Автоматизация операций и повышение эффективности производственных процессов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЫНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЬЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ПЕДАГОГИКИ И ПСИХОЛОГИИ

Кафедра профессионального образования

РЕФЕРАТ

По предмету: «Автоматизация и управление технологическими процессами обработки

На тему : «Автоматизированные РТК»

                                                                                              Выполнила:студентка группы 4ПО-411

Жаравина К.А.

Проверил:Листвин А.А.

Череповец, 2015

                           Содержание

         Введение………………………………………………………………..3

1. Уровни автоматизации………………………………………………...5
2. Основные типы РТК…………………………………………………..11

3. Автоматизация операций и повышение  эффективности производственных процессов………………………………………..16

5.      Заключение…………………………………………………………….20

6.      Список использованной литературы…………………………………26

Введение

Автоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную комплексную проблему. Ее решение направлено на создание нового совершенного оборудования, технологических процессов и систем организации производства, функционирование которых неразрывно связано с улучшением условий труда, ростом качества продукции, сокращением потребности в рабочей силе и с систематическим повышением прибыли.

Современные средства автоматизации должны развиваться в двух направлениях: автоматизация выпускаемого и действующего оборудования в целях повышения его эффективности и создание новых автоматизированных технологических комплексов, позволяющих решить задачу повышения производительности, надежности и точности выполнения работ при обеспечении необходимой и экономически оправданной гибкости производства.

Эффективность автоматизации прямо зависит от того, насколько рационально организован производственный процесс в целом, как комплексно и полно на всех звеньях технологической цепочки внедрены средства автоматизации, от того, насколько принятая система организации и управления производством позволяет принимать решения на низшем уровне (в целях ликвидации внеплановых простоев). Автоматизация требует рассматривать производственный процесс как единую систему.

   Отработка технических решений  по созданию автоматизированных  технологических комплексов, по-видимому, должна вестись, прежде всего, применительно  к серийному производству (оно  составляет до 40 % общемашиностроительного  производства), поскольку они могут быть применены также в массовом и крупносерийном производстве. Сегодня даже автомобилестроение из отрасли с традиционно массовым производством переходит к организации, больше соответствующей крупносерийному характеру выпуска продукции. Очевидно, что по мере совершенствования технических решений, разработанных для условий серийного производства, внедрения новых исходных средств автоматизации и элементной базы, появится возможность их использования и для автоматизации мелкосерийного производства. Таким образом, принятое направление на развитие автоматизации в серийном производстве не только будет способствовать подъему производительности труда в этой области, но и окажет существенное влияние на уровень мелкосерийного и массового производства.

Одной из основных причин разработок и внедрения роботов является экономия средств. По сравнению с традиционными средствами автоматизации применение роботов обеспечивает большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и запуска в производство автоматизированных станочных систем. По предварительным данным, использование роботов для автоматической установки и снятия деталей позволяет рабочему обслуживать от четырех до восьми металлорежущих, станков.

С экономическими вопросами, возникающими при применении роботов, тесно связан и социальный аспект их использования. При определении целесообразности применения роботов в том или ином случае (особенно при необходимости замены рабочего на участках с опасными, вредными для здоровья условиями труда) превалирующими должны быть интересы человека, его безопасность и удобство работы. Необходимо также учитывать и фактор непрерывного роста уровня общеобразовательной и специальной подготовки трудящихся. Роботы должны освободить человека от выполнения бездумной механической работы и скомпенсировать потребность в низкоквалифицированном труде. Таким образом, применение роботов в дальнейшем должно оказать существенное влияние (в числе прочих факторов научно-технической революции) на социальную структуру общества.

                                      Уровни автоматизации

Выпуск законченных систем машин для комплексной механизации и автоматизации производства, создание автоматизированных цехов и заводов на основе широкого применения ПР, высокопроизводительного оборудования, встроенных систем автоматического управления с использованием микропроцессоров и микроЭВМ позволяет применять в народном хозяйстве в больших масштабах высокопроизводительные энерго- и материала-сберегающие технологии, обеспечивает значительное повышение надежности и качества выпускаемой продукции. При этом основное внимание должно быть уделено ускорению работ по автоматизации машиностроительного производства, определяющего промышленный потенциал страны и технический уровень всех отраслей народного хозяйства.

Уровень и способы автоматизации зависят от серийности производства и оснащенности его техническими средствами.

Средства производства, выпускаемые машиностроением, имеют два полюса:

универсальное оборудование с ручным управлением, обеспечивающее наибольшую гибкость производства (например, универсальные станки, которые могут быть быстро приспособлены к выпуску практически любой продукции, но обладают низкой производительностью и требуют постоянного присутствия станочника);

автоматические линии с жесткой программой работ, обеспечивающие наиболее высокую производительность труда, наименьшее привлечение рабочей силы и высокую стабильность качества, но практически не приспособленные к смене выпускаемой продукции и трудно перестраиваемые даже при сравнительно небольших изменениях в конструкции.

Остальное оборудование занимает промежуточное положение.

Развитие автоматизации оборудования позволяет поднять производительность труда, но, как правило, сопровождается снижением универсальности оборудования и сужением технологических областей его применения.

Автоматизация имеет целью исключить последовательно различные функции, выполняемые рабочим-станочником.

Первый уровень автоматизации — автоматизация цикла обработки. Она заключается в управлении последовательностью и характером движений рабочего инструмента в целях получения заданной формы, размеров и качества поверхности на обрабатываемой детали. Наиболее полное воплощение автоматизация этого уровня получила в станках с числовым программным управлением (ЧПУ). При этом обеспечивается возможность оптимально осуществлять функции управления практически для неограниченной номенклатуры деталей. Производительность труда возрастает в 2—4 раза по сравнению со станками, имеющими ручное управление. Качество продукции существенно повышается.

Второй уровень автоматизации — автоматизация загрузки (постановки и снятия деталей со станка). Это весьма эффективная область автоматизации, позволяющая рабочему обслуживать несколько технологических единиц оборудования, т.е. перейти к многостаночному обслуживанию.

Наибольшей универсальностью и быстротой переналадки обладают ПР, используемые в качестве загрузочных устройств, По мере снижения требований к быстроте переналадки загрузочных устройств и увеличения размера партии обрабатываемых деталей упрощаются средства для загрузки деталей в рабочую зону. На многоцелевых станках такими средствами очень часто служат автооператоры.

Второй уровень автоматизации все чаще обеспечивается созданием роботизированных технологических комплексов (РТК), в которых робот обслуживает одну единицу или группу оборудования.

Третий уровень автоматизации — автоматизация контроля, ранее выполняемого станочником:

-за состоянием инструмента и своевременной его заменой (контроль за фактическим ресурсом каждого инструмента и размерный контроль положения режущих кромок);

-качества обрабатываемых деталей (размеров, а в необходимых случаях и обрабатываемой поверхности);

-за состоянием станка и удалением стружки, а также контроль и подналадка технологического процесса (адаптивное управление).

Автоматизация перечисленных выше функций дополнительно освобождает человека от постоянной связи с машиной и позволяет расширить сферу обслуживания оборудования одним человеком. Такая автоматизация обеспечивает длительную работу оборудования по обработке деталей одного наименования при минимальном участии или даже без участия человека в течение одной -двух смен. Широкое распространение такого метода ограничено необходимостью, иметь достаточный запас деталей одного наименования для работы оборудования в течение нескольких смен.

Третий уровень автоматизации обеспечивается созданием адаптивных РТК роботизированных технологических комплексов, а также гибких производственных модулей, представляющих собой комплект, состоящий из многооперационного станка (обрабатывающего центра), устройств приема и перемещения спутников (полет), ПР (или автооператоров), устройств контроля, диагностирования, подналадки и других вспомогательных механизмов и устройств, управляемый от общего устройства управления.

Четвертый уровень автоматизации — автоматическая переналадка оборудования. Переналадка оборудования на обработку изделия другого наименования на существующем оборудовании пока осуществляется вручную. Если процесс переналадки технически не подготовлен, то он может занимать значительную часть общего календарного времени (от нескольких часов до целой смены и больше). Чем чаще требуется переналадка (по условиям производства), тем больше оказываются потери времени и сужается зона обслуживания одним рабочим. Поэтому одной из центральных задач на современном этапе является совершенствование систем переналадки оборудования — применяемых приспособлений, инструмента и оснастки, а также методов задания циклов и режимов обработки, упрощение переналадки загрузочных устройств, контрольных систем и т. д. В идеале следует стремиться к созданию систем обеспечения функционирования оборудования и всех сопутствующих вспомогательных устройств, которые были бы способны осуществить автоматическую переналадку оборудования.

Оборудование с автоматической переналадкой экономически выгодно при обработке любых партий деталей и пригодно к выпуску сборочных комплектов деталей, необходимых для обеспечения ритмичной работы сборочных цехов. Оно позволяет существенно сократить объемы незавершенного производства, свести к минимуму производственный цикл изготовления изделий.

Высокая стоимость всех средств автоматизации, технические трудности, стоящие на пути создания высоконадежного

оборудования и средств контроля и управления, пока сдерживают широкое использование в машиностроении этой наиболее высокой ступени автоматизации.

Пятый уровень автоматизации — гибкие производственные системы (ГПС). ГПС должны обеспечивать автоматическое производство деталей различными партиями. При этом себестоимость продукции и производительность ГПС близки к достигаемым в современном массовом производстве при изготовлении деталей одного наименования.

ГПС в общем случае должна обеспечивать комплексную автоматизацию всех звеньев производственного процесса, включая процессы обработки и управления, подготовку производства, разработку конструкторской и технологической документации и планирование.

В условиях массового производства ГПС может включать автоматизированные линии, допускающие переналадку на обработку неизвестных заранее конструктивных модификаций деталей, а в условиях серийного и мелкосерийного производства — автоматизированные участки, роботизированные комплексы, станочные модули и т. п. Таким образом, понятие гибкого автоматизированного производства распространяется на сложные производственные системы (автоматизированные предприятия и заводы-автоматы) и на их структурные составляющие: автоматизированные цехи, автоматизированные и роботизированные участки, гибкопереналаживаемые автоматизированные линии и роботизированные комплексы.

Повышение уровня автоматизации применяемого оборудования тесно связано с ростом уровня организации всего производства на данном предприятии. Изолированный гибкий производственный модуль или станок с программным управлением оказывается неэффективным при одиночном использовании на предприятиях, где не применяют другие станки с программным управлением, поскольку вся система организации производства на предприятии не соответствует требованиям, предъявляемым новой высокопроизводительной техникой.

Гибкие производственные модули (ГПМ), гибкие автоматизированные участки (ГАУ) и гибкие автоматизированные линии (ГАЛ) должны стать основными видами гибких автоматизированных производственных систем в машиностроении на двенадцатую пятилетку. В дальнейшем, по мере их совершенствования, будут создаваться гибкие автоматизированные цехи (ГАЦ) и гибкие автоматизированные заводы, которые могут включать автоматизированные системы управления (АСУ) производством, типовые системы автоматизированного проектирования (САПР машиностроения) и автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП).

Точные границы области рационального применения различных видов оборудования в зависимости от типа производства очертить невозможно, так как они зависят от конкретных технико-экономических показателей и характера обрабатываемых деталей. Построенные на основе статистических данных примерные границы практического использования различных типов оборудования и комплексов, различающихся уровнем автоматизации, показаны на рис.1 Заштрихованная часть области для ГПС статистически соответствует наиболее частому их использованию и определяет направление научно-следовательских и поисковых работ.

Рис. 1 Примерные границы практического использования оборудования некоторых типов, различающихся уровнем автоматизации в зависимости от :

а — размера партии; б — числа наименований обрабатываемых деталей; 1 — универсальные станки с ручным управлением; 2 — операционные станки с программным управлением; 3 — обрабатывающие центры; 4 — РТК я ГПМ; 6 — ГАУ; 6 — ГАЛ; ГАЦ; вводы; 7— автоматические линии; 8 — ГПС    

Основные типы роботизированных технологических комплексов

      Промышленные роботы (ПР) призванные заменить ручной труд человека машинным трудом, являются принципиально новым технологическим средством, позволяющим завершить комплексную автоматизацию производства и придать последнему свойство гибкой переналадки на различные технологии и изготовляемые изделия.

Снабженные роботами технологические ячейки, участки, линии именуются роботизированными технологическими комплексами (РТК). Разнообразие производственных процессов в машиностроении и приборостроении, местных условий производства, серийность и пр. определяют соответственно различные типы роботизированных технологических комплексов.

При классификации РТК будем руководствоваться следующими признаками:

• тип роботизированного производственного подразделения;
• степень изменения производства, связанная с созданием данного РТК;
• вид технологического процесса;
• число выполняемых технологических операций;
• тип и количество используемого основного технологического оборудования;
• тип и число используемых промышленных роботов;
• серийность и номенклатура продукции;
• компоновка комплекса;
• принцип управления комплексом;
• степень участия (функции) человека в комплексе.

1. Классификация РТК по типу  роботизированного подразделения  основывается на количественной  характеристике выполняемых комплексом  технологических операций. Простейшим  типом РТК, который лежит в  основе всех более крупных  роботизированных комплексов вплоть до целых предприятий, является роботизированная технологическая ячейка (РТЯ). В ней выполняется минимум основных технологических, операций. При этом число единиц технологического оборудования и ПР в составе РТЯ невелико, но строго оно не регламентируется. В частности, в РТЯ может совсем отсутствовать технологическое оборудование, когда основную операцию выполняет непосредственно ПР или, напротив, ПР может быть несамостоятельной единицей, а конструктивно объединенным с основным технологическим оборудованием.

Следующим более крупным основным роботизированным комплексом является роботизированный технологический участок (РТУ). Он характеризуется выполнением нескольких основных технологических операций, которые объединены этим участком технологически, конструктивно (оборудованием) и (или) организационно (управлением). Эти операции могут быть одинаковыми или различными. Если (в последнем случае) они технологически связаны, такой комплекс представляет собой роботизированную технологическую линию (РТЛ). Операции могут быть разными, но не связанными технологически в определенную последовательность, а объединенными на участке по другому признаку (например, по принадлежности к одному виду технологического процесса, по используемому оборудованию и т. п.).

Простейший РТУ может включать несколько единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним ПР (неподвижным с размещением оборудования вокруг ПР или подвижным, перемещающимся вдоль ряда единиц оборудования). Но такой РТУ, где ПР выполняет основную технологическую операцию (например, сборку), включает обычно несколько ПР, которые последовательно выполняют сборку одного изделия.

Следующим по сложности РТУ является участок, включающий несколько единиц технологического оборудования и обслуживающих их, одинаковых ПР. Дальнейшим усложнением РТУ будет совместная работа на участке ПР различных типов.

Большой системой РТК является цех, состоящий, например, из нескольких РТУ, автоматизированных складов и связывающих их, транспортных ПР. Пределом развития роботизированного производства является комплексно роботизированный завод.

Классификация РТК по характеру изменения производства, связанного с созданием данного РТК, содержит варианты комплексов, которые отличаются степенью влияния этого признака при разработке РТК на основные составляющие элементы комплекса. Для вновь создаваемых производств с новой технологией это влияние, очевидно, максимально, так как в данном случае разрабатывается заново все основное оборудование, а для действующего производства, автоматизируемого на базе серийных ПР без изменения основного оборудования и компоновки — минимально.

Классификация РТК по виду роботизируемого технологического процесса определяет варианты РТК для разных видов технологических процессов. Этим, разумеется, не исчерпываются все возможные виды последних. Классификация РТК по типу основного технологического оборудования (полуавтоматы, автоматы с цикловым управлением, ЧПУ и т. д.), типу ПР (с учетом типа приводов, числа манипуляторов, подвижности в пределах РТК, типа управления и т. д.) и числу единиц оборудования и ПР. При этом возможны два основных варианта РТК в зависимости от роли ПР в РТК: в первом случае ПР выполняют основные технологические операции (сборка, сварка, окраска и т. д.), а во втором — вспомогательные по обслуживанию основного технологического оборудования.

Классификация РТК по серийности и номенклатуре продукции включает два важных фактора. Степень серийности в данном случае определяется объемом партий продукции, которые могут выпускаться без переналадки комплекса, а номенклатура — широтой перечня выпускаемых видов продукции. Оба эти показателя имеют существенное влияние на эффективность РТК. В частности, каждый РТК характеризуется предельными значениями этих параметров, вне рамок которых данный комплекс оказывается экономически невыгодным вплоть до целесообразности перехода вообще от переналаживаемых РТК к специальным автоматам (при большой серийности и узкой номенклатуре) или даже к использованию людей вместо ПР (в противоположном предельном случае).

Классификация РТК по компоновке комплекса определяет размещение   технологического   оборудования  и  ПР. При простой линейной компоновке оборудование комплекса располагается в один ряд (по линии), а объемная компоновка означает его расположение на нескольких этажах.

Классификация, РТК по типу управления — централизованное, децентрализованное и комбинированное.

Централизованное управление может осуществляться от стандартной ЭВМ или от специального устройства управления.

Децентрализованное управление осуществляется с помощью совокупности местных устройств управления, которые связаны друг с другом с целью взаимной координации. Простейшим вариантом такой координации является увязка по времени начала и конца отдельных операций (включая выдачу команд и блокировок). Более сложные формы взаимосвязи осуществляются в функции различных, параметров, характеризующих реализуемый технологический процесс.

Комбинированное управление предполагает наряду с централизованным управлением наличие местных устройств управления. Такая система управления может быть одноуровневой, когда сигналы управления, поступающие из центра, и сигналы, вырабатываемые местными устройствами управления, комбинируются на одном уровне, и иерархической (многоуровневой), когда местные устройства управления подчинены центру. При этом число уровней иерархии управления может быть более двух, увеличиваясь по мере усложнения комплекса. Все эти варианты управления РТК могут быть программными и адаптивными как в отношении основного технологического оборудования, так и роботов.

8.Классификация по степени участия человека в РТК определяет два случая участия человека: может непосредственно выполнять некоторые технологические операции - основные или вспомогательные; может участвовать в управлении комплексом. В последнем случае РТК будет являться не автоматическим, а автоматизированным.

Во всех случаях важнейшими элементами РТК являются устройства сопряжения ПР с остальным технологическим оборудованием. Наибольшей технологической оснастки в этом смысле требуют роботы первого поколения для строго упорядоченной подаче деталей.

Автоматизация операций и повышение эффективности производственных процессов

Эффективность автоматизации определяется тем, насколько рационально организован производственный процесс в целом, комплексно ли и на всех ли звеньях технологической цепочки внедрены средства автоматизации, насколько принятая система организации и управления производством позволяет принимать решения на низшем уровне (для ликвидации внеплановых простоев).

Различают четыре основных источника повышения эффективности производства и экономии: применение прогрессивных технологических процессов; увеличение производительности оборудования; снижение трудовых затрат; экономия, получаемая от проведения организационно-технических мероприятий и улучшения качества выпускаемых изделий.

Применение прогрессивных технологических процессов и, в частности, новых методов обработки открывает широкие возможности  по повышению эффективности производства. Повышению эффективности серийного производства способствует укрупнение программы выпуска изделий за счет организации специализированных производств по изготовлению однотипных изделий, узлов и деталей. Увеличение размера выпускаемых партий деталей путем их группирования по конструктивным и технологическим признакам (введение групповых методов обработки). Эти мероприятия в свою очередь открывают возможность применения прогрессивных методов получения заготовок (точного литья, штамповки, профильного и периодического проката, а также замены части литых деталей штампосварными деталями). Увеличение размера партий деталей позволяет также применять методы организации труда, характерные для крупносерийного и массового производства, повысить уровень автоматизации операций, в частности, организовать предметные автоматизированные технологические комплексы «оборудование — робот».

Автоматизация технологического процесса обработки должна быть комплексной: от получения заготовки до сборки готового изделия. Только в этом случае производственный процесс будет единой системой, позволяющей наилучшим образом использовать все производственные ресурсы — материальные и человеческие.

При наличии сквозного автоматизированного технологического процесса операции сборки изделия, являясь конечными, в общем цикле, предъявляют требования к конструкции изделия (с целью обеспечения автоматической сборки), к показателям точности и качества выполнения отдельных операций. В этой связи при разработке первых опытных образцов автоматизированных предметных технологических комплексов «оборудование — робот» особое внимание должно быть обращено на объект производства» на примере выпуска, которого должны быть выработаны первые технические решения, касающиеся оборудования, структуры технологического процесса, организации производства и т, п.

Увеличение производительности оборудования может быть получено путем использования многоинструментальной обработки и концентрации операций на станке. Применение высокоавтоматизированного оборудования, оснащенного устройствами автоматической смены инструмента, средствами автоматической подналадки и размерного контроля, автоматической загрузки деталей и их закрепления, — может обеспечить существенное сокращение вспомогательного времени. Одним из путей повышения производительности остается и применение рациональных режимов обработки.

Снижение трудовых затрат — один из основных источников повышения эффективности производства. Создание автоматизированных технологических комплексов увеличивает возможности многостаночного обслуживания, а в ряде случаев позволяет использовать станочников более низкой квалификации. Для обслуживания типовых комплексов, построенных из унифицированных агрегатных узлов и имеющих единую элементную базу комплектации, требуется меньшее количество высококвалифицированных операторов-наладчиков в связи с уменьшением общей номенклатуры узлов, подлежащих контролю и ремонту. Таким образом, создание типовых автоматизированных комплексов может способствовать общему снижению трудовых затрат.

  Экономия, получаемая за счет проведения организационно - технических мероприятий, повышения качества изделий и применения средств автоматизации, может быть весьма значительной. Увеличение точности обработки деталей существенно сокращает

трудоемкость сборочных работ. Автоматизация сборочных работ позволяет, в свою очередь, ликвидировать часть смежных операций, таких как разметка, подгонка по месту. Применение средств автоматизации обеспечивает сокращение брака по вине рабочего и в ряде случаев уменьшает потребность в специальной оснастке.

Создание и внедрение типовых автоматизированных комплексов «оборудование — робот» обеспечивает и дополнительный социально-экономический эффект» получаемый за счет следующих факторов: