Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

томатизируются процессы формовки, заливки металла и его остывания,

выбивки отливок и возврата опок к формовочным машинам. Решающая

роль принадлежит автоматизации при внедрении прогрессивных загото-

вок с минимальными припусками на механическую обработку. Как пра-

вило, все технологические процессы получения прогрессивных заготовок

методами профильного проката, холодной штамповки и т.д. отличаются

высокой степенью механизации и автоматизации.

Автоматизация все больше проникает во вспомогательные цехи (ин-

струментальный, ремонтный, модельный и др.), продукция которых ин-

дивидуальна и серийна даже при массовом характере основного производ-

ства. Развитие гидрокопировальных станков, электроискровой обработки и

станков с программным управлением позволило решить проблему автома-

тизированного изготовления штампов и других сложных изделий.

Автоматизация технологических процессов обработки и сборки дает

возможность значительно сократить число рабочих в основных цехах.

В результате большинство производственных рабочих сосредотачивается

не на основных процессах производства, а на вспомогательных и обслу-

живающих. Поэтому сейчас автоматизируют не только технологические

процессы обработки, но и все чаще другие звенья производственного

процесса, что позволяет решать задачи автоматизации в комплексе, по-

вышать эффективность средств, вкладываемых в автоматизацию.

Высокоэффективны и работы по механизации и автоматизации по-

грузки-разгрузки. В равной степени это относится к меж- и внутрицехо-

вому транспортированию изделий, накоплению и расходованию межопе-

рационных заделов.

Для транспортировки изделий между цехами и участками все боль-

шее применение находят различного рода конвейеры, в том числе с авто-

матическим адресованием и программным управлением. Все более слож-

ными и совершенными становятся транспортирующие системы автома-

тических линий, предусматривающие не только межстаночное транспор-

тирование, но и хранение заделов в автоматических магазинах-

накопителях.

Важнейшей задачей является автоматизация управления предпри-

ятием и, прежде всего, сбор и обработка текущей информации о состоя-

нии всех звеньев производственного процесса, системы учета и опера-

тивного планирования. Эта проблема решается с помощью электронных

вычислительных машин, которым под силу не только арифметические,

но и логические задачи, в том числе расчет оптимальных условий функ-

ционирования производственного процесса.

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Успехи автоматизации в различных стадиях и звеньях производст-

венного процесса создают условия для комплексной автоматизации.

Под комплексной автоматизацией следует понимать такую авто-

матизацию, которая охватывает весь комплекс производства изделия,

например автомобиля, когда все стадии его изготовления, начиная с ис-

ходных материалов и полуфабрикатов и кончая сборкой, автоматизиро-

ваны. Такое направление автоматизации позволяет обеспечить высокие

темпы технического прогресса, избежать отвлечения сил и средств на

осуществление отдельных процессов автоматизации, которые, решая

частную задачу производства одной или нескольких деталей машины, не

в состоянии сколько-нибудь поднять общий уровень производства.

На рис. 1.3 показана структурная схема подразделений предприятия

с предметной специализацией – завода по производству конденсаторов.

Электронная промышленность является отраслью, которая в силу

специфичности продукции и технологических процессов ее изготовления

лишь в малой степени может использовать стандартное технологическое

оборудование, выпускаемое другими отраслями: станкостроением, хими-

ческим машиностроением, электротехнической промышленностью и др.

Поэтому в отрасли организовано собственное производство специального

технологического оборудования и инструмента, всех видов электроваку-

умного стекла и керамики, литых постоянных магнитов, органических

пленок для конденсаторов из лавсана и т.д. В условиях разнообразной

номенклатуры выпускаемой продукции и частой сменяемости изделий,

поставляемых почти всем отраслям народного хозяйства, создание и раз-

витие в рамках отрасли собственной базы по производству специального

технологического оборудования, инструмента, специальных материалов

и других изделий внутриотраслевого применения позволяют в короткие

сроки разрабатывать, осваивать в производстве и организовывать массо-

вый и крупносерийный выпуск новых, отвечающих самым современным

требованиям изделий электронной техники.

Реплика. Рассмотренные вопросы имеют прямое отношение к содержа-

нию и направленности профилирующей инженерной подготовки.

Для инженеров-машиностроителей прежних формаций достаточно было

владеть вопросами создания технологий обработки, проектирования и эксплуа-

тации формообразующего или обрабатывающего оборудования в масштабах

конкретного технологического передела (литье, резание, сварка, термообработ-

ка и др.). Из-за низкой технической оснащенности процессов загрузки и транс-

портировки, накопления материалов, полуфабрикатов и изделий, технологиче-

ского и организационного управления и т.д. не возникало необходимости в фун-

даментальном их изучении и умении разрабатывать технические средства в

целом.

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Рис. 1.3. Структурная схема предприятия по производству конденсаторов

Применительно к современному машиностроению и металлообработке в

целом, с высокой степенью автоматизации, такая модель – модель "чистого"

инженера-механика – устарела.

Инженер-машиностроитель, технолог и конструктор должны обладать

помимо "традиционных" знаний и умений дополнительным квалификационным

диапазоном, как минимум, по следующим направлениям:

– технологии и средствам автоматической загрузки, ориентации,

транспортирования изделий в рамках технологических комплексов;

– технологии и средствам "технологического" управления, составляю-

щим САУ.

Иными словами, он должен быть инженером широкого профиля по авто-

матизации производственных процессов в машиностроении.

1.3. ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ.

ВОПРОСЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ

На современном уровне научно-технического и социального про-

гресса основной формой производства становится комплексно-

автоматизированное и высокомеханизированное производство, не только

массовое, но и серийное. Любые неавтоматизированные технологиче-

ские процессы следует рассматривать как частное, вынужденное реше-

ние, когда в конкретных условиях производства еще не возникли техни-

ческие и экономические предпосылки для автоматизации.

Источниками технического, экономического и социального эффек-

тов при внедрении автоматизированного оборудования любого техноло-

гического назначения являются: 1) повышение качества выпускаемой

продукции по сравнению с качеством продукции неавтоматизированного

производства; 2) повышение производительности – количества годной

продукции, выдаваемой машиной или системой в единицу времени;

3) сокращение ручных работ и трудоемкости обслуживания оборудова-

ния в процессе его функционирования и т.д.

Исследования и анализ показывают, что для непрерывного произ-

водства основным источником экономического эффекта является улуч-

шение качества (сортности) продукции, для дискретного – повышение

производительности машин путем интенсификации технологических

процессов, совмещения операций, сокращения простоев.

Все технологические процессы неавтоматизированного производст-

ва имеют низкий технико-экономический потенциал вследствие своей

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

невысокой интенсивности, отсутствия концентрации операций, их со-

вмещения во времени. Одностороннее замещение функций человека в

системах, которые десятилетиями складывались применительно к его

ограниченным возможностям, неперспективно.

Генеральное направление комплексной автоматизации производст-

венных процессов – не в замене человека при обслуживании машин и ап-

паратов, а в создании таких высокоинтенсивных технологических про-

цессов и высокопроизводительных средств производства, которые были

бы вообще невозможны при непосредственном участии человека. Пра-

вильное понимание сущности автоматизации, ее основной направленно-

сти – необходимая предпосылка формирования научных принципов и

основ технической политики в области автоматизации на производствен-

ном уровне.

Немалое количество спроектированного автоматизированного обо-

рудования оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработ-

чиков были направлены на "искоренение" ручных операций, а вопросы

качества продукции, быстродействия машин и их надежности при этом

оставались на заднем плане или трактовались как второстепенные.

Правильные общие лозунги типа "ручной труд – на плечи машин"

иногда понимаются формально, а автоматизацию пытаются свести к соз-

данию технических средств, имитирующих ручные действия человека

при манипулировании или управлении машинами.

В результате появляется новая техника, работающая по безлюдной

технологии, но громоздкая и дорогая, малопроизводительная и ненадеж-

ная, а в итоге неэффективная.

Особенность современного этапа научно-технического прогресса

состоит в том, что определяющим фактором при разработке новой техни-

ки становится ограниченность ресурсов. Поэтому необходимо так выби-

рать число объектов разработки, чтобы получать наилучшие результаты

при реальных возможностях.

В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному

техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где

можно добиться желаемого вследствие применения прогрессивной тех-

нологии: новых методов и процессов, концентрации операций, многопо-

зиционной и многоинструментальной обработки; в тактическом – избе-

гать развертывания работ или тиражирования технических средств, по

которым не просматриваются конечные результаты или последние вы-

глядят односторонними. При этом в конкретных производственных усло-

виях следует руководствоваться рядом принципов технической политики.

ПРИНЦИПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Первый принцип – достижение конкретных результатов. Систе-

мы и средства автоматизации должны не просто имитировать и замещать

действия человека, а выполнять производственные функции быстрее и

лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными. Изменение

численности какой-либо категории работающих или замена ручного ма-

нипулирования автоматическим не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что 60…70 % экономи-

ческого эффекта получается благодаря более высокой производительно-

сти автоматизированного оборудования по сравнению с неавтоматизиро-

ванным; 15…20 % – от повышения или стабилизации качества продукции

и лишь 10…15 % – вследствие экономии фонда заработной платы.

Поэтому при планировании и обосновании работ по автоматизации

производства необходимо предварительно проанализировать, как могут

повлиять намечаемые мероприятия, прежде всего, на качество и количе-

ство выпускаемой продукции и только потом – на численность обслужи-

вающего персонала. Обязательное условие – обеспечение заинтересован-

ности всех рабочих во внедрении автоматизированного оборудования и

его успешном функционировании.

Второй принцип – комплексность подхода. Все важнейшие ком-

поненты производственного процесса: объекты производства, техноло-

гия, основное и вспомогательное оборудование, системы управления и

обслуживания, удаление отходов, кадры – должны быть рассмотрены и

решены на новом, более высоком уровне. Иногда достаточно не учесть

хотя бы один компонент производственного процесса, например конст-

рукцию изделия, и вся система мероприятий по автоматизации окажется

неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить автомати-

зацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, например созда-

нию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при

сохранении отсталой технологии.

Третий принцип – необходимость. Средства автоматизации, вклю-

чая самые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там,

где их можно приспособить, а в первую очередь там, где без них нельзя

обойтись.

Значимость современных средств электроники и вычислительной

техники не только и не столько в замене функций человека при обслужи-

вании известных машин, сколько в открывающихся возможностях созда-

ния на их основе

средств производства, которые раньше не могли быть

созданы. Так, современные установки электронной литографии, контроля

интегральных схем и другие могли быть построены лишь на основе мик-

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

ропроцессорного управления, потому что управление процессами, кото-

рые там осуществляются, выходит за рамки физических возможностей

человека.

Четвертый принцип – своевременность: внедрение и тиражирова-

ние недостаточно созревших технических решений недопустимо. К со-

жалению, часто стремятся к быстрейшему тиражированию недостаточно

отработанных конструкций, а только доведенных до уровня, "способных

функционировать". В конечном итоге волевое внедрение дорогих, мало-

надежных и тихоходных систем и средств автоматизации лишь дискре-

дитирует их.

Более подробно о проблемах развития и внедрения технических

новшеств, альтернативности традиционных и новых технологий и

средств производства см. в Заключении.

1.4. СТУПЕНИ АВТОМАТИЗАЦИИ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Современное производство – главным образом машинное, в котором

процессы (технологические, вспомогательные, управления) выполняются

в основном машинами.

Машина – это сочетание механизмов и устройств, осуществ-

ляющих определенные целесообразные действия по преобразованию

энергии или информации, выполнению полезной работы.

Категории машин:

• машины-двигатели (энергетические машины), преобразующие

один вид энергии в другой, например механическую в электрическую

или наоборот (электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, паро-

вые и водяные турбины и т.д.);

• вычислительные машины, передающие и преобразующие ин-

формацию; здесь почти исключительно применяются электронные вы-

числительные машины (ЭВМ);

• рабочие машины, выполняющие работы по преобразованию фор-

мы и размеров, физико-химических свойств и т.д., объектов производства и

их положения в пространстве. По последнему признаку различают техно-

логические и транспортные рабочие машины.

Все виды машин призваны реализовать определенные технологии

(информационные, энергетические, транспортные) (см. разд. 1.2).

Обязательными признаками технологических рабочих машин явля-

ются: источник энергии, передаточные, исполнительные, управляющие и

базовые (корпусные) устройства. Если отсутствует хотя бы один из дан-

СТУПЕНИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

ных компонентов (например, источник движения), то это не машина, а

просто механизм, приспособление, устройство.

Источник движения (двигательный механизм) и передаточные уст-

ройства часто объединяются общим термином "привод машины".

Главным в машине является исполнительный механизм, опреде-

ляющий технологические возможности и диапазон воздействий, которые

она способна осуществлять. Если эти технологические воздействия одно-

родны, например только токарная обработка, только вакуумирование и

т.д., то именно эти технологии дают название машине. Помимо машины

эквивалентными обобщенными наименованиями, принятыми в техниче-

ской литературе, являются: станок, агрегат, установка (токарный станок,

сварочный агрегат, установка вакуумного напыления и т.д.).

Технологическое назначение машины, как правило, непосредствен-

но не связано с конкретными объектами производства: так, на универ-

сальном токарном станке можно обточить, расточить, отрезать практиче-

ски любую деталь в зависимости от габаритных размеров, мощности,

точностных возможностей станка.

Если в системе машин реализуются разнородные процессы, ее на-

звание часто исходит из функционального назначения, например линия

изготовления колец подшипников, древесно-стружечных плит и т.п.

В процессе эксплуатации машин выполняются следующие функции

(см. разд. 1.2):

• основные технологические, ради которых и создается машина;

• вспомогательные, непосредственно относящиеся к работе дан-

ной машины (подача изделий, их ориентация и закрепление, подвод и

отвод рабочих органов и т.п.);

• вспомогательные системные, обеспечивающие нормальную ра-

боту машины (обеспечение обрабатываемым материалом, инструментом,

вспомогательными средствами; транспортировка полученной продукции,

ее межоперационная передача, контроль и складирование);

• управляющие по отношению к технологическим и непосредст-

венным вcпoмoгaтeльным процессам (локальное управление);

• управляющие системные, связанные со всеми обеспечивающими

процессами, когда машина работает как часть системы;

• обслуживающие – связанные с поддержанием работоспособно-

сти машин и их механизмов (наладка и переналадка, устранение отказов

в работе, ремонт и межремонтное обслуживание).

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ

Эти функции могут выполняться:

• полностью человеком, в том числе с использованием техниче-

ских средств, облегчающих и ускоряющих его действия;

• с частичным участием человека, при распределении обязанно-

стей между ним и механизмами и устройствами;

• полностью автоматизированно, без участия человека.

Большинство технологических рабочих машин – циклического (дис-

кретного) действия с чередованием во времени основных технологиче-

ских и вспомогательных функций в течение времени получения одного

изделия или порции изделий, выдаваемых за цикл:

хр

ttT += , (1.1)

где Т – длительность цикла;

– время рабочих ходов;

– время холостых ходов цикла.

Реплика. В технической литературе часто применяются термины "ма-

шинное время" и "вспомогательное время". Они утвердились в эпоху неавтома-

тизированного производства, когда машина (станок) выполняла лишь непосред-

ственно технологические функции, и это время было действительно "машин-

ным". А во всем остальном человек "вспомогал" машине (загрузка, закрепление и

др.). В автоматических машинах и линиях в пределах рабочего цикла нет "нема-

шинного" времени, технологические и вспомогательные процессы с позиций кон-

структивной реализации и управления равноправны (см. примеры в гл. 8 и 9).

Поэтому далее используются термины "рабочий ход", когда выполняется

основная функция рабочей машины, и "холостой ход", когда машина работает,

но с позиции функционального назначения время тратится вхолостую.

Нулевая ступень автоматизации – это неавтоматизированные ра-

бочие машины, где без участия человека выполняются лишь основные

технологические функции. Если и непосредственное выполнение техно-

логических операций (покраска, сварка и т.п.) требует участия человека,

то это не машина.

Функционально неавтоматизированная рабочая машина включает в

себя: двигатель как источник энергии, передаточные механизмы, испол-

нительный механизм. Последний содержит лишь механизмы рабочих

ходов.

Вспомогательные функции (загрузка и съем изделий, их закрепле-

ние и открепление и т.д.) выполняются человеком вручную или с исполь-

зованием средств механизации. Системы управления в общем виде все-

гда включают в себя, как минимум, два компонента: 1) "командоаппарат"

как главный управляющий орган и 2) средства управления (связи с объ-

СТУПЕНИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

ектом). В данном случае командоаппаратом является сам человек, а сред-

ствами управления – различные кнопки, рукоятки, лимбы и т.д., которы-

ми он и осуществляет управление.

Первая ступень автоматизации – это автоматизация отдельных

машин, создание машин-автоматов и полуавтоматов.

Автоматом называется самоуправляющая рабочая машина, кото-

рая самостоятельно выполняет все рабочие и холостые ходы и нуждается

лишь в наладке и контроле функционирования. В соответствии с этим

функциональная схема кроме двигателя, привода и рабочих механизмов

(что обязательно для любой машины!) всегда включает в себя комплект

механизмов холостых ходов и управления (рис. 1.4), что и является кон-

структивными признаками автоматов.

Рис. 1.4. Структурные схемы машин-автоматов:

а – на механической основе; б – с микропроцессорной САУ

Глава 1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ АВТОМАТИЗАЦИЯ