Автоматизация на производството и производствените процеси. Автоматизация на технологични процеси и производство

1. Особености на проектирането на технологичните процеси в условията на автоматизирано производство

Основата на автоматизацията на производството са технологичните процеси (TP), които трябва да гарантират висока производителност, надеждност, качество и ефективност на производството на продукти.

Характерна особеност на обработката и сглобяването на TP е стриктната ориентация на частите и инструментите един спрямо друг в работния процес (първи клас процеси). Термична обработка, сушене, боядисване и др., за разлика от обработката и монтажа, не изискват стриктно ориентиране на детайла (вторият клас процеси).

TP се класифицира по непрекъснатост на дискретни и непрекъснати.

Развитието на TP AP в сравнение с технологията на неавтоматизираното производство има своите специфики:

1. Автоматизираната ТР включва не само хетерогенни механични операции, но и обработка под налягане, термична обработка, сглобяване, проверка, опаковане, както и транспортни, складови и други операции.

2. Изискванията за гъвкавост и автоматизация на производствените процеси диктуват необходимостта от цялостно и детайлно проучване на технологията, задълбочен анализ на производствените мощности, проучване на маршрута и оперативната технология, гарантиращи надеждността и гъвкавостта на производствения процес на продуктите с дадено качество.

3. С широка гама от продукти, технологичните решения са многовариантни.

4. Нараства степента на интегриране на работата, извършвана от различни технологични отдели.

Основни принципи на изграждане на технологията на обработка в APS

1.Принципът на пълнотата . Тя трябва да се стреми да извършва всички операции в рамките на една и съща APS без междинно прехвърляне на полуготови продукти в други звена или помощни офиси.

2.Принципът на технологията с ниска експлоатация.Формиране на ТР с максимално възможно консолидиране на операциите, с минимален брой операции и инсталации в операции.

3.Принципът на технологията на "малките хора".Осигуряване на автоматична работа на APS в рамките на целия производствен цикъл.

4.Принципът на технологията "без отстраняване на грешки". . Разработване на технически решения, които не изискват отстраняване на грешки на работни позиции.

5.Принципът на активно контролираната технология.Организиране на управление на ТР и корекция на проектни решения на базата на работна информация за напредъка на ТР. Могат да се коригират както технологичните параметри, формирани на етапа на управление, така и изходните параметри на технологичната подготовка на производството (ТЕП).

6.Принцип на оптималност . Вземане на решение на всеки етап от управлението на ТЕЦ и ТР въз основа на единен критерий за оптималност.

Освен разглежданите за APS технологията, са характерни и други принципи: компютърна технология, информационна сигурност, интеграция, безхартиена документация, групова технология.

2. Типични и групови ТР

Типизирането на технологичните процеси за групи от детайли, сходни по конфигурация и технологични характеристики, предвижда тяхното производство по един и същ технологичен процес, базиран на използването на най-съвременни методи на обработка и осигуряване на постигане на най-висока производителност, икономичност и качество. Типизацията се основава на правилата за обработка на отделни елементарни повърхности и правилата за определяне на реда, в който се обработват тези повърхности. Типичните TC се използват главно в едромащабно и масово производство.

Принципът на груповата технология е в основата на технологията на реконфигурируемото производство - дребно- и средномащабно. За разлика от типизирането на ТР с групова технология, обща черта е общостта на обработваните повърхности и техните комбинации. Следователно методите за групова обработка са типични за обработка на детайли с широк диапазон.

Както ТП типизацията, така и методът на груповата технология са основните насоки за унифициране на технологичните решения, които повишават ефективността на производството.

Класификация на частите

Класификацията се извършва с цел определяне на групи от технологично еднородни части за съвместната им обработка в групова производствена среда. Извършва се на два етапа: първична класификация, т.е. кодиране на детайлите на изучаваната продукция по конструктивни и технологични характеристики; вторична класификация, т.е. групиране на части със същите или малко различни класификационни характеристики.

При класифицирането на частите трябва да се вземат предвид следните характеристики: конструктивни - габаритни размери, тегло, материал, вид на обработка и детайл; брой операции по обработка; точност и други показатели.

Групирането на частите се извършва в следната последователност: избор на набор от части на ниво клас, например тела на революция за машинно производство; избор на набор от части на ниво подклас, например части от типа на вала; класификация на части по комбинация от повърхности, например валове с комбинация от гладки цилиндрични повърхности; групиране по габаритни размери с избор на площи с максимална плътност на разпределение по размери; определяне според диаграмата на областите с най-голям брой имена на части.

Производственост на дизайни на продукти за условия на аварии

Дизайнът на даден продукт се счита за производствен, ако неговото производство и експлоатация изискват минимални разходи на материали, време и пари. Оценката на технологичността се извършва по качествени и количествени критерии поотделно за заготовки, машинно обработени детайли, монтажни единици.

Частите, които се обработват в АМ, трябва да са технологично усъвършенствани, тоест прости по форма, размери, да се състоят от стандартни повърхности и да имат максимална степен на използване на материала.

Частите, които се сглобяват, трябва да имат възможно най-много стандартни свързващи повърхности, най-простите елементи за ориентация на монтажните единици и части.

3. Характеристики на проектирането на технологични процеси за производство на детайли на автоматични линии и машини с ЦПУ

Автоматичната линия е непрекъснато работещ комплекс от взаимосвързано оборудване и системи за управление, където е необходима пълна синхронизация на операциите и преходите. Най-ефективните методи за синхронизация са концентрацията и диференцирането на TP.

Диференцирането на технологичния процес, опростяването и синхронизирането на преходите са необходимите условия за надеждност и производителност. Прекомерната диференциация води до усложняване на сервизното оборудване, увеличаване на площите и обема на обслужване. Целесъобразна концентрация на операции и преходи, без практически намаляване на производителността, може да се извърши чрез агрегиране, като се използват настройки на множество инструменти.

За синхронизиране на работата в автоматична линия (AL) се определят ограничителен инструмент, ограничителна машина и ограничителна секция, според която се задава реалния AL изходен цикъл (min) по формулата

където F -действителният фонд на оборудването, ч; н- програма за освобождаване, бр.

За да се осигури висока надеждност, AL е разделен на секции, които са свързани помежду си чрез устройства за съхранение, които осигуряват така наречената гъвкава връзка между секциите, осигурявайки независима работа на съседни секции в случай на повреда в една от тях. В рамките на обекта се поддържа твърда връзка. За твърдо свързано оборудване е важно да се планира времето и продължителността на планираните спирания.

Машините с ЦПУ осигуряват висока прецизност и качество на продуктите и могат да се използват при обработката на сложни детайли с прецизни стъпаловидни или извити контури. Това намалява разходите за обработка, квалификацията и броя на персонала. Характеристиките на обработката на детайли на машини с ЦПУ се определят от характеристиките на самите машини и преди всичко от техните CNC системи, които осигуряват:

1) намаляване на времето за настройка и пренастройка на оборудването; 2) увеличаване на сложността на циклите на обработка; 3) възможност за изпълнение на циклови движения със сложна криволинейна траектория; 4) възможността за обединяване на системите за управление (CS) на металорежещи машини с CS на друго оборудване; 5) възможността за използване на компютър за управление на машини с ЦПУ, които са част от APS.

Основни изисквания за технологията и организацията на обработката в преконфигурируеми APS на примера на производството на основни стандартни части

Развитието на технологиите в APS се характеризира с интегриран подход - детайлно проучване не само на основните, но и на спомагателните операции и преходи, включително транспортирането на продукти, техния контрол, съхранение, тестване и опаковане.

За стабилизиране и подобряване на надеждността на обработката се използват два основни метода за изграждане на TP:

1) използването на оборудване, което осигурява надеждна обработка без почти никаква намеса на оператора;

2) регулиране на параметрите на ТП въз основа на контрола на продуктите по време на самия процес.

За да увеличи гъвкавостта и ефективността, APS използва принципа на груповата технология.

4. Особености на развитието на технологичния процес за автоматизирано и роботизирано сглобяване

Автоматизираното сглобяване на продуктите се извършва на монтажни машини и АЛ. Важно условие за разработването на рационален TP за автоматизирано сглобяване е унификацията и нормализирането на връзките, т.е. привеждането им до определен диапазон от видове и точност.

Основната разлика между роботизираното производство е замяната на монтажници с роботи за сглобяване и изпълнението на управление от контролни роботи или автоматични контролни устройства.

Роботизираното сглобяване трябва да се извършва на принципа на пълна взаимозаменяемост или (по-рядко) на принципа на груповата взаимозаменяемост. Възможността за монтаж, регулиране е изключена.

Изпълнението на операциите по сглобяване трябва да протича от прости към сложни. В зависимост от сложността и размерите на продуктите се избира формата на организация на монтажа: стационарна или конвейерна. Съставът на RTK е монтажно оборудване и приспособления, транспортна система, оперативни монтажни роботи, контролни роботи и система за управление.

1. Нива на автоматизация и техните отличителни черти

Автоматизацията на производствените процеси може да се извършва на различни нива.

Автоматизацията има така нареченото нулево ниво - ако човешкото участие в производството е изключено само при извършване на работни ходове (въртене на шпиндела, движение на подаване на инструмент и др.). Такава автоматизация се нарича механизация. Можем да кажем, че механизацията е автоматизация на работните ходове. От това следва, че автоматизацията включва механизация.

Автоматизацията на първо ниво е ограничена до създаването на устройства, чиято цел е да изключи участието на хора при извършване на движения на празен ход върху единична част от оборудването. Такава автоматизация се нарича автоматизация на работния цикъл при серийно и масово производство.

Нагрети на празен ход в нормата на време на парче, която определя трудоемкостта на операцията, се отчитат под формата на помощно време t in и време за поддръжка t и др.:

където t o е основното време, което отчита времето на работните ходове, t o \u003d t p.x; t в спомагателно време, включва изтегляне и доставка на инструменти, натоварване на оборудването и контрол; т.е. времето за поддръжка, прекарано за смяна на инструменти, настройка на оборудването, изхвърляне и управление на отпадъците; t org време за поддръжка на оборудването; t otd - време за почивка на работника.

На първо ниво на автоматизация работните машини все още не са свързани помежду си чрез автоматична комуникация. Следователно транспортирането и контролът на производствения обект се извършват с участието на лице. На това ниво се създават и използват автоматични и полуавтоматични машини. При автоматичните машини работният цикъл се изпълнява и повтаря без човешка намеса. При полуавтоматичните машини е необходима човешка намеса за завършване и повторение на работния цикъл.

Например, модерна многошпинделна машина за струг извършва струговане, пробиване, зенкерване. нарязване и нарязване на щанга. Такава автоматична машина може да замени до 10 универсални машини поради автоматизация и комбинация от празни и работни ходове, висока концентрация на операции.

Автоматизацията на второ ниво е автоматизация на технологичните процеси. На това ниво се решават задачите за автоматизиране на транспорта, контрол на производственото съоръжение, отстраняване на отпадъци и управление на машинните системи. Като технологично оборудване се създават и използват автоматични линии, гъвкави производствени системи (FPS).

Автоматичната линия е автоматично работеща система от машини, монтирани в технологична последователност и обединени чрез средства за транспортиране, товарене, контрол, управление и обезвреждане на отпадъци. Например линия за обработка на конична предавка на автомобилна скоростна кутия освобождава до 20 работници и се изплаща за три години с подходяща производствена програма.

Автоматичната линия се състои от технологично оборудване, което се сглобява за определен вид транспорт и е свързано с него чрез товарни устройства (манипулатори, тави, асансьори). Линията включва освен работни позиции и позиции на празен ход, които са необходими за проверка и поддръжка на линията.

Ако линията включва позиции с участието на човек, тогава окото се нарича автоматизирано.

Третото ниво на автоматизация е комплексната автоматизация, която обхваща всички етапи и връзки на производствения процес, от процесите на снабдяване до тестване и изпращане на готови продукти.

Комплексната автоматизация изисква овладяване на всички предишни нива на автоматизация. Това е свързано с високо техническо оборудване на производството и високи капиталови разходи. Такава автоматизация е ефективна за достатъчно големи програми за производство на продукти със стабилен дизайн и тесен диапазон (производство на лагери, отделни машинни възли, елементи на електрическо оборудване и др.).

В същото време сложната автоматизация позволява да се осигури развитието на производството като цяло, тъй като има най-висока ефективност на капиталовите разходи. За да покажете възможностите на такава автоматизация, разгледайте като пример 13m: магическа фабрика за производство на автомобилни рамки в Съединените щати. С пускането на до 10 000 кадъра на ден, заводът разполага с персонал от 160 души, който се състои основно от инженери и регулатори. При работа без използването на сложна автоматизация, ще са необходими най-малко 12 000 души за изпълнение на същата производствена програма.

На третото ниво на автоматизация се решават задачите за автоматизиране на съхранението и междуцеховото транспортиране на продукти с автоматично адресиране, обработка на отпадъците и управление на производството на базата на широкото използване на компютри. На това ниво човешката намеса се свежда до поддържане на оборудването и поддържането му в работно състояние.

2. Развитие на автоматизацията в посока технологична гъвкавост и широко разпространение на компютрите

Гъвкавите производствени системи са съвкупност от технологично оборудване и системи за осигуряване на неговата работа в автоматичен режим при производството на продукти, които се променят в номенклатурата. Развитието на GPS върви към безпилотни технологии, които осигуряват работата на оборудването за определено време без участието на оператора.

За всеки продукт, при зададени изисквания към количеството и качеството на продуктите, могат да се разработят различни варианти на FMS, различаващи се по методите и маршрутите на обработка, контрол и сглобяване, степента на диференциация и концентрация на операциите на технологичния процес, видовете транспортно-товарни системи, брой обслужващи превозни средства (ОТС), същност на междуагрегатните и междусекционните връзки, конструктивни решения за основните и спомагателни механизми и устройства, принципи за изграждане на система за управление.

Техническото ниво и ефективност на HPS се определя от такива показатели като качеството на продуктите, производителността на HPS и неговата надеждност, структурата на потока от компоненти, влизащи в неговия вход. С оглед на тези критерии възникват проблеми като избора на вида и количеството технологично оборудване, междуоперативното съхранение, техния капацитет и местоположение, броя на обслужващите оператори, структурата и параметрите на транспортно-складовата система и др. ., трябва да се реши.

Гъвкавите производствени системи могат да бъдат изградени от взаимозаменяеми, допълващи се или смесени клетки.

Фигурата показва диаграма на гъвкава система от два взаимозаменяеми обработващи центъра (MC) от същия тип. Обработващите центрове се обслужват от две транспортни колички (робокар), които поддържат движението на материални потоци (части, детайли, инструменти). Автоматизираният контрол е често срещан. Ако са разрешени ръчни операции, на оператора трябва да се даде известна свобода на действие. Управлението на съвместната работа на ОК и транспортната система се осъществява от централния компютър.

В общия случай управлението на робокарите се осъществява от централния компютър чрез междинно устройство или от локална система за управление (LCS). Прехвърлянето на команди към робокарите може да се извършва само на спирки, които разделят маршрутите на движение на зони. Компютърът позволява само един робот да остане в определена зона. Максималната скорост на движение може да достигне 1 m/s.

Горната част на роботомобила може да се повдига и спуска хидравлично за извършване на операции по презареждане, разтоварване и товарене. В случай на повреда или изключване на управлението от компютъра, роботът може да се управлява от LSU.

Има различни варианти на робокарите, използвани като превозни средства в Държавната гранична служба. Най-често срещаният вариант е, когато робокар се движи по писта (маршрут, коловоз) или друга конструкция, положена в пода или върху повърхността му. Една от опциите за проследяване е, че върху повърхността на пода се нанася писта под формата на лента (флуоресцентна, отразяваща, бяла с черен кант), а проследяването се извършва чрез оптоелектронни методи. Недостатъкът е необходимостта от следене на чистотата на лентата. Поради това е по-често да се проследяват робокарите с индуктивен проводник, положен в жлеб на малка дълбочина (около 20 mm). Известни са и други интересни решения – използване например на телевизионно навигационно оборудване за свободно движение в пространството под контрола на компютър.

Източникът на доставка на робокар с материални потоци е автоматизиран склад със стекери, които осигуряват адресируем достъп до всяка складова клетка. Самият склад е доста сложен обект на управление.

Като негова система за управление се използват програмируеми контролери, компютър или специализирано устройство.

Най-разпространените робокар с индуктивно проследяване на маршрута имат следните характеристики: товароносимост - 500 кг; скорост на движение - 70 м/мин; ускорение по време на ускорение и забавяне, съответно - 0,5 и 0,7 m / s 2; ускорение при аварийно спиране 2,5 m / s 2; стойност на повдигане на палета - 130 мм; точност на спиране на робокар - 30 мм; време на цикъла на претоварване - 3 s; радиус на завиване при максимална скорост - 0,9 m; време на работа без презареждане на батериите - 6 часа; напрежение на батерията - 24V; мощността на всеки от двата задвижващи двигателя е 600 W; собствено тегло на робокара - 425 кг.

Важно предимство на роботокарите като превозни средства е липсата на каквито и да било сериозни ограничения за подреждането на оборудването, което може да се извърши от съображения за максимална ефективност по всякакви критерии. Маршрутът на робокарите често се оказва доста сложен, с успоредни разклонения и примки.

Автоматизацията на производствените процеси се състои във факта, че част от функциите по управление, регулиране и контрол на технологичните комплекси се извършват не от хора, а от роботизирани механизми и информационни системи. Всъщност може да се нарече основната производствена идея на 21-ви век.

Принципи

На всички нива на предприятието принципите на автоматизация на производствените процеси са еднакви и еднакви, въпреки че се различават по мащаба на подхода за решаване на технологични и управленски проблеми. Тези принципи осигуряват ефективното изпълнение на необходимата работа в автоматичен режим.

Принципът на последователност и гъвкавост

Всички действия в рамките на една компютъризирана система трябва да бъдат координирани помежду си и със сходни позиции в свързани области. Пълна автоматизация на оперативните, производствените и технологичните процеси се постига благодарение на съвместимостта на операциите, рецептите, графика и оптималната комбинация от техники. Ако този принцип не се спазва, гъвкавостта на производството и интегрираното изпълнение на целия процес ще бъдат нарушени.

Характеристики на гъвкавите автоматизирани технологии

Използването на гъвкави производствени системи е ключова тенденция в съвременната автоматизация. Като част от тяхното действие се извършва технологична оптимизация поради съгласуваността на работата на всички елементи на системата и възможността за бърза подмяна на инструментите. Използваните методи позволяват ефективно възстановяване на съществуващите комплекси по нови принципи без сериозни разходи.

Създаване и структура

В зависимост от степента на развитие на производството, гъвкавостта на автоматизацията се постига чрез координирано и сложно взаимодействие на всички елементи на системата: манипулатори, микропроцесори, роботи и др. Освен това, освен механизираното производство, тези процеси включват транспорт, съхранение и др. отдели на предприятието.

Принципът на пълнотата

Идеалната автоматизирана производствена система трябва да представлява пълен цикличен процес без междинно прехвърляне на продукти към други отдели. Качественото изпълнение на този принцип се осигурява от:

многофункционалност на оборудването, което позволява обработка на няколко вида суровини наведнъж за една единица време;
технологичността на произвежданите стоки чрез намаляване на необходимите ресурси;
унифициране на производствените методи;
минимум допълнителна работа по настройка след пускане на оборудването в експлоатация.

Принципът на комплексната интеграция

Степента на автоматизация зависи от взаимодействието на производствените процеси един с друг и с външния свят, както и от скоростта на интегриране на конкретна технология в обща организационна среда.

Принцип на независимо изпълнение

Съвременните автоматизирани системи работят на принципа: "Не пречи на машината да работи." Всъщност всички процеси по време на производствения цикъл трябва да се извършват без човешка намеса, разрешен е само минимален контрол от негова страна.

Обекти

Възможно е да се автоматизира производството във всяка област на дейност, но компютъризацията работи най-ефективно във връзка със сложни монотонни процеси. Такива операции се срещат в:

лека и тежка промишленост;
горивно-енергийния комплекс;
селско стопанство;
търговия;
медицина и др.

Механизацията помага в техническата диагностика, научно-изследователската дейност в рамките на отделно предприятие.

Цели

Въвеждането на автоматизирани инструменти в производството, които могат да подобрят технологичните процеси, е основна гаранция за прогресивна и ефективна работа. Основните цели на автоматизацията на производствените процеси включват:

съкращаване;
повишаване на производителността на труда поради максимална автоматизация;
разширяване на продуктовата линия;
нарастване на производствените обеми;
подобряване на качеството на стоките;
намаляване на разходния компонент;
създаване на екологично чисто производство чрез намаляване на вредните емисии в атмосферата;
въвеждане на високи технологии в нормалния производствен цикъл при минимални разходи;
подобряване на безопасността на технологичните процеси.

Когато тези цели бъдат постигнати, предприятието получава много ползи от въвеждането на механизирани системи и плаща разходите за автоматизация (при стабилно търсене на продукти).

Качественото изпълнение на задачите на механизацията се определя от въвеждането на:

съвременни автоматизирани средства;
индивидуално проектирани методи за компютъризация.

Степента на автоматизация зависи от интегрирането на иновативно оборудване в съществуващата технологична верига. Нивото на изпълнение се оценява индивидуално в зависимост от характеристиките на конкретното производство.

Компоненти

Като част от единна автоматизирана производствена среда в предприятието се разглеждат следните елементи:

системи за проектиране, използвани за разработване на нови продукти и техническа документация;
металорежещи машини с програмно управление на базата на микропроцесори;
индустриални роботизирани комплекси и технологични роботи;
компютъризирана система за контрол на качеството в предприятието;
технологични складове със специално разтоварно оборудване;
обща автоматизирана система за управление на производството (АСУТП).

Стратегия

Следването на стратегия за автоматизация помага за подобряване на целия набор от необходими процеси и извличане на максимални ползи от внедряването на компютърни системи в предприятието. Само тези процеси, които са напълно проучени и анализирани, могат да бъдат автоматизирани, тъй като програмата, разработена за системата, трябва да включва различни варианти на едно действие в зависимост от факторите на околната среда, количеството ресурси и качеството на изпълнение на всички етапи на производство.

След дефиниране на концепцията, изучаване и анализ на технологичните процеси идва ред на оптимизацията. Необходимо е качествено да се опрости структурата, като се премахнат от системата процеси, които не носят никаква стойност. Ако е възможно, трябва да намалите броя на извършените действия, като комбинирате някои операции в една. Колкото по-прост е структурният ред, толкова по-лесно е да се компютъризира. След като опростите системите, можете да започнете да автоматизирате производствените процеси.

Дизайн

Проектирането е ключов етап от автоматизацията на производствените процеси, без който е невъзможно въвеждането на сложна механизация и компютъризация в производството. В рамките на него се създава специална схема, която показва структурата, параметрите и основните характеристики на използваните устройства. Схемата обикновено се състои от следните елементи:

мащаб на автоматизация (описан отделно за цялото предприятие и за отделни производствени звена);
определяне на контролните параметри на работата на устройствата, които по-късно ще действат като маркери за проверка;
описание на системите за управление;
конфигурация на местоположението на автоматизирани съоръжения;
информация за блокиране на оборудването (в какви случаи е приложимо, как и от кого ще бъде стартирано в случай на авария).

Класификация

Има няколко класификации на процесите на компютъризация на предприятията, но най-ефективно е тези системи да се разделят в зависимост от степента им на внедряване в цялостния производствен цикъл. На тази основа се извършва автоматизация:

частичен;
комплекс;
завършен.

Тези разновидности са просто нива на индустриална автоматизация, които зависят от размера на предприятието и обема на технологичната работа.

Частична автоматизация- представлява комплекс от операции за подобряване на производството, в рамките на който има механизация на едно действие. Не изисква формирането на сложен комплекс за управление и пълното интегриране на свързани системи. На това ниво на компютъризация е разрешено участието на човека (не винаги в ограничена степен).

Интегрирана автоматизацияви позволява да оптимизирате работата на голямо производствено звено в режим на единичен комплекс. Използването му е оправдано само в рамките на голямо иновативно предприятие, където се използва най-надеждното оборудване, тъй като повредата дори на една машина рискува да спре цялата работна линия.

Пълна автоматизацияе съвкупност от процеси, които осигуряват независимата работа на цялата система, вкл. производствен контрол. Внедряването му е най-скъпо, така че тази система се използва в големи предприятия в условия на рентабилно и стабилно производство. На този етап човешкото участие е сведено до минимум. Най-често се състои в наблюдение на системата (например проверка на показанията на сензора, отстраняване на незначителни проблеми и т.н.).

Предимства

Автоматизираните процеси повишават скоростта на извършваните циклични операции, осигуряват тяхната точност и работоспособност, независимо от факторите на околната среда. Чрез елиминиране на човешкия фактор се намалява броят на възможните грешки и се подобрява качеството на работа. В случай на типични ситуации програмата запомня алгоритъма на действията и го прилага с максимална ефективност.

Автоматизацията ви позволява да увеличите точността на управлението на бизнес процесите в производството чрез покриване на голямо количество информация, което е просто невъзможно при липса на механизация. Компютъризираното оборудване може да извършва няколко технологични операции едновременно, без да нарушава качеството на процеса и точността на изчисленията.

Концепцията за автоматизация на процесите е неразривно свързана с глобалния технологичен процес. Без въвеждането на компютърни системи е невъзможно модерното развитие на отделните отдели и на цялото предприятие като цяло. Механизацията на производството позволява най-ефективното подобряване на качеството на готовата продукция, разширяване на асортимента на предлаганите видове стоки и увеличаване на продукцията.

Конференция за автоматизация на производството 28 ноември 2017 г. в Москва

Има всички основания да се смята, че следващото десетилетие ще бъде повратна точка в развитието на нови подходи към производството, границата между епохите на неавтоматизираното и автоматизираното производство.

Съвсем очевидно е, че точно сега са узрели научно-техническите предпоставки, свързани с появата и развитието на най-новите средства за автоматизация. Те включват на първо място автоматични системи за управление, базирани на индустриални контролери и, разбира се, промишлени роботи, които издигнаха производството на качествено по-високо ниво.

Изглежда, че безусловната прогресивност, съчетана с повишено внимание, трябваше да осигури на индустриалните роботи триумфален марш, позволявайки им да дадат значителен принос за интензифицирането на производствените процеси, намалявайки дела на ръчния труд. Това обаче все още не се случва в правилната степен. Поне що се отнася до ситуацията у нас.

Очевидно е, че основният проблем на бавното развитие на автоматизацията и по-специално на роботизираното производство се крие в очевидното несъответствие между разходите за работна сила и ресурси, от една страна, и реалната възвръщаемост, от друга. И това беше причинено не от внезапно откритите недостатъци на индустриалните роботи, а от грешни изчисления, направени при подготовката на такова производство. Производството със своите сурови закони неизбежно отхвърля скъпите, нискоскоростни и ненадеждни проекти.

Русия може и трябва да си върне статута на световна индустриална сила. За да се постигне това, е необходимо да има редица ключови предимства - обещаващи области и технологии, развита машиностроителна индустрия и най-важното - човешки ресурси, които са в състояние да реализират своите планове. Спецификата на създаването на всеки нов продукт, независимо дали става дума за най-новите модели оръжия, морски и самолети или други високотехнологични продукти, е, че се проектира само това, което по принцип може да бъде произведено. Няма смисъл да се говори за създаване, например, на изтребител от ново поколение, без да има оборудване на съответното ниво. По този начин най-новото оборудване е в основата на създаването на най-новите технологии. Отхвърлянето на системното индустриално регулиране, директното „отглеждане“ на иновативни проекти води до отхвърляне на съвременното промишлено производство: корабостроенето и самолетостроенето, космическия сектор, високоскоростния железопътен транспорт и съвременните оръжейни системи.

Тъй като автоматизацията и роботизираното производство са по своята същност тясно свързани с разработването на нови видове продукти, те са в състояние да определят нивото на конкурентоспособност на страната. Следователно е необходимо да се проучат и изследват производствените цикли на предприятията в различни отрасли с едромащабно, серийно и дребно производство, за да се определят областите на рационално използване на роботите и да се установят функционални и технически изисквания към тях.

В света има динамично развитие на роботиката. Всички нови високоефективни конструкции на роботи и индустриални контролери за масова употреба са създадени и се създават. Техният брой нараства бързо, тъй като намаляването на дела на ръчния труд, повишаването на производителността и увеличаването на производствените темпове са неотложна задача за ефективното индустриално производство в развитите постиндустриални страни. В същото време в много случаи именно появата на технологии стимулира разработването на нови видове продукти. Доведената до съвършенство технология определя производствените разходи и в крайна сметка ефективността и конкурентоспособността на икономиката на страната като цяло. Така формирането на това направление ще даде тласък на процъфтяващата индустрия и ще положи основите за нейното динамично развитие.

Развитието на индустриалното производство се определя от нарастването на производителността на труда. Производителността на една технологична операция във всяка индустрия зависи от времето, прекарано за извършване на основните функционални действия (основно време), спомагателните действия (спомагателно време) и загубите на време поради недостатъчна организация на труда (организационни загуби) и дългосрочното представяне на някои допълнителни действия (собствени загуби). Намаляването на основното време може да се постигне чрез подобряване на технологията на обработка, както и чрез конструктивни промени в оборудването. Минимизирането на организационните загуби на време включва задълбочено проучване на условията за организиране на производството, доставка на материали и компоненти, установени връзки за сътрудничество и много други, докато намаляването на помощното време и собствените загуби е свързано с механизация и автоматизация на производството. Автоматизацията на производството е възможна само на базата на най-новите постижения на науката и технологиите, използването на модерни технологии и използването на напреднал производствен опит. Е, гъвкавата автоматизация от своя страна дава възможност за бързо преконфигуриране на производството за изпълнение на технологични функции с определен капацитет за обработка въз основа на максимално използване на компютърните технологии и електрониката.

Предвид факта, че компютърните технологии се развиват с бързи темпове и нищо не пречи на използването им заедно с технологично оборудване, можем да заключим, че в близко бъдеще участието на човека в производствените процеси ще бъде сведено до минимум. Предприятията на близкото бъдеще са напълно автоматизирани цехове с гъвкава организация на производството, обслужвани от групи роботи с един център за управление.

НОВИ ПРЕДИЗВИКАТЕЛСТВА - НОВИ РЕШЕНИЯ

Автоматизацията на производството води до значително повишаване на неговата ефективност. Това се дължи, от една страна, на подобряването на организацията на производството, ускоряването на оборота на средствата и по-доброто използване на дълготрайните активи, от друга страна на намаляването на разходите за обработка, заплатите и енергията. разходи. Третият важен фактор е повишаването на нивото на производствена култура, качеството на продуктите и т.н.

Машините с ЦПУ се превърнаха в символ на движението към иновативна организация на производството. Въпреки обхвата и всеобхватността на техните приложения, днес те не са най-значимото постижение в областта на автоматизацията. Зад кулисите стоят програмируеми контролери, микропроцесори, процесни компютри и логически контролни системи, които са още по-успешни и по-широко използвани в тази област. В същото време всички изброени устройства могат да се считат за членове на едно и също семейство оборудване за гъвкава автоматизация, което коренно променя съществуващата система за промишлено производство.

Вече е доказано, че използването на промишлени роботи не само повишава нивото на автоматизация на поточното производство, но също така дава възможност за по-ефективно използване на технологичното оборудване и на тази основа значително повишаване на производителността на труда. Използването на роботи решава и проблема с осигуряването на персонал за трудни и опасни операции.

В областта на създаването и прилагането на индустриални роботи страната ни е все още на ранен етап, така че трябва да извършим голямо количество изследвания и разработки, да разработим собствена база от стандартни решения. Наред с разработването на универсални роботи е необходимо да се организира производството на стандартни модели оборудване със специално предназначение (пневматични захващачи, стационарни устройства и подобни устройства), което допълнително ще разшири възможностите за автоматизация. Освен това трябва да се разработят опростени модели на роботи и механични захващачи за извършване на прости операции.

Простата автоматизация на работните места вече е престанала да отговаря на мениджърите на производството. Защо? В крайна сметка, освободеното време е най-важният фактор, влияещ върху ефективността на индустриалното предприятие. Икономическият ефект от локалната автоматизация „на парче“ обаче е минимален, тъй като процесът на проектиране остава класически последователен: проектантите създават документация, прехвърлят я на технолози, връщат я за корекция, връщат коригираната документация на технолозите, те изготвят технологична документация, координира се с доставчици и икономисти и т. н. По-нататък. В резултат на това автоматизацията не носи нито пълната икономическа възвръщаемост, нито наистина значително намаляване на времето за подготовка за производство, въпреки че във всеки случай се постига положителен ефект.

Не трябва да се забравя, че разработването и подготовката за производство на сложни, високотехнологични продукти е колективен и взаимосвързан процес, в който участват десетки и стотици специалисти от предприятие или дори група предприятия. По време на разработването на продукт възникват редица трудности, които влияят на общия успех. На първо място, това е невъзможността да се видят ключовите ресурси, включени в процеса на разработка, в тяхното действително състояние в даден момент от време. Това е и организация на съвместна работа на екип от специалисти с участието на компании, които доставят всякакви компоненти за разработвания продукт. Има само един начин за значително намаляване на времето за подготовка за такова производство - чрез паралелно изпълнение на работата и тясно взаимодействие на всички участници в процеса. Подобен проблем може да бъде решен чрез създаване на единно информационно пространство на предприятието, един вид масив от цифрови данни за продуктите.

КЪДЕ ДА ЗАПОЧНЕМ АВТОМАТИЗАЦИЯ

По-долу е даден кратък алгоритъм, който ви позволява да разберете какво трябва да разберете, за да започнете да прилагате проект за автоматизация на фабриката.

1. Първо трябва да оцените обекта на автоматизация - какво трябва да бъде заменено, какво оборудване трябва да бъде закупено и какво може да увеличи производителността на предприятието.

2. Въз основа на разработеното техническо задание е необходимо да се изберат най-оптималните елементи за решаване на задачите. Това могат да бъдат специални сензори и инструменти за наблюдение, например, работата на оборудването, както и различни комплекти за по-нататъшно събиране и обработка на цялата получена информация, специални устройства за предоставяне на интерфейс - контролен панел за нормалната дейност на производствените диспечери , и т.н.

3. Изготвяне на проектна документация - схема за автоматизация, за предпочитане под формата на циклограми, електрическа схема, описание на контрола на управлението на системите.

4. Следващата стъпка е разработването на програми, които ще помогнат за прилагането на алгоритми за управление за всяка конкретна част от оборудването (по-нисък етап на управление). След това се съставя общ алгоритъм за събиране и обработка на получените данни (горният етап на управление на производството).

5. Когато всичко по-горе е направено, препоръчително е да започнете да осигурявате доставките на необходимото оборудване. Освен това въвеждането му в експлоатация трябва да се извършва по предварително определени и строго определени приоритети.

6. Необходимо е автоматизиране на всички етапи от производствения процес чрез програмно комбиниране на системите за управление за всяко отделно ниво, като им се осигури възможност за гъвкави трансформации.

ТИПИЧНИ ПРОБЛЕМИ И ПРЕПОРЪКИ ЗА ПРЕОДОЛЯВАНЕТО ИМ

Компанията Solver автоматизира производството на машиностроителни предприятия от 20 години. Опитът показва, че обективните фактори, възпрепятстващи успешното изпълнение на проекти за автоматизация, са:

Нежеланието на екипа на предприятието да приеме автоматизацията като необходим и достатъчен инструмент за производствения цикъл на този етап от развитието на предприятието;

Липса на достатъчен брой компетентни специалисти в областта на автоматизацията;

Често предприятието няма ясно разбиране за крайните цели на дейностите по автоматизация.

Компанията Solver е формулирала няколко основни принципа, които позволяват рационален поглед върху проблемите на роботиката, и постулати, които трябва да се следват при работа през етапите на автоматизация на производството.

1. Роботизираните инструменти трябва не само да заменят човек или да имитират неговите действия, но и да изпълняват тези производствени функции по-бързо и по-добре. Само тогава те ще бъдат наистина ефективни. Така се постига принципът на крайния резултат.

2. Сложността на подхода. Всички най-важни компоненти на производствения процес - технологии, производствени мощности, спомагателно оборудване, системи за управление и поддръжка - трябва да бъдат разгледани и в крайна сметка разрешени на ново, по-високо ниво. Един компонент от производствения процес, който не е разработен на правилното ниво, може да направи целия комплекс от мерки за автоматизация неефективен. Както промишлените роботи, така и автоматизираните системи за управление трябва да бъдат внедрени, като се вземе предвид напредъкът на технологиите и дизайна и като цяло да се адаптират към изискванията на производството - само тогава те ще бъдат ефективни.

3. И най-важното е принципът на необходимостта. Инструментите за роботизация, включително най-обещаващите и прогресивни, трябва да се използват не там, където могат да бъдат адаптирани, а там, където не могат да бъдат избегнати.

Бих искал да завърша статията със следното заключение. Никой не е в състояние да опише подробно и точно супериндустриалното общество, което се заражда днес. Но вече трябва да разберем, че в обозримо бъдеще обществото ще премине от масова фабрична система към уникално производство на парче, интелектуален труд, който ще се основава на информация, супер технологии, както и висока степен на автоматизация на производството. Друг начин не се предвижда.

Глава 1. Принципи на изграждане на автоматизирано производство

Част 1. Основи на теорията на автоматичното управление

Автоматизация- отрасъл на науката и техниката, обхващащ теорията и устройствата на средствата и системите за автоматично управление на машини и технологични процеси. Възниква през 19 век с навлизането на механизираното производство на базата на предачни и тъкачни машини, парни машини и др., Което заменя ръчния труд и дава възможност да се увеличи неговата производителност.

Автоматизацията винаги се предшества от процеса на пълна механизация - такъв производствен процес, при който човек не изразходва физическа сила за извършване на операции.

С развитието на технологиите функциите за управление на процеси и машини се разшириха и станаха по-сложни. Човекът в много случаи не е бил в състояние да управлява механизираното производство без специални допълнителни устройства. Това доведе до появата на автоматизирано производство, при което работниците се освобождават не само от физически труд, но и от функциите по управление на машини, оборудване, производствени процеси и операции, както и управлението им.

Под автоматизация на производствените процеси се разбира набор от технически мерки за разработване на нови технологични процеси и създаване на производство на базата на високопроизводително оборудване, което извършва всички основни операции без пряко човешко участие.

Автоматизацията допринася за значително повишаване на производителността на труда, подобряване на качеството на продуктите и условията на труд за хората.

В селското стопанство, хранително-вкусовата и преработвателната промишленост, контролът и управлението на температурата, влажността, налягането, контрола на скоростта и движението, качественото сортиране, опаковането и много други процеси и операции са автоматизирани, което гарантира тяхната по-висока ефективност, спестяване на труд и разходи.

Автоматизираното производство, в сравнение с неавтоматизираното производство, има определени специфики:

За да бъдат по-ефективни, те трябва да обхващат по-разнородни операции;

Необходимо е внимателно да се проучи технологията, да се анализират производствените мощности, пътищата на движение и операциите, да се гарантира надеждността на процеса с дадено качество;

С широка гама от продукти и сезонност на работата, технологичните решения могат да бъдат многовариантни;

Нарастват изискванията за ясна и координирана работа на различни производствени служби.

При проектирането на автоматизирано производство трябва да се спазват следните принципи:

1. Принципът на пълнотата. Трябва да се стремите да извършвате всички операции в рамките на една и съща автоматизирана производствена система без междинно прехвърляне на полуготови продукти в други отдели. За прилагането на този принцип е необходимо да се гарантира:

Производимост на продукта, т.е. минималното количество материали, време и пари трябва да се изразходват за производството му;

Унифициране на методите за обработка и контрол на продукта;

Разширяване на вида на оборудването с повишени технологични възможности за обработка на няколко вида суровини или полуфабрикати.

2. Принципът на нискооперативната технология. Броят на междинните операции по преработка на суровини и полуфабрикати трябва да се сведе до минимум и да се оптимизират пътищата за доставка.

3. Принципът на технологията за по-малко хора. Осигуряване на автоматична работа през целия производствен цикъл на продукта. За да направите това, е необходимо да се стабилизира качеството на вложените суровини, да се подобри надеждността на оборудването и информационната поддръжка на процеса.

4. Принципът на безпроблемната технология. Контролният обект не трябва да изисква допълнителна работа по настройка след пускането му в експлоатация.

5. Принципът на оптималността. Всички контролни обекти и производствени услуги се подчиняват на единен критерий за оптималност, например да произвеждат само продукти с най-високо качество.

6. Принципът на груповата технология. Осигурява гъвкавост на производството, т.е. възможността за преминаване от пускането на един продукт към пускането на друг. Принципът се основава на общостта на операциите, техните комбинации и рецепти.

Серийното и дребномащабното производство се характеризира със създаването на автоматизирани системи от универсално и агрегатно оборудване с интероперативни резервоари. Това оборудване, в зависимост от продукта, който се обработва, може да бъде пренастроен.

За мащабно и масово производство на продукти се създава автоматизирано производство от специално оборудване, обединено от твърда връзка. В такива индустрии се използва високопроизводително оборудване, например ротационно оборудване за наливане на течности в бутилки или торби.

За функционирането на оборудването е необходим междинен транспорт за суровини, полуфабрикати, компоненти и различни среди.

В зависимост от междинния транспорт, автоматизираното производство може да бъде:

С транспортиране от край до край без пренареждане на суровини, полуфабрикати или носители;

С пренареждане на суровини, полуфабрикати или носители;

с междинен контейнер.

Според видовете разположение на оборудването (агрегиране), автоматизираното производство се разграничава:

Еднонишкови;

Паралелно агрегиране;

Многонишков.

В еднопоточното оборудване се разполага последователно в хода на операциите. За да се увеличи производителността на еднонишковото производство, операцията може да се извършва паралелно на същия тип оборудване.

При многонишково производство всяка нишка изпълнява подобни функции, но работи независимо една от друга.

Характеристика на селскостопанското производство и преработката на продуктите е бързото влошаване на тяхното качество, например след клане на добитък или премахване на плодове от дървета. Това изисква такова оборудване, което би имало висока мобилност (способност за производство на широка гама от продукти от един и същи вид суровини и обработка на различни видове суровини на един и същи тип оборудване).

За това се създават реконфигурируеми производствени системи, които имат свойството на автоматизирано преконфигуриране. Организационният модул на такива системи е производствен модул, автоматизирана линия, автоматизиран участък или цех.

производствен модулнаричат система, състояща се от единица технологично оборудване, оборудвана с устройство за автоматизирано програмно управление и автоматизация на технологичния процес, автономно функционираща и имаща възможност за интегриране в система от по-високо ниво (фиг. 1.1).

Фигура 1.1 - Структурата на производствения модул: 1- оборудване за извършване на една или повече операции; 2- контролно устройство; 3- товаро-разтоварно устройство; 4 - устройство за транспортиране и съхранение (междинен капацитет); 5- контролно-измервателна система.

Производственият модул може да включва, например, сушилна камера, измервателна система, локално контролирана система за манипулиране и транспортиране или смесителна инсталация с подобно допълнително оборудване.

Специален случай на производствения модул е производствена клетка- комбинация от модули с единна система за режими на работа на измервателната апаратура, транспортно-акумулационни и товарно-разтоварни системи (фиг. 1.2). Производствената клетка може да бъде интегрирана в системи от по-високо ниво.

Фигура 1.2 - Структурата на производствената клетка: 1- оборудване за извършване на една или повече операции; 2- приемен бункер; 3-товарно-разтоварно устройство; 4- конвейер; 5- междинен капацитет; 6 - контролен компютър; 7- контролно-измервателна система.

Автоматизирана линия- преконфигурируема система, състояща се от няколко производствени модула или клетки, обединени от единна транспортна и складова система и автоматична система за управление на процесите (APCS). Оборудването на автоматизираната линия е разположено в приетата последователност от технологични операции. Структурата на автоматизираната линия е показана на фигура 1.3.

За разлика от автоматизираната линия, преконфигурируемата автоматизирана секция предоставя възможност за промяна на последователността на използване на технологично оборудване. Линията и участъкът могат да имат отделно функциониращи възли от технологично оборудване. Структурата на автоматизираната секция е показана на фигура 1.4.

Фигура 1.3 - Структурата на автоматизираната линия: 1, 2, 3, 4 - производствени клетки и модули; 5- транспортна система; 6 склад; 7- контролен компютър.