книги из ГПНТБ / Технические и экономические основы литейного производства

Поэтому основной предпосылкой построения оптимальной производственной системы является выбор такой технологии, ко­ торая обусловливает наиболее простую структуру каждого из элементов процесса, и выбор таких средств автоматики и кибер­ нетики, которые обеспечивают функционирование системы по предусмотренной структуре. Проследим это на примерах.

Структура элементов «дозирование шихты» может быть зада­

рабочий непрерывно следит за показаниями весового механизма и прекращает набор шихты в весовое устройство, когда необхо­ димый вес достигнут. Если учесть инерционность системы бун­ кер — весовое устройство, а также некратность веса болванок шихты заданному весу дозы, то неизбежен перевес или недовес шихты, что влечет за собой изменение химического состава вы­ плавляемого металла. Принимая для этих элементов особо слож­ ную структуру (см. рис. 30, г ) и обеспечивая осуществление логических связей средствами кибернетики, можно избежать этих недостатков. В этом случае кибернетическое устройство за­ поминает вес предыдущей дозы шихты и корректирует его при последующем взвешивании.

Наиболее рациональной для элементов уплотнения литейных форм является простая структура с конечным управлением и контролем, которая успешно применяется при формовке в авто­ матическом цикле. При ручном управлении процессом формовки появляется необходимость, как было показано выше, в непрерыв­ ном пассивном контроле, который выполняется рабочим во время осуществления элементарного процесса, а так как контроль ви­ зуальный и косвенный, то неизбежны погрешности: форма ока­ зывается переуплотненной либо недоуплотненной.

Структура производственных систем — операций и отдельных литейных процессов — решается аналогично элементам.

На рис. 31 показаны различные виды структур производст­ венных систем, состоящие условно из четырех элементов.

В зависимости от характера управляющего воздействия структуры производственных систем подразделяются на четыре вида:

1. Простые (рис. 31, а ) , в которых сигнал завершения перв го элемента системы ( У і ) является одновременно сигналом на­

чала второго элемента ( У і ) и т. д. Здесь структура элемента, управляющего системой, простая, имеющая конечный контроль, а в некоторых случаях — пассивный непрерывный контроль как наблюдение за функционированием системы. На элементарный процесс управляющего элемента возлагается включение (пуск) и выключение (останов) системы и «ответственность» за повто­ рение циклов.

112

2. Усложненные (рис. 31, б ) , в которых каждый последующий элемент осуществляется вне зависимости от предыдущего в со­ ответствии с заданной программой. На управляющий системой элемент возлагается координация осуществления всех элементов системы во времени. Начало каждого элемента системы обуслов­ ливается управляющим элементом по определенной программе, в соответствии с этим метод управления системой — программ­ ный.

3. Сложные (рис. 31, в ) , в которых начало каждого последую­ щего элемента зависит от достигнутых показателей предыдущего

Рис. 31. Виды структур производственных систем:

элемента системы, информация о которых формируется активным контролем управляющего элемента. Элементарным процессом управляющего элемента является координация работы системы. Внутри системы имеются функциональные связи и соответствен­ но метод управления системой — функциональный.

4. Особо сложные (рис. 31, г), в которых в зависимости от показателей предыдущего элемента устанавливаются значения параметров и начало осуществления последующих элементов си­ стемы. Здесь метод управления логический; структура управляю­ щего элемента — особо сложная.

Всистемах со сложной и особо сложной структурой часть ин­ формационных функций управляющих элементов передается на непосредственно связанные с ними информационно-контрольные

иинформационно-логические элементы, обеспечивающие форми­ рование необходимой информации.

Вотличие от элементов структура производственных систем активно динамична. Динамичность структуры обусловливается

тем, что она имеет помимо пространственных также временные характеристики, зависящие от ритма, цикличности и продолжи­ тельности работы системы. Кроме того, динамичность структуры свойственна производственным системам, аглоритмы функциони­ рования которых носят эмпирический характер, что особенно присуще мелкосерийному производству, где отработка техноло­ гии представляет известную трудность. В таких системах инфор­ мационные связи должны быть гибкими, позволяющими по не­ обходимости перестраивать структуру системы. Соответственно информационные и управляющие элементы должны быть более сложными, чем это обусловлено соответствующим алгоритмом функционирования системы.

Элементы и производственные системы обладают определен­ ными рабочими и информационными свойствами.

Информационные свойства системы должны обеспечить фор­ мирование необходимой информации как внешней, так и возни­ кающей внутри системы, переработку этой информации и пред­ ставление ее в удобном для восприятия виде. Информационные свойства обеспечиваются информационными элементами систе­ мы и приемами контроля других элементов, включая управляю­ щие.

Рабочие свойства системы должны обеспечить восприятие этой информации (управляющие элементы и приемы управления других элементов) и осуществление элементарных процессов в соответствии с полученной информацией, т. е. обеспечение ка­ чественных и количественных показателей системы. Чем слож­ нее алгоритмы функционирования системы, тем сложнее должны быть ее структура и соответственно информационные свойства.

Недостаточность информационных или рабочих свойств сис­ темы приводит к снижению производительности процесса и труда и ухудшению качества продукции.

Рассмотрим, например, рабочие и информационные свойства системы «вагранка» (выплавка чугуна в вагранке). В числе дру­ гих показателей система должна обеспечить получение необхо­ димой температуры перегрева жидкого металла, которая задает­ ся алгоритмом функционирования системы как функция расхода дутья и кокса при каком-то постоянном уровне столба шихты в шахте вагранки.

Информационные свойства системы должны обеспечить нали­ чие информации в каждый данный момент времени о температу­ ре металла и уровне столба шихты, переработку этой информа­ ции для выдачи сигналов о необходимом изменении расхода дутья, кокса и металлической шихты для поддержания задан­ ной температуры металла и соответствующего уровня столба шихты.

Рабочие свойства системы должны обеспечить восприятие этих сигналов и осуществление процесса плавки в соответствии с полученной информацией, в результате чего будут достигнуты

114

необходимая производительность процесса и заданная темпера­ тура перегрева жидкого металла.

Что произойдет при недостаточности тех или иных свойств системы? Отсутствие, например, информации об уровне столба шихты в шахте вагранки приводит к неравномерной загрузке вагранки и как следствие — к ухудшению показателей процесса. Отсутствие информации о необходимом изменении расхода кокса в зависимости от достигнутой в данный момент температуры ме­ талла также приводит к ухудшению показателей. Наконец, невоз­ можность подать в нужном количестве металлическую шихту или кокс в каждый данный момент времени, т. е. недостаточность рабочих свойств системы, неблагоприятно сказывается на всех показателях процесса, включая температуру металла.

Рабочие и информационные свойства системы «формовка» должны обеспечить получение необходимой плотности формы, которая задается как функция, например, количества встряхива­ ний опоки или усилия прессования. При соответствующей на­ стройке машины система может иметь, как было сказано выше, простую структуру с конечным управлением и контролем. При недостаточности рабочих свойств появляется необходимость в непрерывном контроле за течением процесса, т. е. происходит усложнение структуры и соответственно повышаются информа­ ционные свойства системы. Таким образом, структура элементов и производственных систем и их свойства взаимосвязаны и на­ правлены на обеспечение необходимых показателей процесса.

Исследование и оптимизация структуры отдельных систем и производственного процесса в целом позволяют грамотно решить транспортные информационные связи и соответственно опреде­ лить грузопотоки и информационную сеть, обеспечить условия получения заданных технологических параметров процесса, а также значительно сократить, как будет показано ниже, потери машинного и рабочего времени.

Таким образом, структура производственного процесса, наря­ ду с его качественными и количественными характеристиками, является основным фактором, определяющим технико-экономи­ ческую эффективность производства.

2. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

Любой из приемов каждого элемента производственного про­ цесса может выполняться одним и тем же либо различными ти­ пами исполнительных органов.

В общем виде исполнительными органами является человек или машина либо их сочетание [7]. Производственная деятель­ ность человека может быть двух видов: физическая и умствен­ ная. Умственная деятельность человека также рассматривается в двух аспектах:

а) исполнительная — осуществление выработанных ранее решений; выполнение заданной программы;

б) логическая, творческая — разработка и выбор оптималь­ ных решений или установление их по ходу процесса.

Термином «машина» обозначается механизм или целесообраз­ ная система механизмов, которые имеют посторонний или соб­ ственный источник энергии и служат для совершения полезной работы. Среди существующего разнообразия машин выделяется особый класс— кибернетические машины, которые в определен­ ной степени заменяют творческую деятельность человека.

Таким образом, имеется пять типов исполнительных органов, характер деятельности которых приведен в табл. 23.

Для осуществления элементарных процессов технологических, транспортных и вспомогательных элементов работы необходимо применение только «физической» энергии; для осуществления приемов управления и контроля этих элементов, а также для всех приемов управляющих и информационных элементов необ­ ходима главным образом «умственная» энергия. Человек не мо­ жет участвовать в осуществлении элементарных процессов, вы­ полняемых машиной, по своим чисто физиологическим особен­ ностям.

Контроль элементарных процессов осуществляется человеком или машиной, либо машиной с пассивным участием человека, где последний выступает как наблюдатель. В элементарных процес­ сах, выполняемых машиной, человек не может, как правило, осуществлять активный контроль с помощью других механизмов. Это делает сама машина.

116

Необходимость в тех или иных свойствах элементов работы определяет их структуру и соответственно методы управления элементами и производственными системами, а эти последние обусловливают выбор соответствующих исполнительных органов.

Способ осуществления производственного процесса характе­ ризуется сочетанием типов исполнительных органов, участвую­ щих в осуществлении отдельно взятого элемента работы или си­ стемы элементов.

Из многообразия существующих способов осуществления про­ изводственного процесса можно выделить четыре основных спо­ соба производства, каждый из которых подразделяется на два этапа. Построение способов производства на определенном со­ четании типов исполнительных органов применительно к отдель­ но взятому элементу производственного процесса показано в табл. 24.

Таблица 24

Структура способов производства

нами (км).

Основная характеристика первого способа производства в от­ личие от последующих — это применение физических усилий (мускульной силы человека) для осуществления элементарного процесса. В соответствии с этим определением к первому спосо­ бу производства относятся также элементарные процессы, кото­ рые выполняются человеком с применением ручного механизиро­ ванного инструмента (пневмозубило, пневмотрамбовка, электро­ дрель и т. д.), а также неприводных механизмов, при которых используется физическая энергия человека, например, ручная таль. Применение механизированного инструмента и непривод­ ных механизмов для осуществления производственного процесса можно рассматривать как второй, более прогрессивный этап (2Р)

117

ручного способа производства, носящий название «механизиро­ ванно-ручной способ».

Применение способа производства 2Р значительно повышает производительность труда, однако при этом затраты физической энергии рабочих в единицу времени во многих случаях возра­ стают.

Элементарные процессы при всех способах производства, кроме ручного, осуществляются машиной без всякого участия человека. В этой связи эти способы производства в отличие от ручного называются машинными.

Следует различать три способа машинного производства:

1. Механизация — машинный способ осуществления произ­ водственного процесса, при котором управление процессом вы­ полняется непосредственно человеком.

1-й этап механизации (1М) предусматривает использование физической и умственной деятельности человека при выполнении функций управления элементарным процессом; для этой цели служат рычаги, рукоятки, штурвалы, обеспечивающие управле­ ние машиной. 2-й этап механизации (2М) предусматривает при­ менение в основном умственной деятельности человека. В этом случае роль физической деятельности человека по управлению элементарным процессом принимает на себя машина, внутри­ агрегатная автоматика которой имеет выходные устройства — кнопки, пульты, панели управления и др. Особенность 2-го эта­ па — почти полное освобождение человека от затрат физического труда. Однако за человеком сохраняются функции контроля и управления элементарным процессом, которые, будучи физиче­ ски легкими, являются для человека очень утомительными, так как обычно, особенно в кратковременно продолжающихся про­ цессах, требуют напряженной умственной деятельности: внима­ ния, быстроты реагирования, а зачастую и высокой точности работы.

Частным случаем 2-го этапа механизации (2М) является вы­ полнение машиной сигнала окончания работы — 4-го приема элемента работы (У"). При этом сигнал начала следующего эле­ ментарного процесса дает человек, контролирующий работу ма­ шины. Так работает класс машин, называемых полуавтоматами.

2. Автоматизация — машинный способ осуществления произ­ водственного процесса, при котором исполнительное управление процессом выполняется машиной, а программирование — чело­ веком.

Автоматизация отдельно взятых элементов работы означает осуществление их без всякого участия человека.

При 1-м этапе автоматизации (ІА) приемы контроля отдель­ но взятых элементов осуществляются машиной с участием (на­ блюдением) человека, выборочным или постоянным; 2-й этап (2А) предусматривает осуществление всех приемов элементов работы без всякого участия человека.

118

Автоматизация технологических, транспортных и вспомога­ тельных элементов обусловливает наличие их механизации, т. е. использование машин для осуществления элементарных процес­ сов, а также средств автоматики, самостоятельно выполняющих приемы управления и контроля. В этом смысле автоматизация рассматривается как механизация плюс автоматика.

Автоматизация информационных и управляющих элементов строится целиком на средствах автоматики. Здесь автоматиза­ ция имеет самостоятельное значение и не связана с необходимо­ стью предварительной механизации этих элементов.

3. Кибернетизация — машинный способ осуществления про­ изводственного процесса, при котором управление процессом, включая логическое, выполняется машиной.

Введение термина «кибернетизация», особенно в литейном производстве, обосновывается необходимостью применения средств кибернетики для поиска и установления оптимальных параметров по ходу процесса.

Кибернетизация технологических и транспортных элементов означает применение средств кибернетики для выполнения прие­ мов управления (Ут) и контроля (Кт) этих элементов. Такая не­ обходимость появляется, когда параметры процесса носят веро­ ятностный характер и поиск их оптимальных значений зависит от многих факторов.

Для сложных систем элементов сохранен способ 1 К, преду­ сматривающий участие человека в производственном процессе как оператора или наблюдателя.

Сложность литейных процессов, обусловленная наличием большого количества исходных и рабочих параметров, а также вероятностным значением многих из них, вызывает необходи­ мость применения средств кибернетики не только для построения автоматических систем, но и для оптимального управления ли­ тейными процессами вне зависимости от их механизации и авто­ матизации. Особое значение приобретает кибернетизация для информационных логических элементов в мелкосерийном про­ изводстве, где быстрота получения необходимой информации яв­ ляется крайне важной.

Технологические и транспортные операции, равно как и ли­ тейные процессы в целом, могут осуществляться одним или не­ сколькими машинными способами производства.

Определяющими факторами для обозначения способа произ­ водства системы являются: 1) способ осуществления управляю­ щих и информационных элементов данной системы; 2) превали­ рующий способ производства при осуществлении остальных элементов системы. Например, формовочная операция остается механизированной даже в том случае, если большинство элемен­ тов выполняется автоматически, но связи между элементами со­ храняются произвольными, т. е. последовательность осуществле­ ния элементов определяется человеком. И, наоборот, формовоч­

119

ная линия, в которой связи между элементами фиксированы, т. е. управляющий элемент осуществляется машиной, называется

здесь эти ручные элементы укладываются в ритм, продиктован­ ный управляющей машиной.

В общем виде механизация производственных систем озна­ чает, что их управляющие и информационные элементы осу­ ществляются непосредственно человеком, а большинство осталь­ ных элементов системы — механизированным способом;.автома­ тизация производственных систем обусловливает осуществление управляющих и информационно-контрольных элементов непо­ средственно машиной, при этом осуществление логических эле­ ментов (управляющих и информационных) сохраняется за человеком, большинство остальных элементов системы выпол­ няется автоматически; кибернетизация производственных систем

водственных систем. Частичная механизация или просто механи­ зация предусматривает осуществление некоторых элементов системы, например транспортных или технологических, средст­ вами механизации, а остальных элементов — вручную. Комплекс­ ная механизация предусматривает осуществление как техноло­ гических и транспортных, так и вспомогательных элементов сис­ темы средствами механизации. При этом обязательным условием построения комплексно-механизированной системы является воз­ можность синхронного осуществления всех элементов системы. Отдельные элементы механизированных и комплексно-механизи­ рованных систем могут осуществляться автоматически, т. е. без участия человека. Однако производственная система становится автоматической только в том случае, когда управляющий ею элемент выполняется без участия человека, т. е. автоматически. Образование автоматических систем предопределяет их комп­ лексность и синхронность осуществления всех элементов системы.

Производственные системы могут быть построены с различной полнотой их охвата средствами механизации и автоматизации.

Полнота охвата производственных систем тем или иным спо­

п

где ум — коэффициент полноты охвата производственной системы или производственного процесса в целом средствами механиза­

120