|
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ
ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Курс лекций
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Методы с средства автоматизации инструментального производства» является одной из дисциплин, изучаемых студентами на стадии завершения обучения по специальности.
Цель изучения этой дисциплины заключается в расширении технического кругозоров студентов, освоение теоретических основ и практических навыков управления современным производством, приобретении комплекса специальных знаний и умений, необходимых для организации высокоэффективных автоматизированных процессов в станкостроении.
Дисциплина призвана сформировать у студентов системный подход к решению актуальных задач управления автоматизированным производственным процессом.
Изучение дисциплины ставит своими задачами: ознакомление студентов с общими закономерностями и направления развития современного автоматизированного производства; изучение основ построения и методов расчёта технологических процессов автоматизированного станкостроительного производства; освоение принципов построения автоматизированных станкостроительных систем, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных систем и т.д.; изучения методов управления производственными системами с применениями современных технологических средств автоматики и управляющей вычислительной техники, ознакомление с современным автоматизированным оборудованием, необходимым для организации и управления высокоэффективным производственным процессом.
АВТОМАТИЗАЦИЯ И ЕЁ РОЛЬ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Автоматизация производственных процессов есть комплекс мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и проектированию на их основе высокопроизводительного технологического оборудования, осуществляющего рабочие и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека.
Автоматизацию в машиностроении ни в коей степени не следует понимать лишь как процесс внедрения элементов и схем автоматики, насыщения ими существующих или вновь проектируемых конструкций машин.
Автоматизация – это комплексная конструкторско-технологическая задача создания принципиально новой техники на базе прогрессивных технологических процессов обработки, контроля, сборки. Она включает создание таких методов и схем обработки, конструкций и компоновок машин и систем машин, которые, как правило, были бы невозможны, если бы человек по-прежнему оставался непосредственным участником технологического процесса.
Широкое развитие, автоматизации всех отраслей машиностроения выдвинуло перед машиностроительными вузами актуальнейшую задачу — подготовить не просто специалистов, а инженеров по разработке автоматизируемых технологических процессов; не просто конструкторов по технологическому оборудованию, а создателей новых машин, полуавтоматов и автоматов, автоматических линий и цехов.
Необходимый объем теоретических знаний и практических навыков определяется прежде всего характером решаемых задач автоматизации.
Любую продукцию, для получения которой известны методы и маршруты обработки, наиболее просто можно получить на универсальном неавтоматизированном оборудовании с ручным управлением при непосредственном участии человека. Автоматизация производственных процессов, связанная с неизбежными, иногда весьма значительными затратами сил, средств, времени, имеет цель – повышение производительности и качества выпускаемой продукции, сокращение количества обслуживающих рабочих по сравнению с неавтоматизированным производством.
3а счет реализации этих факторов обеспечивается экономический эффект и окупаемость затрат на автоматизацию. При этом важнейшим определяющим фактором успешного внедрения является надежность автоматизированного оборудования. Если показатели надежности оказываются низкими, сложнейшие и технически совершенные автоматические системы машин становятся менее производительными, чем неавтоматизированное оборудование; число же рабочих после автоматизации не сокращается, а возрастает. Поэтому важнейшим требованием к специалистам, работающим в области автоматизации машиностроения, является умение правильно оценивать целесообразную степень автоматизации в данных конкретных условиях, выбирать и рассчитывать оптимальные варианты построения машин и систем машин. Это не может быть правильно выполнено без наличия специальных знаний, которые, как правило, не даются в общих курсах по технологии и конструированию; поэтому во всех вузах созданы специальные курсы по автоматизации производственных процессов.
Наиболее просто изучение вопросов автоматизации можно производить путем ознакомления с имеющимися образцами автоматизированного оборудования, при соответствующей их типизации, классификации и т. д.; с типовыми методами и средствами автоматизации управления, загрузки и транспортировки, зажима и поворота изделий и т. д. И тогда инженер, обладающий общей хорошей конструкторской и технологической подготовкой, может работать в области автоматизации, воспроизводя известные ему прототипы, разумеется, на более высоком уровне. Такая ознакомительно-описательная методология изучения дисциплин по автоматизации, по-видимому, явилась закономерной для ранних этапов развития автоматизации, когда еще не сложились научные школы по этим вопросам, не был накоплен достаточный опыт проектирования и эксплуатации машин, не сформировались достаточно квалифицированные кадры инженеров и ученых, способных решать усложняющиеся задачи на высшем уровне.
Как известно, большая часть современных автоматов и полуавтоматов и подавляющее большинство автоматических линий относится к специальному оборудованию, для которого основные параметры (число рабочих и холостых позиций, участков, параллельных потоков обработки и т. д.) выбираются по критериям не кинематики и прочности, а производительности, надежности, экономической эффективности. Основными этапами создания автоматов и линий являются:
а) разработки технологического процесса как основа дальнейшего проектирования;
б) выбор оптимального варианта построения машин или системы машин, ее принципиальной схемы и компоновочного рвения;
в) выбор, расчет и проектирование системы управления;
г) расчет и проектирование целевых механизмов рабочих и холостых ходов;
д) уточнение ожидаемых технико-экономических показателей проектируемого оборудования: производительности, надежности в работе, экономической эффективности по сравнению с базовым вариантом.
Задачи, решаемые на каждом этапе, тем сложнее и многовариантнее, чем выше степень автоматизации машин, их конструктивная и структурная сложность.
В соответствии с вышеизложенным специалист по автоматизации должен обладать определенным объемом знаний и умений, необходимых для последовательного решения требуемых задач.
Технологические основы автоматизации. Не каждый технологический процесс, сложившийся в условиях совместной работы человека и машины, пригоден в качестве основы для создания автоматизированного оборудования. Поэтому необходимо на основе анализа специфики технологических процессов автоматизированного производства уметь правильно строить технологические процессы по критериям не только требуемого качества изделий, но и высокой производительности машин.
Основы проектирования автоматов и автоматических линий. На основе познания общности автоматов и линий различного технологического назначения, единых принципов автоматостроения, методов анализа и синтеза необходимо умение решать на высоком уровне задачи выбора принципиального варианта проектируемого оборудования, оптимального сочетания конструктивных, структурных, компоновочных параметров по критериям высокой производительности, надежности, экономической эффективности.
Системы управления. На основе сравнительного анализа всех возможных типов систем управления, их достоинств и недостатков, области применения необходимо уметь выбирать тип системы управления, формулировать требования к объему выполняемых функций, рассчитывать и выбирать параметры, проектировать специфические механизмы и устройства управления.
При разработке систем управления все вопросы синтеза системы управления с учетом многовариантности решения необходимо рассматривать не абстрактно, а с позиций достижения автоматом или линией наилучших технико-экономических показателей по качеству изделий, производительности, себестоимости продукции.
Целевые механизмы. На основе изучения, анализа и систематизации методов и средств автоматизации рабочих и вспомогательных операций, принципов их унификации и т. д. необходимо умение производить конструирование и расчет наиболее типовых механизмов и устройств (силовых головок, механизмов подачи материала, зажима, поворота, транспортирования, ориентации и др.). Основное внимание должно уделяться расчету и конструированию механизмов холостых ходов с позиций их быстродействия, надежности в работе, универсальности и переналаживаемости. И снова, как при разработке системы управления, вопросы выбора и обоснования должны решаться с позиций обеспечения высоких технико-экономических показателей автоматов и автоматических линий в целом их производительности и экономической эффективности.
Комплексная автоматизация производственных процессов. Этот процесс является завершающим и обобщающим в автоматизации. Здесь проводится анализ путей и перспектив комплексной автоматизации производственных процессов, обоснование экономически оптимальной степени автоматизации; при этом основным объектом анализа и синтеза являются автоматические системы машин — автоматические линии, их технико-экономическая эффективность.
Специалист по автоматизации должен обладать знанием не только различных конструкций и технологических процессов, которых великое множество, но и общих закономерностей автоматостроения, методов анализа и синтеза автоматов и автоматических линий на основе научных положений теории производительности, надежности, экономической эффективности. При этом в учебных курсах по автоматизации любые технологические процессы и конструкции машин должны рассматриваться как взаимозаменяемые примеры, иллюстрирующие общие закономерности проектирования и эксплуатации автоматов и линий.
Теоретической основой автоматизации производственных процессов является теория производительности, которая позволяет рассматривать вопросы проектирования и эксплуатации машин в их диалектической взаимосвязи, формулировать основные законы автоматостроения, решать конкретные вопросы расчета и выбора технологических, конструктивных, структурных, эксплуатационных параметров с позиций высокой производительности, надежности и эффективности.
Специалисту по автоматизации необходимо знать:
1) материальную часть — типовые примеры конструкций и компоновок автоматов и автоматических линий, систем их управления и целевых механизмов;
2) особенности разработки технологических процессов автоматизированного производства;
3) теорию производительности рабочих машин;
4) теорию надежности и долговечности машин;
5) теорию автоматического регулирования как основу современных систем управления;
6) инженерные методы обоснования выбора оптимальных технологических и конструктивно-компоновочных решений при проектировании;
7) принципы построения многопозиционных автоматов и автоматических линий;
8) методы анализа работоспособности действующих автоматов и автоматических линий с точки зрения получения исходных данных для проектирования новых технологических процессов и машин.
Специалист по автоматизации производственных процессов должен уметь:
1) разрабатывать технологические процессы как основу для проектирования машин-автоматов и автоматических линий с учетом специфических требований к изделиям, стабильности технологических параметров, дифференциации и концентрации операций и т. д.;
2) анализировать варианты технологических процессов с целью выбора оптимальных по критериям количества и качества; необходимого оборудования и т. д.;
3) сравнивать предлагаемые варианты технологических процессов и оборудования по экономическим критериям с базовым, действующим производством;
4) выбирать оптимальную степень автоматизации проектируемого оборудования (станок с ручным управлением, полуавтомат; автомат, автоматическая линия, комплексная система и др.);
5) выбирать и рассчитывать принципиальную схему автомата или автоматической линии с оптимальным сочетанием таких показателей, как число позиций и потоков обработки, участков-секций, тип и емкость межоперационных накопителей; вид агрегатирования, компоновочное решение;
6) выбирать тип системы управления (упорами, копирами, распределительным валом, программное управление и др.), составлять техническое задание на разработку системы, оценивать качество вариантов;
7) разрабатывать конструкцию специфических механизмов и устройств управления и контроля;
8) разрабатывать конструкцию механизмов и устройств для выполнения вспомогательных (холостых) операций — подачи заготовок и их ориентации, транспортировки, зажима, накопления заделов и др.;
9) оценивать количественно перспективность тех или иных направлений автоматизации, новейших конструктивных и компоновочных решений, систем управления.
Разумеется, изучение общеинженерных и специальных дисциплин лишь закладывает основу профессиональной подготовки, которая углубляется конкретной специализацией в последующей практической деятельности, при сохранении общей эрудиции, основ знания и умения.
ТЕНДЕНЦИИ И ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Для современного развития автоматизации процессов машиностроения характерны три главные тенденции.
Первая тенденция — широкое применение метода концентрации (совмещения) элементарных технологических операций при создании автоматического оборудования для массового, серийного и мелкосерийного производства. Концентрация операций в одной рабочей машине резко повышает ее производительность, позволяет быстро окупить затраты на автоматизацию.
Вторая тенденция — использование метода агрегатирования (агрегатно-модульного принципа построения) металлорежущих станков-автоматов и автоматических линий, сборочных машин, контрольных» транспортных устройств, роботов и систем управления, что в несколько раз сокращает сроки проектирования и изготовления средств автоматизации и оборудования, создает возможность его перекомпоновки и переналадки при изменении объекта производства.
Третья тенденция — применение микропроцессорной техники и компьютеров для управления технологическими процессами на всех уровнях (включая управление качеством продукции), что создает гибкость производства, высокую надежность управляющих систем, позволяет реализовать большие потенциальные возможности современных технологий.
Сочетание этих тенденций обеспечивает высокую эффективность только в случае выбора наиболее рациональных по концентрации операций параметров агрегатного оборудования и технологических систем в целом (структура процесса, компоновочные схемы линий, режимы работы). Отсюда—важность разработки научно-технических основ оптимального агрегатирования технологических систем машин, т. е. научно обоснованных методов, которые позволили бы по заданным исходным данным формировать общую совокупность технически возможных вариантов, проводить их сравнительный анализ и отбор вплоть до выделения оптимального по выбранным критериям варианта.
Бурное развитие вычислительной техники, в том числе микропроцессоров, создало широкие возможности для применения гибкого высокоавтоматизированного оборудования в самых различных областях промышленности и прежде всего в машиностроении. Успехи в этой области создали у ряда специалистов впечатление, что применение компьютеров на различных стадиях производственного процесса уже само по себе способно резко повысить эффективность производства. Практика же показывает, что даже самые совершенные ЭВМ позволяют лишь наиболее полно реализовать возможности современных технологий и технологического оборудования, но не могут дать большего эффекта, чем сам технологический процесс. Поэтому при проектировании гибких станочных модулей, ячеек, автоматических линий и участков первостепенное значение имеет разработка наиболее рационального (оптимального по принятым критериям) технологического процесса обработки деталей и выбор или проектирование станочного или сборного оборудования, позволяющего осуществить этот процесс.
Автоматизированное машиностроительное производство характеризуется постоянным наращиванием выпуска продукции, резким повышением требований к ее качеству, все более частой сменяемостью моделей машин и приборов, позволяющей непрерывно совершенствовать их конструкции. Отсюда возникает необходимость организации гибкого. переналаживаемого производства, внедрения гибкого технологического оборудования во всех типах производства — от мелкосерийного до массового. Главное условие здесь — обеспечение максимальной экономической эффективности, т. е. производство изделий с минимальными затратами труда и денежных средств.
Все это позволяет сформулировать основные направления его совершенствования:
1) повышение технологичности деталей, сборочных единиц и изделий в целом, унификация их конструкций;
2) повышение точности и качества заготовок, обеспечение стабильности припуска, совершенствование существующих и создание новых методов получения заготовок, снижающих их стоимость и расход металла;
3) создание автоматических линий и систем машин для комплексного изготовления деталей и сборки изделий с включением всех операций технологического процесса (заготовительных, обработки резанием, термической обработки, гальванопокрытий, контроля, сборки, консервации, упаковки и др.);
4) повышение степени концентрации операций технологического процесса и связанное с этим усложнение структур ТСМ;
5) развитие прогрессивных технологических процессов—основы эффективной автоматизации производства, создание новых методов обработки деталей, выбор наиболее эффективной структуры процессов и структурно-компоновочных схем оборудования, разработка новых типов и конструкций режущих инструментов, обеспечивающих высокую производительность и качество обработки;
6) повышение степени непрерывности процессов, замена, где это возможно, дискретных процессов непрерывными, более широкое применение систем машин непрерывного действия (роторных и роторно-конвейерных линий), совмещающих во времени технологические и транспортные операции;
7) развитие идеи агрегатирования и модульного принципа создания станков, станочных систем и других средств автоматизации: сборочных машин и сборочных линий, загрузочных и транспортных устройств, промышленных роботов, систем управления; разработка на основе стандартных модулей автоматических систем машин, позволяющих быстро перестраивать оборудование, обеспечивающих гибкость производства;
8) расширение работ в области автоматизации процессов сборки изделий, применение автоматизированных линий синхронного и несинхронного типа, позволяющих сочетать автоматические сборочные операции с операциями, выполняемыми вручную; применение сборочных роботов, создание роботизированных комплексов машин, в том числе быстропереналаживаемых;
9) более широкое использование вычислительной техники для управления работой оборудования, диагностирования его технического состояния, быстрой перестройки производства, повышения эксплуатационной надежности оборудования; как результат этого — создание полностью автоматизированных производств (цехов и заводов-автоматов), где технологический процесс реализуется без непосредственного участия рабочих-операторов;
10) разработка и применение систем комплекного проектирования на ЭВМ: конструкций изделий; технологических процессов изготовления деталей и сборки машин; технологического оборудования и средств автоматизации производства.
Успешно решить эти задачи можно при углублении научных исследований в области автоматизации производства, формировании фундаментальных теоретических основ автоматизации процессов машиностроения опережающей подготовке инженерных кадров в области автоматизации.
Первоочередными в области создания станочных и сборочных линий можно считать такие проблемы, как:
1) развитие теории комплексной оптимизации технологических процессов механосборочного производства, включающей в себя выбор или разработку наиболее эффективных методов выполнения операций обработки поверхностей деталей, а также выбор наиболее рациональной по концентрации операций структуры процессов;
2) разработка методов оптимального многопараметрического синтеза комплексных технологических систем машин, позволяющих без полного перебора всех возможных вариантов вести направленный поиск таких схемных и структурно-компоновочных решений, которые обеспечивают в каждом конкретном случае заданный годовой выпуск деталей необходимого качества с наилучшими технико-экономическими показателями.
3) разработка методов сравнительного анализа, выбор типажа, оптимальных параметров и конструктивных решений, определение области наиболее эффективного применения основных средств автоматизации производства, т. е. силовых узлов и транспортных устройств автоматических систем машин, манипуляторов и промышленных роботов, контрольных автоматов, механизмов автоматической сборки и др.; разработка методов повышения их надежности, быстродействия и точности, улучшения динамических характеристик;
4) разработка организационно-технических основ, методов и средств рациональной эксплуатации станочных систем, которые обеспечили бы наиболее полную реализацию возможностей оборудования для достижения расчетных значений производительности, ритмичности производства, качества обработки, себестоимости продукции;
5) развитие методов расчета экономической эффективности автоматизации и методов экономического обоснования применяемых решений с учетом технических, социальных, психологических и экономических факторов.
При этом главным является не только существенное увеличение применяемых в производстве средств автоматизации и механизации, но и качественное изменение работ в этой области, переход от локальных задач к комплексным.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Под механизацией технологических процессов понимают применение энергии неживой природы в технологическом процессе или его составных частях, полностью управляемых людьми, осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения объема выпуска и качества продукции. Функции рабочего при этом сводятся только к управлению работой, контролю изделий и регулировке машины.
Под автоматизацией понимают применение энергии неживой природы в технологическом процессе или его составных частях для выполнения и управления ими без непосредственного участия людей, осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения объема выпуска и качества продукции. Функции рабочего – контроль за работой машины, устранение отклонений от заданного процесса, наладка автоматизированной машины на обработку другого изделия. При этом рабочий не должен принимать участие в изготовлении каждого изделия; в освобожденное время он выполняет функции обслуживания ряда автоматов. Рабочий получает большую квалификацию, он становится наладчиком. Стирается грань между рабочим и инженерно-техническим работником.
В серийно выпускаемых автоматах не автоматизированы вспомогательные переходы по контролю изделий, подналадке и наладке автоматов. Инженерно-техническим работникам предприятий необходимо проводить работу по автоматизации контроля, подналадки и наладки, чтобы и от этих функций освободить человека.
В ГОСТах Единой системы технологической подготовки производства предусматривается качественная и количественная оценка состояния механизации и автоматизации технологических процессов. Качественная оценка производится по трем показателям: виду, ступени и категории.
По виду различают частичную, полную, единичную, комплексную, первичную и вторичную механизацию и автоматизацию. Под частичной механизацией или автоматизацией понимают механизацию или автоматизацию технологических процессов или их систем, при которой часть затрат энергии людей заменена затратами энергии неживой природы, исключая управление при механизации или автоматизации.
Под полной механизацией или автоматизацией понимают механизацию или автоматизацию технологических процессов или их систем, при которой все затраты энергии людей заменены затратами неживой природы, исключая управление при механизации и включая его при автоматизации.
Под единичной механизацией или автоматизацией понимают частичную или полную механизацию или автоматизацию одной первичной составной части технологического процесса или системы технологических процессов, исключая управление при механизации и включая его при автоматизации. Например, в токарной операции механизирована или автоматизирована загрузка и разгрузка деталей; автоматизирована одна из пяти операций обработки деталей и т. п.
Под комплексной механизацией или автоматизацией понимают частичную или полную механизацию или автоматизацию двух или более первичных составных частей технологического процесса или системы технологических процессов, исключая управление при механизации и включая его при автоматизации., В случае механизации или автоматизации всех без исключения первичных составных частей получают, полнокомплексную механизацию и автоматизацию. Например, все пять операций технологического процесса механизированы или автоматизированы.
При механизации или автоматизации не всех первичных частей получают неполнокомплекснуго механизацию или автоматизацию. Например, три из пяти операций механизированы или автоматизированы. Следует стремиться к полнокомплексной механизации и автоматизации.
Механизация и автоматизация проводятся часто в несколько этапов, поэтому различают первичную, и вторичную механизацию и автоматизацию. Под первичной — понимают механизацию или автоматизацию технологических процессов или их систем, в которых до проведения механизации или автоматизации использовалась только энергия людей. Под вторичной — понимают механизацию или автоматизацию технологических процессов или их систем, в которых до ее проведения использовалась энергия людей и неживой природы при механизации или только неживой природы при автоматизации. Так, например, изменены автоматические контрольные устройства, установленные на станке, на более совершенные, обеспечивающие большую точность в производстве при более длительном сроке эксплуатации устройства.
Технический прогресс основан не только на первичной механизации и автоматизации, но и на вторичной, являющейся овеществленной мыслью ученых и практиков в результате обобщения опыта работы механизированных и автоматизированных систем.
Ступень внедрения механизации или автоматизации по ГОСТу обозначается цифрами от 1 до 10: 1 — единичная технологическая операция; 2 — законченный технологический процесс; 3—система технологических процессов, выполняемых на производственном участке; 4 — система технологических процессов, выполняемых в пределах цеха; 5 — система технологических процессов, выполняемых в пределах группы технологически однородных цехов; 6 — система технологических процессов, выполняемых в пределах предприятия; 7 — система технологических процессов, выполняемых в пределах производственных фирм или научно-производственных объединений; 8—система технологических процессов, выполняемых в пределах территориально-экономического региона; 9 — система технологических процессов, выполняемых, в пределах отрасли промышленности; 10—система технологических процессов, выполняемых для всей промышленности страны.
При механизации и автоматизации процессов часть времени расходуется на выполнение процесса машиной без участия рабочего (Тм) и часть времени с участием рабочего (Тр). Отношение машинного времени к общему времени выполнения операции процесса называют коэффициентом механизации: К = Тм/(Тм+Тр) = Тм/Тшт.
В состав времени Тм входит время рабочих ходов и иногда холостых ходов, перекрываемых машинным временем. Например, быстрый подвод инструмента к детали (вспомогательный ход) на автомате или подача прутка и его закрепление на прутковом автомате (вспомогательные переходы). Чем меньше времени затрачивается на вспомогательные переходы и ходы, тем больше производительность станка.
Для повышения коэффициента механизации нужно сокращать ручное время на заточку, смену, установку и регулирование инструмента, на ремонт и регулирование механизмов машины (станка), на заправку материала или заготовок, уборку отходов, сдачу готовых деталей, ликвидацию брака вследствие нарушения настройки станка, подготовку к сдаче и сдачу станка в конце смены и т. п.
При механизации и автоматизации многих операций технологических процессов определяют основные показатели уровня механизации и автоматизации процессов. Причем расчет основных показателей уровня в случаях механизации или автоматизации от одной операции (1-я ступень) до системы процессов, выполняемых на производственном участке (3-я ступень), производится по показателям времени живого труда или времени выполнения процесса.
Расчёт производится по формулам:
при механизации: dт = Σ Тнм/ Σ Тш; dп = Σ Тм/ ΣТш;
при автоматизации: dт = Σ Тна/ Σ Тш; dп = Σ Та/ ΣТш,
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 66 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |