Организация автоматизированного производства продукции

ОРГАНИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ  

ВВЕДЕНИЕ

       В настоящее время автоматизация производства является одним из основных факторов современной научно-технической революции, открывающей перед человечеством возможности преобразования природы, создания огромных материальных богатств, умножения творческих способностей человека.

     Развитие  автоматизации характеризуется  рядом крупных достижений. Одним  из первых было внедрение сборочных  конвейеров Генри Форда в процесс  производства. Значительный переворот  в автоматизации производства произвели  промышленные роботы и персональные компьютеры. Всё это подтолкнуло  наше общество на путь нового автоматизированного  управления процессом производства.

    В настоящее время для эффективного функционирования предприятия повсеместно  вводится автоматизация, она становится неотъемлемой частью всего производственного  процесса. И это вполне оправданно и выгодно, ведь снижаются затраты и повышается качество продукции.

    Автоматизированное  производство — это система машин, оборудования, транспортных средств, обеспечивающая строго согласованное во времени  выполнение всех стадий изготовления изделий, начиная от получения исходных заготовок и кончая контролем (испытанием) готового изделия и выпуска продукции  через равные промежутки времени.

     Целью данной работы является рассмотреть основные принципы управления автоматизированным производством, а также  определить эффективность автоматизированных систем управления. 
 
 
 

1. ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ
1. Сущность автоматизированного производства, его состав, применяемость, эффективность функционирования

    Автоматизация производства – процесс, при котором  функции по управлению производством  и контролю за ним, ранее выполнявшиеся  человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация – это  основа развития современной промышленности, генеральное направление научно-технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности  труда, улучшении качества выпускаемой  продукции, в создании условий для  оптимального использования всех ресурсов производства.

    Автоматизированное  производство возникло в некоторых  отраслях промышленности (например, в  химической и пищевой) уже в начале 20 в. в основном на таких производственных участках, где технология вообще не может быть организована по-другому [1, c 140].

    Этапы развития автоматизации производства определяются развитием средств производства, электронно-вычислительной техникой, научными методами технологии и организации производства.

    На  первом этапе были созданы автоматические линии и жесткие заводы-автоматы. Второй период развития автоматизации характеризуется появлением электронно-программного управления, созданием станков с числовым программным управлением (далее ЧПУ), обрабатывающих центров и автоматических линий. Предпосылкой развития автоматизации производства на третьем этапе послужили новые возможности ЧПУ на базе микропроцессорной техники, позволившие создать новую систему машин, которая сочетала высокую производительность автоматических машин с требованиями гибкости производственного процесса. На более высоком уровне автоматизации создаются автоматические заводы будущего, оснащённые оборудованием с искусственным интеллектом [2, c. 98]

    В автоматизированном производстве работа оборудования, агрегатов, аппаратов, установок  происходит автоматически по заданной программе, а рабочий осуществляет контроль за их работой, устраняет отклонения от заданного процесса, производит наладку автоматизированного оборудования.

    Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию.

    Частичная автоматизация производства, точнее — автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его. Частично автоматизируется, как правило, действующее производственное оборудование. По мере совершенствования средств автоматизации и расширения сферы их применения было установлено, что частичная автоматизация наиболее эффективна тогда, когда производственное оборудование разрабатывается сразу как автоматизированное.

    При комплексной автоматизация производства участок, цех, завод, электростанция функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс. Комплексная Автоматизация производства охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы; она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надёжного производственного оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе, функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением работой комплекса.

      Полная автоматизация производства — высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Она проводится тогда, когда автоматизируемое производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически неизменны, а возможные отклонения заранее могут быть учтены, а также в условиях недоступных или опасных для жизни и здоровья человека.

    Основой компрессорных систем машин выступают автоматические линии (далее АЛ). Автоматические линии представляют собой систему согласованно работающих и автоматически управляемых станков (агрегатов), транспортных средств и контрольных механизмов, расположенных по ходу технологического процесса, с помощью которых обрабатываются детали или собираются изделия, накапливаются заделы, удаляются отходы по заранее заданному технологическому процессу. Роль рабочего на АЛ сводится к наблюдение за работой линии, наладке отдельных механизмов, а иногда подаче заготовки на первую операцию и снятию готового изделия с последней операции.

    АЛ служат для выполнения в автоматическом режиме определенных операций (стадий) производственного процесса и зависят от вида исходных материалов (заготовок), габаритов, массы и технологической сложности изготовляемых изделий.

    В комплекс АЛ входит транспортная система, предназначенная для подачи заготовок  со склада к стендам, перемещения  подвесного технологического оборудования от одного стенда к другому, для транспортировки  со стендов готовых изделий на главную линию или склад готовой  продукции.

    В зависимости от способа обеспечения  ритмичности различают синхронные (жёсткие) АЛ, для которых характерны жесткая межагрегатная связь  и единый цикл работы станков, и несинхронные (гибкие) АЛ с гибкой межагрегатной  связью. Каждый станок в этом случае снабжён индивидуальным магазином-накопителем  мажоперационных заделов [3, c. 176].

    Структурная компоновка АЛ зависит от объёма производства и характера технологического процесса. Существуют линии параллельного и последовательного действия, однопоточные, многопоточные, смешанные (с ветвящимся потоком) (рис. 1.1.1).

    .

    Рис. 1.1.1 Структурные компоновки автоматических линий: а — однопоточная последовательного действия; б — однопоточная параллельного действия; в — многопоточная; г — смешанная (с ветвящимся потоком); 1 — рабочие агрегаты: 2 — распределительные устройства.

    АЛ параллельного действия применяются для выполнения одной операции, когда продолжительность её значительно превышает необходимый темп выпуска. Продукт переработки автоматически распределяется (из магазина или бункера) по агрегатам линии и после обработки приёмными устройствами собирается и направляется на последующие операции. Многопоточные АЛ представляют собой систему из АЛ параллельного действия, предназначенную для выполнения нескольких технологических операций, каждая из которых по продолжительности больше заданного темпа выпуска. В единую систему могут быть объединены несколько АЛ последовательного или параллельного действия. Такие системы называются автоматическими участками, цехами или производствами. 

    Автоматизированные  участки (цехи) включают в себя автоматические поточные линии, автономные автоматические комплексы, автоматические транспортные системы, автоматические складские системы; автоматические системы контроля качества, автоматические системы управления и т.д.  

    Рис. 1.1.1 Структурный состав автоматизированного производственного подразделения

    Автоматические  линии широко применяются в пищевой промышленности, производстве бытовых изделий, в электротехнической, радиотехнической и химической отраслях промышленности. Наибольшее распространение автоматические линии получили в машиностроении. Многие из них изготовляются непосредственно на предприятиях с использованием уже действующего оборудования.

    Автоматические  линии для обработки строго определённых по форме и размерам изделий называются специальными; при изменении объекта производства такие линии заменяют или переделывают. Более широкими эксплуатационными возможностями обладают специализированные автоматические линии для обработки однотипной продукции в определённом диапазоне параметров. При изменении объекта производства в таких линиях, как правило, лишь перенастраивают отдельные агрегаты и изменяют режимы их работы; основное технологическое оборудование в большинстве случаев может быть использовано для изготовления новой однотипной продукции. Специальные и специализированные автоматические линии применяются главным образом в массовом производстве.

             В серийном производстве автоматические линии должны обладать универсальностью и обеспечивать возможность быстрой переналадки для изготовления различной однотипной продукции. Такие автоматические линии называют универсальными быстропереналаживаемыми, или групповыми. Несколько меньшая производительность универсальных автоматические линии по сравнению со специальными компенсируется их быстрой переналадкой для производства широкой номенклатуры продукции [1, c. 152]. 

1. Эффективность функционирования автоматизированного производства

    При проведении работ на конкретном предприятии  с целью перехода на автоматизированное производство возникает вопрос оценке капитальных затрат на внедрение средств автоматизации и определении эффективности этих затрат. Для этого необходимо установить структуру затрат на создание автоматизированного производства и процедуру определения эффективности этих затрат.

    Соизмерение затрат и результатов при создании автоматизированного производства является частью общей проблемы, рассматриваемой  в теории экономической эффективности  капитальных вложений.

    Технический уровень современного производства позволяет автоматизировать почти  любую технологическую операцию. Однако далеко не всегда автоматизация при этом будет экономически эффективной. Автоматизация производства может осуществляться с применением различного оборудования, разных средств автоматизации, транспортных и контрольных устройств, любой компоновки технологического оборудования и т.д.  Поэтому необходимо правильно выбрать варианты автоматизации производства и дать комплексную оценку их экономической эффективности.

    Экономическая эффективность автоматизации производства оценивается  показателями в стоимостном и натуральном выражении. К основным стоимостным показателям относятся себестоимость продукции, капитальные затраты, приведённые затраты и срок окупаемости дополнительных капитальных вложений в средства автоматизации.

    При обоснование экономической целесообразности создания и эксплуатации автоматической или автоматизированной производственной системы необходимо исходить из следующих основных принципов теории экономической эффективности капитальных вложений.

1. Экономический эффект от использования средств автоматизации – это экономия общественного труда при производстве каких-либо видов продукции. Экономия труда или экономия времени коренным образом определяет направленность капитальных вложений.
2. Целесообразность использования средств автоматизации на конкретном предприятии (в цехе) обосновывается соотношением хозяйственного эффекта и затратами по каждому варианту.
3. В качестве критерия сравнения вариантов применяются приведенные затраты, отражающие текущие затраты и капитальные вложения.

При экономическом обосновании целесообразности использования средств автоматизации в конкретном производстве следует учитывать:

· экономический эффект в сфере производства продукции в условиях автоматизации;

· сравниваемые варианты, предлагаемые для организации  производства продукции, приведённые  к тождественному эффекту;

· цель внедрения средств автоматизации  – увеличение объёма и качества выпускаемой продукции на базе интенсификации;

· выбор  наилучшего варианта из двух рассматриваемых, которому соответствует минимум  приведённых затрат.

    Формула приведенных затрат позволяет соизмерять разнородные по своем характеру  величины – текущие (себестоимость  продукции) и единовременные затраты (капитальные вложения в средства автоматизации) – путём отнесения их на годовой объём производства продукции, либо на весь срок работы средств автоматизации производства, в течение которого стоимость должна окупиться за счёт снижения текущих затрат (себестоимости продукции). При этом величина годового экономического эффекта (Э, руб./год) от применения средств автоматизации производства определяется по формуле

    где и - себестоимость годового выпуска продукции соответственно до и после внедрения средств автоматизации производства, руб./год;

      и  - капиталовложения соответственно до и после внедрения средств автоматизации производства, руб.,

      – нормативный  коэффициент сравнительной  экономической эффективности  капитальных вложений.

    Положительное значение разности приведенных затрат свидетельствует  об экономической  целесообразности внедрения системы  автоматизированного производства. Кроме того, определяют вспомогательные показатели с учётом особенностей производства: такт (ритм) потока, часовую производительность, производственную мощность, численность обслуживающего персонала, трудоёмкость обработки, выработку на одного работающего, продолжительного производственного цикла, величину незавершённого производства и др. [10, c. 141-162].

    Важной  составляющей функционирования автоматизированного  производства является непосредственная эффективность автоматической линии.

             Управление АЛ осуществляется системами автоматического управления, которые подразделяются на внутренние и внешние. Внутренние системы управления обеспечивают выполнение отдельным агрегатом или механизмом линии всех основных и вспомогательных операций технологического процесса на данном агрегате. Внешняя система (как правило, система путевого контроля, организованного по принципу обратной связи) обеспечивает согласованную работу агрегатов и участков линии. В зависимости от конкретных условий системы управления АЛ строятся на электрических, механических, гидравлических, пневматических или комбинированных связях. Для автоматического регулирования технологического процесса и переналадки оборудования на АЛ с(преимущественно групповых) применяют системы электронного программного управления. Крупные комплексные АЛ оснащаются электронными управляющими машинами и другими средствами вычислительной техники. На агрегатах АЛ преимущественно применяется индивидуальный или многодвигательный электропривод и реже — регулируемый электрический, гидравлический или механический привод.

    Стабильность  процесса на АЛ характеризуется временем, в течение которого необходимые параметры процесса выдерживаются в требуемых допусках. Стабильность качества продукции и устранение влияния погрешностей во время обработки на АЛ достигаются применением систематического контроля заданных параметров и активным воздействием на технологический процесс.

    Непосредственная  эффективность АЛ сказывается, в частности, в уменьшении числа рабочих, ранее занятых на этом производстве. Но работа на АЛ требует более высокой квалификации обслуживающего персонала. Наиболее эффективны АЛ при комплексном внедрении совершенных технологических процессов. В условиях социалистического производства АЛ применяют для трудоёмких операций и вредных процессов, если это значительно облегчает труд рабочих и улучшает его условия. Однако, как правило, АЛ дают и необходимую экономическую эффективность, особенно высокую при комплексной автоматизации производства. Стоимость продукции, изготовляемой на АЛ, зависит главным образом от стоимости исходных материалов и полуфабрикатов, производительности АЛ и затрат на их создание.

    Стоимость АЛ определяется количеством технологических операций, их сложностью, объёмом выпускаемой продукции, сложностью оборудования и систем управления, серийностью производства. При прочих равных условиях решающий фактор, определяющий стоимость АЛ, — серийность производства её оборудования. Стоимость АЛ снижается при использовании нормализованных узлов, механизмов и инструментов, при централизованном изготовлении систем транспортирования и управления, сокращении длительности монтажа и наладки. Снижение стоимости АЛ расширяет экономически целесообразные области их применения, позволяет вводить в действие АЛ, необходимые для технического перевооружения промышленности [1, c. 146].

            Производительность АЛ зависит от времени, затрачиваемого на непосредственное осуществление рабочего процесса, времени на выполнение вспомогательных перемещений (несовмещённые транспортные операции, закрепление и открепление обрабатываемого изделия, отвод и подвод рабочих органов), времени на переналадку, наладку и восстановление работоспособности линии. Сокращение времени рабочего процесса достигается применением высокопроизводительной технологии. Уменьшение времени на вспомогательные перемещения достигается сокращением числа холостых перемещений или увеличением их скорости, совмещением во времени холостых перемещений с рабочим процессом. Для оценки производительности АЛ важен показатель цикловой непрерывности работы, который определяется (для дискретных процессов) отношением времени выполнения рабочего процесса к общему времени цикла. Время на подналадку, переналадку и ремонт сокращается при использовании автоматического регулирования, повышении стабильности рабочих инструментов и своевременной их замене.

     При определении степени автоматизации  учитывают, прежде всего, её экономическую  эффективность и целесообразность в условиях конкретного производства. Автоматизация производства не означает безусловное полное вытеснение человека автоматами, но направленность его  действий, характер его взаимоотношений  с машиной изменяется; труд человека приобретает новую качественную окраску, становится более сложным  и содержательным. Центр тяжести  в трудовой деятельности человека перемещается на техническое обслуживание машин-автоматов  и на аналитически-распорядительную деятельность.

       Работа одного человека становится  такой же важной, как и работа  целого подразделения (участка,  цеха, лаборатории). Одновременно с  изменением характера труда изменяется  и содержание рабочей квалификации: упраздняются многие старые профессии,  основанные на тяжёлом физическом  труде, быстро растет удельный  вес научно-технических работников, которые не только обеспечивают  нормальное функционирование сложного  оборудования, но и создают новые, более совершенные его виды [6, c. 180]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

    2.1 Характеристика автоматической роторной линии, схема и принципы работы 

    Разновидностью  комплексных автоматических линий  являются роторные автоматические линии, разработанные инженером Л.Н.Кошкиным.

    Автоматическая роторная линия - комплекс рабочих машин, транспортных устройств, приборов, объединённых единой системой автоматического управления, в котором одновременно с обработкой заготовки перемещаются по дугам окружностей совместно с воздействующими на них орудиями. Наиболее распространены автоматические роторные линии для операций, выполняемых посредством прямолинейного рабочего движения (штамповка, вытяжка, прессование, сборка, контроль). (6)

    Автоматическая  роторная линия состоит из рабочих  роторов, на которых выполняются технологические операции, и транспортных роторов, которые перемещают обрабатываемые предметы по операциям (Рук4цукис 2.1.1). 

    Рис 2.1.1 Принципиальная схема автоматической роторной линии: 1 — блок инструмента; 2 — транспортный ротор; 3 — клещи; 4 — линия перемещения изделия при обработке; 5 — рабочий ротор; 6 — копир.

    Рабочий ротор представляет собой жёсткую  систему, на которой монтируется  группа орудий, равномерно расположенных  вокруг общего вращающего систему вала. Необходимые рабочие движения сообщаются этим орудиям исполнительными органами, для малых усилий применяются  механические исполнительные органы, для больших — гидравлические (например, штоки гидравлических силовых  цилиндров).

    Транспортные  и рабочие роторы жёстко связаны  между собой. На автоматических роторных линиях можно одновременно обрабатывать предметы нескольких типоразмеров сходной  технологии как в массовом, так  и в серийном производстве. Роторные линии позволяют автоматизировать обработку нескольких однотипных деталей, т.е. отличаются определённым уровнем гибкости.

    Рис 2.1.2 Схематическая развёртка прессовой операции на роторной линии: 1 — предмет обработки; 2, 3 — инструмент; 4 — пазовый копир; 5 — ползун; 6 — ролики ползунов; h — шаг между предметами обработки; Lп — длина пути предмета обработки; Lц — цикловой путь инструмента; vтр — транспортная скорость; vтехн — технологическая скорость.

    Инструмент, как правило, монтируется комплектно в предварительно налаживаемых (вне  рабочих машин) блоках, сопрягаемых  с исполнительными органами ротора преимущественно только осевой связью, что обеспечивает возможность быстрой  замены блоков. Транспортные роторы принимают, транспортируют и передают изделия. Они представляют собой барабаны или диски, оснащенные несущими органами. Чаще применяются простые транспортные роторы, имеющие одинаковую транспортную скорость, общую плоскость транспортирования  и одинаковую ориентацию предметов  обработки. Для передачи изделий  между рабочими роторами с различными шаговыми расстояниями или различным  положением предметов обработки  предназначены транспортные роторы, которые могут изменять угловую  скорость и положение в пространстве транспортируемых предметов. Рабочие  и транспортные роторы соединяются  в линии общим синхронным приводом, перемещающим каждый ротор на один шаг за время, соответствующее темпу  линии.

    На  автоматических роторных линиях можно  выполнять операции, значительно  различающиеся по продолжительности, например прессовые, контрольные, термические  и химические. Автоматическая роторная линия может одновременно обрабатывать несколько различных изделий. Такие  многономенклатурные автоматические роторные линии могут применяться  в немассовых производствах.

    Рис 2.1.3 Принципиальная схема многономенклатурной роторной линии: 1 — питающие устройства; 2 — транспортный ротор; 3 — рабочий ротор; 4 — приёмные устройства. [4, c. 97].

    Автоматические  роторные линии могут работать по так называемым рефлекторным циклограммам, обеспечивающим срабатывание каждого  органа в соответствии с командой контроля по одному из нескольких предусмотренных  законов (например, совершить рабочий  ход или отказаться от него). Рефлекторные циклограммы позволяют машине реагировать  без остановки на различные отклонения от нормального хода работы, например на поступление некондиционного  предмета, прекращение подачи детали при сборке и т. п.

    Автоматические  роторные линии впервые были созданы  в СССР в конце 30-х гг., зарубежные автоматические роторные линии —  в начале 50-х гг. В СССР автоматические роторные линии получили применение в холодноштамповочном производстве, в пищевой промышленности (расфасовка и упаковка жидких продуктов), в производстве штучных изделий из пластических масс. Особенно перспективно дальнейшее распространение автоматических роторных линий для выпуска массовых изделий (радиодеталей, штампованных деталей и др.). Их применение наиболее рационально в производстве с непродолжительными технологическими процессами и при изготовлении относительно простых предметов, имеющих форму тел вращения. Производительность автоматических роторных линий определяется транспортной скоростью ротора и шаговым расстоянием между изделиями в роторе. Применение автоматических роторных линий по сравнению с отдельными автоматами не роторного типа сокращает производственный цикл в 10—15 раз, значительно уменьшаются межоперационные запасы заготовок (в 20—25 раз), высвобождаются производственные площади, в несколько раз снижается трудоёмкость изготовления и себестоимость продукции, капитальные затраты окупаются за 1—3 года [5, c. 102].

2.2 Применение робототехники и схема робототехнических комплексов

    Прогрессивная область техники — робототехника. Она решает задачи создания отдельных  промышленных роботов и роботизированных объектов и процессов. Промышленный робот представляет собой механическую систему, включающую манипуляционные устройства, т.е. исполнительные органы, имитирующие действия рук человека; систему управления; чувствительные элементы, позволяющие распознавать предметы  и планировать действия в зависимости от обстановки; средства передвижения – шагающие механизмы, устройства на колёсах, гусеницах и т.д.