Automatisation des processus de production et de production. Automatisation des processus technologiques et de la production

1. Caractéristiques de la conception des processus technologiques dans les conditions de la production automatisée

La base de l'automatisation de la production sont les processus technologiques (TP), qui doivent assurer une productivité élevée, la fiabilité, la qualité et l'efficacité des produits de fabrication.

Une caractéristique du traitement et de l'assemblage TP est l'orientation stricte des pièces et des outils les uns par rapport aux autres dans le flux de travail (la première classe de processus). Le traitement thermique, le séchage, la peinture, etc., contrairement au traitement et à l'assemblage, ne nécessitent pas une orientation stricte de la pièce (la deuxième classe de processus).

TP est classé par continuité en discret et continu.

Le développement de TP AP par rapport à la technologie de production non automatisée a ses propres spécificités :

1. Le TP automatisé comprend non seulement les opérations d'usinage hétérogènes, mais également le traitement sous pression, le traitement thermique, l'assemblage, l'inspection, l'emballage, ainsi que le transport, le stockage et d'autres opérations.

2. Les exigences de flexibilité et d'automatisation des processus de production imposent la nécessité d'une étude complète et détaillée de la technologie, d'une analyse approfondie des installations de production, d'une étude de la route et de la technologie opérationnelle, garantissant la fiabilité et la flexibilité du processus de fabrication des produits avec un qualité donnée.

3. Avec une large gamme de produits, les solutions technologiques sont multivariées.

4. Le degré d'intégration du travail effectué par divers départements technologiques augmente.

Principes de base de la construction de la technologie d'usinage dans APS

1.Le principe de complétude . Il doit s'efforcer d'effectuer toutes les opérations au sein d'une même APS sans transfert intermédiaire de produits semi-finis vers d'autres unités ou bureaux auxiliaires.

2.Le principe de la technologie à faible fonctionnement. Formation de TP avec la consolidation maximale possible des opérations, avec un nombre minimum d'opérations et d'installations en opérations.

3.Le principe de la technologie "small people". Assurer le fonctionnement automatique de l'APS pendant tout le cycle de production.

4.Le principe de la technologie "no-debug" . Développement de solutions techniques ne nécessitant pas de débogage aux postes de travail.

5.Le principe de la technologie contrôlée activement. Organisation de la gestion des TP et correction des décisions de conception en fonction des informations de travail sur l'avancement des TP. Les paramètres technologiques formés au stade du contrôle et les paramètres initiaux de la préparation technologique de la production (TPP) peuvent être corrigés.

6.Principe d'optimalité . Prendre une décision à chaque étape de la gestion du TPP et du TP sur la base d'un seul critère d'optimalité.

Outre ceux envisagés pour la technologie APS, d'autres principes sont également caractéristiques : technologie informatique, sécurité de l'information, intégration, dématérialisation de la documentation, technologie de groupe.

2. TP typique et de groupe

La typification des processus technologiques pour des groupes de pièces de configuration et de caractéristiques technologiques similaires prévoit leur fabrication selon le même processus technologique, basé sur l'utilisation des méthodes de traitement les plus avancées et garantissant l'obtention de la productivité, de l'économie et de la qualité les plus élevées. La typification est basée sur les règles de traitement des surfaces élémentaires individuelles et les règles d'attribution de l'ordre dans lequel ces surfaces sont traitées. Les TC typiques sont principalement utilisés dans la production à grande échelle et en série.

Le principe de la technologie de groupe sous-tend la technologie de la production reconfigurable - petite et moyenne échelle. Contrairement à la typification de TP avec technologie de groupe, une caractéristique commune est la similitude des surfaces traitées et de leurs combinaisons. Par conséquent, les méthodes de traitement de groupe sont typiques pour le traitement de pièces avec une large gamme.

La typification TP et la méthode de technologie de groupe sont les principales directions pour l'unification des solutions technologiques qui augmentent l'efficacité de la production.

Classement des pièces

La classification est effectuée afin de déterminer des groupes de pièces technologiquement homogènes pour leur traitement conjoint dans un environnement de production de groupe. Elle s'effectue en deux étapes : la classification primaire, c'est-à-dire le codage des détails de la production étudiée selon les caractéristiques de conception et technologiques ; classification secondaire, c'est-à-dire groupement de pièces avec des caractéristiques de classification identiques ou légèrement différentes.

Lors de la classification des pièces, les caractéristiques suivantes doivent être prises en compte: structurel - dimensions hors tout, poids, matériau, type de traitement et pièce à usiner; nombre de traitements ; précision et d'autres indicateurs.

Le regroupement des pièces s'effectue dans l'ordre suivant : sélection d'un ensemble de pièces au niveau de la classe, par exemple, corps de révolution pour la production d'usinage ; sélection d'un ensemble de pièces au niveau de la sous-classe, par exemple, des pièces de type arbre ; classification des pièces par combinaison de surfaces, par exemple, arbres avec une combinaison de surfaces cylindriques lisses ; regroupement par dimensions globales avec sélection des zones avec la densité maximale de distribution de taille; détermination selon le diagramme des zones avec le plus grand nombre de noms de pièces.

Manufacturabilité des conceptions de produits pour les conditions d'accident

La conception d'un produit est considérée comme manufacturable si sa fabrication et son fonctionnement nécessitent une dépense minimale de matériaux, de temps et d'argent. L'évaluation de la fabricabilité est effectuée selon des critères qualitatifs et quantitatifs séparément pour les ébauches, les pièces usinées, les unités d'assemblage.

Les pièces à traiter dans la FA doivent être technologiquement avancées, c'est-à-dire simples de forme, de dimensions, constituées de surfaces standard et avoir un taux d'utilisation de matière maximal.

Les pièces à assembler doivent avoir autant de surfaces de raccordement standard que possible, les éléments d'orientation les plus simples des unités d'assemblage et des pièces.

3. Caractéristiques de la conception de processus technologiques pour la fabrication de pièces sur des lignes automatiques et des machines CNC

Une ligne automatique est un complexe d'équipements et de systèmes de contrôle interconnectés fonctionnant en continu, où une synchronisation à temps plein des opérations et des transitions est nécessaire. Les méthodes de synchronisation les plus efficaces sont la concentration et la différenciation de TP.

La différenciation du processus technologique, la simplification et la synchronisation des transitions sont les conditions nécessaires à la fiabilité et à la productivité. Une différenciation excessive conduit à la complication des équipements de service, à une augmentation des surfaces et du volume de service. Une concentration opportune des opérations et des transitions, sans pratiquement réduire la productivité, peut être effectuée par agrégation, à l'aide de réglages multi-outils.

Pour synchroniser le travail dans une ligne automatique (AL), un outil de limitation, une machine de limitation et une section de limitation sont déterminés, selon lesquels le cycle de sortie AL réel (min) est défini selon la formule

où F - le fonds réel de l'équipement, h ; N- programme de lancement, pc.

Pour assurer une grande fiabilité, l'AL est divisé en sections qui sont reliées entre elles par des dispositifs de stockage qui assurent la connexion dite flexible entre les sections, assurant un fonctionnement indépendant des sections adjacentes en cas de défaillance de l'une d'entre elles. Une connexion rigide est maintenue au sein du site. Pour les équipements couplés, il est important de planifier le moment et la durée des arrêts planifiés.

Les machines CNC offrent une haute précision et qualité des produits et peuvent être utilisées dans le traitement de pièces complexes avec des contours étagés ou courbes précis. Cela réduit les coûts de traitement, de qualification et le nombre d'employés. Les caractéristiques du traitement des pièces sur les machines CNC sont déterminées par les caractéristiques des machines elles-mêmes et, tout d'abord, par leurs systèmes CNC, qui fournissent :

1) réduire le temps de réglage et de réajustement des équipements ; 2) augmenter la complexité des cycles de traitement ; 3) la possibilité de mettre en œuvre des mouvements de cycle avec une trajectoire curviligne complexe ; 4) la possibilité d'unification des systèmes de contrôle (CS) des machines-outils avec les CS d'autres équipements ; 5) la possibilité d'utiliser un ordinateur pour contrôler les machines CNC faisant partie de l'APS.

Exigences de base pour la technologie et l'organisation de l'usinage en APS reconfigurable sur l'exemple de la fabrication de pièces standard de base

Le développement de la technologie dans APS se caractérise par une approche intégrée - une étude détaillée non seulement des opérations et des transitions principales, mais également auxiliaires, y compris le transport des produits, leur contrôle, leur stockage, leurs tests et leur emballage.

Pour stabiliser et améliorer la fiabilité du traitement, deux principales méthodes de construction de TP sont utilisées :

1) l'utilisation d'équipements qui fournissent un traitement fiable avec presque aucune intervention de l'opérateur ;

2) régulation des paramètres TP basée sur le contrôle des produits pendant le processus lui-même.

Pour gagner en flexibilité et en efficacité, APS utilise le principe de la technologie de groupe.

4. Caractéristiques du développement de processus technologiques pour l'assemblage automatisé et robotisé

L'assemblage automatisé des produits est effectué sur des machines d'assemblage et AL. Une condition importante pour le développement d'un TP rationnel pour l'assemblage automatisé est l'unification et la normalisation des connexions, c'est-à-dire les amener à une certaine gamme de types et de précision.

La principale différence dans la production robotisée est le remplacement des assembleurs par des robots d'assemblage et l'exécution du contrôle par des robots de contrôle ou des dispositifs de contrôle automatique.

L'assemblage robotisé doit être effectué sur le principe d'interchangeabilité complète ou (moins souvent) sur le principe d'interchangeabilité de groupe. La possibilité de montage, le réglage est exclu.

L'exécution des opérations d'assemblage doit aller du simple au complexe. En fonction de la complexité et des dimensions des produits, la forme d'organisation de l'assemblage est choisie : stationnaire ou convoyeur. La composition du RTK est constituée d'équipements et d'installations d'assemblage, d'un système de transport, de robots d'assemblage opérationnels, de robots de contrôle et d'un système de contrôle.

1. Niveaux d'automatisation et leurs caractéristiques distinctives

L'automatisation des processus de production peut être réalisée à différents niveaux.

L'automatisation a un niveau dit zéro - si la participation humaine à la production n'est exclue que lors de l'exécution de mouvements de travail (rotation de la broche, mouvement d'alimentation de l'outil, etc.). Une telle automatisation est appelée mécanisation. On peut dire que la mécanisation est l'automatisation des mouvements de travail. Il s'ensuit que l'automatisation implique la mécanisation.

L'automatisation du premier niveau se limite à la création de dispositifs dont le but est d'exclure la participation humaine lors de l'exécution de la marche au ralenti sur des équipements individuels. Une telle automatisation est appelée automatisation du cycle de travail dans la production par lots et en série.

Les temps morts dans la norme du temps à la pièce, qui détermine la pénibilité de l'opération, sont pris en compte sous forme de temps auxiliaire t in et de temps de maintenance t, etc. :

où t o est le temps principal, qui prend en compte le temps des déplacements de travail, t o \u003d t p.x; t en temps auxiliaire, comprend le retrait et la fourniture des outillages, le chargement et le contrôle des équipements ; c'est-à-dire le temps de maintenance consacré au changement d'outil, à la configuration de l'équipement, à l'élimination et à la gestion des déchets ; t temps de maintenance de l'équipement de l'organisation ; t otd - temps de repos du travailleur.

Au premier niveau d'automatisation, les machines de travail ne sont pas encore interconnectées par une communication automatique. Par conséquent, le transport et le contrôle de l'objet de production sont effectués avec la participation d'une personne. A ce niveau, des machines automatiques et semi-automatiques sont créées et utilisées. Sur les machines automatiques, le cycle de travail est effectué et répété sans intervention humaine. Sur les machines semi-automatiques, une intervention humaine est nécessaire pour compléter et répéter le cycle de travail.

Par exemple, un tour multibroche moderne effectue le tournage, le perçage, le fraisage. alésage et filetage sur une barre. Une telle machine automatique peut remplacer jusqu'à 10 machines universelles en raison de l'automatisation et de la combinaison de mouvements de ralenti et de travail, d'une forte concentration d'opérations.

L'automatisation du deuxième niveau est l'automatisation des processus technologiques. À ce niveau, les tâches d'automatisation du transport, de contrôle de l'installation de production, d'élimination des déchets et de gestion des systèmes de machines sont résolues. En tant qu'équipement technologique, des lignes automatiques, des systèmes de production flexibles (FPS) sont créés et utilisés.

Une ligne automatique est un système fonctionnant automatiquement de machines installées dans une séquence technologique et unies par des moyens de transport, de chargement, de contrôle, de gestion et d'élimination des déchets. Par exemple, une ligne de traitement d'un engrenage conique d'une boîte de vitesses automobile libère jusqu'à 20 travailleurs et s'amortit en trois ans avec un programme de production approprié.

La ligne automatique est constituée d'équipements technologiques assemblés pour un certain type de transport et reliés à celui-ci par des dispositifs de chargement (manipulateurs, plateaux, élévateurs). La ligne comprend, en plus des positions de travail, des positions de repos nécessaires à l'inspection et à l'entretien de la ligne.

Si la ligne comprend des positions avec la participation d'une personne, alors l'œil est appelé automatisé.

Le troisième niveau d'automatisation est l'automatisation complexe, qui couvre toutes les étapes et tous les maillons du processus de production, des processus d'approvisionnement aux tests et à l'expédition des produits finis.

L'automatisation complexe nécessite la maîtrise de tous les niveaux d'automatisation précédents. Il est associé à un équipement technique de production élevé et à des coûts d'investissement élevés. Une telle automatisation est efficace pour des programmes suffisamment importants pour la production de produits de conception stable et d'une gamme étroite (production de roulements, d'assemblages de machines individuelles, d'éléments d'équipements électriques, etc.).

Dans le même temps, c'est l'automatisation complexe qui permet d'assurer le développement de la production dans son ensemble, car elle a la plus grande efficacité des dépenses en capital. Pour montrer les possibilités d'une telle automatisation, considérons comme exemple 13m : une usine magique pour la production de châssis automobiles aux États-Unis. Avec la sortie de jusqu'à 10 000 cadres par jour, l'usine compte un effectif de 160 personnes, composé principalement d'ingénieurs et d'ajusteurs. Au travail sans recours à une automatisation complexe, il faudrait au moins 12 000 personnes pour réaliser le même programme de production.

Au troisième niveau d'automatisation, les tâches d'automatisation du stockage et du transport inter-magasins des produits avec adressage automatique, traitement des déchets et gestion de la production sur la base de l'utilisation généralisée des ordinateurs sont résolues. A ce niveau, l'intervention humaine se réduit à entretenir le matériel et à le maintenir en état de fonctionnement.

2. Développement de l'automatisation dans le sens de la flexibilité technologique et de la généralisation de l'informatique

Les systèmes de production flexibles sont un ensemble d'équipements et de systèmes technologiques permettant d'assurer son fonctionnement en mode automatique dans la fabrication de produits qui changent de nomenclature. Le développement du GPS s'oriente vers une technologie sans pilote, qui assure le fonctionnement de l'équipement pendant un temps donné sans la participation de l'opérateur.

Pour chaque produit, avec des exigences données pour la quantité et la qualité des produits, différentes variantes du FMS peuvent être développées, différant par les méthodes et les voies de traitement, de contrôle et d'assemblage, le degré de différenciation et de concentration des opérations de processus technologiques, les types de systèmes de transport-chargement, le nombre de véhicules de service (OTS), la nature des connexions inter-agrégats et intersectionnelles, les solutions constructives pour les mécanismes et dispositifs principaux et auxiliaires, les principes de construction d'un système de contrôle.

Le niveau technique et l'efficacité du HPS sont déterminés par des indicateurs tels que la qualité des produits, les performances du HPS et sa fiabilité, la structure du flux de composants entrant dans son entrée. C'est avec ces critères à l'esprit que des problèmes tels que le choix du type et de la quantité d'équipements de procédé, le stockage inter-opérationnel, leur capacité et leur emplacement, le nombre d'opérateurs de services, la structure et les paramètres du système de transport et de stockage, etc. ., devrait être résolu.

Des systèmes de fabrication flexibles peuvent être construits à partir de cellules interchangeables, complémentaires ou mixtes.

La figure montre un schéma d'un système flexible de deux centres d'usinage interchangeables (MC) du même type. Les centres d'usinage sont desservis par deux chariots de transport (robocars) qui prennent en charge le mouvement des flux de matériaux (pièces, pièces, outils). Le contrôle automatisé est courant. Si les opérations manuelles sont autorisées, l'opérateur doit avoir une certaine latitude. La gestion du travail conjoint du CO et du système de transport est effectuée à partir de l'ordinateur central.

Dans le cas général, le contrôle des robocars est effectué depuis l'ordinateur central via un dispositif intermédiaire ou depuis un système de contrôle local (LCS). Le transfert des commandes aux robocars ne peut être effectué qu'aux arrêts qui divisent les voies de circulation en zones. L'ordinateur n'autorise qu'un seul robocar à rester dans une zone particulière. La vitesse de déplacement maximale peut atteindre 1 m/s.

La partie supérieure du robocar peut être relevée et abaissée hydrauliquement pour effectuer des opérations de rechargement, de déchargement et de chargement. En cas de panne ou de déconnexion du contrôle de l'ordinateur, le robocar peut être contrôlé par le LSU.

Il existe différentes variantes de robocars utilisés comme véhicules dans le service national des frontières. L'option la plus courante est lorsqu'un robocar se déplace le long d'une piste (route, piste) ou d'une autre structure posée dans le sol ou sur sa surface. L'une des options de traçage est qu'une piste est appliquée sur la surface du sol sous la forme d'une bande (fluorescente, réfléchissante, blanche avec bordure noire), et le suivi est effectué par des méthodes optoélectroniques. L'inconvénient est la nécessité de contrôler la propreté de la bande. Par conséquent, il est plus courant de tracer des robocars avec un conducteur inductif posé dans une rainure à faible profondeur (environ 20 mm). D'autres solutions intéressantes sont également connues - utilisant, par exemple, un équipement de navigation de télévision pour la libre circulation dans l'espace sous le contrôle d'un ordinateur.

La source d'approvisionnement des robocars avec flux de matériaux est un entrepôt automatisé avec des gerbeurs qui offrent un accès adressable à n'importe quelle cellule de l'entrepôt. L'entrepôt lui-même est un objet de gestion assez complexe.

Comme système de contrôle, des automates programmables, un ordinateur ou un appareil spécialisé sont utilisés.

Les robocars les plus courants avec suivi d'itinéraire inductif ont les caractéristiques suivantes : capacité de charge - 500 kg ; vitesse de déplacement - 70 m/min ; accélération pendant l'accélération et la décélération, respectivement - 0,5 et 0,7 m / s 2; accélération lors d'un freinage d'urgence 2,5 m / s 2; valeur de levage de palette - 130 mm; précision d'arrêt du robocar - 30 mm; temps de cycle de surcharge - 3 s ; rayon de braquage à vitesse maximale - 0,9 m; temps de fonctionnement sans recharger les batteries - 6 heures; tension de la batterie - 24V; la puissance de chacun des deux moteurs d'entraînement est de 600 W ; propre poids du robocar - 425 kg.

Un avantage important des robocars en tant que véhicules est l'absence de toute restriction sérieuse sur la disposition des équipements, qui peut être effectuée pour des raisons d'efficacité maximale selon n'importe quel critère. Le parcours des robocars s'avère souvent assez compliqué, avec des embranchements et des boucles parallèles.

L'automatisation des processus de production réside dans le fait qu'une partie des fonctions de gestion, de régulation et de contrôle des complexes technologiques n'est pas assurée par des personnes, mais par des mécanismes robotiques et des systèmes d'information. En fait, on peut l'appeler l'idée de production principale du 21e siècle.

Des principes

À tous les niveaux de l'entreprise, les principes d'automatisation des processus de production sont les mêmes et uniformes, bien qu'ils diffèrent par l'échelle de l'approche de résolution des problèmes technologiques et de gestion. Ces principes garantissent l'exécution efficace des travaux requis en mode automatique.

Le principe de cohérence et de flexibilité

Toutes les actions au sein d'un même système informatisé doivent être coordonnées entre elles et avec des positions similaires dans des domaines connexes. L'automatisation complète des processus opérationnels, de production et technologiques est obtenue grâce à la communauté des opérations, des recettes, du calendrier et de la combinaison optimale des techniques. Si ce principe n'est pas suivi, la flexibilité de la production et la mise en œuvre intégrée de l'ensemble du processus seront violées.

Caractéristiques des technologies automatisées flexibles

L'utilisation de systèmes de fabrication flexibles est une tendance clé de l'automatisation moderne. Dans le cadre de leur action, une optimisation technologique est réalisée en raison de la cohérence du travail de tous les éléments du système et de la possibilité de remplacement rapide des outils. Les méthodes utilisées permettent de reconstruire efficacement des complexes existants selon de nouveaux principes sans coûts importants.

Création et structure

Selon le niveau de développement de la production, la flexibilité de l'automatisation est obtenue grâce à l'interaction coordonnée et complexe de tous les éléments du système : manipulateurs, microprocesseurs, robots, etc. De plus, outre la production mécanisée de produits, ces processus impliquent le transport , stockage et autres départements de l'entreprise.

Le principe de complétude

Un système de production automatisé idéal devrait être un processus cyclique complet sans transfert intermédiaire de produits vers d'autres départements. La mise en œuvre qualitative de ce principe est assurée par :

la multifonctionnalité des équipements qui permet de traiter plusieurs types de matières premières à la fois en une seule unité de temps ;
la fabricabilité des produits manufacturés en réduisant les ressources nécessaires ;
unification des méthodes de production;
un minimum de travaux de réglage supplémentaires après la mise en service de l'équipement.

Le principe d'intégration complexe

Le degré d'automatisation dépend de l'interaction des processus de production entre eux et avec le monde extérieur, ainsi que de la vitesse d'intégration d'une technologie particulière dans un environnement organisationnel commun.

Principe d'exécution indépendante

Les systèmes automatisés modernes fonctionnent sur le principe suivant : "N'interférez pas avec la machine pour qu'elle fonctionne". En fait, tous les processus au cours du cycle de production doivent être effectués sans intervention humaine, seul un contrôle minimal est autorisé de sa part.

Objets

Il est possible d'automatiser la production dans n'importe quel domaine d'activité, mais l'informatisation fonctionne plus efficacement en relation avec des processus monotones complexes. Ces opérations se retrouvent dans :

industrie légère et lourde;
complexe de carburant et d'énergie;
agriculture;
Commerce;
médecine, etc...

La mécanisation facilite les diagnostics techniques, les activités scientifiques et de recherche au sein d'une entreprise distincte.

Buts

L'introduction d'outils automatisés dans la production qui peuvent améliorer les processus technologiques est une garantie essentielle d'un travail progressif et efficace. Les principaux objectifs de l'automatisation des processus de production comprennent :

réduction des effectifs ;
augmentation de la productivité du travail grâce à une automatisation maximale;
expansion de la gamme de produits;
croissance des volumes de production ;
améliorer la qualité des marchandises;
réduction de la composante dépenses;
création d'une production respectueuse de l'environnement en réduisant les émissions nocives dans l'atmosphère;
introduction de hautes technologies dans le cycle de production normal à un coût minimal;
améliorer la sécurité des processus technologiques.

Lorsque ces objectifs sont atteints, l'entreprise tire de nombreux avantages de l'introduction de systèmes mécanisés et paie les coûts d'automatisation (sous réserve d'une demande stable de produits).

L'accomplissement qualitatif des tâches de mécanisation est déterminé par l'introduction de:

des moyens automatisés modernes ;
méthodes d'informatisation conçues individuellement.

Le degré d'automatisation dépend de l'intégration d'équipements innovants dans la chaîne de processus existante. Le niveau de mise en œuvre est évalué individuellement en fonction des caractéristiques d'une production particulière.

Composants

Dans le cadre d'un environnement de production automatisé unique dans l'entreprise, les éléments suivants sont pris en compte :

concevoir des systèmes utilisés pour développer de nouveaux produits et de la documentation technique ;
machines-outils avec commande de programme basée sur des microprocesseurs;
complexes robotiques industriels et robots technologiques;
système informatisé de contrôle de la qualité dans l'entreprise ;
des entrepôts technologiques avec des équipements de manutention spéciaux ;
système général de contrôle automatisé de la production (APCS).

Stratégie

Suivre une stratégie d'automatisation permet d'améliorer l'ensemble des processus requis et de tirer le maximum d'avantages de la mise en œuvre de systèmes informatiques dans l'entreprise. Seuls les processus entièrement étudiés et analysés peuvent être automatisés, car le programme développé pour le système doit inclure différentes variantes d'une action en fonction des facteurs environnementaux, de la quantité de ressources et de la qualité d'exécution de toutes les étapes de la production.

Après avoir défini le concept, étudié et analysé les processus technologiques, vient le tour de l'optimisation. Il faut simplifier qualitativement la structure en supprimant du système les processus qui n'apportent aucune valeur. Si possible, vous devez réduire le nombre d'actions effectuées en combinant certaines opérations en une seule. Plus l'ordre structurel est simple, plus il est facile à informatiser. Après avoir simplifié les systèmes, vous pouvez commencer à automatiser les processus de production.

Concevoir

La conception est une étape clé dans l'automatisation des processus de production, sans laquelle il est impossible d'introduire une mécanisation et une informatisation complexes dans la production. Dans son cadre, un schéma spécial est créé qui affiche la structure, les paramètres et les caractéristiques clés des appareils utilisés. Le schéma se compose généralement des éléments suivants :

échelle d'automatisation (décrite séparément pour l'ensemble de l'entreprise et pour les unités de production individuelles);
détermination des paramètres de contrôle du fonctionnement des appareils, qui serviront ultérieurement de marqueurs de vérification;
description des systèmes de contrôle;
configuration de l'emplacement des installations automatisées ;
informations sur le blocage de l'équipement (dans quels cas il est applicable, comment et par qui il sera déclenché en cas d'urgence).

Classification

Il existe plusieurs classifications des processus d'informatisation des entreprises, mais il est plus efficace de séparer ces systèmes en fonction de leur degré d'implémentation dans le cycle de production global. Sur cette base, l'automatisation se produit :

partiel;
complexe;
Achevée.

Ces variétés ne sont que des niveaux d'automatisation industrielle, qui dépendent de la taille de l'entreprise et de la quantité de travail technologique.

Automatisation partielle- est un complexe d'opérations pour améliorer la production, dans lequel il y a une mécanisation d'une action. Il ne nécessite pas la formation d'un complexe de gestion complexe et l'intégration complète des systèmes connexes. A ce niveau d'informatisation, la participation humaine est autorisée (pas toujours dans une mesure limitée).

Automatisation intégrée vous permet d'optimiser le travail d'une grande unité de production sur le mode d'un seul complexe. Son utilisation ne se justifie que dans le cadre d'une grande entreprise innovante, où l'équipement le plus fiable est utilisé, car la panne d'une seule machine risque d'arrêter toute la chaîne de travail.

Automatisation complète est un ensemble de processus qui assurent le fonctionnement indépendant de l'ensemble du système, incl. contrôle de fabrication. Sa mise en œuvre est la plus coûteuse, ce système est donc utilisé dans les grandes entreprises dans des conditions de production rentable et stable. À ce stade, l'intervention humaine est minimisée. Le plus souvent, il s'agit de surveiller le système (par exemple, vérifier les lectures des capteurs, résoudre des problèmes mineurs, etc.).

Avantages

Les processus automatisés augmentent la vitesse des opérations cycliques effectuées, garantissent leur précision et leur opérabilité, quels que soient les facteurs environnementaux. En éliminant le facteur humain, le nombre d'erreurs possibles est réduit et la qualité du travail est améliorée. En cas de situations typiques, le programme se souvient de l'algorithme d'actions et l'applique avec une efficacité maximale.

L'automatisation vous permet d'augmenter la précision de la gestion des processus métier en production en couvrant une grande quantité d'informations, ce qui est tout simplement impossible en l'absence de mécanisation. L'équipement informatisé peut effectuer plusieurs opérations technologiques simultanément sans compromettre la qualité du processus et la précision des calculs.

Le concept d'automatisation des processus est inextricablement lié au processus technologique global. Sans l'introduction de systèmes d'informatisation, le développement moderne des départements individuels et de l'ensemble de l'entreprise dans son ensemble est impossible. La mécanisation de la production permet d'améliorer le plus efficacement possible la qualité des produits finis, d'élargir la gamme des types de produits proposés et d'augmenter la production.

Conférence sur l'automatisation de la production le 28 novembre 2017 à Moscou

Tout porte à croire que la prochaine décennie sera un tournant dans le développement de nouvelles approches de la production, la frontière entre les ères de la production non automatisée et automatisée.

Il est bien évident qu'actuellement les prérequis scientifiques et techniques associés à l'émergence et au développement des derniers outils d'automatisation ont mûri pour cela. Ceux-ci incluent, tout d'abord, des systèmes de contrôle automatique basés sur des contrôleurs industriels et, bien sûr, des robots industriels qui ont élevé la production à un niveau qualitativement supérieur.

Il semblerait qu'une progressivité inconditionnelle, associée à une attention accrue, aurait dû offrir aux robots industriels une marche triomphale, leur permettant de contribuer de manière significative à l'intensification des processus de production, réduisant la part du travail manuel. Cependant, cela ne se produit pas encore dans la bonne mesure. Du moins en ce qui concerne la situation dans notre pays.

Il est évident que le principal problème du lent développement de l'automatisation et, en particulier, de la production robotisée réside dans l'écart apparent entre les coûts de la main-d'œuvre et des ressources, d'une part, et le rendement réel, d'autre part. Et cela n'a pas été causé par les lacunes soudainement découvertes des robots industriels, mais par des erreurs de calcul commises lors de la préparation d'une telle production. La production, avec ses lois sévères, rejette inévitablement les conceptions coûteuses, lentes et peu fiables.

La Russie peut et doit retrouver son statut de puissance industrielle mondiale. Pour ce faire, il est nécessaire de disposer d'un certain nombre d'avantages clés - des domaines et des technologies prometteurs, la construction de machines-outils développées et, surtout, des ressources humaines capables de donner vie à leurs projets. La spécificité de la création de tout nouveau produit, qu'il s'agisse des derniers modèles d'armes, de marines et d'avions ou d'autres produits de haute technologie, est que seul ce qui, en principe, peut être fabriqué est conçu. Cela n'a aucun sens de parler de créer, par exemple, un combattant de nouvelle génération sans avoir l'équipement du niveau approprié. Ainsi, les derniers équipements sont à la base de la création des dernières technologies. Le rejet de la régulation industrielle systématique, la « culture » directe de projets innovants conduit au rejet de la production industrielle moderne : construction navale et aéronautique, secteur spatial, transport ferroviaire à grande vitesse, systèmes d'armes modernes.

Étant donné que l'automatisation et la production robotisée sont intrinsèquement étroitement liées au développement de nouveaux types de produits, elles sont en mesure de déterminer le niveau de compétitivité d'un pays. Par conséquent, il est nécessaire d'étudier et d'étudier les cycles de production des entreprises de diverses industries avec une production à grande échelle, en série et à petite échelle afin de déterminer les domaines d'utilisation rationnelle des robots et d'établir leurs exigences fonctionnelles et techniques.

Il y a un développement dynamique de la robotique dans le monde. Toutes les nouvelles conceptions de robots hautement efficaces et les contrôleurs industriels à usage de masse ont été créés et sont en cours de création. Leur nombre augmente rapidement, car la réduction de la part du travail manuel, l'augmentation de la productivité et l'augmentation des taux de production sont une tâche urgente pour une production industrielle efficace dans les pays post-industriels développés. En même temps, dans de nombreux cas, c'est l'émergence de la technologie qui stimule le développement de nouveaux types de produits. La technologie perfectionnée détermine le coût de production et, en fin de compte, l'efficacité et la compétitivité de l'économie du pays dans son ensemble. Ainsi, la formation de cette direction donnera une impulsion à l'industrie en plein essor et jettera les bases de son développement dynamique.

Le développement de la production industrielle est déterminé par la croissance de la productivité du travail. La productivité d'une opération technologique dans n'importe quelle industrie dépend du temps consacré à l'exécution des actions fonctionnelles principales (temps principal), des actions auxiliaires (temps auxiliaire) et des pertes de temps dues à une organisation insuffisante du travail (pertes organisationnelles) et de la performance à long terme de quelques actions supplémentaires (pertes propres). La réduction du temps principal peut être obtenue en améliorant la technologie de traitement, ainsi qu'en modifiant la conception de l'équipement. La minimisation des pertes de temps organisationnelles implique une étude approfondie des conditions d'organisation de la production, de la livraison des matériaux et des composants, des liens de coopération établis, etc., tandis que la réduction du temps auxiliaire et des pertes propres est associée à la mécanisation et à l'automatisation de la production. L'automatisation de la production n'est possible que sur la base des dernières réalisations scientifiques et technologiques, de l'utilisation de technologies de pointe et de l'utilisation d'une expérience de production avancée. Eh bien, l'automatisation flexible, à son tour, permet de reconfigurer rapidement la production pour exécuter des fonctions technologiques avec une certaine capacité de traitement basée sur l'utilisation maximale de l'informatique et de l'électronique.

Compte tenu du fait que les technologies informatiques se développent à un rythme rapide et que rien n'empêche leur utilisation en conjonction avec des équipements technologiques, nous pouvons conclure que dans un avenir proche, la participation humaine aux processus de production sera minimisée. Les entreprises du futur proche sont des ateliers entièrement automatisés avec une organisation flexible de la production, desservis par des groupes de robots avec un centre de contrôle unique.

NOUVEAUX DÉFIS - NOUVELLES SOLUTIONS

L'automatisation de la production entraîne une augmentation significative de son efficacité. Cela est dû, d'une part, à l'amélioration de l'organisation de la production, à l'accélération de la rotation des fonds et à la meilleure utilisation des immobilisations, d'autre part, à la réduction des coûts de transformation, des salaires et de l'énergie frais. Le troisième facteur important est l'augmentation du niveau de culture de production, la qualité des produits, etc.

Les machines CNC sont devenues un symbole du mouvement vers une organisation innovante de la production. Cependant, malgré l'étendue et l'exhaustivité de leurs applications, elles ne constituent pas aujourd'hui la réalisation la plus importante dans le domaine de l'automatisation. Dans les coulisses se trouvent des contrôleurs programmables, des microprocesseurs, des ordinateurs de processus et des systèmes de contrôle logique, qui sont encore plus performants et plus largement utilisés dans ce domaine. Dans le même temps, tous les appareils répertoriés peuvent être considérés comme faisant partie de la même famille d'équipements d'automatisation flexible, ce qui modifie fondamentalement le système de production industrielle existant.

Il a déjà été prouvé que l'utilisation de robots industriels non seulement augmente le niveau d'automatisation de la production en ligne, mais permet également d'utiliser plus efficacement les équipements technologiques et, sur cette base, d'augmenter considérablement la productivité du travail. L'utilisation de robots résout également le problème de la fourniture de personnel pour des opérations difficiles et dangereuses.

Dans le domaine de la création et de l'application de robots industriels, notre pays en est encore à ses débuts, nous devons donc effectuer une grande quantité de recherche et développement, développer notre propre base de solutions standard. Parallèlement au développement de robots universels, il est nécessaire d'organiser la production de modèles standard d'équipements spéciaux (pinces pneumatiques, appareils fixes et appareils similaires), ce qui élargira encore les possibilités d'automatisation. De plus, des modèles simplifiés de robots et de préhenseurs mécaniques devraient être développés pour effectuer des opérations simples.

La simple automatisation des postes de travail a déjà cessé de convenir aux responsables de production. Pourquoi? Après tout, le temps libéré est le facteur le plus important affectant l'efficacité d'une entreprise industrielle. Cependant, l'effet économique d'une automatisation locale « par morceaux » est minime, puisque le processus de conception reste classiquement cohérent : les concepteurs créent la documentation, la transfèrent aux technologues, la reprennent pour correction, retournent la documentation corrigée aux technologues, ils préparent la documentation technologique, coordonner avec les fournisseurs et les économistes, etc. En conséquence, ni le rendement économique complet, ni une réduction vraiment significative du temps de préparation pour la production, l'automatisation n'apporte, bien qu'un effet positif soit obtenu dans tous les cas.

Il ne faut pas oublier que le développement et la préparation à la production de produits complexes de haute technologie est un processus collectif et interdépendant, qui implique des dizaines et des centaines de spécialistes d'une entreprise ou même d'un groupe d'entreprises. Au cours du développement d'un produit, un certain nombre de difficultés surviennent qui affectent le succès global. C'est d'abord l'incapacité de voir les ressources clés impliquées dans le processus de développement dans leur état réel à un moment donné. C'est aussi l'organisation d'un travail en commun d'une équipe de spécialistes avec l'implication d'entreprises fournissant tous les composants du produit en développement. Il n'y a qu'un seul moyen de réduire considérablement le temps de préparation d'une telle production - grâce à l'exécution parallèle du travail et à l'interaction étroite de tous les participants au processus. Un problème similaire peut être résolu en créant un espace d'information unique de l'entreprise, une sorte de tableau de données numériques sur les produits.

OÙ COMMENCER L'AUTOMATISATION

Vous trouverez ci-dessous un bref algorithme qui vous permet de comprendre ce que vous devez savoir pour commencer à mettre en œuvre un projet d'automatisation d'usine.

1. Vous devez d'abord évaluer l'objet d'automatisation - ce qui doit être remplacé, quel équipement doit être acheté et ce qui peut augmenter la productivité de l'entreprise.

2. Sur la base des termes de référence développés, il est nécessaire de choisir les éléments les plus optimaux pour résoudre les tâches. Il peut s'agir de capteurs et d'outils spéciaux pour surveiller, par exemple, le fonctionnement des équipements, ainsi que de divers kits pour collecter et traiter ultérieurement toutes les informations reçues, des dispositifs spéciaux pour fournir une interface - un panneau de commande pour l'activité normale des répartiteurs de production , etc.

3. Rédigez la documentation du projet - un schéma d'automatisation, de préférence sous forme de cyclogrammes, un schéma de circuit électrique, une description du contrôle de la gestion des systèmes.

4. La prochaine étape est le développement de programmes qui aideront à mettre en œuvre des algorithmes de contrôle pour chaque équipement spécifique (étage de contrôle inférieur). Après cela, un algorithme général est compilé pour collecter et traiter les données reçues (l'étape supérieure de la gestion de la production).

5. Lorsque tout ce qui précède est fait, il est conseillé de commencer à sécuriser les fournitures de l'équipement nécessaire. De plus, sa mise en service devrait s'effectuer selon des priorités prédéterminées et strictement définies.

6. Il est nécessaire d'automatiser toutes les étapes du processus de production en combinant par programmation des systèmes de contrôle pour chaque niveau individuel, en leur offrant la possibilité de transformations flexibles.

PROBLÈMES TYPIQUES ET RECOMMANDATIONS POUR LES SURMONTER

La société Solver automatise la production d'entreprises de construction de machines depuis 20 ans. L'expérience montre que les facteurs objectifs qui entravent la réussite de la mise en œuvre des projets d'automatisation sont :

La réticence de l'équipe de l'entreprise à accepter l'automatisation comme un outil nécessaire et suffisant pour le cycle de production à ce stade du développement de l'entreprise ;

Manque d'un nombre suffisant de spécialistes compétents dans le domaine de l'automatisation ;

Souvent, l'entreprise n'a pas une compréhension claire des objectifs ultimes des activités d'automatisation.

La société Solver a formulé plusieurs principes de base qui permettent un regard rationnel sur les problèmes de la robotique et des postulats à suivre lors des étapes d'automatisation de la production.

1. Les outils robotiques ne doivent pas seulement remplacer une personne ou imiter ses actions, mais également effectuer ces fonctions de production plus rapidement et mieux. Ce n'est qu'alors qu'ils seront vraiment efficaces. Cela permet d'atteindre le principe du résultat final.

2. La complexité de l'approche. Tous les composants les plus importants du processus de production - technologies, installations de production, équipements auxiliaires, systèmes de contrôle et de maintenance - doivent être pris en compte et finalement résolus à un nouveau niveau supérieur. Un composant du processus de production qui n'a pas été élaboré au niveau approprié peut rendre inefficace l'ensemble des mesures d'automatisation. Les robots industriels et les systèmes de contrôle automatisés doivent être mis en œuvre en tenant compte des progrès de la technologie et de la conception et, dans leur ensemble, s'adapter aux exigences de la production - ce n'est qu'alors qu'ils seront efficaces.

3. Et la chose la plus importante est le principe de nécessité. Les outils de robotisation, y compris les plus prometteurs et les plus évolutifs, doivent être utilisés non pas là où ils peuvent être adaptés, mais là où on ne peut pas s'en passer.

Je voudrais terminer l'article avec la conclusion suivante. Personne n'est en mesure de décrire en détail et avec précision la société super-industrielle qui émerge aujourd'hui. Mais déjà maintenant, nous devons comprendre que dans un avenir prévisible, la société passera d'un système d'usine de masse à une production de pièces uniques, un travail intellectuel, qui sera basé sur l'information, les super technologies, ainsi qu'un haut degré d'automatisation de la production. Aucune autre voie n'est prévue.

Chapitre 1. Principes de construction d'une production automatisée

Partie 1. Fondamentaux de la théorie de la commande automatique

Automatisation- une branche de la science et de la technologie, couvrant la théorie et les dispositifs des moyens et des systèmes de contrôle automatique des machines et des processus technologiques. Elle est née au XIXe siècle avec l'avènement de la production mécanisée basée sur des machines à filer et à tisser, des machines à vapeur, etc., qui a remplacé le travail manuel et a permis d'augmenter sa productivité.

L'automatisation est toujours précédée du processus de mécanisation complète - un tel processus de production dans lequel une personne ne dépense pas de force physique pour effectuer des opérations.

Avec le développement de la technologie, les fonctions de contrôle des processus et des machines se sont étendues et sont devenues plus complexes. L'homme n'a souvent pas été en mesure de gérer la production mécanisée sans dispositifs supplémentaires spéciaux. Cela a conduit à l'émergence de la production automatisée, dans laquelle les travailleurs sont libérés non seulement du travail physique, mais également des fonctions de contrôle des machines, des équipements, des processus de production et des opérations, ainsi que de leur gestion.

Sous l'automatisation des processus de production, on entend un ensemble de mesures techniques pour le développement de nouveaux processus technologiques et la création d'une production basée sur des équipements performants qui effectuent toutes les opérations principales sans participation humaine directe.

L'automatisation contribue à une augmentation significative de la productivité du travail, améliorant la qualité des produits et les conditions de travail des personnes.

Dans les industries de l'agriculture, de l'alimentation et de la transformation, le contrôle et la gestion de la température, de l'humidité, de la pression, du contrôle de la vitesse et du mouvement, le tri de la qualité, l'emballage et de nombreux autres processus et opérations sont automatisés, garantissant une plus grande efficacité, des économies de main-d'œuvre et de coûts.

La production automatisée, par rapport à la production non automatisée, présente certaines spécificités :

Pour être plus efficaces, ils doivent couvrir des opérations plus hétérogènes ;

Il est nécessaire d'étudier attentivement la technologie, d'analyser les installations de production, les voies de circulation et les opérations, d'assurer la fiabilité du processus avec une qualité donnée;

Avec une large gamme de produits et la saisonnalité du travail, les solutions technologiques peuvent être multivariées ;

Les exigences d'un travail clair et bien coordonné des différents services de production augmentent.

Lors de la conception d'une production automatisée, les principes suivants doivent être respectés :

1. Le principe de complétude. Vous devez vous efforcer d'effectuer toutes les opérations au sein du même système de production automatisé sans transfert intermédiaire de produits semi-finis vers d'autres départements. Pour mettre en œuvre ce principe, il faut s'assurer :

Facilité de fabrication du produit, c'est-à-dire le minimum de matériaux, de temps et d'argent doit être consacré à sa fabrication;

Unification des méthodes de transformation et de contrôle du produit ;

Extension du type d'équipement avec des capacités technologiques accrues pour le traitement de plusieurs types de matières premières ou de produits semi-finis.

2. Le principe de la technologie à faible fonctionnement. Le nombre d'opérations intermédiaires de transformation des matières premières et des produits semi-finis doit être réduit au minimum et leurs circuits d'approvisionnement doivent être optimisés.

3. Le principe de la technologie moins de personnes. Assurer un fonctionnement automatique tout au long du cycle de fabrication du produit. Pour ce faire, il est nécessaire de stabiliser la qualité des matières premières entrantes, d'améliorer la fiabilité des équipements et le support d'information du processus.

4. Le principe de la technologie sans problème. L'objet de contrôle ne doit pas nécessiter de travaux de réglage supplémentaires après sa mise en service.

5. Le principe d'optimalité. Tous les objets de contrôle et les services de production sont soumis à un seul critère d'optimalité, par exemple, ne produire que des produits de la plus haute qualité.

6. Le principe de la technologie de groupe. Fournit une flexibilité de production, c'est-à-dire la possibilité de passer de la sortie d'un produit à la sortie d'un autre. Le principe repose sur la communité des opérations, leurs combinaisons et recettes.

La production en série et à petite échelle se caractérise par la création de systèmes automatisés à partir d'équipements universels et agrégés avec des réservoirs interopérationnels. Cet équipement, en fonction du produit traité, peut être réajusté.

Pour la production à grande échelle et en série de produits, la production automatisée est créée à partir d'équipements spéciaux, unis par une connexion rigide. Dans ces industries, des équipements performants sont utilisés, par exemple des équipements rotatifs pour verser des liquides dans des bouteilles ou des sacs.

Pour le fonctionnement de l'équipement, un transport intermédiaire est nécessaire pour les matières premières, les produits semi-finis, les composants et divers supports.

Selon le transport intermédiaire, la production automatisée peut être :

Avec un transport de bout en bout sans réarrangement des matières premières, des produits semi-finis ou des supports ;

Avec un réarrangement des matières premières, des produits semi-finis ou des supports ;

avec conteneur intermédiaire.

Selon les types de disposition des équipements (agrégation), la production automatisée se distingue:

Mono-thread ;

Agrégation parallèle ;

Multithread.

Dans les équipements à simple flux se situent séquentiellement au cours des opérations. Pour augmenter la productivité de la production monothread, l'opération peut être effectuée sur le même type d'équipement en parallèle.

Dans une production multithread, chaque thread remplit des fonctions similaires, mais fonctionne indépendamment l'un de l'autre.

Une caractéristique de la production agricole et de la transformation des produits est la baisse rapide de leur qualité, par exemple après l'abattage du bétail ou la récolte des fruits des arbres. Cela nécessite un tel équipement qui aurait une grande mobilité (la capacité de produire une large gamme de produits à partir du même type de matières premières et de traiter différents types de matières premières sur le même type d'équipement).

Pour cela, des systèmes de production reconfigurables sont créés qui ont la propriété de reconfiguration automatisée. Le module organisationnel de tels systèmes est un module de production, une ligne automatisée, une section automatisée ou un atelier.

module de fabrication ils appellent un système constitué d'une unité d'équipement technologique équipée d'un dispositif de contrôle de programme automatisé et d'automatisation du processus technologique, fonctionnant de manière autonome et ayant la capacité de s'intégrer dans un système de niveau supérieur (Fig. 1.1).

Figure 1.1 - La structure du module de production : 1- équipements permettant de réaliser une ou plusieurs opérations ; 2- dispositif de contrôle ; 3- dispositif de chargement et de déchargement ; 4 - dispositif de transport et de stockage (capacité intermédiaire) ; 5- système de contrôle et de mesure.

Le module de production peut comprendre, par exemple, une chambre de séchage, un système de mesure, un système de manutention et de transport contrôlé localement, ou une installation de mélange avec un équipement supplémentaire similaire.

Un cas particulier du module de production est cellule de production- une combinaison de modules avec un système unifié de mesure des modes de fonctionnement des équipements, des systèmes de transport-accumulation et de chargement-déchargement (Fig. 1.2). La cellule de production peut être intégrée dans des systèmes de niveau supérieur.

Figure 1.2 - La structure de la cellule de production : 1- équipements pour effectuer une ou plusieurs opérations ; 2- trémie de réception ; 3-dispositif de chargement et de déchargement ; 4- convoyeur ; 5- capacité intermédiaire ; 6 - ordinateur de contrôle ; 7- système de contrôle et de mesure.

Ligne automatisée- un système reconfigurable composé de plusieurs modules ou cellules de production, réunis par un seul système de transport et de stockage et un système de contrôle automatique des procédés (APCS). L'équipement de la ligne automatisée est situé dans la séquence acceptée des opérations technologiques. La structure de la ligne automatisée est illustrée à la figure 1.3.

Contrairement à une ligne automatisée, une section automatisée reconfigurable offre la possibilité de modifier la séquence d'utilisation des équipements technologiques. La ligne et la section peuvent avoir des unités d'équipement technologique fonctionnant séparément. La structure de la section automatisée est illustrée à la Figure 1.4.

Figure 1.3 - La structure de la ligne automatisée : 1, 2, 3, 4 - cellules et modules de production ; 5- système de transport ; 6 entrepôt; 7- ordinateur de contrôle.