7. Технические процессы регулирования

7.1. Технологическое оборудование и принципы построения автоматизированных производств

Автоматика – отрасль науки и техники, охватывающая теорию и устройство средств и систем автоматического управления машинами и технологическими процессами. Она возникла в XIX в. с появлением механизированного производства на базе прядильных и ткацких станков, паровых и других машин, которые заменили ручной труд и дали возможность повысить его производительность [12].

Под автоматизацией производственных процессов понимают комплекс технических мероприятий по разработке новых технологических процессов и создание производства на основе высокопроизводительного оборудования, выполняющего все основные операции без непосредственного участия человека.

Автоматизация способствует значительному повышению производительности труда, улучшению качества продукции и условий труда людей.

По мере развития техники функции управления процессами и машинами расширялись и усложнялись. Человек уже во многих случаях не мог эффективно управлять механизированным производством без специальных дополнительных устройств. Это обусловило возникновение автоматизированного производства, при котором работники высвобождаются не только от физического труда, но и от функций контроля за машинами, оборудованием, производственными процессами и операциями, а также управления ими.

Автоматизированные производства по сравнению с неавтоматизированными обладают определенной спецификой:

– для повышения эффективности они должны включать большее число разнородных операций;

– требования к гибкости автоматизированных производств вызывают необходимость в тщательной проработке технологии, анализе объектов производства, маршрутов движения и операций, обеспечении надежности процесса переработки с заданным качеством;

– при широком ассортименте выпускаемой продукции и сезонности работы технологические решения могут быть многовариантными;

– повышаются требования к четкой и слаженной работе различных служб производства.

При проектировании автоматизированного производства должны быть соблюдены определенные принципы.

1. Принцип завершенности. Следует стремиться к выполнению всех операций в пределах одной автоматизированной производственной системы без промежуточной передачи полуфабрикатов в другие подразделения. Для реализации этого принципа необходимо обеспечить:

– технологичность продукта, т.е. когда на его изготовление расходуется минимальное количество материалов, времени и средств;

– унификацию методов обработки и контроля различных полуфабрикатов и готового продукта;

– расширение типажа оборудования с повышенными технологическими возможностями для обработки нескольких видов сырья или полуфабрикатов.

2. Принцип малооперационной технологии. Число операций промежуточной обработки сырья и полуфабрикатов должно быть сведено к минимуму, а маршруты их подачи – оптимизированы.

3. Принцип малолюдной технологии. Обеспечение автоматической работы на протяжении всего цикла изготовления продукта. Для этого необходимо стабилизировать качество входного сырья и полуфабрикатов, повысить надежность оборудования и информационного обеспечения процесса.

4. Принцип безотладочной технологии. Любой объект управления не должен нуждаться в дополнительных наладочных работах после того, как он пущен в эксплуатацию.

5. Принцип оптимальности. Все объекты управления и службы производства подчинены единому критерию оптимальности, например, должны выпускать продукцию только высшего качества или доля брака должна быть минимальной.

6. Принцип групповой технологии. Обеспечивает гибкость производства, т.е. возможность перехода с выпуска одного продукта на выпуск другого. В основе принципа лежит общность операций, их сочетаний и рецептур.

Для серийного и мелкосерийного производств характерно создание автоматизированных систем из универсального и агрегатного оборудования с межоперационными емкостями. Это оборудование в зависимости от перерабатываемого продукта может быть переналажено.

Для крупносерийного и массового выпуска продукции автоматизированное производство создают из специального оборудования, объединенного жесткой связью. Обычно такие системы создают на крупных производствах, выпускающих однотипную продукцию. В подобных производствах применяют высокопроизводительное оборудование, например, роторное для розлива жидкостей в бутылки или пакеты.

Для функционирования оборудования необходим промежуточный транспорт сырья, полуфабрикатов, компонентов, различных сред.

В зависимости от промежуточного транспорта автоматизированные производства могут быть:

– со сквозным транспортированием без перестановки сырья, полуфабриката или сред;

– с перестановкой сырья, полуфабрикатов или сред;

– с промежуточной емкостью.

По видам компоновки оборудования (агрегатирования) различают автоматизированные производства:

– однопоточные;

– параллельного агрегатирования;

– многопоточные.

В однопоточном производстве оборудование располагается последовательно по ходу выполнения операций. Для повышения производительности однопоточного производства операция может выполняться на однотипном оборудовании параллельно.

В многопоточном производстве каждый поток выполняет аналогичные функции, но работает независимо один от другого. Организационным модулем таких систем являются производственный модуль, автоматизированная линия, автоматизированный участок или цех.

Производственным модулем называют систему, состоящую из единицы технологического оборудования, оснащенного автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующую и позволяющую встраивать ее в систему более высокого уровня (рисунок 2.1).

1 – оборудование для выполнения одной или нескольких операций; 2 – управляющее устройство; 3 – погрузочно-разгрузочное устройство; 4 – транспортно-накопительное устройство (промежуточная емкость); 5 – контрольно-измерительная система

Рисунок 2.1 – Структура производственного модуля

Производственный модуль может включать в себя, например, сушильную камеру, контрольно-измерительную систему, погрузочно-разгрузочную и транспортную системы с локальным управлением или смесительную установку с аналогичным дополнительным оборудованием.

Частным случаем производственного модуля является производственная ячейка – комбинация модулей с единой системой измерения режимов работы оборудования, транспортно-накопительной и погрузочно-разгрузочной системами (рисунок 2.2). Производственная ячейка может встраиваться в системы более высокого уровня.

Автоматизированная линия переработки – переналаживаемая система, состоящая из нескольких производственных модулей или ячеек, объединенных единой транспортно-складской системой и системой автоматического управления технологическим процессом (АСУТП). Оборудование автоматизированной линии расположено в принятой последовательности выполнения технологических операций. Структура автоматизированной линии изображена на рисунке 2.3.

В отличие от автоматизированной линии на переналаживаемом автоматизированном участке предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования. Линия и участок могут включать отдельно функционирующие единицы технологического оборудования. Структура автоматизированного участка приведена на рисунке 2.4.

1 – оборудование для выполнения одной или нескольких операций; 2 – приемный бункер; 3 – погрузочно-разгрузочное устройство; 4 – конвейер; 5 – промежуточная емкость; 6 – управляющий компьютер; 7 – контрольно-измерительная система; 8 – интерфейс связи

Рисунок 2.2 – Структура производственной ячейки

1, 2, 3, 4 – производственные ячейки и модули; 5 – транспортная система; 6 – склад; 7 – управляющий компьютер

Рисунок 2.3 – Структура автоматизированной линии

1, 2, 3 – автоматизированные линии; 4 – производственные ячейки; 5 – производственные модули; 6 – склад; 7 – управляющий компьютер

Рисунок 2.4 – Структура автоматизированного участка