2.1. Этапы развития автоматизированного

машиностроительного производства

Начавшие разрабатываться во второй половине 60-х годов гибкие производственные системы стали реальным новым, качественно отличающимся этапом перевооружения машиностроительной промышленности. Это открыло пути решения сложившегося противоречия между высокой производительностью и отсутствием мобильности оборудования массового производства и высокой мобильностью и низкой производительностью универсальных станков единичного и серийного производств.

Концепция гибкого производства переводит развитие автоматизации производственных процессов в машиностроении на новый очередной виток диалектической спирали развития (рис. 1). На первый виток развития автоматизации средств производства в машиностроении — от универсальных станков, специализированных станков, станков-автоматов до автоматических линий и ’‘жестких” заводов-автоматов — человечество затратило более двухсот лет. Первый токарно-копировальный станок был создан в 1712 г. А.К. Нартовым (1693- 1756) - механиком и токарем Петра I; токарный станок с суппортом и ходовым винтом, созданный Генри Модслеем в Англии, был запатентован в 1798 г.

Первый автоматический завод в мире был создан у нас в стране в 1961 г. Этот автоматический завод, предназначенный для полного изготовления автомобильных поршней — от чушки, литья в кокиль, механической обработки, контроля и сортировки по размерам до консервации, комплектации и упаковки в коробки - был спроектирован ЭНИМСом. Автоматический цех для производства двух типов шарико- и роликоподшипников также от заготовки до упаковки, включая их полную сборку, вступил в строй в 1966 г. Первый автоматический завод по производству колец подшипников (46 типоразмеров) в западных странах был создан компанией Тимкен (США) в I960 г. Эта стадия развития характерна автоматизацией на основе электромеханических устройств. Достигнув значительного повышения производительности труда в 5—10 раз и снижения себестоимости на 30—50 %, такие заводы могли применяться только для массового производства деталей, конструкция которых длительное время остается стабильной.

Жестким, т. е. предназначенным для производства только одной детали, автоматическим линиям присущ определенный консерватизм, сдерживающий развитие новой техники. Создание автоматических линий может начинаться только тогда, когда изделие полностью отработано и каждая его деталь сконструирована. На создание и отладку жестких автоматических линий, как показывает практика, тратится до 5 лет, срок их амортизации также значительный и составляет 8 лет и более. Суммарный срок создания и амортизации жестких автоматических заводов еще продолжительнее. Конструкция выпускаемых на таких заводах деталей длительное время должна оставаться неизменной, что и сдерживает внедрение новых машин в народном хозяйстве. Консерватизм жесткой автоматизации не удовлетворяет требованиям научно-технического прогресса, ускорения сменяемости изделий в машиностроении. Если конструкция подшипника долгие годы остается неизменной, то конструкция двигателя автомобиля меняется каждые 4—5 лет. Таким образом, повышение производительности жестких автоматических заводов было достигнуто за счет полной потери их мобильности. Решение этого противоречия — задачи повышения мобильности при выпуске новой техники и, наконец, задачи автоматизации единичного и серийного производства — вернуло машиностроителей снова к универсальным станкам; было создано числовое программное управление (ЧПУ) станками на основе применения электронной техники.

Рис. 1. Этапы развития автоматизации в машиностроении:

1 - универсальные станки; 2 - универсальные автоматы и полуавтоматы; 3 - специальные и специализированные автоматы и полуавтоматы; 4 - агрегатные станки; 5 - автоматические линии из агрегатных станков; 6 - автоматические линии из универсальных автоматов; 7 - комплексные автоматические линии и автоматические заводы; а - станки с ЧПУ; б - автоматы с ЧПУ; в - специальные станки с ЧПУ; г - ОЦ с индивидуальными ЧПУ; д - автоматические линии с ЧПУ;

I - станки с ЧПУ с CNC; 11 - ОЦ фрезерно-расточные с CNC; ОЦ - токарные с CNC; III - ГПС; IV - ГПС со специа­лизированным ОЦ массового производ­ства;

V - ГПС, ГАП = ГПС + САПР + + АСТПП;

VI - автоматизированный за­вод;

А - автоматический "безлюдный” завод

Второй виток развития автоматизации в машиностроении практически повторил первый, но на новом принципе управления — электронно-программном, причем наряду с повышением производительности каждого вида оборудования повысилась и его гибкость. На этом этапе были созданы автоматические линии и многошпиндельные автоматы с числовым программным управлением. На второй виток было затрачено немногим более 30 лет. ЧПУ позволило действительно получить значительный эффект в единичном и серийном производствах, но в массовом производстве оно не дало каких- либо реально ощутимых результатов; кроме того, индивидуальное ЧПУ для каждого станка оказалось громоздким и дорогим.

Дальнейшее развитее электроники, применение ЭВМ и микропроцессоров раскрыли новые возможности ЧПУ. Созданием универсальных машин и станков с ЧПУ, непосредственно управляемых от ЭВМ в режиме разделения времени, начался третий виток развития автоматизации производственных процессов в машиностроении и других отраслях промышленности. Управление от одной ЭВМ несколькими рабочими машинами, станками с ЧПУ и вспомогательным оборудованием позволило связывать станки управлением и единым автоматическим транспортом в группы, т. е. создать системы машин. Индивидуальные станки с ЧПУ типа CNC, станки типа обрабатывающий центр (ОЦ), фрезерно-расточные и токарные - основа гибких производственных систем. На базе ОЦ уже создаются гибкие производственные модули, участки, линии. На этом витке началось соединение в единую систему всех производственных функций: конструирования, технологической подготовки производства, обработки, сборки, испытаний и др., т. е. начали появляться гибкие автоматизированные производства (ГАП). На этом этапе развития автоматизации появляется возможность сочетать преимущества универсальных станков, их полной (максимальной) мобильности с высокой производительностью автоматических линий и заводов массового производства. Этот виток будет пройден за 10-15 лет.

Четвертый виток начался созданием автоматизированного производства пол­ностью интегрированного на базе ЭВМ пятого поколения. Закончится этот этап развития автоматизации созданием автоматизированного завода - завода 21-го века.

Дальнейшее развитие науки и техники, решение проблемы надежности и самодиагностики рабочих машин и интеллектуальности систем переведут развитие автоматизации средств производства на следующий виток, когда будут созданы безотказные, само восстанавливающиеся рабочие машины, системы, заводы. Создание искусственного интеллекта будет залогом успешного решения этой задачи.

Развитие безотходной технологии, нетрадиционных, новых технологий формообразования, например сверхточного прессования из порошка или непосредственно из жидкого металла и т. д., продолжает эволюцию рабочих машин, станков и их автоматизации.

Технология получения почти готовых форм из металла в состоянии сверхпластичности, диффузионной сваркой, применение композиционных материалов не только для вспомогательных, но и основных базовых деталей уже переходят из опытных научных лабораторий в производство. Как только базовые детали, например, двигателя, будут изготовлять из композиционных материалов, то на металлорежущих станках будут выполнять только чистовую обработку их отдельных поверхностей.

Все это приведет к новым качественным преобразованиям, совершится новая научно-техническая революция в машиностроении; спираль развития будет продолжена на еще более высоком научно- техническом уровне решения задач автоматизации производственных процессов.