ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В.М. Пачевский Ю.Э. Симонова

ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2015

УДК 621.7.06

Пачевский В.М. Технологии автоматизированных машиностроительных производств: учеб. пособие [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые граф. данные (726 Кб) / В.М. Пачевский, Ю.Э. Симонова. – Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; MS Word 2007 или более поздняя версия; CD-ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.

В учебном пособии рассматриваются вопросы проектирования технологических процессов на автоматизированных машиностроительных производствах в том числе на современных, включены материалы по выбору технологической оснастки для обеспечения данных процессов.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 150700.62 «Машиностроение», профилю «Технологии, оборудование, автоматизация машиностроительных производств», дисциплине «Технологии автоматизированных машиностроительных производств».

Пособие предназначено для студентов 3 – 4 курсов всех форм обучения.

Ил. 4. Библиогр.: 14 назв.

Рецензенты: кафедра естественных дисциплин

Воронежского государственного

университета инженерных технологий

(зав. кафедрой д-р техн. наук,

проф. А.С. Борсяков);

д-р техн. наук, проф. В.В. Пешков

 Пачевский В.М., Симонова Ю.Э., 2015

 Оформление. ФГБОУ ВПО

«Воронежский г осударственный

технический университет», 2015

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация машиностроительного производства развивается в направлении создания иерархических систем автоматизированного проектирования и управления, то есть с определенными ступенями подчинения. Эти системы оснащают средствами вычислительной техники на всех уровнях ступенях с обеспечением обмена информацией между ними. Автоматизация машиностроительного производства является комплексной научно-технической проблемой, включающей в себя все стадии производственного процесса. Однако процессу автоматизации машиностроительного производства, как и любому процессу развития, свойственны противоречия, незнание которых может привести к нерациональным затратам сил, времени и средств. Например, каждое производство требует определенных средств и видов автоматизации, которые выбирают на основании технико-экономических расчетов с учетом конкретных производственных условий. Известны случаи, когда внедрение новой автоматизированной техники не привело к повышению производительности труда. Кроме того, технические средства сами по себе не способны обеспечить высокую производительность труда, если они не обеспечены соответствующими формами организации производства.

1. Организация автоматизированных машиностроительных производств

Технологической основой автоматизации машиностроительного производства является унификация технологических процессов; унифицировать означает приводить к единообразию - это один из методов стандартизации.

Известно, что эффективность автоматизации машиностроительного производства в значительной степени определяется эффективностью технологического процесса, подлежащего автоматизации, и оборудования, с помощью которого процесс автоматизируется. Одним из общих критериев, характеризующих как процесс, так и оборудование, является уровень или степень концентрации технологических операций обработки деталей.

Уровень автоматизации конструкторских работ существенно отстает от уровня автоматизации машиностроительного производства. Между тем многие виды конструкторской деятельности поддаются частичной, а иногда даже и полной автоматизации. Сюда относятся предварительный сбор и обработка исходной информации, которая составляет 10 - 15 % всей работы над проектом. Все виды расчетных работ, как предварительные расчеты на стадии эскизной проработки, так и проверочные расчеты на стадии технического проекта, могут быть автоматизированы на основе использования вычислительной техники.

Повышения уровня автоматизации машиностроительного производства связано также с использованием промышленных роботов. Роботы наиболее современных конструкций выступают в качестве универсальных автоматизированных машин, запрограммированных на выполнение от нескольких десятков до нескольких сотен последовательных команд. Переналаживаемость и автономность работы роботов создают значительные удобства для использования их в качестве независимых агрегатов, обслуживающих отдельные станки, группы оборудования, автоматические линии и сборочные конвейеры. В ряде случаев роботы могут быть использованы для освобождения человека от выполнения монотонных, утомительных, напряженных либо опасных операций. Наиболее широко роботы используются в автомобильной промышленности многих стран на операциях сварки автомобильных кузовов, а также в технологических процессах электронной промышленности.

Использование продуманной группировки исполнительных и вспомогательных механизмов позволяет создать высокопроизводительные машины специального назначения, смонтированные из унифицированных узлов и деталей. Особенно эффективны принципы агрегатирования при создании технологического оборудования и средств механизации и автоматизации машиностроительного производства.

1.1 Состав и структура автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП)

Трудоемкость ТПП изделия в единичном и мелкосерийном производстве составляет 20–25 %, в серийном – 50–55 %, а в крупносерийном и массовом – 60–70 % от общей трудоемкости технической подготовки производства.

Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) — совокупность технических средств и методов автоматизированного проектирования и реализации технологической системы, обеспечивающих возможность производства изделий с заданным уровнем качества и в заданных количествах с наименьшими затратами ресурсов в конкретных условиях производства с учетом Отраслевой системы технологической подготовки производства. АСТПП совместно с системой автоматизированного проектирования (САПР) является частью производственной системы и обязательна для гибкого автоматизированного производства (ГАП). Количество выполняемых функций и объем решаемых АСТПП задач в составе ГАП значительно возрастают в связи с переходом от проектирования и изготовления отдельных единиц технологического оснащения к проектированию, изготовлению, вводу в действие и модернизации сложных автоматизированных технологических комплексов (АТК), а также проектированию технологических процессов, выполняемых с помощью АТК, с высокой степенью детализации и программированию действий АТК.

В укрупненной типовой структуре ГАП в составе АСТПП выделяют три подсистемы в соответствии с тремя внешними функциями АСТПП: 1) автоматизированную систему управления технологической подготовкой производства (АСУТПП); 2) систему автоматизированного технологического проектирования (САПР-Т); 3) гибкое автоматизированное производство автоматизированных технологических комплексов (ГАП АТК).

АСУТПП является координирующей подсистемой и решает задачи планирования, учета, контроля и регулирования всех подсистем АСТПП. Она согласовывает функционирование АСТПП в составе предприятия для достижения целей, определенных ей автоматизированной системой управления производством (АСУП).

Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) в качестве подсистем содержит системы автоматизированного проектирования функций ТПП, которые предусмотрены стандартами ЕСТПП, и блок информационных связей между САПР.

К внешним системам автоматизированного проектирования АС ТПП относятся:

- САПР – К, которые подготавливают исходную информацию об объекте изготовления;

- АСУП – автоматизированная система управления предприятием;

- САПР участков и цехов.

К внутренним системам автоматизированного проектирования АС ТПП относятся:

- САПР – ОТКИ (обеспечения технологичности конструкции изделия), которые используют для расчета количественных и качественных показателей технологичности, оценки уровня технологичности КИ; - САПР – ТП получения заготовок, механической обработки, термообработки и сборки; - САПР – ТО (технологического оснащения), которые выполняют проектирование (выбор) приспособлений и инструмента; - САП УП ЧПУ, которые осуществляют расчет траектории инструмента и программ обработки на станках с ЧПУ;

- САПР технологического обеспечения;

- САПР организации производственных процессов.

К важнейшим информационным связям между рассматриваемыми САПР и смежными относятся:

- САПР-К – САПР ТП механообработки, которая заключается в том, что информация об объекте изготовления в виде электронных чертежей 2D и 3D поступает на вход технологического проектирования, который представляет собой таблицы описания объекта изготовления: основная проблема автоматизации преобразования конструкторской информации в технологическую заключается в том, чтобы выявить необходимые технологические свойства поверхностей на основе преобразования форматов геометрических моделей .dwg, .grb, dxf, iges и др.;

- САПР-ОТКИ – САПР-ТП механообработки является прямой и обратной, прямая связь заключается в том, чтобы на основе оценки уровня технологичности конструкции изделия обеспечить передачу информации на вход проектирования ТП, обратная информационная связь заключается в том, что оценка уровня технологичности КИ осуществляется на основе информации о ТП, которая на начальных этапах является укрупненной;

- САПР ТП МО – САПР ТП сборки заключается в том, технологическая возможность обработки деталей сборочной единицы существенно влияет на выбор метода достижения заданной точности замыкающего звена;

- САПР –ТП МО – САПР конструкции приспособлений (К-УП) в прямом направлении заключается в том, что технические требования на разработку К-УП содержат в качестве важнейшей информации точность технологического размера, которую должно обеспечить приспособление, этот показатель получается на основе операционной технологии обратная связь заключается в том, что если нормы точности приспособления не обеспечивают указанную точность, необходимо скорректировать операционную технологию;

- САПР ТП МО – САП УП ЧПУ заключается в том, что на вход САП УП поступает большой объем технологической информации наряду с геометрической информацией об обрабатываемой поверхности: технологический метод и этап обработки, размер припуска, режимы резания, используемая СОЖ, тип траектории при фрезеровании, путь перемещения инструмента на финишном проходе и др.;

- САПР ТП – АСУП заключается в том, что на основе операционного ТП обработки деталей производственной программы выпуска формируется операционный массив норм времени, который используется на всех уровнях планирования (общезаводского, межцехового и внутрицехового, сменно-суточного);

- САПР ТП – САПР участков и цехов заключается в том, что ТП изготовления деталей и операционные времена являются основной информацией для выбора оборудования и планировки участка;

- САПР ТП – САПР технологического обеспечения основного производства заключается в том, что операционный ТП определяет состав и структуру средств установки и транспортировки заготовок на рабочие места, а также структуру инструментальных наладок.

1.2 Элементы автоматизации производств

1.2.1 Организация производства с применением автоматических линий

Эффективность автоматизации современного машиностроительного производства на основе его компьютеризации в основном зависит от степени интеграции всех стадий конструкторской и технологической подготовки производства и самого производственного цикла в единый информационный процесс. Поэтому в современных системах автоматизированного проектирования организуются информационные связи, в первую очередь между программноаппаратными блоками проектирования деталей и технологиями их изготовления. Такие системы получили в англоязычной научнотехнической литературе название систем типа CAD/CAM (Computer Aided Designing/Computer Aided Manufacturing).

Одной из важнейших составных частей современных интегрированных систем автоматизированного проектирования является программноаппаратный блок, обеспечивающий принятие принципиальных решений. Подобные решения принимаются на основе достаточно трудоемких инженерных расчетов и математического моделирования. Подобные системы получили в англоязычной научнотехнической литературе название систем типа САЕ (Computer Aided Engineering). Будучи интегрированными с ранее упоминавшимися с компонентами, они образуют системы типа CAE/CAD/CAM.

Автоматизированное производство — это система машин, оборудования, транспортных средств, обеспечивающая строго согласованное во времени выполнение всех стадий изготовления изделий, начиная от получения исходных заготовок и кончая контролем (испытанием) готового изделия и выпуска продукции через равные промежутки времени.

В основе автоматизированного производства лежат автоматические линии, которые обладают всеми преимуществами поточного производства, позволяют непрерывность производственных процессов сочетать с автоматичностью их выполнения.

Автоматическая линия (АЛ) — это система машин-автоматов, размещенных по ходу технологического процесса и объединенных системой управления и автоматическими механизмами и устройствами для решения задач транспортировки, накопления заделов, удаление отходов, изменения ориентации.

Автоматические линии служат для выполнения в автоматическом режиме определенных операций (стадий) производственного процесса и зависят от вида исходных материалов (заготовок), габаритов, массы и технологической сложности изготовляемых изделий. По технологическому назначению автоматические линии делятся на линии для выполнения одного вида технологических операций (например, механообрабатывающие, заготовительные, сборочные и так далее) и линии для выполнения нескольких видов разнородных операций, такие линии называются комплексными. Автоматические линии, на которых ведется обработка или сборка одного изделия, принято называть однопредметными, а те, на которых изготавливается несколько изделий – многопредметными. По характеру движения обрабатываемых изделий между отдельными машинами автоматические линии делятся на синхронные и несинхронные. Синхронные автоматические линии состоят из отдельных станков – автоматов, связанных между собой жесткими транспортными системами, которые передают детали в процессе обработки с одного станка на другой. Все машины такой линии работают в одном такте. При остановке одной из них останавливается вся линия. Не синхронные автоматические линии состоят из независимо работающих (по времени) машин с гибкой транспортной связью. Такие машины снабжаются бункерами – накопителями для хранения определенного запаса изделий, откуда они поступают для обработки. При остановке какой – либо машины линия продолжает работать, питаясь запасом деталей из бункера.

Автоматические поточные линии подразделяются также на переналаживаемые и непереналаживаемые. Непереналаживаемые автоматические линии компонуются из специальных станков, при переходе на другую конструкцию требуют значительной реконструкции. Переналаживаемые автоматические линии компонуются не из специального оборудования, а из специализированных и даже универсальных станков. Эти станки могут обрабатывать не одну, а ряд деталей в широком диапазоне габаритов, форм и размеров.

Автоматические линии делятся на участки, синхронизация обеспечивается по группам операций на каждом участке. С этой целью создается компенсационный задел.

Для обеспечения бесперебойной и эффективной работы автоматических линий на предприятиях создается система их эксплуатации.

Рациональная система эксплуатации автоматических потоков поточных линий включает организацию технического обслуживания, ремонта, системы контроля и управления качества продукции и административно – технического управления.

Система технического обслуживания АПЛ предназначена для обеспечения нормального их функционирования и выполнения работ по техническому и организационному обслуживанию. Ремонт оборудования линий обеспечивается службами главного механика и энергетика с привлечением линейного персонала.

Система контроля качеством продукции направлена на обеспечение выпуска продукции в соответствии с техническими требованиями и максимальное уменьшение брака. Эти вопросы решают наладчики АПЛ и работники ОТК.

Система административно – технического управления обеспечивает реализацию требований рациональной организации производства, труда и управления при эксплуатации АПЛ. Она подчинена начальнику цеха.

Техническое и организационное обслуживание включает режим снабжения заготовками линии, методы загрузки начального и разгрузки конечного магазинов, порядок уборки линии и очистки ее от стружки.

В картах наладки указаны схемы обработки изделий и контроля качества, оптимальная последовательность перехода обработки с одного типоразмера на другой. Определена технология ухода за смазочными устройствами и разработан порядок подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

Организация инструментального обслуживания линии включает комплекс мероприятий, с помощью которых производство эффективно обеспечивается инструментом. Особенно важным мероприятием является подготовка инструмента и эксплуатации, его учет, хранение, доставка на линию и порядок смены.

1.2.2 Организация производства с применением станков с ЧПУ

Другое направление автоматизации производства в машиностроении является применение станков с ЧПУ. Применение станков с ЧПУ в сравнении с обычным оборудованием создает ряд технико-экономических преимуществ. Производительность этих станков выше производительности станков такого же типа, но без программного управления в три раза, потребность же в производственных площадях в три раза меньше. Значительно возрастает производительность труда у рабочих. Большой эффект дают станки с ЧПУ при выполнении особо сложных операций, поэтому с их использованием высвобождаются высококвалифицированные рабочие, а также резко сокращаются затраты на технологическую подготовку производства, эксплуатацию инструмента, содержание контролеров ОТК.

Главный эффект программного оборудования заключается в увеличении до 80 – 90% работы оборудования (15 – 20% у обычных станков). Обусловлено это тем, что резко сокращается вспомогательное время, время на смену инструмента и переналадку оборудования.

Программирование работы оборудования с ЧПУ, может выполняться как в ручном режиме, так и с применением средств автоматизации. “Ручное” программирование состоит в том, что технолог по заданному операционному технологическому процессу рассчитывает траекторию перемещения инструмента, назначаем необходимые технологические команды (подачу, охлаждение, смену инструмента и т.д.). При этом требуется детальная проработка технологического процесса, когда определяются не только отдельные рабочие ходы, но и производится расчленение каждого из них на шаги, представляющие собой перемещения инструмента вдоль определенного геометрического элемента поверхности детали (цилиндр, конус, дуга и др.). Шагами могут быть и отдельные участки поверхности, обрабатываемые с резными режимами резания. Результатом программирования является управляющая программа (УП), которая представляет собой совокупность команд на языке программирования и определяет алгоритм функционирования станка по обработке конкретной заготовки. При автоматизированном программировании в идеальном случае все задачи ручного программирования должны решаться на ЭВМ. Оператор, управляющий станком с ЧПУ, обычно не принимает непосредственного участия в формировании детали, точность получаемых размеров и качество обработки обеспечивается УП и точностью станка. “Автоматизированное” программирование заключается в том, что ряд задач выполняется с помощью системы автоматизации программирования (САП). САП – это комплекс технических, программных, языковых и информационных средств, осуществляющих преобразование данных чертежа и технологии в коды устройства для управления оборудованием с ЧПУ. Они обычно организованы по структуре: входной язык, процессор, промежуточный язык, постпроцессор.

Переналадка станков в этом случае заключается в замене программы, записанной на магнитной или программной ленте, а в ряде случаев в замене инструмента.

Одним из основных условий достижения высоких экономических показателей эксплуатации станков с ЧПУ, является формирование целесообразной номенклатуры обрабатываемых деталей.

Практика эксплуатации станков с ЧПУ показала, что эффективная их работа возможна при построении специальной организационной структуры, сориентированной на изменения которое вносит появление в парке оборудования станков с ЧПУ.

Такая структура должна включать производственные цеха, участки, подразделения технического обслуживания, специализированную технологическую службу.

Опыт отечественных и зарубежных предприятий свидетельствует о целесообразности установки с ЧПУ в одном помещении создание специализированных цехов и участков. Расположение станков в одном помещении создает условия для более качественного их обслуживания, управления одним рабочим несколькими станками, улучшения планирования и контроля за работой оборудования.

Подготовка производства при изготовлении детали на станках с ЧПУ включает следующие виды работ: конструирование детали с учетом требований обработки на станках с ЧПУ и обработку конструкции на технологичность; разработку технологии изготовления детали в целом и операций подлежащих выполнению на станках и с ЧПУ; разработку управляющих программ; проектирование и изготовление инструмента, приспособлений и контрольно – измерительной оснастки; обработку контрольной детали, доводку технологического процесса и корректировку геометрии детали и режимов резания.

Контрольная деталь изготавливается на специально выделенном оборудовании. По результатам ее проверки выполняются операции по доводке технологических процессов и оснастки. Контрольная деталь направляется в отдел технического контроля, после чего составляется акт о ее обработке на станках с ЧПУ, что является основанием для начала серийного производства.

На производственный участок или в цех станков с ЧПУ поступает операционная карта технологического процесса обработки, программа, инструмент и оснастка.

САП классифицируется по нескольким критериям:

а) по числу управляющих координат

б) по уровню принимаемых решений

в) по уровню специализации

г) по форме представления исходных данных

д) по режиму работы

Критерии классификации САП а). Двухкоординатные САП готовят УП для токарных, электроэрозионных, газо-резательных и др. станков. Движение инструмента происходит в одной из координатных плоскостей. 2.5-координатные САП готовят УП для токарных, фрезерных, сверлильных и др. станков, при этом одновременное перемещение только по двум ко-ординатам. Трехкоординатные САП готовят УП для обработки произвольной поверхности второго порядка. Многокоординатные САП могут также обеспечивать угловые перемещения вокруг одной из координатных осей. б). К технологическим задачам, решаемым автоматизированно или нет, относятся такие, как типовые технологические циклы точения, сверления, нарезания резьбы, фрезерования кругового и прямоугольного, фрезерования пазов и карманов, разбиения припусков на проходы, расчет режимов резания и др. в). универсальные САП – это системы широкого назначения. Например: АРТ-позволяет программировать обработку конусов, цилиндров, эллипсои-дов, сфер, и др. Специализированные САП - для подготовки УП по видам обработки (токарной, фрезерной, сверлильно-расточной, и др.). Последние годы развития САП идет по пути создания специализированных систем с высоким уровнем автоматизации решения технологических задач. г). Большинство САП имеют свободную форму представления исходных данных на входном языке, в том числе – геометрическая модель. При табличной форме технолог заполняет специальные бланки в виде таблиц. Представление в форме «меню» это свойство интерактивных САП, когда с экрана дисплея запрашивается требуемая информация и по выбору пользователя она вводится в систему. д). Первые САП работали в пакетном режиме, когда данные, подготовленные технологом, вводились в ЭВМ и преобразовывались в УП для станка. В случае ошибок - процедура повторялась.

При интерактивном решении программирование происходит в режиме диалога и возможно повторение УП с любой исходной точки. Но диалог ограничивает разработчика в выборе средств для решения задачи. Поэтому такие САП эффективны в производствах с невысокой сложностью высоким уровнем унификации изготовляемых деталей или их элементов.

На крупных предприятиях на передний план выходят вопросы организации взаимодействия проектировщиков и обеспечения интегрированного процесса, охватывающего все стадии - конструирование изделия, анализ, технологическое проектирование, получение программы для станка с ЧПУ. Важным элементом новых подходов к решению технологических задач являются инструменты проектирования - конструкторские и технологические САПР, программы анализа и системы подготовки производства.

1.2.3 Организационные основы гибкого автоматизированного производства

Гибкие автоматизированные производства (ГАП) - автоматизированные технологические системы, включающие станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, автоматические склады, объединенные с мини - ЭВМ, снабженные определенным набором управляющих программ и обеспечивающие автоматизацию многономенклатурного машиностроительного производства. ГАП позволяет быстро переходить от обработки одного изделия к другому, одновременно выполнять различные операции.

ГАП - принципиально новая концепция в машиностроении, ведущая к созданию автоматизированного завода будущего. Новое в концепции ГАП состоит в том, что ей свойственен централизованный способ организации производства, предусматривающий как можно более полную обработку деталей на одной рабочей машине. Новая концепция позволяет полностью интегрировать весь производственный цикл - от идеи до выпуска готовой продукции - путем автоматизации всего комплекса процессов производства и управления на базе ЭВМ и современных достижений в электронике и приборостроении. Переход с выпуска одного изделия на выпуск другого осуществляется без остановки технологического и любого другого оборудования (требуемая переналадка идет параллельно с выпуском предыдущего изделия).

Основной показатель – степень гибкости можно определять количеством затраченного времени и необходимостью дополнительных расходов при переходе на выпуск новой продукции.

Техническую базу гибкой автоматизированной системы составляют станки с ЧПУ, промышленные работы, специальные транспортные средства и автоматизированные системы управления технологическими процессами.

Исходя из того, что основной характеристикой гибкого производства является степень гибкости, которая в сою очередь может широко варьироваться, все существующие его виды могут быть разделены на четыре основные группы.

Первая группа предполагает жесткую технологию производства, когда созданное технологическое оборудование предназначено для изготовления одной детали (изделия).

По окончании выпуска изделия оборудование не может использоваться для изготовления нового.

Вторая группа основана на перестраиваемой технологии производства, когда оборудование при замене отдельных его компонентов или изменения компоновки может использоваться для изготовления нового изделия или строго фиксированной группы изделий.

Третья группа гибких производств основывается на переналаживаемых технологических процессах и оборудовании, предназначенном для одновременного выпуска группы деталей.

Четвертая группа основывается на гибкой технологии производства и оборудовании, приспособленном для высокого уровня автоматизации.

Третья и четвертая группы гибких производственных систем называются программируемыми, так как для переходов с одного объекта производства на другой необходимо изменять управляющие программы, а не оборудование или его составляющие.

Основными направлениями совершенствования производственных процессов в ГПС являются:

1. Обеспечение высокой степени непрерывности основных производственных процессов путем календарной регламентации и взаимной увязки основных, вспомогательных и  обслуживающих процессов.

2. Обеспечение максимального сосредоточения (комплексирование) операций в ГПС по наиболее полному изготовлению детали (изделия).

Максимальная автоматизация основных, вспомогательных и обслуживающих операций в ГПС.

Обобщенным понятием, распространенным на все организационные структуры и виды ГАП, является понятие гибкая производственная система (ГПС).

ГПС - это несколько единиц технологического оборудования, снабженного средствами и системами, обеспечивающими функционирование оборудования в автоматическом режиме; при этом ГПС должна обладать свойством автоматизированной переналадки при переходе на производство новых изделий в пределах заданной номенклатуры.

На качественно новом уровне организуется в ГПС система технического и организационного обслуживания. Вся совокупность работ по обслуживанию должна выполнятся в рамках автоматизированной системы комплексного регламентированного обслуживания (АСКРО). В основе построения и функционирования АСКРО лежат следующие принципы: комплексность, профилактичность, регламентированность, непрерывность, автоматичность, гибкость (мобильность), оптимальность.

Каждый гибкий производственный модуль обеспечивается комплексом оснастки и инструмента, наладкой, ремонтом, технической документацией, управляющими программами, плановой информацией, техническим контролем, схемой перемещения предметов труда и удаления отходов.

Пo организационным признакам ГПС подразделяют на следующие виды: гибкая автоматизированная линия (ГАЛ); гибкий автоматизированный участок (ГАУ); гибкий автоматизированный цех (ГАЦ); гибкий автоматизированный завод (ГАЗ).

ГАЛ и ГАУ состоят из гибких производственных модулей (ГПМ) или отдельных единиц технологического оборудования.

Под ГПМ понимается единица технологического оборудования, оснащенная системой ЧПУ или каким-либо другим устройством программного управления и функционирующая как самостоятельно, так и в составе ГПС; при этом все функции, связанные с изготовлением изделия, должны осуществляться автоматически.

В общем случае средства автоматизации ГПМ включают в себя: накопители заготовок, режущего и мерительного инструмента; технологической оснастки; приспособления-спутники; устройство загрузки-выгрузки обрабатываемых изделий; устройство замены технологической оснастки; устройство удаления отходов; устройство автоматизированного контроля; устройство диагностирования технического состояния оборудования и инструмента; системы автоматической переналадки; устройства обеспечения точности обработки; устройства. Стабилизации технологического процесса и др. Каждая конкретная ГПС оснащается только теми из указанных устройств, которые необходимы для ее работы. Структурная схема ГПМ представлена на рис. 2.

Совокупность единицы технологического оборудования, промышленных роботов (ПР) и средств оснащения, функционирующая автономно и осуществляющая многократные рабочие циклы, называется роботизированным технологическим комплексом (РТК).

Характерной особенностью ГПМ является возможность их встраивания в ГАЛ или ГАУ.

ГАЛ это ГПС, состоящая из ГПМ, РТК или другого технологического оборудования, объединенного автоматизированной системой управлении (АЗУ).

Особенностью ГАЛ является расположение технологического оборудования в соответствии с принятой последовательностью технологических операций. На ГАЛ в отличие от традиционных автоматических линий можно обрабатывать детали заранее неизвестных конструкций, которые по технологии обработки аналогичны ранее изготовлявшимся деталям; при этом обрабатываемые заготовки перемещаются в транспортной системе только по заранее определенным маршрутам. Гибкость производства в ГАЛ реализуется применением станков о ЧПУ, сменой (на станках) отдельных агрегатов, узлов и многошпиндельных головок.

ГАУ это ГПС, состоящая из ГПМ, РТК или другого технологического оборудования, объединенных АСУ, в которой в отличие от ГАЛ предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования, что обеспечивает оптимальную загрузку последнего и позволяет изготавливать детали в комплекте, необходимом для сборки изделия.

В состав ГАУ может входить автономно функционирующее технологическое оборудование, не связанное общей транспортной системой с остальным оборудованием; возможно также выполнение отдельных ручных операций, например, загрузки-разгрузки обрабатываемых деталей на приспособлениях-спутниках.

ГАЦ это ГПС, представляющая собой совокупность ГАЛ и (или) ГАУ, предназначенных для изготовления изделий заданной номенклатуры.

ГАЗ представляет собой ГПС, состоящую из ГАЦ и обеспечивающую выпуск готовых изделий в соответствии с планом основного производства. В состав ГАЗ могут входить и неавтоматизированные участки и цехи.

1.2.4 Промышленные роботы

Прогрессивная область техники — робототехника. Она решает задачи создания отдельных промышленных роботов и роботизированных объектов и процессов. Промышленные роботы первого поколения (автоматические манипуляторы) работают по заданной «жесткой» программе. Промышленные роботы второго поколения оснащены системами адаптивного управления, представленные различными сенсорными устройствами (техническое зрение, очувствленные схваты и т. д.) и программами обработки сенсорной информации. Роботы третьего поколения позволяют выполнять самые сложные функции при замене в производстве человека, поскольку они обладают искусственным интеллектом.

Роботы-манипуляторы имеют механическую «руку», управляемую с пульта управления, и систему рычагов и двигателей, приводящих ее в действие. Наибольшее распространение получили манипуляторы с дистанционным управлением и механической «рукой» на подвижном или неподвижном основании.

Промышленные роботы имеют перед человеком преимущество в скорости и точности выполнения однообразных операций, манипулятор может осуществлять такие движения, которые человек не может выполнить физически.

Роботы-автоматы кроме «рук» имеют «электронный мозг» — миниатюрную специализированную электронно-вычислительную машину, которая управляет роботом по заданной программе с учетом изменения окружающей обстановки.

Сегодня роботы успешно заменяют человека на химических предприятиях и в научных лабораториях, где приходится иметь дело с вредными химическими или радиоактивными веществами, на атомных электростанциях, в помещениях с повышенным уровнем радиации, для работы с раскаленными и тяжелыми заготовками, на морском дне при строительных работах и в других случаях.

Принципиальным отличием робототехники является ее широкая универсальность (многофункциональность) и гибкость (мобильность) при переходе на выполнение других, принципиально новых операций без дополнительных затрат.

В результате внедрения роботов меняется организация управления технологическими процессами, ликвидируются ручные операции, сокращаются межоперационные запасы предметов труда, повышается производительность труда и качество продукции.

В связи с разнообразием компонентов автоматизации необходимо ввести хотя бы грубую их классификацию. Можно, разделить все компоненты на четыре класса: датчики, анализаторы, исполнительные механизмы и приводы. Промышленные роботы являются частью автоматизированной системы. Промышленный робот сам по себе является системой, включающей компоненты всех четырех основных классов: анализаторы, автоматизированная подача изделий, сборочные установки.

Промышленные роботы, впервые появившиеся в 1962 году. Массовое распространение связано с развитием микроэлектроники.

1.3 Характеристика типов организации производства

Тип производства — совокупность организационно-технических, и экономических характеристик и особенностей сочетания факторов и элементов организации производства, обусловленных номенклатурой, масштабом и регулярностью выпуска продукции. В свою очередь, номенклатура и масштаб (программа) выпускаемой продукции определяют уровни концентрации, специализации, кооперирования и комбинирования производства.

В зависимости от сочетания перечисленных форм организации производства и его элементов бывают следующие типы производства: единичное, серийное (мелкосерийное, среднесерийное, крупносерийное) и массовое производство. Каждый тип производства характеризуется определенной загрузкой рабочих мест, квалификацией рабочих, оснащенностью технологии и т. д.

В условиях единичного (индивидуального) производства рабочие места не имеют закрепленных за ними операций и загружаются различными операциями через неопределенные промежутки времени без какого-либо определенного чередования. Специализация рабочих мест отсутствует, поэтому рабочие места группируются по технологической однородности; для работы применяется универсальное оборудование; требуются исполнители высокой квалификации; большой расход фонда заработной платы. Применяется, когда предприятие или его подразделение выпускает широкую номенклатуру изделий небольшими партиями, вплоть до единичного образца. Длительность производственного процесса самая большая из всех типов производств, предприятию, работающему по единичному типу важно иметь весь комплекс заготовительных цехов. Единичный тип является наименее эффективным, но самым старым по историческому развитию.

В серийных процессах рабочие места загружаются несколькими закрепленными за ними операциями, которые выполняются в определенной последовательности. Используется либо прерывная, либо непрерывная форма движения предмета труда по системе рабочих мест. Применяется, когда предприятие выпускает небольшую номенклатуру изделий, изготовляемых большими сериями или партиями. Партии изделий периодически повторяются. Характеризуется специализацией рабочих мест, что позволяет применять наряду с универсальным оборудованием специализированной оснастки. Появляется возможность использовать специалистов с более узкой специализацией и низкой квалификацией. Процент зарплаты по сравнению с единичным типом уменьшается. Длительность производственного цикла сокращается.

Применение серийного типа производства позволяет применять поточные линии.

Мелкосерийный - за рабочим местом закрепляется 10-15 операций. Рабочие места размещаются группами по технологической последовательности. Движение деталей - прерывное.

Среднесерийный - за рабочим местом закрепляется 6-10 операций. Рабочие места располагаются в технологической последовательности. Применяются как прерывное, так и непрерывное движение предмета труда.

Крупносерийное производство - за каждым рабочим местом закрепляется не более 5 операций. Рабочие места располагаются по технологической последовательности. применяется непрерывное движение предмета труда. Легко внедряются поточные линии.

В массовом производстве рабочие места загружены выполнением одной и той же операции над одними и теми же деталями. за каждым рабочим местом закрепляется одна ритмично повторяющаяся операция и используется непрерывное движение предмета труда по рабочим местам.

Тип производства определяет метод его организации. Различают поточный, партионный и единичный методы организации производства. Поточный метод организации производства — метод, основанный на ритмичной повторяемости согласованных во времени и пространстве основных, вспомогательных и обслуживающих производственных операций, выполняемых на специализированных рабочих местах, расположенных по ходу технологического процесса. Поточный метод организации производства характерен для массового и крупносерийного типов производства. Партионный метод организации производства — метод, при котором периодически изготавливается относительно ограниченная номенклатура продукции в количествах, определяемых партиями их выпуска и запуска. Партионный метод характерен для серийного типа производства Единичный метод организации производства — метод, при котором изготавливается широкая номенклатура продукции в единичных экземплярах.

Факторы, влияющие на выбор метода организации производства: 1) номенклатура выпускаемой продукции; 2) масштаб (годовая программа) выпускаемой продукции; 3) периодичность выпуска; 4) трудоемкость продукции; 5) характер технологии производства.

Особенности типов производства

Элементы производственного процесса	Единичное производство	Массовое производство
1. Объем конечной продукции, выпускаемой за год, шт.	1-2	1000 и более
2. Уровень технологической и функциональной специализации	низкий	высокий
3. Число деталеопераций, выполняемых на одном рабочем месте за месяц	свыше 40	1
4. Уровень межпроектной и внутривидовой унификации изделия и его элементов	высокий	низкий
5. Технологический процесс изготовления	Маршрутная технология	Пооперационная
6. Технологическое оборудование	Универсальное	Специальное
7. Режущий и мерительный инструмент	Универсальный	Специальный
8. Рабочие	Высокой квалификации	Низкой квалификации
9. Коэффициент использования металлов	0,40-0,60	0,80-0,95
10. Уровень автоматизации производства	0,30-0,50	0,90-0,99
11. Трудоемкость и себестоимость изготовления единицы продукции	Высокая	Низкая
12. Качество продукции	Удовлетворительное	Хорошее

Показатели серийного производства находятся в диапазоне между показателями единичного и массового производства.

1.4 Концентрация производства

Концентрация производства — сосредоточение производства одного или нескольких аналогичных видов продукции или услуг в крупных организациях, в пределах небольшого региона. Ключевым словом в определении понятия "концентрация" является размер организации, который чаще всего характеризуется объемом продаж, численностью работающих, стоимостью основных фондов.

Отраслевые особенности не позволяют установить единые для всех отраслей оптимальные размеры производств и предприятий. Так, в отраслях добывающей промышленности на величину оптимальных размеров производств существенное влияние оказывают природные условия и объем добычи полезных ископаемых. Исходя из запасов полезного ископаемого в месторождении, сроков службы поверхностных и подземных сооружений (карьеров, шахт и др.), объема потребления определяются размеры предприятий. В отраслях обрабатывающей промышленности с непрерывным процессом производства (металлургия, химия, электроэнергетика, цементная, сахарная промышленность и др.) оптимальные мощности определяются единичными мощностями современных агрегатов — от самых мелких до крупных и крупнейших, сооружаемых, как правило, в комплексе с другими агрегатами и обслуживающими хозяйствами. Оптимальные мощности отдельных цехов определяются исходя из единичных мощностей установленных агрегатов, а общая мощность предприятий — исходя из возможностей выпуска готовой продукции. В отраслях обрабатывающей промышленности с дискретным (прерывным) производством (машиностроение, деревообрабатывающая, обувная, текстильная промышленность) оптимальные размеры производства рассчитываются исходя из рационального набора различных станков и оборудования, поточных и автоматических линий, обслуживающих хозяйств и других подразделений, необходимых для обеспечения выпуска продукции при минимальных затратах трудовых ресурсов.

Концентрация производства осуществляется в трех основных формах:

- концентрация специализированного производства;

- концентрация комбинированных производств;

- увеличение размеров универсальных предприятий.

Наиболее эффективна первая форма, обеспечивающая сосредоточение однородного производства на крупных предприятиях, что позволяет применять высокопроизводительные специализированные машины, автоматизированные и поточные линии, современные методы организации производства. Высокоэффективна также и вторая форма концентрации, которая обеспечивает последовательность выполнения технологических процессов, комплексную пере работку сырья, использование побочных продуктов и отходов, сокращение выбросов вредных веществ в окружающую среду. Менее эффективна третья форма, при которой осуществляется концентрация производств, не связанных между собой ни однородностью и последовательностью технологических процессов, ни комплексной переработкой сырья. Предприятия универсального типа объединяют разнородные автономные и малосвязанные между собой производства. В объединениях и на предприятиях третьей формы концентрации сочетаются сравнительно крупные производства в одних цехах (основных) и мелкие в других (вспомогательных). Не достаточный уровень специализации, различные размеры сочетаемых производств и разнородность продукции, а также усложнение управления и организации ремонтных работ не позволяют достигнуть должной эффективности производства.

Концентрация производства и ее отдельные формы развиваются на основе влияния двух главных факторов: 1) роста потребности в определенных видах продукции; 2) научно-технического прогресса в данной отрасли, позволяющего повышать качество выпускаемой продукции и снижать цену. Переконцентрация усложняет управление, поэтому она тоже нежелательна.

Концентрация путем увеличения размеров предприятий, осуществляемая в промышленности, связана с повышением единичных мощностей машин и оборудования, а также размеров сооружений, увеличением количества одинаковых машин и оборудования, а также их сочетанием. В электроэнергетике, черной и цветной металлургии, цементной, некоторых производствах химической и других отраслей промышленности концентрация производства осуществляется на основе роста единичных мощностей основных агрегатов и сооружений. Рост единичной мощности ведет к снижению ее удельной стоимости и себестоимости выпускаемой с ее помощью продукции. В машиностроении, легкой, пищевой и некоторых других отраслях технологические особенности исключают возмож­ность использования машин и агрегатов особо большой мощности Крупное производство в этих отраслях отличается не единичной мощностью агрегатов, а числом единиц машин и оборудования, рациональной организацией производства и управления.

Создание высокопроизводительных автоматических и роторных линий, гибких автоматизированных систем, обрабатывающих центров является, в сущности, третьим способом концентрации — совместным действием укрупнения и увеличения их количества на одном предприятии.

Удельные расходы по управлению на крупных предприятиях меньше, чем на более мелких, так как они увеличиваются непропорционально росту масштабов производства. В условиях крупного предприятия экономически оправдывается создание специализированных функциональных отделов и лабораторий, обеспечивающих создание конкурентоспособных объектов. Концентрация производства позволяет использовать высококвалифицированные кадры и автоматизированные производства, современные информационные технологии и ресурсы. Однако дальнейшая концентрация усложняет управление. Поэтому в каждой отрасли свои оптимальные уровни концентрации производства.

1.5 Специализация и кооперирование производства

Специализация — разделение труда по его отдельным видам, формам; сосредоточение деятельности на относительно узких, специальных направлениях, отдельных технологических операциях или видах выпускаемой продукции. Специализация представляет собой диалектическое единство двух противоположных процессов: дифференциации как разделения труда и концентрации как объединения однородных операций или продукции.

Специализация производства в промышленности осуществляется в трех основных формах, предметной, подетальной и технологической.

Предметная специализация означает сосредоточение производства определенных видов продукции конечного потребления Объектом такой специализации может быть станкоинструментальный или автомобильный завод, швейная фабрика, выпускающие определенные виды продукции.

Подетальная специализация — сосредоточение производства определенных деталей и агрегатов, заготовок и полуфабрикатов, а также выполнение отдельных технологических процессов. В отдельных отраслях она может иметь конкретные разновидности, например, в машиностроении — подетальную, агрегатную, узловую. Пример подетальной специализации — шарикоподшипниковый завод, завод поршней и т.д.

Технологическая специализация (или стадийная) — превращение отдельных фаз производства или операции в самостоятельные производства, например, литейный завод, прядильная фабрика, изготовляющая пряжу для ткацких фабрик, отделочная фабрика и т.п.

Следует еще выделить специализацию вспомогательных производств и специализацию межотраслевых производств. Примером специализации вспомогательных производств являются ремонтные заводы, примером специализации межотраслевых производств — предприятия по выпуску продукции общемашиностроительною назначения (коленчатые валы, редукторы, зубчатые колеса и т. п.)

В соответствии с законом возвышающихся потребностей и развитием инновационной деятельности постоянно появляются новые потребности и новые товары. Поэтому постоянно возникают новые виды производств, которые выделяются в самостоятельные участки и производственные единицы. Вместе с тем при разработке проектно-технической документации на строительство новых и реконструкцию действующих предприятий недостаточное внимание уделяется созданию высокоспециализированных производств, не обеспечивается опережающее развитие специализированного производства стандартных и унифицированных деталей и узлов отраслевого применения. В результате специализации возникает противоречие между увеличением и обновлением номенклатуры продукции, с одной стороны, и медленным ростом числа подетально и технологически специализированных предприятий — с другой. Например, машиностроение уже выпускает сотни тысяч различных машин, приборов и т. п. К тому же число деталей в машинах с каждым годом растет. Преодолеть это противоречие должна подетальная специализация на основе унификации изделий, их частей и расширения применяемости одинаковых деталей в самых различных изделиях, а в условиях становления рыночной экономики — развитие малых предприятий, выполняющих эти работы.

Научно-технический прогресс характеризуется, с одной стороны, увеличением и частой сменой номенклатуры производимой продукции, а с другой — повышением уровня специализации, механизации и автоматизации производства в целях получения более дешевой продукции в короткие сроки. Это противоречие может быть разрешено на основе организации массового и крупномасштабною производства однотипных изделий или полуфабрикатов, которое непосредственно связано со стандартизацией и унификацией.

Развитие специализации производства и управления может происходить только на основе развития внутри- и межпроизводственного кооперирования. Кооперирование — это установление и использование сравнительно длительных производственных и управленческих связей между предприятиями, организациями и другими структурами, каждая из которых специализируется на производстве отдельных составных частей целого или на выполнении отдельного вида работ (услуг). Кооперирование может осуществляться как на "входе" структуры, так и на ее "выходе".

1.6 Комбинирование производства

Предпосылками развития комбинирования в промышленности являются, специализация производства и его концентрация, высокий уровень развития науки и техники. Как правило, входящие в состав комбинатов производства — это крупные специализированные организации. Развитие научно-технического прогресса делает технически возможным и экономически выгодным использование большого объема отходов производства, более полное извлечение из продуктов их полезных веществ, тем самым создавая возможности для дальнейшего развития комбинированных производств на основе комплексного использования сырья и отходов производства.

Комбинирование производства — одна из форм организации про­изводства, основанная на соединении разных отраслей производства в одной крупной организации с целью упрощения межпроизводственных связей по технологической цепочке. Например, концерны, комбинаты по производству конечного продукта — сортового проката, в которые входят производства по добыче и обращению руды, выплавке чугуна и стали, изготовлению проката Основными признаками комбинирования являются.

- техническая возможность объединения разнородных производств в единую технологическую цепочку;

- пропорциональность производств по производительности (мощности);

- территориальное единство объединяемых производств,

- организационно-экономическая целесообразность объединения производств,

- наличие качественных коммуникации между разными производствами, современных вспомогательных и обслуживающих производств.

Комбинирование производства позволяет: 1) комплексно использовать (перерабатывать) отходы производства; 2) извлекать из сырья максимально возможное количество полезных веществ (компонентов); 3) иметь высокий научно-технический и кадровый потенциал; 4) маневрировать ресурсами в рамках объединения; 5) эффективно использовать ресурсы, 6) выпускать конкурентоспособную продукцию

2. Производственный процесс

Основой любого производства является производственный процесс.

Производственным процессом называется совокупность технологических операций по изготовлению продукции и разнообразных вспомогательных и обслуживающих процессов, обеспечивающих нормальную работу основных подразделений. Производственный процесс заканчивается на стыке производств и потребления, после чего происходит расходование произведенной продукции.

В зависимости от вида и назначения продукции различают производственные процессы основные, вспомогательные и обслуживающие.

Основной производственный процесс связан с изменением свойств, форм и размеров предметов труда, в результате которого продукт труда превращается в готовую продукцию.

Вспомогательные производственные процессы связаны с изготовлением продукции и услуг, необходимых основному производству. К ним относятся изготовление инструментов, запасных частей, ремонт оборудования. Продукция вспомогательного производства потребляется внутри предприятия.

Назначение обслуживающих производств состоит в обеспечении бесперебойной работы всех подразделений предприятия. К ним относятся транспортировка, складирование, хранение материально-технических ресурсов, снабжений подразделений предприятия энергией и т.п.

По характеру протекания производственные процессы бывают простые, синтетические и аналитические.

В простых производственных процессах в результате переработки сырья и материалов получают готовую продукцию (производство кирпича).

В аналитических процессах в результате переработки сырья на нескольких стадиях образуется готовая продукция (производство чугуна).

Синтетические процессы представляют собой процессы, в которых в результате последовательной переработки сырья получают различные виды готовой продукции (переработка нефти).

По стадиям изготовления производственные процессы бывают заготовительные, обрабатывающие и выпускающие (сборочные), регулировочно-настроечные.

Заготовительные производственные процессы превращают сырье и материалы в заготовки.

Обрабатывающими являются процессы, в ходе которых заготовки превращаются в готовые детали.

Выпускающие производственные процессы служат для изготовления готовой продукции, сборки узлов, машин, обработки готовых изделий.

Регулировочно-настроечные производственные процессы предназначены для получения заданных технических параметров производимой продукции.

В зависимости от периодичности управления и длительности производственного цикла производственные процессы классифицируют на периодические (перерывы не влияют на нормальный ход работы) и непрерывные (перерывы приводят к ухудшению качества продукции, состояния оборудования или нарушению технологического процесса).

В зависимости от технической оснащенности производственные процессы делятся на виды.

Ручные, выполняемые без помощи машин (ручная окраска поверхностей).

Ручные механизированные, характеризуются заменой ручного труда машинами на выполнении отдельных операций, машинные, в которых операции выполняются рабочим органом машины (обработка деталей на станке).

Комплексно-механизированные процессы предполагают управление машинами и механизмами, обеспечивающих выполнение всех производственных операций без применения ручного труда.

Автоматизированные производственные процессы обеспечивают выполнение всех операций, включая управление машинами и механизмами без непосредственного участия рабочих.

Аппаратурные процессы протекают в специальных видах оборудования и не требуют труда рабочих при их выполнении.

По характеру и содержанию производственные процессы бывают механические (предмет труда изменяется в результате воздействия механических усилия) и физико-технические (изменение свойств и внутренней структуры предмета труда происходит под воздействием энергии).

В зависимости от территориального расположения средств производства, рабочих и характера передвижения предметов труда производственные процессы классифицируют на поточные (размещение средств производства и рабочих определяется процессом производства) и стационарные (прохождение предметов труда зависит от расположения средств производства).

Стационарное производство может быть фиксированным (позиционным), в котором ресурсы и комплектующие доставляются на одно рабочее место (строительство) и пооперационным, в которых производственные ресурсы группируются по признаку выполняемой работы (специализированные цеха).

Классификация производственных процессов необходима для анализа и разработки структуры предприятия, изыскания резервов повышения эффективности производства.

2.1 Основные понятия производственного процесса

Решающими критериями для оценки вновь созданной машины являются степень повышения производительности труда и степень облегчения и безопасности труда. Облегчение и безопасность труда при работе на станке или любой машине достигается механизацией и автоматизацией ручных операций.

Механизация производственного процесса - замена физического труда человека работой механизмов, получающих энергию от какого либо источника.

Комплексная механизация представляет собой высшую ступень механизации. Она состоит в применении систем машин, механизмов и других технических средств, увязанных между собой по производительности, обеспечивающих исполнение технических и других производственных операций по всему циклу производственного процесса без применения ручного труда, за исключением операций по управлению машинами и механизмами, их регулированию и наладке. Комплексная механизация создает условия для перехода к высшей ступени механизации — автоматизации и комплексной автоматизации производства.

Автоматизация производственного процесса - замена физического труда человека, затрачиваемого на управление механизмами и машинами, работой специальных устройств, обеспечивающих это управление (СУ)

Комплексная автоматизация процессов производства или Автоматизация управления — это автоматические системы машин, механизмов и средств автоматического контроля и управления операциями, которые обеспечивают выполнение производственного процесса по всему циклу без участия человека, с обеспечением заданной производительности и качественных параметров процесса. Функции человека при комплексной автоматизации сводятся к контролю за ходом процессов, работой оборудования и средств автоматизации.

Техническая система управления - совокупность технических средств, имеющих между собой электрические, пневматические, гидравлические или иные информационные связи, используемые для управления производственными или другими процессами.

Автоматизированная система управления производством или технологическим процессом - разновидность систем управления, включающая технические средства, которые обеспечивают замену физического и умственного труда человека, но требуют, однако, затрат труда для своего обслуживания и выполнения отдельных функций управления.

Автоматизация в машиностроении применяется главным образом в крупносерийном и массовом производстве. Она получила большое распространение в автомобильной и тракторной промышленности, в производстве сельскохозяйственных машин, электромоторов, подшипников, швейных машин, холодильников и т. д. В этих производствах имеется большое число автоматических линий и установок, выполняющих цикл операций одного технологического характера (изготовление шестерен, валиков и т. д. деталей, сборка отдельных комплектов и узлов), комплексно автоматизированы цехи и целые заводы.

Основное направление повышения производительности и безопасности труда в машиностроении при единичном и мелкосерийном производстве заключается в более широком применении станков с программным управлением. В этих видах производства рабочий большую часть времени занят чтением чертежа и выбором наилучшего способа обработки, особенно при точных и сложных работах. Принцип программного управления освобождает рабочего от этих операций, и выбор наилучшего режима работы станка производится до начала производственного процесса. Вся информация о форме и размерах детали, о способе обработки и последовательности операций сообщается не в виде чертежа рабочему, а передается с помощью перфорированной или магнитной ленты, карты и т. п. непосредственно в станок.

Программное управление широко применяется для нормализованных рабочих головок (узлов) в агрегатных переналаживаемых станках и даже для автоматизации обычных универсальных станков широкого профиля. При работе на станках с программным управлением рабочий производит установку и закрепление заготовки, осуществляет пуск станка и снимает обработанную деталь. Ему нет надобности находиться в опасной зоне станка. Установка, закрепление и снятие детали со станка производится при выключенных рабочих головках, которые отводятся на безопасное расстояние.

Другой вид оборудования металлообработки это станки и комплексы станков с программным управлением и автоматической сменой режущего инструмента, так называемые «обрабатывающие центры» и «машинные комплексы». Отличительными особенностями «обрабатывающих центров» являются автоматическая смена режущего инструмента и возможность выполнения в автоматическом цикле токарных, сверлильных, фрезерных и резьбонарезных операций в любом доступном для подвода режущего инструмента месте обрабатываемой детали. Эти станки имеют два и более столов, позволяющих совместить машинное время с вспомогательным временем, что дает возможность рабочему производить установку заготовки и снятие обработанной детали вне опасной зоны.

«Машинные комплексы» представляют собой соединение нескольких «обрабатывающих центров» в единую систему машин с помощью автоматических подъемно-транспортных устройств, работающих по соответствующим программам. Объем ручных операций при этом сводится к минимуму.

В общем комплексе задач по автоматизации технологических процессов большое значение имеют операции загрузки, закрепления и снятия деталей. Даже «машинные комплексы» не освобождают рабочего от тяжелого и изнурительного труда, связанного с разгрузочно-установочными операциями. Механизация загрузки и разгрузки превращает обычное неавтоматическое оборудование в автоматизированное и значительно сокращает долю ручного труда. Такие машины могут использоваться как самостоятельно, так и легко встраиваться в автоматические линии. Обычно механизмы загрузки и выгрузки сочетаются с зажимными приспособлениями машины, поэтому рабочий не входит в непосредственный контакт с опасной зоной.

Автоматическая система управления - разновидность систем управления, включающая технические средства, которые обеспечивают автоматический сбор, обработку информации, в том числе принятие решения и реализацию принятого решения. Затраты труда человека необходимы только для контроля функционирования и обслуживания системы. Автоматическая система управления состоит из управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой. Объектов и управляющих устройств в системе может быть несколько.

В процессе внедрения автоматическая система управления технологическим процессом обычно используется вначале как автоматизированная система, работающая в информационном режиме, а после накопления опыта, проверки надежности системы и т. п. переводится в автоматический режим.

Автоматические системы управления подразделяются на:

1. Непрерывные системы (аналоговые) - системы, в которых входные сигналы действуют непрерывно в течение всего времени работы системы;

2. Дискретные системы (импульсные) - с прерывистым воздействием сигнала на входе.

2.2 Автоматизация управлением производства

Научно-технический прогресс приводит к росту скорости производства. А также он создает предпосылки для повышения качества управления за счет использования вычислительной техники, математических методов, теории управления и автоматизации управления. Все это концентрируется, находит конкретную реализацию в автоматизированных системах управления (АСУ).

Управление в простейшей форме заключается в сборе информации (данных о ходе технологического процесса), ее переработке и выводе управляющей информации для изменения хода процесса. Этот цикл происходит периодически или непрерывно и может осуществляться с помощью автоматизированной системы управления, которая выполняет все или некоторые из перечисленных операций.

Выбор оптимального хода технологического процесса обеспечивается АСУ ТП. Обратная связь проявляется в том, что изменения состояния процесса, возникшие в результате управляющих воздействий со стороны АСУ ТП и внешних случайных воздействий, в виде данных о ходе процесса снова поступают в АСУ ТП.

Данные о состоянии производства и аварийные сигналы применяются при оперативном управлении и частично накапливаются для статистических расчетов и анализа. Значительная часть этих данных может собираться в виде отклонений от плана, нормы, задания. Данные оперативного учета используются также при оперативном планировании.

Качество управления определяется тремя основными факторами: выбором эффективного решения, своевременностью его принятия и возможностью реализации этого решения.

Основным путем повышения качества управления является автоматизация управления производством, при которой перечисленные задачи решаются средствами вычислительной техники.

Сложность управления технологическим процессом определяется суммарными потоками информации, которые выявляются в процессе тщательного изучения и анализа, сложностью их обработки и использования результатов. Эти потоки определяют число датчиков, устанавливаемых в АСУ ТП, и устройств вывода информации, алгоритмы обработки информации, объемы памяти ЭВМ.

В автоматизированной системе управления сбор, переработка и вывод информации осуществляются автоматически или автоматизировано. При обработке информации для анализа обстановки, кроме текущих данных о состоянии производственного процесса, используют также нормативные данные, плановые данные и математическое описание (модель) производства.

Управление с автоматическими органами управления образует автоматическую систему с замкнутой цепью воздействий (с обратной связью). Разработка и внедрение такой системы возможны лишь при наличии большого опыта эксплуатации разомкнутых систем с непосредственным управлением человеком или группой людей, которые принимают решение на основании своего опыта и знания производства.

Уровни автоматизации управления обычно совпадают с принятыми уровнями управления.

На предприятиях ряда отраслей промышленности различают три уровня в общей схеме автоматизированного управления предприятием:

- автоматизация управления технологическими процессами (нижняя ступень);

- автоматизация управления на уровне производств (средняя ступень);

- автоматизация управления на уровне предприятия (верхняя ступень).

На нижней ступени решаются технические задачи: соблюдение технологических режимов, правил эксплуатации оборудования и техники безопасности. На этой ступени применяют локальные системы стабилизации и регулирования параметров, поисковую автоматику, некоторые элементы вычислительной техники, а также автоматическую сигнализацию, блокировку, регистрацию и т. п.

На средней ступени определяется экономически обоснованное распределение нагрузок между цехами и агрегатами, оптимальный режим технологического процесса, а также вырабатываются и передаются команды управления системам автоматизации нижней ступени. Для этого используют системы централизованного сбора информации и программы для анализа деятельности производства.

На верхней ступени решаются технические и в основном экономические задачи. Планируется производство отдельных цехов и участков, выполняются учетные работы, осуществляется управление транспортом, складами, энергоресурсами, определяются показатели для оперативного управления, которые передаются в соответствующие системы автоматизации средней ступени.

Решение вопросов автоматизации на уровне всех трех ступеней является, по существу, решением вопросов комплексной автоматизации производств.

Обычно АСУ ТП находится на нижней ступени автоматизации, однако может в зависимости от обстоятельств охватывать среднюю и высшую ступени управления, но не подменяя АСУ П.

Также следует отметить следующие принципы автоматизации производства.

Принцип автоматизации производства предполагает производство законченного изделия с полным контролем качества и гарантией бездефектности. При автономном контроле качества продукции на рабочем месте монтируются специальные устройства, которые осуществляют непрерывный контроль качества выпускаемых изделий, предупреждают массовое появление брака, сигнализируют о дефектах или выходе из строя оборудования и снабжены механизмами выключения производственных линий.

Принцип автоматизации документооборота означает, что надо автоматизировать не только те или иные расчеты, но и оформление выходных документов, сбор исходных данных и в определенной мере передачу их и управляющих воздействий.

Принцип автоматизации проектирования имеет целью повысить эффективность самого процесса проектирования и создания АИС на всех уровнях, обеспечивая при этом сокращение временных, трудовых и стоимостных затрат за счет внедрения индустриальных методов. Современный уровень разработки и внедрения систем позволяет широко использовать типизацию проектных решений, унификацию методов и средств при подготовке проектных материалов, стандартизацию подходов при проектировании отдельных элементов систем и подсистем, методы автоматизации ведения проектных работ с использованием персональных ЭВМ и организованных на их базе автоматизированных рабочих мест проектировщика.

Принцип автоматизации документооборота предусматривает непосредственный и одноразовый ввод первичных нормативов и сведении без их укрупнения (агрегирования), совмещение подготовки и ввода в АСУ исходных данных с подготовкой первичного документа.

Принцип автоматизации информационных потоков и документооборота предусматривает комплексное использование технических средств на всех стадиях прохождения информации от момента ее регистрации до получения результатных показателей и формирования управленческих решений.

Принцип автоматизации процессов управления способствует достижению органической связи между организацией и техникой управления на основе комплексного централизованного обеспечения всех подразделений предприятия необходимой информацией и средствами ее использования на местах для принятия решения. Этот принцип обеспечивает реальное сокращение численности работников и упрощение системы управления.

Принцип автоматизации технологических процессов обеспечивает интенсификацию технологии и эффективность производства в целом.

3. Технологии автоматизированных машиностроительных производств

3.1 Технологический процесс производства

Рассматривая технологическую подготовку производства в направлении сокращения трудоемкости и продолжительности ускорения, следует обратиться к технологической унификации и стандартизации. К основным ее направлениям относятся: типизация и нормализация технологических процессов; унификация технологической документации; групповые методы обработки деталей; унификация оборудования и технологической оснастки.

При проектировании ТП с использованием технологических процессов деталей-аналогов выполняются три этапа: - разработка информационной базы по ранее разработанным технологическим процессам, описание деталей - аналогов с помощью конструктивно-технологических признаков и ТП их изготовления; - поиск детали-аналога и типового ТП; - редактирование выбранного ТП детали-аналога с учетом особенностей рассматриваемой детали.

В практике автоматизированного проектирования ТП широко используются методы унификации, Унифицированные ТП отражают общие элементы ТП - структурные и параметрические широкого класса деталей и поверхностей, широко используются в практике автоматизированного проектирования в силу следующих преимуществ: - отражают многолетний опыт проектирования в технологических подразделениях завода, что повышает качество проектирования; - снижается трудоемкость проектирования за счет снижения объема принимаемых технологических решений; - повышается эффективность использования технологического оборудования и оснастки. Унифицированные ТП подразделяются на типовые и групповые.

Под типизацией технологических процессов (ТТП) понимается система их рациональной разработки, основанной на со здании групп конструктивно-технологически подобных деталей или сборочных единиц. Идея типизации принадлежит проф. А.П. Соколовскому.

Типовой ТП характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций для изделий, обладающих общими конструктивными признаками – служебным назначением, геометрической структурой, поверхностями детали, требованиями к качеству, а также серийностью и уровнем автоматизации производства. Общими конструктивными признаками деталей заданного класса обладает деталь представитель, для которой разрабатывается типовой ТП.

Групповые ТП характеризуются в первую очередь общностью содержания технологических операций с точки зрения использования оборудования и оснастки. Групповой метод проектирования – метод унификации технологии производства, при котором для групп однородной по технологическим и конструктивным признакам продукции устанавливаются однотипные высокопроизводительные методы обработки с использованием однородных и быстропереналаживаемых орудий производства, при этом обеспечивается экономическая эффективность производства, необходимая быстрота его подготовки и переналадки. В основе групповой технологии лежит групповая технологическая операция. Групповой технологической операцией называется такая операция, которая является общей для группы различных деталей с определенной групповой оснасткой на данном оборудовании. Деталь, которая обладает общими конструктивными элементами, обрабатываемыми на данной технологической системе (оборудование и оснастка), называется комплексной. Примерами групповых операций являются операции токарно-винторезные, револьверные с ЧПУ, вертикально-фрезерные, кругло-шлифовальные и др. Групповым технологическим процессом называется совокупность групповых операций, обеспечивающих обработку различных деталей группы (или нескольких групп) по общим технологическим маршрутам. Основное отличие типового от группового ТП заключается в том, что признаки группирования деталей осуществляются при типизации в первую очередь конструкторские, а при группировании – технологические. Особенность проектирования на основе типизации заключается в редактировании типового ТП – путем удаления «лишних» операций и переходов на основе сопоставления обрабатываемых поверхностей проектируемой детали и детали-представителя. Сфера применения типизации – серийное и крупносерийное производство, для которого характерна небольшая номенк-латура изготавливаемых изделий, приходящихся на одно рабочее место. При этом имеется возможность разработки конструкции детали-представителя и типового ТП. Для деталей, конструктивные особенности которых сильно влияют на выбор единых технологических баз и баз на первых операциях (например, корпусные детали), типизация ограничена. Особенность проектирования ТП на основе группирования заключается в том, что проектирование ТП выполняется одновременно для нескольких деталей (например, деталей производственной программы), обрабатываемые поверхности группируются по технологическим признакам, то есть объединяются в групповые операции. При этом объединение осуществляется по критерию наилучшего использования оборудования и оснастки. Сфера применения методов группирования при проектировании ТП – мелкосерийное и серийное производство. Несмотря на большую номенклатуру изготавливаемых деталей, что характерно для мелкосерийного производства, многие детали неразличимы по технологическим признакам, искусственно повышается серийность производства.

Работы по ТТП осуществляются в два этапа.

Типизация базируется на классификации деталей, т. е. их разделении на классы. Например: класс – Валы (В). Сюда входят валы, валики, оси, штоки, пальцы, цапфы и др.; класс – Втулки (А). К нему относятся втулки, вкладыши, гильзы и др.; и другие классы. Детали каждого класса разбиваются на группы, группы на подгруппы, подгруппы на типы. В результате чего получается совокупность деталей, всё более схожих по технологическим признакам.

В один тип объединяются детали, при обработке которых применяется одинаковый маршрут выполнения операций, одинаковое оборудование и технологическая оснастка. На представителя деталей данного типа разрабатывается технологический процесс, который будет являться типовым технологическим процессом и по нему будут обрабатываться все детали данного типа.

Если технологи какого-либо предприятия имеют типовые технологические процессы, то они могут:

– после определения, к какому классификационному типу относится данная деталь, применить для неё соответствующий типовой технологический процесс, если позволяет оборудование данного предприятия;

– использовать типовой технологический процесс (заимствовать режимы резания, инструмент, приспособления) для разработки нужного, чем достигается экономия времени и повышается качество разработки. Наибольшее распространение ТТП получила при разработке технологических процессов механообработки. ТТП обеспечивает: упорядочение существующей технологии; внедрение прогрессивных методов обработки и сборки; использование высокопроизводительной, быстропереналаживаемой оснастки и оборудования; использование принципов поточного производства в организации производственных процессов серийного и мелкосерийного производств; внедрение гибкого автоматизированного производства; значительное снижение трудоемкости разработки технологических процессов, а вместе с тем и сокращение сроков ТТП.

Первый этап - классификация деталей в группы конструктивно-технологического подобия и выбор типового представителя каждой группы. Подбор деталей в такие группы осуществляется по следующим признакам: близкие по конструктивному оформлению при одинаковых требованиях к точности и чистоте обработки поверхностей, одинаковой последовательности операций, однотипном использовании оборудования и оснастки.

Формирование таких групп, как правило, осуществляется на основе разработанного конструктивно-технологического классификатора деталей, при котором детали предварительно группируются в классы по признаку служебного назначения, классы делятся на подклассы по конструктивным формам деталей, что обусловливает подобие их технологических маршрутов и идентичность применяемой оснастки. Дальнейшее разделение на группы (по признаку общности мате­риала) обеспечивает унификацию технологического маршру­та их обработки. И, наконец, все детали группируются по ти­пам в соответствии с требованиями точности их обработки. Из каждой типовой группы деталей выбирается конкретная деталь, имеющая наибольшее число обрабатываемых поверхностей и наибольшую трудоемкость изготовления. Эта деталь принимается в качестве базовой для разработки технологии.

Второй этап - разработка технологического процесса на базовую деталь, который утверждается как типовой для данной группы. Кроме необходимых сведений для изготовления базовой детали ТТП содержит указание о методах обработки всех деталей данной группы в виде полного перечня и последовательности операций и переходов обработки деталей данного типа. ТТП сборки осуществляется с помощью типовых технологических схем, определяющих структуру технологического процесса в виде перечня типовых операций и последовательности их выполнения. Нормализация технологических процессов (НТП) дополняет ТТП. В распоряжении технологов имеются технологические нормали на используемые исходные материалы (сплавы, марки, профили и др.), режимы и методы обработки (плавки, заливки, нагрева под ковку, штамповку, термообработку), геометричес­кие элементы конструкций (радиусы закруглений, углы и др.), припуски, допуски, уклоны на штамповке и др.

На заводах серийного производства применяются групповые технологические про­цессы (ГТП). ГТП – это технологический процесс изготовления группы деталей с различными конструктивными, но общими технологическими признаками. Групповые методы обработки деталей аналогично ТТП базируются на классификации деталей по группам по тем же признакам конструктивно-технологического подобия. Однако групповой технологический процесс разрабатывается не на конкретную базовую деталь, а на комплексную деталь, которая включает в себя все элементарные поверхности деталей, входящих в группу. Обработка данной группы деталей осуществляется с помощью групповой оснастки станка, настроенной на изготовление комплексной детали.

Комплексная деталь объединяет мелкие партии деталей, каждую из которых нерационально обрабатывать на поточных линиях. Но после их объединения в комплексную деталь возможна организация переменно-поточных линий, позволяющих обрабатывать детали мелкими партиями, применяя режимы обработки для поверхностей фактической детали, соответствующим аналогичным поверхностям комплексной детали

Унификация технологической документации приводит к сокращению общего количества документов, облегчению труда технологов при подготовке производств и внесении изменений в действующие процессы. К числу основных унифицированных документов, используемых при разработке ТТП, относятся карты типовых представителей, операционные технологические карты, сводные карты ТТП, операционные карты групповой обработки, сводные карты групповых процессов.

Унификация оборудования и технологической оснастки позволяет использовать ее при смене объектов производства, повысить коэффициент загрузки оснастки и ее эффективность, предоставляя возможность вести обработку деталей большими партиями. Стандартизация оснастки существенно уменьшает затраты времени и средств на ее проектирование, сокращает цикл ее изготовления, является предпосылкой специализации производства, что приводит к сокращению затрат на оснащение.

Рассмотрев варианты технологических процессов, обеспечивающих примерно одинаковое качество изделий, соответствующее требованиям технического задания, технолог обязан выбрать наиболее экономичный из вариантов и детально его разработать.

Технологический процесс изготовления изделия (детали, узла) представляет собой строго определенную совокупность выполняемых в заданной последовательности технологических операций. Эти операции меняют форму, размер и другие свойства детали (изделия, узла), а также ее состояние или взаимное расположение отдельных элементов. Одна и та же операция может производиться многими способами, на различном оборудовании.

Автоматизированное проектирование технологических процессов проводят на основе типовых и групповых технологических процессов, индивидуальных технологических процессов и операций-аналогов, а также индивидуального проектирования.

Технологический процесс автоматизированного производства значительно отличается от процессов единичного, серийного и даже поточно-массового производства. Далеко не всякий производственный процесс одинаково легко поддается автоматизации.

Технологические процессы автоматизированного производства проектируют так, чтобы заданная точность изделий обеспечивалась по возможности редким вмешательством обслуживающего персонала для выполнения поднастроек и регулировок технологической системы. Возможность получения заданной точности подтверждается расчетами. Для повышения надежности технологического процесса изготовления изделий целесообразно введение запаса точности.

Особенностью технологических процессов автоматизированного производства является их интенсификация путем концентрации операций и переходов, применения новых высокопроизводительных методов обработки, максимальной автоматизации управления процессом механической обработки.

Непрерывность технологического процесса автоматизированного производства требует разработки соответствующей технологии контроля, обеспечивающей непрерывный прием продукции.

Широкое использование метода совмещения операций является важнейшей особенностью технологических процессов автоматизированного производства, основой построения всех многопозиционных машин и автоматических линий.

Дифференциация и концентрация операций являются основным принципом построения технологических процессов автоматизированного производства.

Новая технология автоматизированного производства, в противоположность тенденции к дроблению производственного процесса, должна предусматривать в рациональных пределах его синтез, объединение, усиление взаимозависимости. В технологическом процессе автоматизированного производства стремятся к укрупнению операций и приближению прерывных процессов обработки к непрерывным.

3.2. Проектирование технологического процесса

Для обработки одной и той же детали можно разработать, различные варианты технологических процессов, применив различные методы обработки. Даже при одинаковых производственных условиях и программе выпуска разработка техпроцессов зависит от опыта технического персонала и опыта, накопленного на предприятии. Все эти обстоятельства создают сложности при разработке технологических процессов и требуют больших затрат времени для установления лучшего варианта.

Упростить и ускорить разработку технологических процессов помогает типизация технологических процессов, т. е. создание типовых процессов для обработки определённого типа деталей, имеющих близкое конструктивное исполнение и размеры.