Введение

Увеличение объема выпуска продукции и снижение ее себестоимости неизбежно связаны с автоматизацией производственных процессов. Автоматизация производства влечет за собой повышение производительности труда, рост объемов выпуска продукции, повышение качества продукции, сокращение доли человеческого труда в производственном процессе и интеллектуализацию человеческого труда. Прогресс производительных сил общества в современных условиях определяется степенью автоматизации производства. В странах с более высоким уровнем автоматизации производства обеспечивается более высокий уровень жизни населения.

Автоматизация производства в развитых странах идет высокими темпами и влечет за собой сокращение доли населения, участвующего в производстве. Предполагается, что в промышленном производстве развитых стран будет занято только около двух процентов трудоспособного населения. Это будут, в основном, специалисты высокой квалификации.

Основу производства представляют технологические процессы разного назначения. Автоматизация технологических процессов является наиболее сложной задачей. Современные средства автоматизации представляют комплекс машин и механизмов с электронными и компьютерными системами управления.

Несмотря на разнообразие технологических процессов в различных видах производства, их автоматизация базируется на общих принципах. Знание этих принципов позволяет специалисту по автоматизации работать на разных производствах и легко адаптироваться к решению конкретных задач автоматизации. Наибольший опыт автоматизации технологических процессов накоплен в области машиностроения и приборостроения. Именно для этих отраслей разработаны и широко используются многочисленные средства автоматизации различного назначения, которые находят применение и в других отраслях (например, широко распространенные промышленные роботы).

Рассматривая производство в целом как объект автоматизации, следует выделить производства массовые, характеризующиеся большими объемами выпуска продукции ограниченной номенклатуры, и производства многономенклатурные (серийные), характеризующиеся выпуском ограниченных по величине партий продукции широкой номенклатуры. Для массовых производств первостепенное значение имеет обеспечение высокой производительности. Для многономенклатурных производств большое значение приобретает фактор гибкости производства, заключающийся в возможности автоматизированной перестройки производства при смене выпускаемой продукции.

1 Основы автоматизации технологических процессов и производств

1.1 Современная концепция автоматизации производства

П ромышленное производство призвано удовлетворять потребности общества в промышленной продукции. При возникновении в обществе потребности в новой или модернизированной промышленной продукции (возникновение спроса на продукцию) потенциальный производитель осуществляет ее проектирование и подготовку производства, после чего начинается само производство (рис. 1). Производство продукции продолжается пока существует спрос на нее, и реализация продукции приносит прибыль.

В производственном процессе выпуска новой или модернизированной продукции можно выделить ряд основных этапов. На первом этапе осуществляется проектирование продукции, в процессе которого разрабатывается техническая документация (технический проект и рабочая документация) на продукцию и проводятся необходимые исследования для обеспечения требуемого уровня потребительского качества продукции.

На основании разработанного проекта осуществляется проектирование технологии изготовления продукции и подготовка ее производства. После завершения пуско-наладочных работ и приемно-сдаточных испытаний оборудования и технологических процессов начинается непосредственно производство продукции, которая реализуется конечным потребителям.

Каждый этап производственного процесса требует определенного (порой весьма значительного) времени и привлечения материальных и людских ресурсов. Все это обуславливает необходимые затраты на производство продукции. Производство может существовать и развиваться только в том случае, когда цена реализации продукции выше затрат на ее производство и производителю обеспечивается достаточная прибыль. В то же время в условиях рыночного хозяйства производитель стремится к максимальной прибыли.

Увеличению прибыли способствуют следующие обстоятельства:

• сокращение сроков на освоение выпуска новой или модернизированной продукции с целью опережения конкурентов и монополизации ценообразования на продукцию (возможность установления максимальной цены продукции);

• сокращение затрат на проектирование продукции, подготовку ее производства и само производство;

• повышение потребительского качества продукции и ее конкурентной способности.

Для сокращения временных затрат необходимо либо привлечение дополнительных материальных и людских ресурсов, либо интенсификация производственных процессов на всех этапах производства, либо сочетание обоих факторов. Наиболее предпочтителен путь интенсификации производства, который связан с необходимостью повышения производительности труда. Основным средством повышения производительности производственных процессов является их автоматизация.

В развитых странах до 80 % производственных затрат составляет оплата труда участвующих в производстве людей. Следовательно, доминирующим фактором сокращения производственных затрат является сокращение в производстве доли человеческого труда, что опять-таки требует автоматизации производства.

Повышение производительности труда позволяет в приемлемые сроки провести больший объем исследований, больший объем работ по доводке продукции и технологии ее изготовления, оптимизировать продукцию и ее производство. Это влечет повышение потребительского качества продукции и ее конкурентную способность.

Таким образом, основным средством повышения эффективности производства является его комплексная автоматизация. Комплексная автоматизация предполагает автоматизацию как интеллектуальных функций людей, занятых в производстве, так и их физических функций, связанных с производством. Необходима автоматизация: процессов проектирования новой или модернизированной продукции; процессов научных исследований, выполняемых в интересах производства; процессов подготовки производства; процессов управления производством и технологическими процессами; а также самих технологических процессов производства продукции.

Подход к решению задачи автоматизации производства зависит от объема производства данного вида продукции. По этому признаку производство может быть массовым и многономенклатурным (серийным). При массовом производстве продукция определенного вида производится в больших количествах и в течение продолжительного периода времени. Серийное производство характеризуется большой номенклатурой производимой продукции, выпускаемой ограниченными партиями с частыми сменами вида продукции.

При автоматизации массового производства допустимы значительные затраты на автоматизацию производства данного вида продукции, поскольку их компенсация требует приемлемого роста цены продукции. Например, затраты на автоматизацию производства в 500 тыс. руб. при производстве партии изделий в 500 тыс. шт. могут быть компенсированы повышением цены одного изделия всего на 1 руб.. Следовательно, при массовом производстве допустимо (и в большинстве случаев желательно) использование специальных и специализированных средств автоматизации, предназначенных только для производства данной продукции и реализующих конкретные технологические процессы. Основной целью автоматизации массового производства является получение наивысшей производительности при выпуске определенной продукции.

Типичными примерами продукции массового производства являются подшипники качения, патроны к стрелковому оружию массового применения, одноразовые медицинские шприцы и др. Эта продукция производится непрерывно в течение многих лет без всяких изменений и потребляется в больших количествах.

Основными средствами автоматизации массового производства являются цикловые автоматы и автоматические линии с жестким рабочим циклом. Отсутствие необходимости перестройки рабочего цикла автомата или редко возникающая необходимость позволяют использовать в таких автоматах кулачковые и рычажные механизмы с заданной траекторией движения, кулачковые системы управления, командоаппараты и цикловые системы управления с аппаратной реализацией.

Технологические автоматы специального и специализированного назначения используются для автоматизации различных технологических операций. В области машиностроения и металлообработки, например, нашли широкое применение кулачковые токарные автоматы для изготовления фасонных деталей; копировальные автоматические станки токарной, фрезерной и шлифовальной групп; многорезцовые станки автоматы; многошпиндельные станки автоматы и др.

Иначе обстоит дело при многономенклатурном производстве. При выпуске, например, партии изделий в 100 шт. отсутствует реальная возможность (с точки зрения экономической эффективности) компенсации больших затрат на автоматизацию производства именно данного вида изделия. Значительные затраты на автоматизацию производства здесь окупятся только в том случае, если используемые средства автоматизации пригодны для производства и других видов изделий, т.е. обладают определенной универсальностью.

Следовательно, автоматизация многономенклатурного производства должна быть гибкой и обеспечивать возможность оперативного перехода на выпуск иного вида продукции. При этом сам такой переход, связанный с перестройкой технологических процессов, должен осуществляться либо автоматически, либо в автоматизированном режиме с наименьшими дополнительными затратами. Таким образом, автоматизация многономенклатурного производства существенно отличается от автоматизации массового производства и требует более сложных принципиальных решений по сравнению с массовым производством.

Если учесть, что массовое производство промышленной продукции занимает менее 20 % в общем объеме производства, то становится очевидной актуальность гибкой автоматизации.

В основе современного автоматизированного производства лежит концепция "безлюдной" и гибкой технологии. "Безлюдная" технология предполагает высокий уровень автоматизации всех производственных процессов с сокращением доли человеческого труда на производстве в 20 и более раз. Предполагается, что полномасштабная реализация этой концепции приведет к тому, что в промышленном производстве ведущих стран будет занято только около 2 % трудоспособного населения.

Гибкая технология означает возможность выпуска в автоматизированном производстве произвольной номенклатуры изделий в любых количествах (вплоть до индивидуального производства). При этом все процессы создания или модернизации продукции и перестройки производства осуществляются в автоматизированном режиме.

Гибкая технология актуальна для производств с большой номенклатурой выпускаемой продукции при частом обновлении этой номенклатуры. Гибкая технология основана на широком использовании принципов программного управления, когда изменение управляющей программы ведет к изменению рабочего цикла объекта управления, что позволяет перестраивать рабочие циклы простой заменой управляющих программ.