4.4. Организация автоматизированного производства

Развитие поточного производства идет по пути автоматизации процессов.

Комплексно-механизированное и автоматизированное поточное производство – это система машин, оборудование, транспортных средств, обеспечивающая строго согласованное во времени выполнение всех стадий изготовление изделий, начиная от получения исходных заготовок и кончая контролем готового изделия и выпуска продукции через равные промежутки времени. Конечное свое выражение процесс автоматизации производства находит в создании автоматических линий, цехов и заводов автоматов.

Автоматическая поточная линия (АПЛ) – это система согласованно работающих и автоматически управляемых машин, расположенных по ходу технологического процесса, транспортных и контрольных механизмов, выполняющих весь цикл операций по обработке, контролю и перемещению деталей. Автоматические станочные линии зависят от вида исходных материалов (заготовок), габаритов, массы и технологической сложности изготовляемых изделий.

Такт (ритм) автоматической линии ( ) определяется по формуле

где – основное время; – вспомогательное время (на установку, закрепление и снятие изделия); – время транспортировки изделия (детали) с одной позиции на другую.

Широкое применение в практике нашли роторные машины и роторные автоматические линии (АРЛ). Ротор представляет собой барабан, на периферии которого на разном расстоянии друг от друга расположены рабочие инструменты (смонтированные в быстросъемных блоках) и рабочие органы, сообщающие инструментам перемещения в процессе вращения ротора. Главное преимущество АРЛ – высокая производительность, безотказность, возможность получения синхронного процесса, непрерывность транспортного движения, быстросъемность инструментальных блоков. Роторные линии отличаются также определенной гибкостью. Они позволяют автоматизировать обработку некоторых однотипных деталей и получать высокие технико-экономические показатели. На автоматических роторных линиях выполняются операции холодной и горячей штамповки, прессование из металлопорошков, обработки пластмасс, точного литья, токарной обработки, нанесение покрытий, сборки и упаковки, контроля форм и размеров изделий.

Прогрессивная область техники – робототехника. Основным видом применяемой робототехники является робот. Робот – это механизм, предназначенный для выполнения, главным образом, вспомогательных операций производственного процесса (установка, снятие, манипуляция предметом, кантовка, поворот, контроль и др.), осуществляемых автоматически по заданной программе и траектории движения исполнительных механизмов без участия человека. Применение роботов в машиностроении способствует то, что на предприятиях большинство действий рабочих движений по изготовлению изделий носят чисто манипуляционный характер, не требующий затрат умственного труда. Промышленные роботы имеют перед человеком преимущество в скорости и точное ими выполнение однообразных операций, манипулятор может осуществлять такие движения, которые человек не может выполнять физически.

Роботы успешно заменяют человека на химических предприятиях, где приходится иметь дело с вредными химическими или радиоактивными веществами, в кузнечных цехах для работы с раскаленными и тяжелыми заготовками и в других случаях.

Достоинством роботов является их широкая универсальность и гибкость при переходе на выполнение других операций. Однако нужно помнить, что при выполнении вспомогательных операций, где приходится чередовать механические движения и действия с умственным, применением роботов неэффективно, так как для таких операций пришлось бы использовать сложные дорогостоящие и малонадежные устройства.

Разнообразие производственных процессов предопределяют различные типы роботизированных технологических комплексов (РТК). Простейшим типом РТК является роботизированная технологическая ячейка (РТЯ), в которой выполняется небольшое количество технологических операций. РТЯ лежит в основе более крупных роботизированных комплексов: роботизированного технологического участка (РТУ), роботизированной технологической линии (РТЛ). РТК может быть представлен в виде цеха, состоящего из нескольких РТУ, автоматизированных складов и транспортных промышленных роботов. Высшей формой развития роботизированного производства является роботизированный завод.

В результате внедрения роботов меняется организация управления технологическими процессами, ликвидируются ручные операции, сокращаются межоперационные запасы предметов труда, повышается производительность труда и качество продукции.

Важным направлением внедрения достижений научно-технического прогресса является создание гибких производственных систем (ГПС).

ГПС в соответствии с государственным стандартом представляет собой совокупность в разных сочетаниях оборудование с числовым программным управлением, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающих свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры, в установленных пределах значений их характеристик.

Гибкие производственные системы применяются в различных типах производства и различаются по характеру выпускаемой продукции и видам выполняемых работ, по количеству агрегатов, объединенных в систему, по степени автоматизации отдельных элементов и всей системы в целом, уровнем организационной структуры и др.

По организационным признакам различают следующие виды ГПС:

- гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) – гибкая производственная система, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.;

- гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) – гибкая производственная система, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных и роботизированных технологических участков для изготовления изделий заданной номенклатуры;

- система обеспечения функционирования технологического оборудования ГПС – совокупность взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой при помощи ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.

Составными частями ГПС являются подсистемы:

- технологическая;

- транспортно-накопительная;

- инструментального обслуживания;

- автоматизированного управления с помощью ЭВМ.

Кроме того, ГПС может включать в себя: системы автоматизированного контроля (САК); автоматизированную систему удаления отходов (АСУО); автоматизированную систему научных исследований (АСНИ), систему автоматизированного проектирования (САПР); автоматизированную систему технологической подготовки производства (АСТПП) и др.

Обязательным требованием при проектировании ГПС является обеспечение блочно-модульного принципа. Гибкий производственный модель (ГПМ) – это автономно функционирующая единица технологического оборудования. Основными характеристиками ГПМ являются: способность работать некоторое время автономно, без участия человека; автоматическое выполнение всех основных и вспомогательных операций; гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства; простота наладки, устранение отказов основного оборудования и систем управления и др. Одной из важнейших подсистем ГПС является автоматизированная подсистема управления (АСУ).

АСУ – это комплекс технологических средств с ЭВМ, способных воспринимать информацию от автоматизированных систем предприятия: АСУП (календарные планы, графики), САР (чертежи), АСТПЛ (техпроцесс обработки и контроля детали), преобразовывать ее при помощи управляющих программ, непосредственно передавать команды исполнительным органам оборудования всех подсистем ГПС. Таким образом, в ГПС функционируют два потока ресурсов: материальный и информационный. Материальный поток обеспечивает выполнение всех основных и вспомогательных операций процесса обработки предметов:

- подача заготовок и инструмента и установка их на станках;

- механическая обработка деталей;

- снятие готовых деталей и перемещение их на склад;

- замена инструмента и его перемещение;

- контроль обработки и состояния инструмента;

- уборки стружки и подача смазочно-охлаждающей жидкости.

Информационный поток обеспечивает:

- очередность, сроки и количество обрабатываемых изделий, предусмотренные планами работы ГПС;

- передачу программ обработки непосредственно к исполнительным органам станков;

- программу работы роботов, установочных и переналадочных механизмов;

- групповое управление станками, транспортно-накопительными механизмами, системой инструментального обслуживания;

- программу обеспечения заготовками, инструментами, вспомогательными материалами, а также управление всем комплексом и учетом его работы.

Интеграция всех автоматизированных систем в рамках АСУП ведет к созданию гибкого автоматизированного производства (ГАП).

Гибкое автоматизированное производство отличается как от производств, оборудованных автоматическими станочными линиями с кинематической связью механизмов, так и от производств, оснащенных универсальным оборудованием и автономными станками с ЧПУ. От первых ГПС отличаются гибкостью, что позволяет обрабатывать в нем широкую разновидность деталей и осуществлять быструю смену объекта производства, что практически невозможно осуществить при применении автоматических линий.

От производств, оснащенных универсальным оборудованием и станками с ЧПУ, ГПС отличается высокой производительностью оборудования и труда за счет одновременного выполнения многих операций процесса с одной установки обрабатываемого предмета. Кроме того, ГПС может работать в автоматическом режиме круглосуточно.

Важнейшим отличием ГПС от производств, построенных по традиционной технологии, является возможность его интеграции с автоматизированной системой технической подготовки производства (САПР, АСТПП), что позволяет перейти к безбумажной технологии. Это вносит существенные изменения в структуру кадров по всему циклу, проектирование – изготовление продукции, повышает степень наукоемкости производства, увеличивает долю умственного труда в общих трудовых затратах.

Экономическая эффективность ГПС связана с социальным аспектом. При этом определяющими факторами экономии при замене универсальных станков является рост производительности оборудования и труда, высвобождение большого количества станочников. Использование ГПС дает возможность использовать их в третьи смены и в выходные дни по безлюдной технологии.

При сравнении эффективности ГПС с автономными станками с ЧПУ определяющим фактором экономии является снижение затрат на переналадку при переходе к обработке других деталей.

Главным недостатком ГПС являются затраты на их создание, приобретение, содержание и использование. Однако, их высокая производительность, возможность использования в безлюдные смены, экономия в производственных площадях, сокращение незавершенного производства свидетельствуют об экономических преимуществах гибкого автоматизированного производства.