Автоматизація виробництва та виробничих процесів. Автоматизація технологічних процесів та виробництв

1. Особливості проектування технологічних процесів за умов автоматизованого виробництва

Основою автоматизації виробництва є технологічні процеси (ТП), які мають забезпечувати високу продуктивність, надійність, якість та ефективність виготовлення виробів.

Характерною особливістю ТП обробки та складання є строга орієнтація деталей та інструменту щодо один одного в робочому процесі (перший клас процесів). Термообробка, сушіння, фарбування та інше на відміну від обробки та складання не вимагають суворої орієнтації деталі (другий клас процесів).

ТП класифікують за безперервністю на дискретні та безперервні.

Розробка ТП АП у порівнянні з технологією неавтоматизованого виробництва має свою специфіку:

1.Автоматизовані ТП включають не тільки різнорідні операції механічної обробки різанням, а й обробку тиском, термообробку, складання, контроль, упаковку, а також транспортно-складські та інші операції.

2. Вимоги до гнучкості та автоматизації виробничих процесів диктують необхідність комплексного та детального опрацювання технології, ретельного аналізу об'єктів виробництва, опрацювання маршрутної та операційної технології, забезпечення надійності та гнучкості процесу виготовлення виробів із заданою якістю.

3.При широкій номенклатурі виробів технологічні рішення багатоваріантні.

4.Зростає рівень інтеграції робіт, виконуваних різними технологічними підрозділами.

Основні принципи побудови технології механообробки в АПС

1.Принцип завершеності . Слід прагнути виконання всіх операцій у межах однієї АПС без проміжної передачі напівфабрикатів до інших підрозділів чи допоміжні відділення.

2.Принцип малоопераційної технології.Формування ТП з максимально можливим укрупненням операцій, з мінімальним числом операцій та установок в операціях.

3.Принцип малолюдної технології.Забезпечення автоматичної роботи АПС у межах виробничого циклу.

4.Принцип «безналагоджувальної» технології . Розробка ТП, які потребують налагодження на робочих позиціях.

5.Принцип активно-керованої технології.Організація управління ТП та корекція проектних рішень на основі робочої інформації про перебіг ТП. Коригуватися можуть як технологічні параметри, формовані на етапі управління, і вихідні параметри технологічної підготовки виробництва (ТПП).

6.Принцип оптимальності . Прийняття рішення кожному етапі ТПП і управління ТП з урахуванням єдиного критерію оптимальності.

Крім розглянутих для технології АПС характерні та інших. принципи: комп'ютерної технології, інформаційної забезпеченості, інтеграції, безпаперової документації, груповий технології.

2. Типові та групові ТП

Типізація технологічних процесів для подібних за конфігурацією та технологічними особливостями груп деталей передбачає їх виготовлення по однакових ТП, заснованих на застосуванні найбільш досконалих методів обробки та забезпечує досягнення найвищої продуктивності, економічності та якості. Основа типізації - правила обробки окремих елементарних поверхонь та правила призначення черговості обробки цих поверхонь. Типові ТП знаходять застосування, головним чином, у великосерійному та масовому виробництві.

Принцип групової технології лежить в основі технології виробництва, що переналагоджується, - дрібно- і середньосерійного. На відміну від типізації ТП при груповий технології загальним ознакою є спільність поверхонь, що обробляються, і їх поєднань. Тому групові методи обробки характерні обробки деталей з широкої номенклатурою.

І типізація ТП, і метод групової технології є основними напрямками уніфікації технологічних рішень, що підвищує ефективність виробництва.

Класифікація деталей

Класифікацію виробляють з метою визначення груп технологічно однорідних деталей для їхньої спільної обробки в умовах групового виробництва. Виконують її у два етапи: первинна класифікація, тобто кодування деталей обстежуваного виробництва за конструктивно-технологічними ознаками; вторинна класифікація, тобто. групування деталей з однаковими або несуттєво відмінними ознаками класифікації.

При класифікації деталей слід враховувати такі ознаки: конструктивні - габаритні розміри, масу, матеріал, вид обробки та заготівлі; кількість операцій обробки; точнісні та інші показники.

Групування деталей виконують у такій послідовності: вибір сукупності деталей на рівні класів, наприклад, тіла обертання для механообробного виробництва; вибір сукупності деталей на рівні підкласу, наприклад, деталі типу валу; класифікація деталей по комбінації поверхонь, наприклад, вали з комбінацією гладких циліндричних поверхонь; групування за габаритними розмірами з виділенням областей із максимальною щільністю розподілу розмірів; визначення по діаграмі областей із найбільшою кількістю найменувань деталей.

Технологічність конструкцій виробів для умов АП

Конструкція виробу вважається технологічною, якщо для його виготовлення та експлуатації потрібні мінімальні витрати матеріалів, часу та засобів. Оцінка технологічності проводиться за якісними та кількісними критеріями окремо для заготовок, оброблюваних деталей, складальних одиниць.

Деталі, що підлягають обробці в АП, повинні бути технологічні, тобто прості за формою, габаритами, складатися зі стандартних поверхонь та мати максимальний коефіцієнт використання матеріалу.

Деталі, що підлягають складання, повинні мати якнайбільше стандартних поверхонь з'єднань, найпростіших елементів орієнтації складальних одиниць та деталей.

3. Особливості проектування технологічних процесів виготовлення деталей на автоматичних лініях та верстатах з ЧПУ

Автоматична лінія - це безперервно діючий комплекс взаємопов'язаного обладнання та системи управління, де потрібна повна тимчасова синхронізація операцій та переходів. Найбільш ефективними методами синхронізації є концентрація та диференціація ТП.

Диференціація технологічного процесу, спрощення та синхронізація переходів - необхідні умови надійності та продуктивності. Надмірна диференціація призводить до ускладнення обслуговуючого обладнання, збільшення площ та обсягу обслуговування. Доцільна концентрація операцій та переходів, не знижуючи практично продуктивність, може бути здійснена шляхом агрегатування, застосуванням багатоінструментальних налагодок.

Для синхронізації роботи в автоматичній лінії (АЛ) визначається лімітуючий інструмент, лімітуючий верстат та лімітуючий ділянку, за якими встановлюється реальний такт випуску АЛ (хв) за формулою

де Ф -дійсний фонд роботи обладнання, год; N-програма випуску, шт.

Для забезпечення високої надійності АЛ поділяють на ділянки, які пов'язані один з одним через накопичувачі, що здійснюють так звану гнучку зв'язок між ділянками, забезпечуючи незалежну роботу суміжних ділянок у разі відмови на одному з них. Усередині ділянки зберігається жорсткий зв'язок. Для обладнання з жорстким зв'язком важливо планувати час та тривалість планових зупинок.

Верстати з ЧПУ дають високу точність і якість виробів і можуть використовуватися для обробки складних деталей з точними ступінчастими або криволінійними контурами. При цьому знижується собівартість обробки, кваліфікація та кількість обслуговуючого персоналу. Особливості обробки деталей на верстатах з ЧПУ визначаються особливостями самих верстатів та насамперед їх системами ЧПУ, які забезпечують:

1) скорочення часу налагодження та переналагодження обладнання; 2) збільшення складності циклів обробки; 3) можливість реалізації ходів циклу зі складною криволінійною траєкторією; 4) можливість уніфікації систем управління (СУ) верстатів із СУ іншого обладнання; 5) можливість використання ЕОМ для управління верстатами з ЧПУ, що входять до складу АПС.

Основні вимоги до технології та організації механічної обробки в переналагоджуваних АПС на прикладі виготовлення основних типових деталей

Для розробки технології в АПС характерний комплексний підхід - детальне опрацювання не лише основних, а й допоміжних операцій та переходів, включаючи транспортування виробів, їх контроль, складування, випробування, упакування.

Для стабілізації та підвищення надійності обробки застосовують два основних методи побудови ТП:

1) використання обладнання, що забезпечує надійну обробку майже без участі оператора;

2)регулирование параметрів ТП з урахуванням контролю виробів під час самого процесу.

Для підвищення гнучкості та ефективності в АПС використовують принцип групової технології.

4. Особливості розробки ТП автоматизованого та роботизованого складання

Автоматизоване складання виробів виконується на складальних автоматах та АЛ. Важливою умовою розробки раціонального ТП автоматизованого складання є уніфікація та нормалізація з'єднань, тобто приведення їх до певної номенклатури видів та точностей.

Головною відмінністю роботизованого виробництва є заміна збирачів збиральними роботами та виконання контролю контрольними роботами або автоматичними контрольними пристроями.

Роботизоване складання має виконуватися за принципом повної взаємозамінності або (рідше) за принципом групової взаємозамінності. Виключається можливість припасування, регулювання.

Виконання операцій складання має відбуватися від простого до складного. Залежно від складності та габаритів виробів вибирають форму організації складання: стаціонарну або конвеєрну. Склад РТК - це складальне обладнання та пристрої, транспортна система, операційні складальні роботи, контрольні роботи, система управління.

1. Рівні автоматизації та їх відмітні ознаки

Автоматизація виробничих процесів може здійснюватися різних рівнях.

Автоматизація має так званий нульовий рівень - якщо у виробництві участь людини виключається тільки при виконанні робочих ходів (обертання шпинделя, рух подачі інструментів та ін.). Таку автоматизацію назвали механізацією. Можна сміливо сказати, що механізація - це автоматизація робочих ходів. Звідси випливає, що автоматизація передбачає механізацію.

Автоматизація першого рівня обмежується створенням пристроїв, ціль застосування яких - виключити участь людини при виконанні холостих ходів на окремому обладнанні. Така автоматизація називається автоматизацією робочого циклу в серійному та потоковому виробництві.

Холості хоти в нормі штучного часу, що визначає трудомісткість операції, враховуються у вигляді допоміжного часу t і часу технічного обслуговування t.

де t про - Основний час, який враховує час робочих ходів, t про = t p.x; t у допоміжний час, включає відведення та підведення інструменту, завантаження обладнання та контроль; t т.про час технічного обслуговування, що витрачається на зміну інструменту, налагодження обладнання, усунення відходів та управління; t орг час обслуговування обладнання; t отд - час відпочинку робітника.

На першому рівні автоматизації робочі машини ще пов'язані між собою автоматичним зв'язком. Тому транспортування та контроль об'єкта виробництва виконуються за участю людини. На цьому рівні створюються та застосовуються верстати-автомати та напівавтомати. На автоматах робочий цикл виконується та повторюється без участі людини. На напівавтоматах для виконання та повторення робочого циклу потрібна участь людини.

Наприклад, сучасний багатошпиндельний токарний автомат виконує обточування, свердління, зенкерування. розгортання та нарізування різьблення на заготовці із прутка. Такий автомат може замінити до 10 універсальних верстатів за рахунок автоматизації та поєднання холостих та робочих ходів, високої концентрації операцій.

Автоматизація другого рівня – це автоматизація технологічних процесів. На цьому рівні вирішуються завдання автоматизації транспортування, контролю об'єкта виробництва, видалення відходів та управління системами машин. Як технологічне обладнання створюються та застосовуються автоматичні лінії, гнучкі виробничі системи (ГПС).

Автоматичною лінією називають автоматично діючу систему машин, встановлених у технологічній послідовності та об'єднаних засобами транспортування, завантаження, контролю, управління та усунення відходів. Наприклад, лінія з обробки провідної конічної шестірні редуктора автомобіля вивільняє до 20 робітників і окупається через три роки за відповідної програми випуску.

Автоматична лінія складається з технологічного обладнання, яке компонується під певний вид транспорту та зв'язується з ним пристроями завантаження (маніпуляторами, лотками, витягами). Лінія включає крім робочих позицій і неодружені позиції, які необхідні для огляду та обслуговування лінії.

Якщо лінія включає позиції за участю людини, то око називається автоматизованою.

Третій рівень автоматизації - комплексна автоматизація, яка охоплює всі етапи та ланки виробничого процесу, починаючи від заготівельних процесів та закінчуючи випробуваннями та відправкою готових виробів.

Комплексна автоматизація потребує освоєння всіх попередніх рівнів автоматизації. Вона пов'язана з високою технічною оснащеністю виробництва та великими капітальними витратами. Така автоматизація ефективна за досить великих програм випуску виробів стабільної конструкції та вузької номенклатури (виробництво підшипників, окремих агрегатів машин, елементів електрообладнання та ін.).

Разом про те саме комплексна автоматизація дозволяє забезпечити розвиток виробництва у цілому, оскільки має найбільшу ефективність капітальних витрат. Щоб показати можливості такої автоматизації, розглянемо як приклад 1ЗТ: магічний завод із випуску автомобільних рам у США. При випуску до 10 000 рам на добу завод має штат 160 осіб, який в основному складається з інженерів та наладчиків. Працюючи без застосування комплексної автоматизації до виконання тієї ж виробничої програми знадобилося б щонайменше 12 000 людина.

На третьому рівні автоматизації вирішуються завдання автоматизації складування та міжцехового транспортування виробів з автоматичним адресуванням, переробки відходів та управління виробництвом на базі широкого застосування ЕОМ. На цьому рівні участь людини зводиться до обслуговування обладнання та підтримання його у робочому стані.

2. Розвиток автоматизації у напрямі технологічної гнучкості та широкого застосування ЕОМ

Гнучкі виробничі системи є сукупність технологічного обладнання та систем забезпечення його роботи в автоматичному режимі при виготовленні виробів, що змінюються номенклатурою. Розвиток ДПС відбувається у напрямку до безлюдної технології, що забезпечує роботу обладнання протягом заданого часу без участі опратора.

Для кожного виробу при заданих вимогах до кількості та якості продукції можуть бути розроблені різні варіанти ДПС, що відрізняються методами та маршрутами обробки, контролю та складання, ступенем диференціації та концентрації операцій технологічного процесу, типами транспортно – завантажувальних систем, числом обслуговуючих транспортних засобів (ОТС), характером міжагрегатних та міждільничних зв'язків, конструктивними рішеннями основних та допоміжних механізмів та пристроїв, принципами побудови системи управління.

Технічний рівень та ефективність ДПС визначається такими показниками, як якість виробів, продуктивність ДПС та її надійність, структура потоків компонентів, що надходять на її вхід. Саме з урахуванням цих критеріїв повинні вирішуватись такі завдання, як вибір типу та кількості технологічного обладнання, міжопераційних накопичувачів, їх місткості та місць їх розташування, числа обслуговуючих операторів, структури та параметрів транспортно-складської системи тощо.

Гнучкі виробничі системи можуть бути побудовані з взаємозамінних, із взаємодоповнюючих осередків або змішаним чином.

На малюнку показана схема гнучкої системи з двох однотипних взаємозамінних обробних центрів (ОЦ). Обробні центри обслуговуються двома транспортними візками (робокарами), які підтримують рух матеріальних потоків (деталей, заготовок, інструментів). Звичайним є керування в автоматизованому режимі. Якщо допускаються ручні операції, то оператору має бути надана певна свобода дій. Управління спільною роботою ОЦ та транспортною системою здійснюється від центральної ЕОМ.

У випадку управлінням робокарами здійснюється від центральної ЕОМ через проміжний пристрій або ж від локальної системи управління (ЛСУ). Передача команд на робокар може здійснюватися тільки на зупинках, які ділять траси руху на зони. ЕОМ дозволяє перебування у конкретній зоні лише одного робокара. Максимальна швидкість руху може сягати 1 м/с.

Верхня частина робокара для виконання операцій перевантаження, розвантаження та завантаження може підніматися та опускатися за допомогою гідроприводу. При відмові або відключенні управління від ЕОМ робокар може керуватися ЛСУ.

Існують різні варіанти робокарів, що використовуються як транспортні засоби в ДПС. Найбільш поширений варіант, коли робокар переміщається вздовж треку (маршруту, траси) або іншої конструкції, укладеної у підлозі або на його поверхні. Один з варіантів трасування полягає в тому, що на поверхню підлоги наносять трек у вигляді смуги (флюоресцентної, світловідбиваючої, білої з чорною окантовкою), а маршрутнаслідування здійснюється оптоелектронними методами. Недоліком є необхідність стежити за чистотою смуги. Тому найпоширенішим є трасування робокарів індуктивним провідником, покладеним у канавці на невеликій глибині (близько 20 мм). Відомі й інші цікаві рішення - із застосуванням, наприклад, телевізійного навігаційного устаткування вільного переміщення у просторі під керівництвом ЕОМ.

Джерелом постачання робокарів матеріальними потоками є автоматизований склад зі штабелерами, що здійснюють доступ до будь-якого осередку складу. Склад сам собою є досить складним об'єктом управління.

Як його системи управління використовують програмовані контролери, ЕОМ або спеціалізованого пристрою.

Найбільш поширені робокари з індуктивним маршрутостеженням мають такі характеристики: вантажопідйомність – 500 кг; швидкість переміщення – 70 м/хв; прискорення при розгоні та гальмуванні відповідно - 0,5 та 0,7 м/с 2 ; прискорення при аварійному гальмуванні 2,5 м\с2; величина підйому паллети - 130 мм; точність зупинки робокара – 30 мм; час циклу навантаження – 3 с; радіус повороту на максимальній швидкості - 0,9 м; час роботи без підзарядки акумуляторів – 6 год; напруга акумуляторної батареї – 24В; потужність кожного з двох приводних двигунів – 600 Вт; власна маса робокара – 425 кг.

Важливою перевагою робокарів як транспортних засобів є відсутність скільки-небудь серйозних обмежень на розміщення обладнання, яке може бути здійснене з міркувань найбільшої ефективності за будь-якими критеріями. Маршрут робокарів нерідко виявляється досить складним, з паралельними гілками та петлями.

Автоматизація процесів виробництва полягає в тому, що частина функцій управління, регулювання та контролю технологічними комплексами здійснюється не людьми, а роботизованими механізмами та інформаційними системами. Фактично її можна назвати основною виробничою ідеєю 21 століття.

Принципи

На всіх рівнях підприємства принципи автоматизації виробничих процесів однакові та єдині, хоч і відрізняються масштабом підходу до вирішення технологічних та управлінських завдань. Ці принципи забезпечують ефективне виконання необхідних робіт у автоматичному режимі.

Принцип узгодженості та гнучкості

Усі дії в рамках єдиної комп'ютеризованої системи повинні бути узгоджені одна з одною та зі схожими позиціями у суміжних областях. Повна автоматизація оперативних, виробничих та технологічних процесів досягається за рахунок спільності виконуваних операцій, рецептур, графіка та оптимального поєднання методик. При невиконанні цього принципу порушиться гнучкість виробництва та комплексне виконання всього процесу.

Особливості гнучких автоматизованих технологій

Використання гнучких виробничих систем – ключова тенденція у сучасній автоматизації. У межах їхньої дії виконується технологічна оптимізація за рахунок злагодженості роботи всіх системних елементів та можливості швидкої заміни інструментарію. Методики, що використовуються, дозволяють ефективно перебудувати наявні комплекси під нові принципи без серйозних витрат.

Створення та структура

Залежно від рівня розвитку виробництва гнучкість автоматизації досягається за рахунок злагодженої та комплексної взаємодії всіх елементів системи: маніпуляторів, мікропроцесорів, роботів і т. д. Причому, крім механізованого виготовлення продукції, у цих процесах задіяні транспортні, складські та інші підрозділи підприємства.

Принцип завершеності

Ідеальна автоматизована виробнича система повинна бути завершеним циклічним процесом без проміжної передачі продукції в інші підрозділи. Якісне виконання цього принципу забезпечується:

багатофункціональністю обладнання, що дозволяє за одну одиницю часу обробляти відразу кілька видів сировини;
технологічністю товару, що виготовляється, за рахунок скорочення необхідних ресурсів;
уніфікацією виробничих методів;
мінімумом додаткових налагоджувальних робіт після запуску обладнання в експлуатацію.

Принцип комплексної інтеграції

Ступінь автоматизації залежить від взаємодії процесів виробництва один з одним та із зовнішнім світом, а також від швидкості інтеграції окремої технології в загальне організаційне середовище.

Принцип незалежного виконання

Сучасні автоматизовані системи функціонують за принципом: "Не заважай машині працювати". Фактично всі процеси протягом виробничого циклу мають виконуватися без участі людини, допускається лише мінімальний контроль із боку.

Об'єкти

Автоматизувати виробництво можна у будь-якій сфері діяльності, але найефективніше комп'ютеризація працює щодо складних монотонних процесів. Такі операції зустрічаються в:

легкої та важкої промисловості;
паливно-енергетичному комплексі;
сільське господарство;
торгівлі;
медицині тощо.

Машинізація допомагає у технічній діагностиці, веденні наукової та дослідницької діяльності в рамках окремого підприємства.

Цілі

Використання на виробництві автоматизованих засобів, які здатні вдосконалити технологічні процеси, є ключовою запорукою прогресивної та ефективної роботи. До ключових цілей автоматизації виробничих процесів відносять:

скорочення чисельності персоналу;
збільшення продуктивність праці з допомогою максимальної автоматики;
розширення лінійки продукції;
зростання обсягів виробництва;
покращення якості товарів;
зменшення витратної складової;
створення екологічно чистого виробництва з допомогою зниження шкідливих викидів у повітря;
використання високих технологій у стандартний виробничий цикл із мінімальними затратами;
підвищення безпеки технологічних процесів

При досягненні цих цілей підприємство отримує безліч переваг від застосування механізованих систем і окупає витрати на автоматизацію (за умови стабільного попиту на продукцію).

Якісне виконання поставлених завдань механізації визначається запровадженням:

сучасних автоматизованих засобів;
індивідуально розроблені методи комп'ютеризації.

Ступінь автоматизації залежить від інтеграції інноваційного обладнання в існуючий технологічний ланцюжок. Рівень застосування оцінюється індивідуально залежно від особливостей конкретного виробництва.

Компоненти

У складі єдиного автоматизованого виробничого середовища на підприємстві розглядаються такі елементи:

системи проектування, що використовуються для розробки нової продукції та технічної документації;
верстати з програмним управлінням з урахуванням мікропроцесорів;
промислові роботизовані комплекси та технологічні роботи;
комп'ютеризована система контролю якості для підприємства;
технологічні склади із спеціальним підйомно-транспортним обладнанням;
загальна автоматизована система керування виробництва (АСУП).

Стратегія

Дотримання стратегії автоматизації допомагає покращити весь комплекс необхідних процесів та отримати граничні переваги від запровадження комп'ютерних систем на підприємстві. Автоматизувати можна тільки ті процеси, які повністю вивчені та проаналізовані, оскільки програма, розроблена для системи, повинна мати у своєму складі різні варіації однієї дії залежно від факторів зовнішнього середовища, кількості ресурсів та якості виконання всіх етапів виробництва.

Після визначення поняття, вивчення та аналізу технологічних процесів настає черга оптимізації. Необхідно якісно спростити структуру, видаливши із системи процеси, що не приносять будь-якої цінності. При можливості потрібно скоротити кількість дій, з'єднавши деякі операції в одну. Що простіше структурний порядок, то легше його комп'ютеризувати. Після спрощення систем можна розпочинати автоматизацію виробничих процесів.

Проектування

Проектування - це ключовий етап автоматизації виробничих процесів, без якого на виробництві неможливе впровадження комплексної механізації та комп'ютеризації. У його рамках створюється спеціальна схема, що відображає структуру, параметри та ключові характеристики пристроїв. Схема стандартно складається з наступних пунктів:

масштаб автоматизації (описується окремо для підприємства і окремих виробничих підрозділів);
визначення контрольних параметрів роботи пристроїв, які надалі виступатимуть маркерами перевірки;
опис систем керування;
конфігурація розташування автоматизованих засобів;
відомості про блокування обладнання (у яких випадках вона застосовна, як і ким запускатиметься у разі екстреної ситуації).

Класифікація

Існує кілька класифікацій процесів комп'ютеризації підприємства, але найефективніше розділяти ці системи залежно від їхнього ступеня впровадження у загальний виробничий цикл. На цій підставі автоматизація буває:

частковою;
комплексної;
повною.

Ці різновиди – лише рівні автоматизації виробництва, які залежать від розміру підприємства та обсягу технологічних робіт.

Часткова автоматизація- Це комплекс операцій з удосконалення виробництва, в рамках якого відбувається машинізація однієї дії. Вона вимагає формування складного управлінського комплексу та повної інтеграції суміжних систем. На цьому рівні комп'ютеризації допускається участь людини (не завжди обмеженою).

Комплексна автоматизаціядозволяє оптимізувати роботу великого виробничого підрозділу як єдиного комплексу. Її застосування виправдано лише у межах великого інноваційного підприємства, де використовується максимально надійне обладнання, оскільки поломка навіть одного верстата ризикує зупинити всю робочу лінію.

Повна автоматизація– це комплекс процесів, що забезпечують незалежну роботу всієї системи, зокрема. управління виробництвом. Її використання найбільш затратно, тому ця система використовується на великих підприємствах в умовах рентабельного та стабільного виробництва. На цьому етапі участь людини зведена до мінімуму. Найчастіше воно полягає у контролі системи (наприклад, перевірка показань датчиків, усунення дрібних неполадок тощо).

Переваги

Автоматизовані процеси збільшують швидкість виконуваних циклічних операцій, забезпечують їх точність та збереження працездатності незалежно від факторів зовнішнього середовища. За рахунок виключення людського фактора скорочується кількість можливих помилок та підвищується якість роботи. У разі типових ситуацій програма запам'ятовує алгоритм дій і застосовує його з максимальною оперативністю.

Автоматизація дозволяє збільшити точність управління бізнес-процесами з виробництва за рахунок охоплення великого обсягу інформації, що неможливо за відсутності механізації. Комп'ютеризоване обладнання може виконувати відразу кілька технологічних операцій одночасно без шкоди якості процесу і точності обчислень.

Поняття автоматизації процесів нерозривно пов'язані з глобальним технологічним процесом. Без впровадження систем комп'ютеризації неможливий сучасний розвиток окремих підрозділів та всього підприємства в цілому. Машинізація виробництва дозволяє максимально ефективно підвищити якість закінченої продукції, розширити лінійку пропонованих видів товарів та збільшити обсяг випуску.

Конференція з автоматизації виробництва 28 листопада 2017 року в Москві

Є всі підстави вважати, що саме найближче десятиліття стане переломним етапом у розвитку нових підходів до виробництва, кордоном між епохами неавтоматизованого та автоматизованого виробництва.

Цілком очевидно, що саме зараз для цього дозріли науково-технічні передумови, пов'язані з появою та розвитком нових засобів автоматизації. До них відносяться насамперед автоматичні системи управління на основі промислових контролерів і, звичайно ж, промислові роботи, що підняли виробництво на якісно вищий рівень.

Здавалося б, безумовна прогресивність у поєднанні з підвищеною увагою мали забезпечити промисловим роботам тріумфальну ходу, дозволити їм зробити вагомий внесок у інтенсифікацію виробничих процесів, скорочення частки ручної праці. Однак поки що цього не відбувається належним чином. Принаймні щодо ситуації в нашій країні.

Очевидно, що основна проблема повільного розвитку автоматизації та, зокрема, роботизованого виробництва полягає у явній невідповідності витрат сил та коштів з одного боку та реальної віддачі з іншого. І викликано це не раптом недоліками промислових роботів, що відкрилися, а прорахунками, що допускаються при підготовці такого виробництва. Виробництво, з його суворими законами, неминуче відкидає дорогі, тихохідні та малонадійні конструкції.

Росія може і має повернути собі статус світової промислової держави. Щоб це здійснити, необхідно мати ряд ключових переваг - перспективні напрямки і технології, розвинене верстатобудування, а головне - людські ресурси, які в змозі втілити задумане в життя. Специфіка створення будь-якої нової продукції, чи то нові зразки озброєння, морських і повітряних суден чи інших високотехнологічних виробів, у тому, що проектується лише те, що можна виготовити. Говорити про створення, наприклад, винищувача нового покоління, не маючи обладнання відповідного рівня, безглуздо. Таким чином, новітнє обладнання є основою створення нових технологій. Відмова від планомірного промислового регулювання, прямого «вирощування» інноваційних проектів призводить до відмови та від сучасних промислових виробництв: судно- та авіабудування, космічної сфери, швидкісного залізничного транспорту, сучасних систем озброєнь.

Оскільки автоматизація та роботизоване виробництво за своєю сутністю тісно пов'язані з розробкою нових видів продукції, вони здатні визначати рівень конкурентоспроможності країни. Тому необхідно вивчати та досліджувати виробничі цикли підприємств різних галузей з великосерійним, серійним та дрібносерійним випуском продукції з метою визначення областей раціонального застосування роботів та встановлення функціональних та технічних вимог до них.

У світі відбувається динамічний розвиток робототехніки. Створені та створюються нові високоефективні конструкції роботів, промислові контролери для масового застосування. Їх кількість швидко зростає, тому що скорочення частки ручної праці, підвищення продуктивності та зростання темпів виробництва є нагальним завданням ефективного промислового виробництва у розвинених постіндустріальних країнах. При цьому у багатьох випадках саме поява технології є стимулом до розробки нових видів продукції. Технологія, доведена до досконалості, визначає собівартість виробництва, а кінцевому підсумку і ефективність і конкурентоспроможність економіки нашої країни загалом. Таким чином, формування цього напряму дозволить надати імпульс промисловості, що знаходиться на підйомі, і закласти фундамент для її динамічного розвитку.

Розвиток промислового виробництва визначається зростанням продуктивність праці. Продуктивність технологічної операції у галузі промисловості залежить від витрат часу виконання основних функціональних процесів (основний час), допоміжних процесів (допоміжний час) і втрат часу, зумовлених недостатньою організацією праці (організаційні втрати) і тривалим виконанням деяких додаткових процесів (власні втрати). Скорочення основного часу можна досягти шляхом удосконалення технології обробки, а також конструктивними змінами в обладнанні. Мінімізація організаційних втрат часу передбачає ретельне опрацювання умов організації виробництва, доставки матеріалів та комплектуючих, налагоджені коопераційні зв'язки та багато іншого, а скорочення допоміжного часу та власних втрат пов'язане з механізацією та автоматизацією виробництва. Автоматизація виробництва можлива тільки на основі новітніх досягнень науки та техніки, застосування прогресивної технології та використання передового виробничого досвіду. Ну а гнучка автоматизація у свою чергу дає можливість швидкого переналаштування виробництва для виконання технологічних функцій з певною продуктивністю обробки на основі максимального використання обчислювальної техніки та електроніки.

Зважаючи на те, що комп'ютерні технології розвиваються швидкими темпами і ніщо не заважає їх застосуванню у зв'язці з технологічним обладнанням, можна зробити висновок, що найближчим часом участь людини у виробничих процесах буде зведена до мінімуму. Підприємства недалекого майбутнього - це повністю автоматизовані цехи з гнучкою організацією виробництва, яке обслуговує групи роботів з єдиним центром управління.

НОВІ ЗАДАЧІ - НОВІ РІШЕННЯ

Автоматизація виробництва призводить до значного підвищення ефективності. Це пов'язано, з одного боку, з поліпшенням організації виробництва, прискоренням обороту коштів та найкращим використанням основних фондів, з іншого - зі зниженням собівартості обробки, витрат на заробітну плату та енерговитрати. Третій важливий чинник - підвищення рівня культури виробництва, якості продукції і т.д.

Верстати із ЧПУ стали символом руху до інноваційної організації виробництва. Однак, незважаючи на масштаби та всеосяжність областей їх застосування, сьогодні вони не є найзначнішим досягненням у галузі автоматизації. За лаштунками знаходяться програмовані контролери, мікропроцесори, комп'ютери, що управляють технологічними процесами, а також логічні системи управління, що користуються навіть великим успіхом і ширше застосовуються в цій галузі. У той же час всі перелічені пристрої можуть розглядатися як члени однієї сім'ї обладнання для гнучкої автоматизації, на корені мінливої системи промислового виробництва, що склалася.

Вже доведено, що використання промислових роботів не тільки підвищує рівень автоматизації потокового виробництва, а й дозволяє ефективніше використовувати технологічне обладнання і на цій основі значно збільшити продуктивність праці. Застосування роботів також вирішує проблему забезпечення кадрами на важких та шкідливих операціях.

У галузі створення та застосування промислових роботів наша країна поки що знаходиться на початковій стадії, тому належить провести великий обсяг досліджень та розробок, напрацювати власну базу типових рішень. Поряд з освоєнням універсальних роботів необхідно налагодити виробництво типових моделей обладнання спеціального призначення (пневматичні захвати, стаціонарні пристрої тощо), які дозволять надалі розширити можливості автоматизації. Крім того, слід розробити спрощені моделі роботів та механічних захватів для виконання нескладних операцій.

Проста автоматизація робочих місць перестала влаштовувати керівників виробництва. Чому? Адже час, що вивільняється, - найважливіший фактор, що впливає на ефективність діяльності промислового підприємства. Проте економічний ефект від локальної, «шматкової» автоматизації мінімальний, оскільки процес проектування залишається класично послідовним: конструктори створюють документацію, передають її технологам, забирають назад на коригування, повертають виправлену документацію технологам, ті готують технологічну документацію, узгоджують із постачальниками та економістами тощо далі. Через війну ні повної економічної віддачі, ні справді значимого скорочення терміну підготовки виробництва автоматизація не приносить, хоча позитивний ефект досягається у разі.

Не слід забувати, що розробка та підготовка виробництва складної, високотехнологічної продукції – це колективний та взаємопов'язаний процес, до якого залучені десятки та сотні фахівців підприємства або навіть групи підприємств. У процесі розробки виробу виникає низка труднощів, що впливають на загальний успіх. Насамперед це відсутність можливості бачити ключові ресурси, залучені в процес розробки у їхньому фактичному стані на даний момент часу. Це також організація спільної роботи колективу фахівців із залученням компаній, що постачають будь-які компоненти для виробу, що розробляється. Істотно скоротити терміни підготовки такого виробництва можна лише одним способом – за рахунок паралельного виконання робіт та тісної взаємодії всіх учасників процесу. Подібне завдання можна вирішити за рахунок створення єдиного інформаційного простору підприємства, своєрідного масиву цифрових даних про продукцію.

З ЧОГО ПОЧИНАТИ АВТОМАТИЗАЦІЮ

Нижче наведено короткий алгоритм, що дозволяє зрозуміти, що потрібно з'ясувати, щоб розпочати реалізації проекту автоматизації виробництва.

1. Для початку необхідно провести оцінку об'єкта автоматизації – що потрібно замінити, яке обладнання потрібно придбати та що зможе збільшити продуктивність підприємства.

2. На основі розробленого технічного завдання потрібно вибрати найоптимальніші елементи для вирішення поставлених завдань. Це можуть бути спеціальні датчики та інструменти контролю, наприклад, за роботою обладнання, а також різні комплекти для подальшого збирання та обробки всієї отриманої інформації, спеціальні пристрої для забезпечення інтерфейсу – пульт контролю для нормальної діяльності диспетчерів виробництва тощо.

3. Скласти проектну документацію - схему автоматизації, бажано як циклограм, електричну принципову схему, опис контролю управління систем.

4. Наступним етапом йде розробка програм, які допоможуть реалізувати алгоритми управління кожної конкретної одиниці устаткування (нижню щабель управління). Після цього складається загальний алгоритм збору, обробки отриманих даних (верхній ступінь управління виробництвом).

5. Коли все вищезазначене виконано, доцільно зайнятися забезпеченням постачання необхідного обладнання. Причому його пусконалагодження має проводитися за заздалегідь і чітко визначеними пріоритетами.

6. Необхідно провести автоматизацію всіх щаблів виробничого процесу шляхом програмного об'єднання систем управління кожним окремим рівнем, передбачивши їм можливість гнучких трансформацій.

ТИПІЧНІ ПРОБЛЕМИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ З ЇХ ПОДОЛЕННЯ

Компанія "Солвер" займається автоматизацією виробництв машинобудівних підприємств 20 років. Досвід показує, що об'єктивними факторами, що перешкоджають успішному втіленню проектів автоматизації в життя, є:

Неготовність колективу підприємства прийняти автоматизацію як необхідний та достатній інструмент виробничого циклу на даному етапі розвитку підприємства;

Нестача достатньої кількості компетентних фахівців у галузі автоматизації;

Часто для підприємства немає чіткого розуміння кінцевих цілей заходів з автоматизації.

Компанією «Солвер» було сформульовано кілька базових принципів, що дозволяють раціонально поглянути на проблеми роботизації, та постулати, якими доцільно керуватися, опрацьовуючи етапи автоматизації виробництва.

1. Засоби роботизації повинні не просто замінювати людину або імітувати її дії, а й виконувати ці виробничі функції швидше та краще. Лише тоді вони будуть справді ефективними. Цим і досягається принцип кінцевого результату.

2. Комплексність підходу. Повинні бути розглянуті й у остаточному підсумку вирішені новому, вищому рівні всі найважливіші компоненти виробничого процесу - технології, об'єкти виробництва, допоміжне устаткування, системи управління та обслуговування. Одна непророблена належним чином компонента виробничого процесу здатна зробити неефективним весь комплекс заходів з автоматизації. І промислові роботи, і автоматизовані системи управління повинні впроваджуватися з урахуванням прогресу технології та конструкції та у комплексі пристосовуватися до вимог виробництва – лише тоді вони будуть ефективними.

3. І найважливіше – принцип необхідності. Засоби роботизації, включаючи найперспективніші та найпрогресивніші, повинні застосовуватися не там, де їх можна пристосувати, а там, де без них не можна обійтися.

Закінчити статтю хотілося б наступним висновком. Ніхто не в змозі детально і точно описати надіндустріальне суспільство, що зароджується сьогодні. Але вже зараз треба розуміти, що в найближчому майбутньому суспільство перейде від масової фабричної системи до унікально-штучного виробництва, інтелектуальної праці, в основі яких лежатимуть інформація, супертехнології, а також високий рівень автоматизації виробництва. Іншого шляху не передбачається.

Глава 1. Принципи побудови автоматизованих виробництв

Частина 1. Основи теорії автоматичного керування

Автоматика– галузь науки і техніки, що охоплює теорію та влаштування засобів та систем автоматичного управління машинами та технологічними процесами. Вона виникла в 19 столітті з появою механізованого виробництва на базі прядильних та ткацьких верстатів, парових машин та ін., які замінили ручну працю та дали змогу підвищити її продуктивність.

Автоматизації завжди передує процес повної механізації – такого виробничого процесу, у якому людина не витрачає виконання операцій фізичної сили.

У міру розвитку техніки функції управління процесами та машинами розширювалися та ускладнювалися. Людина вже у багатьох випадках неспроможна управляти механізованим виробництвом без спеціальних додаткових пристроїв. Це зумовило виникнення автоматизованого виробництва, у якому працівники звільняються як від фізичної праці, а й від функцій контролю над машинами, устаткуванням, виробничими процесами та операціями, і навіть управління ними.

Під автоматизацією виробничих процесів розуміють комплекс технічних заходів щодо розробки нових технологічних процесів та створення виробництва на основі високопродуктивного обладнання, що виконує всі основні операції без безпосередньої участі людини.

Автоматизація сприяє значному підвищенню продуктивності праці, покращенню якості продукції та умов праці людей.

У сільському господарстві, харчовій та переробній промисловості автоматизується контроль та управління температурою, вологістю, тиском, регулювання швидкості та переміщення, сортування за якістю, упаковка та багато інших процесів та операцій, забезпечуючи більш високу їх ефективність, економію праці та засобів.

Автоматизовані виробництва порівняно з не автоматизованими мають певну специфіку:

Для підвищення ефективності вони повинні охоплювати більше різнорідних операцій;

Необхідне ретельне опрацювання технології, аналіз об'єктів виробництва, маршрутів руху та операцій, забезпечення надійності процесу із заданою якістю;

При широкому асортименті продукції та сезонності роботи технологічні рішення можуть бути багатоваріантними;

Підвищуються вимоги до чіткої та злагодженої роботи різних служб виробництва.

При проектуванні автоматизованого виробництва мають бути дотримані такі принципи:

1. Принцип завершеності. Слід прагнути виконання всіх операцій у межах однієї автоматизованої виробничої системи без проміжної передачі напівфабрикатів до інших підрозділів. Для реалізації цього принципу необхідно забезпечити:

Технологічність товару, тобто. на його виготовлення має витрачатися мінімальна кількість матеріалів, часу та коштів;

Уніфікацію методів обробки та контролю продукту;

Розширення типу обладнання з підвищеними технологічними можливостями для обробки декількох видів сировини або напівфабрикатів.

2. Принцип малооперационной технології. Кількість операцій проміжної обробки сировини та напівфабрикатів мають бути зведені до мінімуму, а маршрути їх подачі – оптимізовані.

3. Принцип малолюдної технології. Забезпечує автоматичну роботу протягом усього циклу виготовлення продукту. Для цього необхідно стабілізувати якість вхідної сировини, підвищити надійність обладнання та інформаційне забезпечення процесу.

4. Принцип безналагоджувальної технології. Об'єкт управління не повинен вимагати додаткових налагоджувальних робіт після того, як він пущений в експлуатацію.

5. Принцип оптимальності. Усі об'єкти управління та служби виробництва підпорядковані єдиному критерію оптимальності, наприклад, випускати продукцію лише найвищої якості.

6. Принцип групової технології. Забезпечує гнучкість виробництва, тобто. можливість переходу з випуску одного продукту випуск іншого. В основі принципу лежить спільність операцій, їх поєднань та рецептур.

Для серійного та дрібносерійного виробництва характерно створення автоматизованих систем з універсального та агрегатного обладнання з міжопераційними ємностями. Це обладнання залежно від продукту, що переробляється, може переналагоджуватися.

Для великосерійного та масового випуску продукції автоматизоване виробництво створюється із спеціального обладнання, об'єднаного жорстким зв'язком. У подібних виробництвах застосовується високопродуктивне обладнання, наприклад, роторне для розливання рідин у пляшки чи пакети.

Для функціонування обладнання потрібний проміжний транспорт для сировини, напівфабрикатів, компонентів, різних середовищ.

Залежно від проміжного транспорту автоматизовані виробництва можуть бути:

З наскрізним транспортуванням без перестановки сировини, напівфабрикату чи середовищ;

З перестановкою сировини, напівфабрикатів чи середовищ;

З проміжною ємністю.

За видами компонування обладнання (агрегатування) розрізняють автоматизовані виробництва:

Однопотокові;

Паралельного агрегатування;

Багатопотокові.

В однопотоковому обладнання розташоване послідовно по ходу виконання операцій. Для збільшення продуктивності однопотокового виробництва операція може виконуватись на однотипному обладнанні паралельно.

У багатопотоковому виробництві кожен потік виконує аналогічні функції, але працює незалежно один від одного.

Особливістю сільськогосподарського виробництва та переробки продукції є швидке зниження її якості, наприклад, після вибою худоби або знімання плодів з дерев. Це потребує такого обладнання, яке мало б високу мобільність (можливість випуску широкого асортименту продуктів із однотипної сировини та переробки різних видів сировини на однотипному обладнанні).

Для цього створюються виробничі системи, що переналагоджуються, що володіють властивістю автоматизованої переналагодження. Організаційним модулем таких систем є виробничий модуль, автоматизована лінія, автоматизована ділянка або цех.

Виробничим модулемназивають систему, що складається з одиниці технологічного обладнання, оснащеного автоматизованим пристроєм програмного управління та засобами автоматизації технологічного процесу, що автономно функціонує і має можливість вбудовуватися в систему вищого рівня (рис.1.1).

Рисунок 1.1 – Структура виробничого модуля: 1- устаткування виконання однієї чи кількох операцій; 2- керуючий пристрій; 3- вантажно-розвантажувальний пристрій; 4- транспортно-накопичувальний пристрій (проміжна ємність); 5 - контрольно-вимірювальна система.

Виробничий модуль може включати, наприклад, сушильну камеру, контрольно-вимірювальну систему, вантажно-розвантажувальну і транспортну системи з локальним керуванням або змішувальну установку з аналогічним додатковим обладнанням.

Приватним випадком виробничого модуля є виробничий осередок– комбінація модулів з єдиною системою вимірювання режимів роботи обладнання, транспортно-накопичувальною та вантажно-розвантажувальною системами (рис.1.2). Виробничий осередок може вбудовуватися в системи вищого рівня.

Рисунок 1.2 – Структура виробничого осередку: 1- устаткування виконання однієї чи кількох операцій; 2 приймальний бункер; 3-навантажувально-розвантажувальний пристрій; 4-конвеєр; 5 проміжна ємність; 6- керуючий комп'ютер; 7- контрольно-вимірювальна система.

Автоматизована лінія- система, що переналагоджується, що складається з декількох виробничих модулів або осередків, об'єднаних єдиною транспортно-складською системою і системою автоматичного управління технологічного процесу (АСУ ТП). Обладнання автоматизованої лінії розташоване у прийнятій послідовності виконання технологічних операцій. Структура автоматизованої лінії зображено на рис.1.3.

На відміну від автоматизованої лінії на автоматизованій ділянці, що переналагоджується, передбачена можливість зміни послідовності використання технологічного обладнання. Лінія та ділянка можуть мати окремі одиниці технологічного обладнання, що функціонують. Структура автоматизованої ділянки наведено на рис.1.4.