Глава 6. Организация и управление автоматизированным производством

6.1. Виды и организационно-технические особенности создания и эксплуатации автоматических линий

Дальнейшим развитием поточного производства является его автоматизация, в которой сочетаются непрерывность производственных процессов с их автоматическим выполнением.

Степень автоматизации производственных процессов может быть различной. При частичной автоматизации часть функций по управлению оборудования автоматизирована, а часть – выполняется рабочими-операторами (полуавтоматические комплексы). При комплексной автоматизации все функции управления автоматизированы, рабочие только налаживают технику и контролируют ее работу (автоматические комплексы).

При комплексной автоматизации производственных процессов должна применяться такая система автоматических машин, при которой процесс превращения исходного материала в готовый продукт происходит от начала до конца без физического вмешательства человека. Для этого требуется автоматизация не только технологических, но и всех вспомогательных и обслуживающих операций.

Комплексная автоматизация производственных процессов является главным направлением технического прогресса, обеспечивающим дальнейший рост производительности труда, снижение себестоимости и улучшение качества продукции. Этапы развития автоматизации производства определяются развитием средств производства, электронно-вычислительной техники, научных методов технологии и организации производства.

На первом этапе автоматизации были созданы жесткие заводы-автоматы. Для второго этапа характерно появление электронно-программного управления: были созданы станки с ЧПУ, линии, содержащие оборудование с программным управлением. Третий этап развития автоматизации – применение микропроцессорной техники, промышленных роботов, робототехнических комплексов (РТК), гибких производственных систем.

Более высокий уровень автоматизации характеризуется созданием автоматических заводов будущего, оснащенных оборудованием с искусственным интеллектом.

Типичным примером комплексной автоматизации является автоматическая линия (АЛ).

Автоматическая линия – это система согласованно работающих и автоматически управляемых станков (агрегатов), транспортных средств и контрольных механизмов, размещенных по ходу технологического процесса, с помощью которых обрабатываются детали или собираются изделия по заранее заданному технологическому процессу в строго определенное время (такт АЛ).

Роль рабочего на АЛ сводится лишь к наблюдению за работой линии, к наладке и подналадке отдельных механизмов, а иногда подаче заготовки на первую операцию и снятию готового изделия на последней операции. Это позволяет рабочему управлять значительным числом машин и механизмов. Характер труда рабочего меняется коренным образом и все более и более приближается к труду техника и инженера.

Автоматические линии классифицируются по следующим основным признакам.

По числу типов одновременно обрабатываемых деталей линии подразделяют на однопредметные (однономенклатурные) и многопредметные (многономенклатурные). На однопредметной автоматической линии одновременно обрабатываются детали одного наименования по одной или несколько штук (в многоместных приспособлениях). На многопредметной автоматической линии одновременно обрабатываются детали нескольких наименований и различных типоразмеров одного наименования.

По характеру движения обрабатываемых изделий между отдельными машинами автоматические линии делятся на синхронные и несинхронные.

Синхронная (жесткая) автоматическая линия, в которой изделия загружаются, обрабатываются, разгружаются и передаются от станка к станку одновременно или через кратные промежутки времени. Эти линии не имеют межоперационных активных заделов, поэтому в случае выхода из строя одного из станков все другие выключаются и линия простаивает.

Несинхронная (гибкая) автоматическая линия – это линия, в которой изделия обрабатываются ии передаются от станка к станку не одновременно, а через межоперационные накопители. В этих линиях имеются межоперационные активные заделы. В случае выхода из строя любого станка все другие продолжают работу до полного использования межоперационных заделов или отсутствия мест для их хранения. Активные заделы могут храниться в транспортерах или накопителях.

По характеру выполняемых операций – технологическому назначению – автоматические линии делятся на:

• на линии для выполнения одного вида технологических операций (например, механообрабатывающие, заготовительные, сборочные и др.);

• на линии для выполнения нескольких видов разнородных операций. Такие линии называются комплексными.

По способу транспортировки изделий автоматические линии подразделяются на линии непрерывной или периодической транспортировкой изделий.

Автоматические линии подразделяются также на непереналаживаемые и переналаживаемые.

Непереналаживаемые автоматические линии компонуются, как правило, из специальных станков и при переходе на другую конструкцию требуют значительной реконструкции.

Переналаживаемые автоматические линии компонуются из специализированных и даже универсальных станков. Эти станки могут обрабатывать не одну, а ряд деталей в широком диапазоне габаритов, форм и размеров.

Основным параметром (нормативом) АЛ является производительность. Производительность линии считают по производительности последнего выпускного станка. Различают технологическую, цикловую фактическую, потенциальную производительность линии.

Технологическая производительность определяется по формуле:

,

где – время непосредственной обработки детали (рабочих ходов станка, автомата линии), т. е. основное время ( ).

Цикловая производительность рассчитывается по формуле:

,

где – продолжительность рабочего цикла; – время холостых ходов рабочей машины, связанных с загрузкой и разгрузкой, межстаночным транспортированием, зажимом и разжимом деталей, т.е. вспомогательное время (t_в).

Для большинства автоматических линий продолжительность рабочего цикла и всех его элементов остается неизменной в процессе работы машины, поэтому значения технологической и цикловой производительности являются постоянными величинами. В реальных условиях периоды бесперебойной работы рабочей машины АЛ чередуются с простоями, вызванными различными организационными причинами. Вследствие этого фактическая производительность автоматической линии определяется по формуле:

,

где – коэффициент использования рабочей машины во времени; – цикловая производительность рабочей машины.

Коэффициент (организационно-технический уровень) может быть рассчитан по формуле:

,

где – время работы рабочей машины за плановый период (эффективный фонд времени); – время простоя рабочей машины за тот же период; – время внецикловых простоев, приходящихся на единицу продукции.

Все простои оборудования делятся на собственные ( ) и организационно-технические ( ).

Собственные простои функционально связаны с конструкцией и режимом работы линии. Их величина определяется конструктивным совершенством линии, ее надежностью в работе, квалификацией обслуживающего персонала и др. К ним относятся простои, связанные с регулировкой механизмов, подналадкой и текущим ремонтом оборудования, сменой инструмента и т. д. Организационно-технические простои обусловлены внешними причинами, функционально не связанными и не зависящими от конструкции АЛ и системы ее обслуживания. Это – отсутствие заготовок, несвоевременный приход и уход рабочего, брак на предыдущих операциях и другие виды организационного обслуживания ( ).

С учетом потерь времени только по причинам технического обслуживания определяется потенциальная производительность автоматической линии:

.

Технический уровень этой линии (коэффициент технического использования):

.

Организационно-технический уровень (коэффициент общего использования):

.

Важнейшим календарно-плановым нормативом автоматической линии, характеризующим равномерность выпуска продукции является такт (или ритм потока). Он определяется суммарным временем обработки изделия (t_м), временем установки, закрепления, раскрепления и снятия, а также транспортировки его с одной операции на другую (t_х):

.

Автоматические линии с гибкой связью оснащаются, как правило, независимым межоперационным транспортом, позволяющим передавать детали с операции на операцию независимо от другой. После каждой операции на линии создается бункерное устройство (магазин) для накопления межоперационного задела, за счет которого осуществляется непрерывная работа станков.