Тема 9. Организация автоматического производства

1. Общая характеристика автоматического производства

2. Гибкие производственные системы

3. Области применения и экономическая эффективность

Вопросы для самопроверки

 

1. Общая характеристика автоматического производства

Процесс развития автоматизации на промышленных предприятиях прошел ряд этапов. На первом этапе проводилась автоматизация отдельных операций или их групп с полным или частичным освобождением рабочего от выполнения трудоемких, вредных, монотонных операций. В этих условиях создавались полуавтоматы и автоматы.

Полуавтомат - это такая машина, цикл работы которой в конце выполнения; операции автоматически прерывается, и для его возобновления необходимо вмешательство рабочего. Так, металлорежущий, станок-полу-автомат весь цикл обработки заготовки производит автоматически, но для установки ее, пуска станка, снятия детали требуются действия рабочего.

Автомат - представляет собой саморегулируемую рабочую машину, которая выполняет все элементы обработки, кроме контроля и наладки. Автоматы работают в металлообрабатывающем, литейном, сварочном и других видах производства.

При применении автоматов и полуавтоматов для выполнения отдельных операций, т.е. при частичной автоматизации производственного процесса, как правило, применяются непоточные методы организации производства, организуется многостаночное обслуживание.

Второй этап развития автоматизации характеризуется появлением автоматической линии, т.е. автоматической система машин, расположенных по ходу технологического процесса к осуществляющих без непосредственного участия человека в определенной последовательности и с заданным ритмом технологические операции по изготовлению продукции. Человеком выполняются операции наладки и управления.

Автоматические линии являются дальнейшим развитием поточных. Они, так же, как и поточные могут быть одно- и многопредметными. Важной характеристикой автоматических станочных линий является способ кинематической связи оборудования, которая может быть жесткой и гибкой.

При жесткой связи все оборудование линии связано в жесткую систему единым транспортером, перемещающим обрабатываемые предметы с операции на операцию одновременно в соответствии с заданным ритмом. Основной недостаток линий с жесткой связью состоит в том, что остановка одного из станков требует остановки всей линии, если в линию включается довольно большое количество станков с невысокой степенью надежности, то такая линия может оказаться неэффективной.

На линиях с гибкой кинематической связью между каждой парой' смежных станков / или их группой/ имеется независимое транспортное устройство и накопитель деталей /бункер/. В случае отказа одного из станков остальные работают за счет имеющегося задела в межоперационных накопителях. Линия меньше простаивает из-за отказов, однако она более сложна в конструктивном отношении, дороже и, кроме того, увеличивает незавершенное производство.

Одним видов автоматических поточных линии являются роторные, обработка; деталей на которых осуществляется в процессе непрерывного перемещения этих деталей вместе с обрабатывающим инструментом. Ротор представляет собой барабан, на периферии которого расположены рабочие инструменты, смонтированные в быстросъемных блоках, и рабочие органы, сообщающие инструментам в процессе вращения ротора необходимые перемещения. Каждый инструмент на различных участках своего пути производит определенные части операции. В секторе питания инструмент получает заготовку, в рабочем секторе он совершает все движения по обработке детали, в секторе выдачи обработанная деталь освобождается и удаляется.

Роторы легко объединяются в автоматические линии: для этого их располагают в требуемой последовательности, связывают общим привоя дом и транспортным устройством.

Третий этап автоматизации - организация комплексно автоматизированных участков ,цехов и заводов в целом с использованием электронно-вычислительной техники. К тому времени наряду с достигнутой автоматизацией основных операций оставался еще большим удельный вес вспомогательных операнда /загрузка-разгрузка линий, установка и снятие деталей и т.д./, выполняемых вручную. Практика показала, что многие, виды ручного труда невозможно автоматизировать традиционными средствами автоматизации: необходимо воспроизвести в машине универсальные движения человеческих рук. Таким образом, возникла необходимость в создании и широком применении промышленных роботов.

Промышленный работ – техническое устройство, которое позволяет воспроизвести двигательные /роботы низших уровней/ функции человека при выполнении производственных операций и умственные /роботы высших уровней/. Наряду с термином "промышленный робот" употребляется понятие устройства, называемое манипулятором. Манипулятором называют машину для выполнения вспомогательных операций, связанных с изменением положения материала, заготовки, изделия при их обработке или сборке.

Начало работ по созданию промышленных роботов относится к концу 60-х годов XX века. В это время был создан в СССР первый отечественный робот "Универсал 50". В 80-е годы в СССР эксплуатировалось около 5000 роботов, в Японии - более 14 000, в США - ок. 3 500, в Германии - более 1300.

За короткий период развития роботов произошли значительные изменения в их системах управлениями функциях, что привело к делению промышленных роботов нa три поколения:

I поколение - роботы работают по жесткой программе действий; обратная связь со средой осуществляется датчиками положения руки и наличия деталей.

II поколение - роботы обладают координацией движений и восприятием внешних факторов, сигнализируют об отклонении в технологии в работе оборудования и робота.

III поколение - роботы с искусственным интеллектом: понимают и исполняют команды человека, в них моделируются слух, зрение осязание. В настоящее время в стадии исследования находятся роботы 1У и У поколений, которые смогут вести диалог с человеком.

Возможности автоматизации производственных процессов во многом зависят от типа производства. Наиболее просто поддается автоматизации массовое производство, характеризующееся узкой специализацией рабочих мест, четкой и устойчивой направленностью потоков заготовок, материалов, деталей от одного рабочего места к другому, а также между цехами. Массовое производство характеризуется выпуском изделий с хорошо отработанной, неизменной конструкцией /хотя возможен выпуск нескольких близких по конструкций модификаций основного изделия/, высокой стабильностью технологических процессов на всех рабочих местах. Здесь развитие автоматизации ведет по пути создания комплексных автоматических линий, переналаживаемых на различные размеры деталей.

В серийном производстве трудность автоматизации связана с большой обновляемостью производственной программы течение отрезков года. При этом в процессе производства для улучшения технологических и эксплуатационных свойств продукции изменяют конструкцию изделий. Это требует гибкого использования производственного оборудования, создания предметно-замкнутых участков и групповых поточных линий, компонующихся на быстро переналаживаемых одно- и многопозиционных станков.

Особенно большие трудности встречаются при автоматизации мелкосерийного и единичного производства.

Их преодолению способствовало создание систем программного числового управления (ЧПУ) рабочими циклами станков. В станках с ЧПУ программа работы, станка задается цифрами.

В СССР серийное производство станков с ЧПУ началось с начала 1970-х г., к концу же 1985 года число единиц оборудования с программным управлением в промышленности составило более 125 тыс.

В настоящее время, все наиболее распространенные виды станков /токарные, револьверные, фрезерные, сверлильные, расточные и т.д./ оснащены системами ЧПУ. Практика выявила огромные технологические, организационные и экономические преимущества станков с ЧПУ: производительность их в сравнении с обычными станками выше примерно в 3-5 раз трудоемкость переналадки ниже на 60-70 %, так как переналадка станка заключается в замене программы; значительно сокращается потребность в производственных площадях; меньше требуется затрат на оснастку; экономится время на контроль, повышается качество продукции. Широкий диапазон работ, выполняемых этими станками, делает их незаменимыми в единичном .и мелкосерийном производстве. Они также применяются в серийном и массовом производстве, есть опыт включения станков с ЧПУ в поточные линии.

Автоматизация вспомогательных операций способствовала появлению много инструментальных станков с ЧПУ, так называемых обрабатывающих центров. По производительности они эквивалентны 3-4 станкам с ЧПУ и 8-12 обычным станкам.

Развитие автоматизации можно проследить на примере роста автоматизации металлорежущего станка.

Можно выделить четыре уровня автоматизации в процессе превращения универсальных станков в станки- автоматы широкого профиля.

Первый уровень автоматизации - это автоматизация функций управления. Вместо ручного применяется числовое программное управление, рабочий необходим для загрузки- выгрузки деталей, уборки стружки, замера размеров деталей, наблюдения за работой.

Второй уровень автоматизации – привязка к станку робота, который загружает детали, снимает их после обработки, производит замеры. На ряде видов оборудования для загрузки-разгрузки деталей стали использоваться так называемые палеты - подвижные спутниковые устройства, на которых устанавливаются детали. Появился термин "палетизация производства". Использование палет и роботов облегчает труд рабочего. Станок стая оснащаться инструментальным магазином, появилась возможность менять инструмент автоматически. Для избежания поломок инструмента преждевременного его изнашивания были созданы системы контроля обрабатываемых деталей, соблюдения режимов резания, поднастройки инструмента. Такие системы подучили название адаптивных систем с обратной связью.

Оснащение станков с ЧПУ и робототехнических комплексов адаптивными, системами обратной связи относят к третьему уровню автоматизации. При создании автоматического производства важно не только автоматизировать процессы обработки изделия, но и обеспечить работу автоматов длительное время, напр., в течение суток, смены и т.д.

Кроме того, одна единица технологического оборудование, пусть даже оснащенная различными средствами автоматизации, не может обеспечить полной обработки одной детали или группы деталей, нужен набор технологического оборудования. Так возникли транспортно-накопителъные системы и системы группового оборудования от ЭВМ. Они составляют четвертый, высший уровень автоматизации. Третий и четвертый уровни автоматизации стали называться ГПС -гибкими производственными системами.