Автоматизированное производство и его роль в повышении эффективности производства

Министерство  транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный  университет путей сообщения»

Естественно-научный институт

Кафедра «Системы автоматизированного  проектирования»

 

 

 

 

 

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ  ПРОИЗВОДСТВО И ЕГО РОЛЬ В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

Р. 000000.00   ОиПП. 00.00.000

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент__________________________________________

 

 

 

Проверил

преподаватель____________________________________      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ОСОБЕННОСТИ  ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССОВ В УСЛОВИЯХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО  ПРОИЗВОДСТВА 4

1.1 Основные  принципы построения технологии  механообработки в АПС 5

2 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ  АС 5

2.1 Методы  расчета и оценки производительности  автоматизированных систем 6

2.2 Производительность  автоматических линий с разным  агрегатированием 7

3 Надежность  в автоматизированном производстве 9

3.1 Показатели и методы оценки надежности 9

3.2 Технологическая надежность оборудования 10

4 Контроль  и диагностика в условиях автоматизированного  производства 10

4.1 Организация автоматизированного контроля в производственных системах 11

4.2 Контроль деталей и изделий в автоматизированных системах 12

5 Принципы  построения и примеры автоматизированных  производственных систем 13

5.1 Выбор технологического  оборудования и промышленных  роботов в условиях АП 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16

СПИОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 17

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация c каждым днём приобретает всё большую  роль в производственной деятельности и жизни человеческого общества, в удовлетворении его растущих потребностей. В последние годы в связи с заметным уменьшением природных ресурсов, тревожными глобальными изменениями климата и ростом численности населения Земли роль автоматизации всё больше усиливается, а сферы её применения непрерывно расширяются.

Автоматизация является важной инженерной наукой и  охватывает технические концепции, методы и средства управления и регулирования автоматизированного производства, включая его разработку, проектирование и модернизацию. Автоматизация позволяет достичь максимально возможную экономию ресурсов, минимально возможного ущерба окружающей среде или лучшее качество продукции, защиту человека от опасных, непредвиденных или вредных для здоровья ситуаций, а также поддержку и помощь человеку при выполнении им профессиональных функций и в его повседневной жизни.

Сегодня практически не существует технических  процессов, которые обходятся без  автоматики – начиная от простых  систем, используемых в быту, и кончая сложнейшими промышленными процессами производства. Многие технические устройства, без которых сегодня невозможно представить себе комфортную и безопасную повседневную жизнь, стали таковыми только благодаря используемой в них автоматике.

Автоматизация является ведущей дисциплиной при  разработке, оптимизации и применении новых промышленных продуктов, методов и технологий. Новые продукты и технологии базируются на возможностях, которые прежде без автоматики были вообще нереализуемы. Автоматизация благоприятствует  более лёгкой модернизации и улучшению  качества новых продуктов и технологий и тем самым приспосабливать их к новым потребностям.

1 ОСОБЕННОСТИ  ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССОВ В УСЛОВИЯХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО  ПРОИЗВОДСТВА

Основой автоматизации  производства являются технологические  процессы (ТП), которые должны обеспечивать высокую производительность, надежность, качество и эффективность изготовления изделий.

Характерной особенностью ТП обработки и сборки является строгая ориентация деталей  и инструмента относительно друг друга в рабочем процессе (первый класс процессов). Термообработка, сушка, окраска и прочее в отличие от обработки и сборки не требуют строгой ориентации детали (второй класс процессов).

ТП классифицируют по непрерывности на дискретные и  непрерывные.

Разработка  ТП АП по сравнению с технологией  неавтоматизированного производства имеет свою специфику:

1. Автоматизированные ТП включают не только разнородные операции механической обработки резанием, но и обработку давлением, термообработку, сборку, контроль, упаковку, а также транспортно-складские и другие операции.
2. Требования к гибкости и автоматизации производственных процессов диктуют необходимость комплексной и детальной проработки технологии, тщательного анализа объектов производства, проработки маршрутной и операционной технологии, обеспечения надежности и гибкости процесса изготовления изделий с заданным качеством.
3. При широкой номенклатуре изделий технологические решения многовариантны.
4. Возрастает степень интеграции работ, выполняемых различными технологическими подразделениями.

1.1 Основные принципы построения технологии механообработки в АПС

1. Принцип завершенности. Следует стремиться к выполнению всех операций в пределах одной АПС без промежуточной передачи полуфабрикатов в другие подразделения или вспомогательные отделения.
2. Принцип малооперационной технологии. Формирование ТП с максимально возможным укрупнением операций, с минимальным числом операций и установок в операциях.
3. Принцип «малолюдной» технологии. Обеспечение автоматической работы АПС в пределах всего производственного цикла.
4. Принцип «безотладочной» технологии. Разработка ТП, не требующих отладки на рабочих позициях.
5. Принцип активно-управляемой технологии. Организация управления ТП и коррекция проектных решений на основе рабочей информации о ходе ТП. Корректироваться могут как технологические параметры, формируемые на этапе управления, так и исходные параметры технологической подготовки производства (ТПП).
6. Принцип оптимальности. Принятие решения на каждом этапе ТПП и управления ТП на основе единого критерия оптимальности.

Помимо рассмотренных  для технологии АПС характерны и  др. принципы: компьютерной технологии, информационной обеспеченности, интеграции, безбумажной документации, групповой технологии.

2 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ АС

 

Эффективность автоматизации определяется, прежде всего, экономической эффективностью, а также взаимосвязью технических и экономических показателей производства. Производительность труда и коэффициент роста производительности труда являются обобщенными показателями автоматизированного производства (АП).

2.1 Методы расчета и оценки производительности автоматизированных систем

Производительность  определяется числом годных деталей, изделий, комплектов, выпускаемых машиной  в единицу времени. Время обработки  детали машиной является величиной, обратной производительности.

При расчете, анализе и оценке производительности автоматизированного оборудования с учетом разных видов затрат времени используют четыре вида ее показателей.

1. Технологическая производительность К — максимальная теоретическая производительность при условии бесперебойной работы машины и обеспечения ее всем необходимым:

 

.

 

2. Цикловая производительность Q_ц — теоретическая производительность машины с реальными холостыми и вспомогательными ходами и при отсутствии простоев (Σt_пр = 0):

 

,

 

3. Техническая производительность Q_т — теоретическая производительность машины с реальными холостыми ходами и учетом ее собственных простоев Σt_c, связанных с выходом из строя инструментов, приспособлений, оборудования, т.е. при условии t_х > 0, t_всп > 0 и Σt_с > 0:

 

.

 

4. Фактическая производительность Q_ф — производительность, учитывающая все виды потерь:

 

.

 

Чем чаще и  длительнее простои, тем ниже производительность.

2.2 Производительность автоматических линий с разным агрегатированием

На однопоточных линиях последовательного агрегатирования  концентрируют разноименные операции ТП, последовательно выполняемые для каждого изделия.

Такие линии  могут иметь жесткую межагрегатную  связь без межоперационных накопителей заделов или гибкую связь с установкой таких накопителей.

Техническая производительность линии с жесткой  связью

 

,

 

где t_p — время рабочих ходов цикла, определяемое длительностью обработки на лимитирующей позиции.

ВАЛ параллельного  агрегатирования концентрируют  одноименные операции дифференцированного  технологического процесса, выполняемые  на р изделиях. За время рабочего цикла Т_ц выдается р изделий, следовательно цикловая производительность таких линий

 

.

 

В условиях массового производства используются две основные модификации этих линий:

1) линии из  автоматов дискретного последовательного  действия, работающих параллельно;

2) линии из автоматов параллельного действия, работающих последовательно.

Для линий  первой модификации техническая  производительность

 

.

 

Для линий  второй модификации техническая  производительность

 

.

 

Если многопоточная  АЛ разделяется на участки-секции по методу равных потерь, то расчет производительности целесообразно проводить по выпускному участку

 

,

 

где р — число потоков выпускного участка; Т_ц — длительность рабочего цикла выпускного участка; В — внецикловые потери одной рабочей позиции; q — число рабочих позиций на выпускном участке; n_у — число участков в линии; W — коэффициент возрастания простоев выпускного участка из-за неполной компенсации отказов предыдущих участков.

3 Надежность в автоматизированном производстве

 

Надежность  — это способность машин и  механизмов выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих установленным режимам и условиям использования. Для автоматизированных систем надежность — это способность к бесперебойному выпуску годной продукции в установленном программой объеме в течение всего срока службы.

Основными свойствами машин, определяющими надежность, являются безотказность, долговечность и  ремонтопригодность.

3.1 Показатели и методы оценки надежности

Показатели  надежности делятся на частные, которые  оценивают безотказность, ремонтопригодность, долговечность по отдельности, и комплексные (обобщенные), которые оценивают все три свойства.

Частным показателем  безотказности является функция  надежности P(t)

 

,

 

где ω(t) — параметр потока отказов, характеризующий вероятность возникновения отказов в единицу времени или за рабочий цикл; Т — период эксплуатации системы.

Технический ресурс R — равен суммарной наработке за весь срок службы Т от ввода в эксплуатацию до предельного состояния (разрушение, потеря точности):

 

,

 

где t_рабi — i - я наработка на отказ; n — число отказов системы за период T ее эксплуатации; θ_cpi — среднее время устранения i - го отказа, определяемое ремонтопригодностью системы.

3.2 Технологическая надежность оборудования

Технологическая надежность — это свойство оборудования сохранять значения показателей, определяющих качество осуществления технологического процесса, в заданных пределах и во времени.

К показателям  качества технологического оборудования относятся его геометрическая точность, жесткость, виброустойчивость и  другие показатели, которые определяют точность обработки, качество поверхности и физические характеристики материала обрабатываемой детали. К наиболее действенным методам повышения технологической надежности оборудования относится метод автоматической подналадки и саморегулирования его параметров. При реализации этого метода изменившиеся параметры автоматически восстанавливаются за счет систем саморегулирования, структура которых зависит от скорости воздействия разных процессов на параметры оборудования.

 

 

 

4 Контроль и диагностика в условиях автоматизированного производства

 

В основе мер  обеспечения надежной работы автоматизированных систем лежит непрерывный или периодический контроль за ходом технологических процессов, реализуемых в этих системах. Для реализации этих функций в современном производстве используются микропроцессоры, лазерные системы и др.

Контроль  — это проверка соответствия объекта  установленным техническим требованиям. Под объектом технического контроля понимаются подвергаемая контролю продукция, процессы ее создания, применения, транспортирования, хранения, технического обслуживания и ремонта, а также соответствующая техническая документация.

Следовательно, объектом может быть как продукция, так и процесс ее создания.

Важным условием эффективной работы в автоматизированном режиме и быстрого восстановления работоспособности  оборудования является его оснащение  средствами диагностики.

4.1 Организация автоматизированного контроля в производственных системах

Контроль  в АП может быть межоперационным (промежуточным), операционным (непосредственно на станке), послеоперационным, окончательным. Автоматизированному контролю должны подвергаться все элементы технологической системы: деталь, режущий инструмент, приспособление, само оборудование. Предпочтительными являются методы прямого контроля, хотя методы косвенного контроля шире используются при контроле инструментов, диагностике состояния оборудования.

Контроль  в процессе обработки является одной  из наиболее активных форм технического контроля, так как позволяет повысить качество выпускаемой продукции при одновременном увеличении производительности труда. Поэтому разрабатываются самонастраивающиеся системы управляющего контроля.

Контроль  самонастраивающийся управляющий  — это управляющий контроль, при  котором на основе информации, получаемой при изменяющихся условиях работы, автоматически изменяются параметры настройки средства контроля до обеспечения заданной точности при произвольно меняющихся внешних и внутренних возмущениях.

4.2 Контроль деталей и изделий в автоматизированных системах

Непосредственно на участке механической обработки  осуществляют контроль трех видов:

• установки  заготовки в приспособление;

• размера  изделия непосредственно на станке;

• выходной контроль детали.

Контроль  установки заготовки в приспособление может осуществляться на конвейере перед станком или на станке непосредственно перед обработкой. В первом случае могут использоваться датчики положения, расположенные на конвейере, или специальные измерительные установки с роботами. Бесконтактные датчики положения регистрируют отклонение действительного положения измеряемой поверхности от запрограммированного или разность условной базы и измеряемой поверхности (датчики касания).

К бесконтактным  датчикам относятся: оптические измерители; лазерные датчики; датчики изображения (технического зрения). Выносной контроль заготовок и деталей в процессе их транспортирования не удлиняет производственного цикла, однако наиболее оперативным является контроль заготовок и деталей непосредственно на станке. При небольшом увеличении длительности обработки он существенно повышает ее качество, активно воздействуя на процесс обработки.

5 Принципы построения и примеры автоматизированных производственных систем

 

Автоматизированные  производственные системы создаются  на базе соответствующего оборудования в зависимости от отрасли и типа производства. Оборудование может быть универсальным, агрегатным, специальным и специализированным. Это могут быть автоматы, полуавтоматы, обрабатывающие центры, станки с ЧПУ.

В зависимости  от межстаночного транспорта АЛ классифицируются следующим образом:

• со сквозным транспортом без перестановки изделия;

• с транспортной системой с перестановкой изделия;

• с транспортной системой с накопителями.

По видам  компоновки (агрегатирования) различают  следующие АЛ;

• однопоточную;

• параллельного  агрегатирования;

• многопоточную;

• скомпонованную из роботизированных ячеек.

Последняя линия  получила преимущественное развитие в  силу возможности создания переналаживаемых производств.

Производственным  модулем называют состоящую из единицы технологического оборудования систему, оснащенную автоматизированным устройством программного управления (ПУ) и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующую и имеющую возможность быть встроенной в систему более высокого уровня.

Частным случаем  ПМ является производственная ячейка (ПЯ) — комбинация из элементарных модулей с едиными системами измерений, инструментообеспечения, транспортно-накопительной и погрузочно-разгрузочной системами, с групповым управлением.

Автоматизированная  линия — переналаживаемая система, состоящая из нескольких ПМ и (или) ПЯ, объединенных единой транспортно-складской системой и системой АСУ ТП. Оборудование АЛ размещено в принятой последовательности технологических операций.

5.1 Выбор технологического оборудования и промышленных роботов в условиях АП

Исходной  информацией для выбора оборудования и промышленных роботов (ПР) являются сведения об изготовляемых деталях  и организационно-технологических условиях их изготовления.

Подбор и  группирование деталей для изготовления на автоматизированном участке выполняют с учетом следующих характеристик:

1) конструктивно-технологическое  подобие деталей, т.е. сходство  по габаритным размерам, массе,  конфигурации, характера конструктивных  элементов, требованиям к точности обработки я качеству обрабатываемых поверхностей, числу обрабатываемы» поверхностей;

2) максимальная  степень завершенности маршрута  обработки деталей на автоматизированном  участке без прерывания маршрута  обработки для выполнения каких-либо  специфических операция (термической  обработки, доводки и др.);

3) подобие  используемой оснастки и инструментов;

4) наличие  у деталей четко выраженных  признаков ориентации, однородных по форме и расположению поверхностей дли базирования в приспособлениях-спутниках или захвата захватными устройствами П Р.

Подобранная группа деталей с учетом годовой  программы выпуска, размера и  частоты повторяемости каждого  типоразмера.

Числа переналадок  должна обеспечить загрузку оборудования при двух-, трехсменной работе.

На основе подобранной группы деталей с  учетом видов обработки и трудоемкости проводится выбор типажа требуемого оборудования, приспособлений, ПР, характера и маршрута транспортирования деталей. На этом этапе определяется компоновка автоматизированного производственного участка, рассчитываются вместимость автоматизированного склада, число спутников, выполняется оптимизация пространственного расположения оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автоматизация в современном производстве играет огромную роль, т.к. при её использовании решаются следующие задачи:

1. Высвобождается труд человека.
2. Значительно сокращаются затраты энергии и материалов на изготовление продукции.
3. Повышается коэффициент использования основного оборудования.
4. Возрастает производительность труда за счёт увеличения скорости выполнения операций.
5. Улучшается качество выпускаемой продукции за счёт увеличения точности.
6. Обеспечивается выполнение работ и функционирование таких объектов, где непосредственное участие человека невозможно. Это, прежде всего, работа химических и энергетических установок из-за повышенной опасности; управление различными летательными аппаратами, в том числе и в освоении космоса, из-за значительной удалённости; и, наконец, контроль и управление быстро протекающих процессов, которые человек выполнить физически не способен.

Кроме этого, автоматизация имеет огромное социальное значение:

– изменяются условия и характер труда;

– сокращается  время выполнения работ за счёт увеличения производительности;

– стираются  границы физического и умственного  труда;

– использование  ЭВМ – способствует повышению  культуры умственного труда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Е.П. Дудкин, Г.И. Коропальцев, А.А. Зайцев, И.Ю. Князев Основы автоматики и автоматизации: Учебное пособие. Часть 1: Элементы систем автоматики – СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2008. – 64 с.
2. Организация производства. Учебник / под ред. А. Г. Поршнева, 3. П. Румянцевой, Н. А. Саломатина. 2-е изд. перераб. и доп. — М: ИНФРА-М, 2000.
3. Шепеленко Г.И. Экономика, организация и планирование производствана предприятии :учебник/  Шепеленко Г.И.-5-е изд. ,доп. и переработанное —Москва—Ростов-на-Дону: изд.центр «МарТ», 2004.
4. http://ru-safety.info/post/100418102550027/
5. http://www.erman.ru/articles/horizons.html