Инноватика

Глава 14. Методы развития технологий

При заполнении маршрутной карты на основании кода класса технологических операций можно рассчитать средневзвешенную величину кода степени механизации (автоматизации) технологического процесса (СМ) по величине штучного времени (tшт), которое, как известно, проставляется в маршрутной карте технологического процесса в той же строке технологической операции, что и код состояния механизации и автоматизации:

∑D × t

СМ = ∑i шт , (14.8)

tшт

и рассчитать уровень механизации (автоматизации) путем деления полученной величины на максимально возможное значение СМ в табл. 14.7.

Рис. 14.14. Шкала увеличения кода – СМ состояния механизации и автоматизации технологических операций при заполнении маршрутных карт проектных технологических процессов

***

Справочные данные. Для дальнейшего использования такой методики, дополняющей основные методы расчета, которые были изложены выше, можно показать, что величина кода (или уровня) механизации и автоматизации связана с ростом производительности труда и другими показателями экономической эффективности технологических процессов. Такое эмпирическое исследование можно проиллюстрировать на примере проектирования роботизированного технологического процесса изготовления деталей.

401

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Т а б л и ц а 14.7 Оценка состояния механизации и автоматизации технологических операций

402

Глава 14. Методы развития технологий

При обосновании такого технологического процесса был разработан многовариантный граф технологических процессов, который предусматривал различные варианты: применения промышленных роботов; изменения способов концентрации и дифференциации технологических операций; замены технологического оборудования, методов обработки; изменения технологической оснастки и других структурных составляющих технологических операций13.

В каждой вершине такого графа, характеризующей вариант операции, проставлялось штучное время обработки, код состояния механизации и автоматизации, другие составляющие, характеризующие эффективность технологического процесса. Обработка данной математической модели перспективных технологических процессов на ЭВМ позволила получить эмпирическую зависимость взаимосвязи кода состояния механизации и автоматизации от параметра штучного времени.

Статистические величины, характеризующие тесноту взаимосвязи, имеют следующие значения: r=0,944; F=4893,34.

Сопоставительный анализ отличающихся по уровню механизации и автоматизации вариантов технологических процессов показывает, что штучное время и затраты по рабочему и перспективному вариантам технологического процесса сокращаются примерно в 1,5 раза, уровень автоматизации возрастает в 2 раза, количество роботизированных технологических комплексов в анализируемом технологическом процессе увеличивается до 11.

Исследование таких закономерностей (взаимосвязей установленных параметров состояния механизации и автоматизации с показателями снижения штучного времени и затрат на выполнение технологического процесса) позволяет сделать следующее заключение. В случае обоснованного выбора объектов и средств механизации и автоматизации в ходе технического перевооружения производства имеются существенные возможности повышения уровня механизации и автоматизации при одновременном повышении экономической эффективности производства.

***

Другим важнейшим документом технологической части проектов, кроме маршрутной карты технологического процесса, которым можно воспользоваться для расчета уровня механизации и автоматизации объекта проектирования, является чертеж

13 ГОСТ 14.323-84 Правила проектирования роботизированных технологических процессов. М.: 1985.

403

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

технологической планировки оборудования, прилагаемые к нему спецификации оборудования и ведомости расчета численности рабочих.

На основе этих документов также можно рассчитать уровень механизации и автоматизации, например, по формулам (14.3) и (14.4). В данном случае в пояснительной записке проекта технического перевооружения производства рекомендуется составлять комплект сводных спецификаций оборудования по основным и по вспомогательным производственным подразделениям.

В таких спецификациях рекомендуется выделять группы оборудования:

1)технологического (с указанием: станков-автоматов, гибких производственных модулей (ГПМ) и робототехнических комплексов (РТК), мехатронного оборудования и станков с ЧПУ, другого автоматизированного оборудования с перечнем количества рабочих мест (оборудования), объединенных групповым управлением от ЭВМ или локальными компьютерными сетями; с перечислением неавтоматизированного технологического оборудования: универсального и широкоуниверсального механизированного и механизи- рованно-ручного оборудования);

2)подъемно-транспортного (с указанием автоматического –

автоматических кранов и кранов-штабелеров, конвейеров с автоматической адресацией грузов, трансманипуляторов, транспортных промышленных роботов и других средств автоматизации, в том числе с указанием их группового управления от ЭВМ из кабины оператора автоматизированной транспортно-складской системы; механизированного по- дъемно-транспортного оборудования – кранов, штабелеров, сбалансированных манипуляторов, механизированных элеваторных и откатных стеллажей, электротягачей, гидроподъемников, конвейеров и других средств механизации);

3)дополнительного нерасчетного оборудования – шлифо-

вальных и полировальных бабок, контрольных столов,

винтовых и рычажных прессов и др.

Данные спецификации позволяют рассчитать уровень механизации и автоматизации основного и вспомогательного

404

Глава 14. Методы развития технологий

производства по числу соответственно автоматизированных (механизированных) рабочих мест (14.4).

Для расчетов степени охвата рабочих механизированным трудом (14.3) в проектах технического перевооружения производства могут быть использованы ведомости расчета состава рабочих .

Результаты расчетов уровня механизации и автоматизации по проекту технического перевооружения рекомендуется сводить в таблице технико-экономических показателей для сравнения с проектами-аналогами, другими действующими и эталонными производствами.

Обоснование направлений работ по комплексной автоматизации в проектах технического перевооружения. Выше уже было сказано, что выбор машин, технологического оборудования или других средств технологического оснащения разного уровня автоматизации осуществляют при разработке проектных или перспективных технологических процессов. В этой связи, в данном разделе мы не будем подробно останавливаться на отличительных признаках автоматических устройств или автоматизированных способов. Они могут быть созданы с помощью различных средств автоматизации: механических, например, командоаппаратов; электромеханических, бустерных14 устройств или сервомеханизмов15; средств пневмоавтоматики или гидроавтоматики; контроллеров16 в виде микросхем в системном блоке компьютера, электрических многопозиционных переключающих аппаратов и т.д. В данном разделе мы не ставим задачу выбора таких специальных средств автоматизации, например, для:

−загрузки заготовок (бунтовыми, прутковыми, ленточными, штучными заготовками);

−автоматической смены инструментов, приспособлений;

−выбора систем автоматизации управления, микропроцессоров и мини-ЭВМ;

−способов автоматического контроля, сборки, обработки;

−автоматической сигнализации, защиты и т.д.

14От англ. booster – вспомогательное устройство для увеличения силы тяги или регулирования напряжения основного источника электроэнергии.

15От англ. serve – обслуживать.

16От англ. controlling – управление.

405

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Всоответствии с задачами данного раздела по решению проблем комплексной автоматизации мы более подробно остановимся только на современных концепциях выбора крупных инновационных направлений комплексной автоматизации: роботизации производства, создания гибких производственных систем и интегрированного производства, определения путей реализации концепции «умного производства» на базе мехатронного оборудования и современных компьютеров.

Роботизация производственных процессов, т.е. использование программно-управляемых автоматических манипуляторов для создания роботизированных технологических комплексов. Названное направление комплексной автоматизации позволяет создать системы автоматически действующих машин, которые в сочетании с роботами могут реализовать всю технологию производства за исключением функций управления и контроля, сохраненных за человеком.

Впроектах технического перевооружения или комплексной автоматизации компоновка робототехнических комплексов17 (РТК),

должна учитывать следующие особенности обоснования их структур.

Названные технологические комплексы, оснащенные автоматическими манипуляторами с программным управлением, могут компоноваться по трем основным схемам:

−бригада промышленных роботов;

−система многостаночного обслуживания промышленным роботом;

−тандем, когда один промышленный робот обслуживает одну единицу технологического оборудования (рис.14.16).

17 Пример на рис. 14.15

406

Глава 14. Методы развития технологий

Рис. 14.15. Компоновка роботизированного технологического комплекса (РТК)

407

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

Рис.14.16. Примеры компоновки робототехнических комплексов: а) тандем;

б) и в) трехстаночные системы многостаночного обслуживания промышленным роботом; д), е) и ж) РТК с модулем сдвига промышленного робота

В первом случае бригаду промышленных роботов создают путем разделения вспомогательных переходов одной операции между несколькими промышленными роботами. Технологические переходы в данном случае выполняет одна единица технологического оборудования. Такая ситуация возникает в многопереходных технологических операциях, где время вспомогательных переходов (если их выполняют промышленные роботы) значительно больше основного времени работы оборудования. Если промышленный робот при компоновке робототехнического комплекса (РТК) используют как технологическое оборудование, например, для сварки или окраски изделия, то картина будет иной – несколько промышленных роботов могут выполнять на операции основные технологические переходы, которые больше по продолжительности, чем вспомогательные.

408

Глава 14. Методы развития технологий

При компоновке систем многостаночного обслуживания промышленными роботами, с которыми чаще всего приходится сталкиваться в проектах комплексной автоматизации механической обработки, гальванопокрытий, основное время выполнения технологических переходов операций, как правило, значительно больше времени выполнения вспомогательных переходов. В этом случае возникают длительные простои промышленного робота, если он не включен в систему многостаночного обслуживания нескольких единиц автоматического технологического оборудования.

Гибкие производственные системы. Гибкие произ-

водственные системы (рис. 14.17), которые создают на основе группового производства, характеризует свойство, которое позволяет осуществлять автоматизированную переналадку производства с одной партии изделий на другую. Важно только, чтобы эти партии были из одной близкой по конструктивнотехнологическим признакам группы изделий. Автоматизированную переналадку можно делать за счет применения гибких производственных модулей, робототехнических комплексов и станков с программным управлением (мехатронных станков), которыми управляет ЭВМ. Гибкие производственные системы обычно оборудованы автоматизированной транспортно-складской системой и другими средствами автоматизации, которые могут быть организованы в виде так называемой «безлюдной технологии».

Концепция «умного производства». Начало XXI в. ознамено-

вало развитие на базе современных компьютеров, в том числе нейрокомпьютеров, новых направлений комплексной автоматизации – « умных18 технологий». Например, концепция создания «умного дома» базируется на цифровых технологиях домашней автоматизации, которые с помощью локальной компьютерной сети интегрируют электронные приборы. Путем использования интернет, разработки пакетов программ для реализации функций «домашнее времяпровождение», «личное самовыражение», «продуктивность», объединения здания единой беспроводной

18 Пилотные проекты «умных домов» выполнила фирма «Филипс», а проекты «умного производства» реализовала фирма «Солвер».

409

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИИ ИННОВАТИКИ

сетью и обеспечения его всеми необходимыми для жизнедеятельности человека приборами обеспечивается повышение уровня автоматизации технологий для бытового обслуживания человека.

Рис. 14.17. Фрагмент первой линии оборудования гибкой производственной системы

Концепция «умного производства», т.е. высокоэффективного и высокорентабельного производства качественной и конкурентоспособной продукции отличается от концепции «гибких производственных систем» многоуровневым управлением с помощью высокоавтоматизированных производственных и информационных технологий по следующим взаимосвязанным и иерархически соподчиненным функциям:

410