъективны, чем для машины

в целом, так как важнейшим фактором (пока в неясном виде) становится

фактор надежности механизмов и устройств в работе, что определяется и

схемными, и конструктивными решениями.

Полезной в данном случае может оказаться некоторая формализация

процесса качественного анализа, например табличным методом. Для это-

го прорабатывается, с одной стороны, перечень альтернативных вариан-

тов, что следует делать в эскизной форме, желательно с численными ха-

рактеристиками, с другой – перечень критериев сравнения (количествен-

ных и качественных).

Вся эта информация сводится в единую таблицу, где для каждого вари-

анта фиксируются относительные достоинства и недостатки по каждому из

критериев в системе "плюс-минус", т.е. в качественном виде даже там, где

критерии носят количественный характер, например быстродействие, стои-

мость, габаритные размеры и т.п. (примеры см. далее, табл. 7.3 и др.).

Если критериальные оценки "единодушны", т.е. один из вариантов

имеет одни "плюсы", то выбор бесспорен. Однако именно для таких си-

туаций и не нужно делать никаких дополнительных анализов, ибо тако-

вые решения уже являются типовыми, принятыми, внеконкурентными.

ВАРИАНТНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

248

Интерес представляют противоречивые ситуации, когда достоинства

и недостатки по различным критериям не совпадают. В этих случаях не-

обходимо выделить наиболее значимые критерии для данной, конкретной

ситуации и провести по ним повторное сравнение.

В конечном итоге, выбор определяется личностью разработчика, его

талантом и опытом, характером мышления, симпатиями и антипатиями.

Любые количественные и качественные факторы, виды формализации и

т.д. способны лишь придать этому мышлению более упорядоченный ха-

рактер.

Пример 2. Выбор вида звеньев настройки технологических режи-

мов токарного оборудования. Варианты звеньев настройки:

А) коробка скоростей с передвижными блоками шестерен (рис. 7.6, а);

Б) гитара сменных шестерен (рис. 7.6, б);

В) механический вариатор с бесступенчатым регулированием;

Г) сменные шкивы (рис. 7.6, в);

Д) электродвигатель постоянного тока;

Е) электродвигатель переменного тока с регулируемой частотой.

Критерии сравнительной оценки приведены в табл. 7.2.

Отметим, что перечни и вариантов, и критериев сравнительной оценки можно

составлять в любой последовательности – в том порядке, который приходит на ум.

Примерный перечень критериев для данной ситуации приведен в табл. 7.3. Крите-

рий "дополнительные габаритные размеры" включает в себя расширение как са-

мого привода, так и площади для хранения сменных шестерен, шкивов и т.д.

Критерий "ступенчатость регулирования" имеет двоичную оценку: бесступенча-

тое регулирование – плюс, ступенчатое – минус.

Перечень критериев в любых ситуациях может быть расширен, однако он не

должен содержать параметров, которые необходимо непременно обеспечить,

например по прочности.

Имея перечень вариантов и критериев их сравнения, составляем таблицу –

матрицу 7.3, плюсами отмечаем сравнительные достоинства, минусами – недос-

татки, также в сопоставлении.

Прокомментируем кратко некоторые варианты.

Применение коробок скоростей и подач (см. pиc. 7.6, а) приводит к увели-

чению габаритных размеров и массы шпиндельной бабки станка, так как незави-

симо от конкретного маршрута потока мощности все шестерни остаются в соста-

ве привода, хотя дополнительные стоимость и масса привода в целом меняются

мало. Переключение режимов проводится почти мгновенно, вручную, достаточно

удобно (автоматические коробки передач в примере не рассматриваются, хотя

при желании это можно сделать дополнительно по той же методике). Передавае-

мая мощность и диапазон регулирования могут быть без труда обеспечены соот-

ветствующими прочностными и кинематическими расчетами.

Применение гитар сменных шестерен – самый дешевый вариант; габарит-

ные размеры привода минимальны, но сменные шестерни нужно где-то хранить.

Замена шестерен занимает немалое время и выполняется вручную, хотя и без

каких-либо неудобств.

Глав

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПОСТАВКА ОБОРУДОВА

ИЯ

249

Рис. 7.6. Варианты кинематики станков с различными звеньями настройки:

а – с коробкой скоростей; б – с гитарой сменных шестерен;

в – со сменными шкивами; М – мотор; 1 и 2 – сменные шестерни и

шкивы соответственно

Достоинства вариаторов – бесступенчатое регулирование и минимальные

сроки настройки, недостатки – ограниченность передаваемой мощности и не-

удовлетворительная надежность, что предопределяет их применение в несиловых

передачах.

Так какие же звенья настройки следует применять в токарном оборудова-

нии? Отпадают варианты В – из-за ограниченности передаваемой мощности и Г

(сменные шкивы) – из-за недостаточности диапазона регулирования (хранить где-

то большое количество шкивов – неразумное решение).

ВАРИАНТНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

250

7.3. Сравнительные характеристики звеньев

настройки технологических режимов

Варианты

Критерии сравнительной оценки

А Б В Г Д Е

Конструктивная простота, стои-

мость, масса

–

⊕

– – – –

Дополнительные габаритные

размеры

+ – – – – –

Ступенчатость регулирования – + – + +

Автоматизация настройки – – + –

⊕ ⊕

Передача мощности + + – + + +

Надежность в работе + + – + – +

Мобильность настройки

⊕

– + – + +

Удобство настройки

⊕

+ + – + +

Диапазон регулирования

+ + – – + +

Остальные звенья настройки применяются широко – в зависимости от вида

токарного оборудования, его особенностей и требований.

В универсальных токарных станках наиболее важны малая стоимость (сам

станок дешевый) и быстрота переключения, что приходится делать весьма часто.

Ручной характер переключения не проблема, ибо в целом токарь выполняет ог-

ромное количество ручных приемов (зажим и разжим заготовок, подвод и отвод

суппортов, замена и настройка инструментов на размер, включение и выключе-

ние двигателя и т.д.), переключение рукоятками блоков шестерен мало изменяет

общую интенсивность обслуживания – было бы удобно.

В токарном оборудовании с ЧПУ режимы необходимо переключать столь

же часто, как на универсальных станках, но других операций ручного обслужи-

вания в пределах рабочего цикла нет, поэтому и переключения надо выполнять

только автоматически.

Многошпиндельные токарные автоматы работают в условиях массового и

крупносерийного производства, их переналадка проводится редко. Время кине-

матической перенастройки не главный фактор, как и ступенчатость регулирова-

ния.

Итак, для универсальных токарных станков важнейшие критерии выбора

звеньев кинематической настройки – минимальное время и удобство (отмечены

кружком в табл. 7.3), поэтому повсеместно применяются коробки скоростей и

подач, в частности автоматизированные коробки скоростей (АКС), что ускоряет и

облегчает переключение блоков шестерен, но увеличивает массу, габаритные

размеры, стоимость. Приходится выбирать, что важнее.

Глава 7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПОСТАВКА ОБОРУДОВАНИЯ