3. Закономерности развития технологических процессов.

Роль технических решений эволюционного типа в технологическом решении.

Рассмотрим роль технических решений эволюционного типа в технологическом развитии на примере модернизации оборудования, механизации и автоматизации технологических процессов, внедрения унификации стандартизации и агрегатирования продукции и технологического оснащения.

Машины возникли как механические способы превращения энергии в работу. Под механизацией понимают замену ручного труда машинным. Первые машины появились в тех технологических процессах, в которых сумели выделить простейшие операции, – помол, ткачество, обработка металлов и т.д.

Важнейшим условием создания механизированного производства явилась разработка энергетической основы машины. Переход от мускульной энергии человека, животного, воды, ветра к энергии пара создал основные предпосылки для создания машины типичной структуры – рабочие органы, паровой двигатель, передаточные и управляющие устройства. В дальнейшем энергетическая основа машин была усовершенствована созданием электродвигателя, бензинового двигателя внутреннего сгорания, двигателя высокого сжигания – дизеля и т.д.

Создание электродвигателя позволило осуществить сращивание двигателя с машиной и совершить переход от группового привода оборудования к индивидуальному в станках, прокатных станах и др. Это дало возможность снизить уровень концентрации производства, создать специализированные мелкие и средние предприятия, которые стали более равномерно распределяться по территории и отраслям.

Механизация технологических процессов позволила существенно облегчить труд человека, однако освободить человека от непосредственного участия в трудовом процессе смогла только автоматизация. Для возникновения автоматизации технологических процессов необходимы следующие предпосылки:

• Автоматизация возможна только на базе механизации как основных, так и вспомогательных технологических процессов, то есть на базе полной механизации;

• Автоматизация может наиболее эффективно осуществляться в тех технологических процессах, которые протекают непрерывно;

• Автоматизация возможна при наличии экономической эффективности.

Поэтому сначала автоматизированные технологические процессы были созданы в отраслях с крупносерийным и массовым производством и непрерывных в силу своей технологической природы – химической, бумажной промышленности и др. По мере формирования непрерывного характера технологических процессов в других отраслях стало возможным автоматизировать и эти отрасли. Так, например, предпосылкой для внедрения автоматизации в машиностроении стало создание поточного производства. Следует отметить, что создание в последнее время электронной и компьютерной техники и числового программного управления позволило существенно повысить эффективность управления автоматизированными технологическими процессами и перейти от экономически эффективной автоматизации массового и крупносерийного производства к автоматизации серийного дискретного производства на базе групповой организации производства.

Поскольку серийное дискретное производство является наиболее обширной областью трудовой деятельности человека, то создание здесь средств автоматизации является особенно актуальной задачей. Автоматизация дискретного производства развивалась от простого к сложному. Сначала создавались машины – автоматы для автоматизации отдельных технологических операций, т.е. локальная автоматизация. Автоматы, применяемые до начала 70-х годов были жесткими, то есть предназначенными для изготовления одного вида продукции. Они имели электромеханическую или механическую систему управления: от кулачков, копиров, командоаппарата и путевых выключателей. Даже специализированные станки – автоматы для механической обработки деталей требовали для каждой детали изготовления своего набора дорогостоящих кулачков и значительного времени для переналадки. Поэтому машины – автоматы, действующие по жестким цикловым программам, экономически целесообразны в крупносерийном и массовом производствах.

В массовом и крупносерийном производствах создавались также автоматические линии и целые заводы – автоматы с жесткими системами управления. Например, в машиностроении первый в мире завод – автомат был создан в СССР в 1951 году для изготовления автомобильных поршней: от чушки, литья в кокиль, механической обработки, контроля и сортировки по размерам до консервации, комплектации и упаковки в коробки.

Автоматизированное производство позволило достигнуть повышения производительности труда в 5-10 раз и снижения себестоимости на 30-50%, но применяется только для массового и крупносерийного производства изделий, конструкция которых длительное время остается стабильной. Автоматическим линиям, работающим по жестким цикловым программам, присущ консерватизм, сдерживающий развитие новой техники. Создание автоматических линий (АЛ) может начинаться только тогда, когда изделие полностью отработано и каждый узел и каждая деталь сконструирована. На создание и отладку жестких АЛ, как показывает практика, тратится до 3-5 лет, срок окупаемости 8 и более лет, а жестких автоматических заводов – еще продолжительнее. Конструкция выпускаемых на таких заводах и линиях изделий (продукции) длительное время должна оставаться неизменной, что сдерживает освоение выпуска новой продукции.

Консерватизм жесткой автоматизации не удовлетворяет требованиям научно-технического прогресса, ускорения сменяемости изделий в народно хозяйстве. Таким образом, повышение производительности жестких автоматических линий и заводов были достигнуты за счет полной потери их мобильности.

Совершенно иная ситуация на предприятиях с мелкосерийным и серийным характером производства (тепловозы, суда, самолеты, строительно-дорожные машины, энергетическое, химическое и металлургическое оборудование и т.д.) – традиционное автоматическое оборудование экономически нецелесообразно.

Перед отраслями материального производства стоят, по существу, две различные задачи. Массовое и крупносерийное производства надо наделить надлежащей гибкостью. А мелкосерийное и серийное и даже единичное производство – комплексно автоматизировать с таким расчетом, чтобы они приобрели наряду с гибкостью и лучшие черты массового производства: непрерывность, ритмичность и высокий темп выпуска изделий.

Это стало возможным на основе интеграции новейших достижений научно-технического прогресса путем создания гибких автоматизированных производств. Первые гибкие производственные системы появились в США (1967 г.) и в СССР (1968 г.).

Гибкое производство – это производство, которое позволяет предприятию за короткое время и при минимальных затратах на том же оборудовании регулярно переходить на выпуск новой и коренным образом улучшенной продукции произвольной номенклатуры, но в пределах определенного назначения.

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) в значительной степени связано с электронизацией производства.

Электронизация производства означает автоматизацию с широким использованием ЭВМ, электронных устройств, математического программирования и числового программного управления (ЧПУ). Основу гибкого автоматизированного производства составляет легко переналаживаемое оборудование с ЧПУ, промышленные роботы, групповая и типовая технология и управляющие устройства на базе ЭВМ. ГАП – это производство XXI века.

Таким образом, «жесткая» автоматизация, являясь решением эволюционного типа, сыграла не только значительную роль в повышении эффективности производства, но и создала предпосылки создания на основе достижения научно-технической революции второй половины XX-го века гибкого автоматизированного производства, которое является решением революционного типа, позволяющее эффективно автоматизировать различные производства.

К техническим решениям эволюционного типа следует отнести унификацию, стандартизацию, агрегатирование и др.

Унификация – приведение объектов одинакового функционального назначения к единообразию. Унифицированный технологический процесс – это процесс, относящийся к группе изделий, характеризующихся общностью конструктивных и технологических признаков. Унификация машиностроительных узлов и деталей, технологический процессов сокращает время подготовки производства и создание новых машин в 1,5 – 3 раза, уменьшает объем конструкторских работ в 2-5 раз, повышает производительность труда на 20-50% и уменьшает себестоимость изготовления и ремонта машин в 1,5-2 раза.

Стандартизация – направлена на установление комплекса единых прогрессивных норм и требований, характеристик, параметров, которые должны обеспечить производство необходимой номенклатуры химической, машиностроительной и другой продукции, соответствующей лучшим отечественным и мировым образцам и ее конкурентоспособность на мировом рынке.

Агрегатирование – принцип создания машин из унифицированных и стандартных агрегатов (автономных сборочных единиц), устанавливаемых в изделии в различном количестве и комбинациях. При этом стремятся, чтобы из минимального числа типоразмеров автономных агрегатов можно было создать максимальное число компоновок оборудования.