§ 3.5. Нтп в области орудий труда. Механизация, автоматизация и роботизация производства

Современный парк оборудования многих отраслей промышленности характеризуется переходом на новый уровень машинной техники. В связи с этими основными направлениями НТП в производстве орудий труда являются: рост единичных мощностей машин и агрега­тов; переход от создания и внедрения отдельных машин к разработке и внедрению их систем, целиком охваты­вающих весь технологический процесс, механизацию и автоматизацию производства; возрастающее использо­вание приборов и средств автоматизации, вычислитель­ной техники, автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

Увеличение единичных мощностей машин и агрегатов обусловлено тем, что крупные высокопроизводительные и высокоавтоматизированные устройства позволяют зна­чительно сократить удельные капиталовложения, под­нять производительность труда и снизить себестоимость продукции. Так, в химической промышленности укрупне­ние в 3 — 4 раза единичных мощностей основного техно­логического оборудования снижает капиталоемкость на 20 — 50%. При этом численность работающих сокращает­ся в 2—3 раза и во столько же раз уменьшается потреб­ность в производственных площадях.

Решающей силой для ускорения научно-технического прогресса является комплексная механизация и автома­тизация производства. Она предусматривает применение машин, агрегатов, установок, приборов, позволяющих осуществлять производственные процессы без физиче­ских усилий человека, а лишь под его контролем.

По словам К. Маркса, «... вместо того, чтобы быть главным агентом процесса производства, рабочий стано­вится рядом с ним»*⁵. Это качественно новый, дли­тельный и сложный этап в развитии техники, коренным образом меняющий тип связи между человеком и техни­кой.

Следует различать несколько ступеней автоматиза­ции: частичную, комплексную и полную. Частичная предполагает автоматизацию управления технологиче­скими параметрами на отдельных агрегатах, узлах и в процессах данного производства. Это станки с про­граммным управлением, отдельные автоматические ли­нии с контрольными приборами. Комплексная пред­полагает автоматизацию управления производством во всех основных и вспомогательных процессах, начиная с поступления сырья и кончая выходом готовой продук­ции. Примером может быть цех-автомат с системой об­щего электронного управления, осуществляющего кон­троль за ходом всех производственных процессов, наладку оборудования, загрузку, разгрузку, транспорти­ровку и т. д. В данном случае рабочий становится наблю­дателем и регулятором производственного процесса.

Полная автоматизация — это система, обес­печивающая автоматическое функционирование всех без исключения участков производства — от проектирования до выдачи готовой продукции, включая переход на под­готовку новых видов продукции, самопроектирование по заданной программе. Здесь уже происходит автоматиза­ция управленческого, конструкторского и другого инже­нерного труда, а не только труда рабочего. В системе полной автоматизации функции человека поручаются ма­шине, благодаря чему высвобождается рабочее время миллионов людей для творчества в сфере науки, куль­туры и т. д. Однако полная автоматизация производ­ства — дело будущего.

В настоящее время на многих промышленных пред­приятиях все еще велика доля ручного труда. На фоне высокомеханизированных участков одного и того же производства существуют участки, где преобладает малоквалифицированный ручной труд. До последнего времеци механизация и автоматизация охватывали, как правило, основные технологические процессы. Вспомога­тельные же работы механизированы недостаточно. В результате этого только в машиностроении и металлообра­ботке более половины рабочих сейчас занято на под­собных и вспомогательных работах.

Сложившаяся диспропорция в механизации основных и вспомогательных робот приводит к дефициту трудовых ресурсов. Для повышения эффективности производства необходимо создание системы машин, способствующих комплексной механизации трудоемких, погрузочно-разгрузочных, вспомогательных, подземных, подъемно-транспортных и складских работ.

Наряду с комплексной механизацией производства высокими темпами идет процесс его комплексной авто­матизации. Автоматизировать следует весь процесс в це­лом. Автоматизация на этой стадии заключается в при­менении автоматических устройств, самонастраивающих­ся автоматов, различных видов автоматического обору­дования, в том числе станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и автоматических линий (АЛ). На­пример, агрегатный автоматический станок с нескольки­ми головками обрабатывает детали 20 — 40 инструмента­ми, одновременно высвобождая 8 — 10 станочников, по­вышая производительность труда в 7 раз.

Комплексная автоматизация производства предпола­гает автоматизацию всех основных и вспомогательных операций (включая транспортировку). Она осуществляет­ся по заранее заданным программам с помощью раз­личных средств автоматики, объединенных общей систе­мой управления. В машиностроении создание комплекс­но-автоматизированных участков программированных станков, управление ими с помощью ЭВМ позволят по­высить производительность труда станочников в 13 раз (на 1200%), сократить в 7 раз число станков и в 5 раз производственные операции.

Другое направление комплексной автоматиза­ции — использование автоматических линий для про­изводства продукции массового применения.

Автоматическая линия (АЛ) — это система производ­ственных автоматов, расположенных в последовательно­сти технологических операций и связанных автоматиче­скими транспортно-загрузочными устройствами. Согла­сованность работы станков АЛ обеспечивается единой системой управления. При использовании автоматизиро­ванных линий из агрегатных станков производительность по сравнению с универсальными станками увеличивается более чем в 30 раз. В отдельных случаях эффективность АЛ может быть повышена применением станков с ЧПУ, а также автоматических транспортных и складских си­стем, управляемых ЭВМ, работающей в режиме разделе­ния времени. Такая линия при обработке тел вращения и корпусных деталей высвобождает, например, 79 80 единиц универсального оборудования, 165 — 185 работаю­щих, в том числе 140—146 станочников.

К перспективному направлению комплексной автома­тизации простых операций относится внедрение ро­торных машин и роторных линий. Так, автоматизация участка, производящего изделия из пластмасс на ро­торных машинах, снижает трудоемкость в 6—10 раз, уменьшает производственные площади в 5 —8 раз, дает годовой эффект до 7 млн. руб.

В настоящее время в промышленности получает боль­шое развитие робототехника, при этом для автоматиза­ции многих работ практический интерес представляют манипуляторы и роботы.

Манипулятор — это техническое устройство для во­спроизведения двигательных функций руки человека. Он снабжен захватом, подобным кисти руки, и сервоприво­дами, перемещающими эту механическую руку. Такие манипуляторы выполняют функции «взять — повер­нуть — положить». Отечественные образцы первого поко­ления 1950-х годов применялись на операциях свободной ковки. Повторяя команды человека и многократно уси­ливая его руку с помощью различных сервомеханизмов, они удерживали многотонный раскаленный слиток ме­талла и поворачивали его между бойками кузнечного мо­лота. Однако практика показала, что внедрение от­дельных манипуляторов на отдельных процессах не дает нужного эффекта. Это произошло по двум причинам: во-первых, манипулятором была передана только мышеч­ная, а не информационная функция деятельности челове­ка; во-вторых, при внедрении манипуляторов не была обеспечена автоматизация их загрузки и межоперацион­ной передачи деталей. Конечно, такие манипуляторы, но улучшенной конструкции, будут использоваться и впредь. Но вместе с ними уже в ближайшие годы должны полу­чить широкое применение роботы-манипуляторы с про­граммным управлением, обеспечивающие быструю переналадку для выполнения других механических операций. Для этого роботы оснащаются адаптивными устройства­ми, в какой-то мере эквивалентными органам чувств че­ловека — техническим зрением, тактильными датчиками и другими средствами восприятия рабочей среды. Такие датчики снабжаются соответствующими преобразовате­лями для ввода информации в управляющие устройства.

В перспективе развитие адаптивных систем управле­ния должно привести к появлению роботов нового поко­ления. Такие роботы будут оснащены развитой системой датчиков и устройств для распознавания окружающей среды. По этим данным с помощью ЭВМ строится упро­щенная модель. Сопоставлением этой модели с поста­вленной задачей мини-ЭВМ будет вырабатывать реше­ние в действиях робота в данной обстановке, планиро­вать их и отдавать соответствующие команды на испол­нение своим манипуляторам. Иными словами, подобные роботы будут иметь иерархическую систему управления со многими контурами обратной связи, обеспечивающую им высокую автономность действий.

Роботы с высокой автономией действий позволят ис­ключить присутствие человека при выполнении вредных, опасных и особо опасных работ, связанных с радиацией, загазованностью, высокими и низкими температурами и давлениями. Такие роботы будут применяться в метал­лургических, литейных и гальванических цехах, на пред­приятиях атомной промышленности и энергетики, под­земной добыче полезных ископаемых и нефтепромыслах, подводных работах.

В настоящее время роботы начинают применять для автоматизации сварки, окраски, транспортировки, сборки и др. По мере совершенствования роботов-автоматов их технологические возможности и экономическая рента­бельность повышаются.