Роль автоматизации машиностроения в развитии современного производства. Капустин Н.М

ИС-ПРО для предприятий машиностроения

PDM - Product Data Management (система управления данными о продукции)
CAPP - Computer-Aided Process Planning (автоматизированная система технологической подготовки производства)
ДСЕ - деталь или сборочная единица
ССЗ - сменно-суточное задание
ССИ - структура и состав изделий
ПКМ - покупные материалы
ПКИ - покупные комплектующие изделия

Система ИС-ПРО обладает архитектурными и функциональными возможностями, необходимыми для решения задач управления основным и вспомогательным производством на предприятиях машиностроения.

Основой для управления производством на предприятиях отрасли является система конструкторских и технологических данных о продукции.

ИС-ПРО по структуре, сложности и гибкости своих информационных объектов достаточным образом соответствует структуре, сложности и гибкости объектов PDM и CAPP систем (контур PDM), с которыми необходимо обеспечивать взаимодействие по процессам и данным в рамках отраслевых решений.

Основные задачи

ERP функционал любой системы управления машиностроительным предприятием (в части управления себестоимостью, снабжением, сбытом и т.д.) может иметь практический смысл, только если обеспечены качество, полнота и своевременность донесения изменений из контура PDM в контур ERP.

ИС-ПРО предлагает набор возможностей, как архитектурно-функциональных, так и сервисных, для решения основных управленческих задач. Решение этих задач обеспечивает качественную реализацию любого дополнительного функционала.

Основные задачи должны быть логически выделены, как с точки зрения использования предприятием, так и с точки зрения процесса внедрения. Это следующие задачи:

Управление нормативно-справочной информацией в части структуры и состава изделий (включая нормы расхода материалов), номенклатуры покупных материалов и изделий (ПКМ и ПКИ);

Управление нормативно-справочной информацией в части маршрутно-операционных технологий;
Материальное планирование производства;
Управление материально-техническим снабжением;
Управление расходом ПКМ и ПКИ в производстве;
Планирование производства деталей и сборочных единиц (межцеховой и внутрицеховой контуры);
Планирование агрегатной и окончательной сборки;
Диспетчирование и контроль хода производства деталей и сборочных единиц (ДСЕ);
Управление комплектованием сборки и выпуска готовых изделий;
Диспетчирование и контроль хода сборки;
Учет, анализ и оптимизация трудовых затрат производственного персонала;
Управление качеством и обеспечение материальной и операционной прослеживаемости.

Конечно же, этим перечнем не ограничиваются задачи автоматизации на машиностроительном предприятии. Но именно эти задачи практически на 100% определяют уровень рентабельности и конкурентоспособности предприятия. Эти задачи являются базовыми, потому что вся остальная автоматизация управления предприятием невозможна без их решения.

Типизированные решения этих задач на базе ИС-ПРО существуют в широком диапазоне требуемой сложности и полноты.

Методика ИС-ПРО для машиностроения

Практическая ценность данных для управления машиностроительным предприятием опирается на полноту, точность и своевременность информации о производственном цикле изделий. Поэтому качество и мощность системы управления напрямую зависит от глубины отражения оперативных производственных процессов и детальности информации о составе и технологии изделий.

Методика ИС-ПРО предполагает глубокую проработку и отражение оперативных процессов (процедур) в производстве и технических данных об изделиях.

Таким образом, в основе методики - приоритет оперативного контура управления и глубины технических данных об изделии.

Оперативное управление

Под оперативным управлением производством будем понимать диспетчирование и контроль хода производства изделий с точностью до технологических операций, в разрезе партий запуска ДСЕ и производственно-диспетчерских заказов. Это задача управления операционным потоком в производстве.

Также, в рамках оперативного управления производством, необходимо управлять процессом движения, расхода и преобразования материалов, заготовок и ДСЕ, осуществлять диспетчерский контроль формирования сборочных комплектов в разрезе номеров изделий. Это задача управления материальным потоком в производстве.

Таким образом, решение задачи оперативного управления производством сводится к решению двух задач:

Диспетчирование и Контроль Хода Производства (ДКХП) или управление операционным потоком.
Прослеживаемость Материальных Компонентов в Производстве (ПМКП) или управление материальным потоком.

Организационно-производственная структура

В рамках системы данных ИС-ПРО, важнейшим элементом является организационно-производственная структура, в рамках которой исполняются производственные циклы изделий.

Например:

Тип производства: сложное, многономенклатурное, точное машиностроение.
Виды производственных процессов: металлозаготовительное производство, механообрабатывающие производства, смежные производства (гальваника, термическая обработка и др.), сборка.
Организационно-производственная структура и основные этапы производственного процесса отражают специфику типа производства, видов производственных процессов и маршрут изготовления готового изделия.

Элементы методики

Методика ИС-ПРО основана:

во-первых, на иерархии управляющих документов (механизмов), запускаемых в работу с последующим контролем и регистрацией исполнения.
во-вторых, на ключевых процессах планово-производственной деятельности.
в-третьих, на объектах контроля хода производства, таких как производственно-диспетчерские заказы, партии запуска.

МЕХАНИЗМЫ

Данная иерархия отражает ключевые механизмы планово-производственного процесса: планирование, с учетом наиболее общих характеристик предприятия; трансформация плана в формы, пригодные для диспетчерского контроля; генерация оперативных производственных заданий на уровнях партий ДСЕ и операций (на основе планово-диспетчерских форм).

КЛЮЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ

ОБЪЕКТЫ КОНТРОЛЯ

Производственные партии ДСЕ
Производственно-диспетчерские заказы
Производственные подразделения

В зависимости от размера производственной программы различают производство 3-х основных типов: единичное, серийное, массовое.

В массовом производстве с постоянным объемом выпуска как правило применяется высокопроизводительное специальное оборудование, объединенное автоматическими транспортно-загрузочными механизмами периодического действия, что в комплексе представляет собой жесткие АЛ.

Крупносерийное производство характеризуется ограниченным временем выпуска продукции, определенным сроком ее морального старения. Подготовка такого производства должна осуществляться в короткие сроки. В этих условиях к основному и вспомогательному оборудованию предъявляют требования высокой производительности и над-ти, переналадки и возможности перекомпоновки сравнительно легкими способами. Снижение стоимости подготовки производства зависит от соблюдения этих требований. Этим требованиям удовлетворяют автоматическое и полуавтоматическое оборудование и прежде всего агрегатные станки и станки с ЧПУ, которые с помощью ПР можно объединить в переналаживаемые несинхронные гибкие АЛ.

Серийное многономенклатурное производство в котором длительность выпуска деталей одного типа колеблется от нескольких дней до нескольких недель до недавнего времени имело парк оборудования из переналаживаемых и широкоуниверсальных станков с ручным управлением.

Задача автоматизации решалась применением копировальных станков и быстропереналаживаемых станков полуавтоматов с кулачковыми механизмами. В настоящее время имеются различные тенденции автоматизации этого производства:

Применение переналаживаемых агрегатных станков, объединенных в переналаживаемые АЛ с гибкой связью (несинхронные).

Создание переналаживаемых АЛ для групповой обработки деталей сменными наладками. (эк-ки выгодны только при достаточно больших сериях)

Создание АЛ с программным управлением станков с ЧПУ.

Создание автоматизированных производств из станков с ЧПУ с управлением от ЭВМ на среднем и на верхнем уровнях.

Последние два направления представляются наиболее перспективными, т.к. в них заложены предпосылки реализации качественно нового уровня производства. (ГПС).

Одним из путей эффективного решения комплексной автоматизации серийного производства является создание типовых автоматизированных технологических комплексов (АТК) различают назнач. для выполнения наиболее распространенных в МС операций, включая заготовительные и сборочные. Такие комплекса должны отвечать требованиям:

Обеспечивать надежное функционирование при высоком уровне автоматизации.

Охватывать основные ТП МС производства включая заготовительные и сборочные операции.

Иметь возможность стыковки между собой и с типовыми транспортными системами при различных компоновках автоматизированных участков и АЛ.

Обеспечить широкую приспосабливаемость к изменяющимся условиям производства. Технологические комплексы должны обеспечивать возможность выбора того уровня автоматизации, который экономически оправдан.

Перспективным для автоматизации среднесерийного и мелкосерийного производств является создание типовых роботизированных комплексов и ГПМ.

Мелкосерийное производство, требующее переналадки в пределах хар-а наиболее низким уровнем производительности труда и автоматизации ПП.

В мелкосерийном производстве номенклатура деталей закрепленных за станком может быть достаточно широкой, поэтому автоматизация в таком производстве должна развиваться за счет расширения методов групповой обработки и создания РТК и ГПМ, программируемых по 1-ой детали и обрабатываемые в дальнейшем.

Единичное производство – основа универсальные станки с ручным управлением. Могут быть отдельные средства автоматизации. Широкая универсальность и высокая гибкость, т.е. возможность быстрой переналадки являются главными преимуществами таких станков. Основной их недостаток – малая производительность и выполнение рабочим всего необходимого цикла управления, работой станка.

Данная научная дисциплина возникла в нашем государстве в двадцатых годах прошлого века в связи с быстрым ростом отечественного машиностроения. Ее развитию способствовал широкий круг советских ученых и инженеров и новаторов производства. Возникновение ее базировалось на трудах П.Л. Чебышева, И.А. Тиме и других ученых, а также в советское время ученых - технологов: Соколовского, Кована, Маталина, Балакшина, Новикова. Дальнейшее формирование и развитие этого предмета отражено в трудах И.И. Артоболевского, В.И.Дикушина, А.П. Владзиевского, Л.Н. Кошкина, Г.А. Шаумяна и других отечественных ученых.

Автоматизация производственных процессов - одно из направлений развития народного хозяйства. Это связано с тем, что автоматизация производства открывает неограниченные возможности для производительности общественного труда. Кроме повышения производительности труда она облегчает и коренным образом меняет характер труда, делает его творческим, стирает разницу между умственным и физическим трудом.

Механизация и автоматизация позволяет повысить качество продукции и безопасность и коэффициент использования оборудования, а в некоторых случаях интенсифицировать режим работы оборудования.

Проблема автоматизации производства выдвигает также социально-экономические вопросы. В современном обществе автоматизация производства это средство получения максимальной прибыли и орудие борьбы с конкурентами. Эти и ряд других положительных факторов заставляют обращать серьезное внимание на механизацию и автоматизацию.

Реальный экономический эффект, получаемый в результате механизации и автоматизации, во многом зависит от того, в каких конкретных условиях и для решения каких производственных задач используются средства и методы механизации и автоматизации. На механизацию и, особенно, автоматизацию машиностроительного производства необходимы значительные капитальные затраты. Если объект автоматизации выбран удачно, эти затраты окупаются быстро. В короткие сроки достигается высокая экономическая эффективность, а если идти по пути «сплошной» автоматизации, то вместо экономии можно получить убытки. Поэтому каждый специалист-машиностроитель должен иметь четкое представление о технических возможностях средств механизации и автоматизации и уметь правильно их выбирать в каждом конкретном случае с наибольшей эффективностью.

2. Основные понятия и определения: механизация, автоматизация, единичная и комплексная механизация и автоматизация. Стадии автоматизации

Механизацией называется направление развития производства, при котором физический труд рабочего, связанный с выполнением производственного процесса или его составных частей, передается машине. Примерами механизации являются: использование патронов с пневматическим и гидравлическим приводом, вместо обычного винтового перемещения кулачков вручную с помощью ключа; перемещение пинолей задних бабок токарных станков, быстрый подвод суппорта или стола станка с помощью электро-, пневмо- или гидросуппортов. Механизация облегчает труд рабочего. При этом действия, направленные главным образом на управление производственным процессом, остаются за рабочим. Они включаются в цикл работы машины. Механизация может быть либо частичной, либо полной или, как ее называют, комплексной.

Частичная механизация - это механизация части движений, необходимых для осуществления производственного процесса: либо главного движения, либо вспомогательных и установочных движений, либо движений, связанных с перемещением изделий с одной позиции на другую.

Полная или комплексная механизация - механизация всех основных, вспомогательных, установочных и транспортных движений, которые выполняются по ходу производственного процесса. При комплексной механизации обслуживающий персонал осуществляет только оперативное управление производственным процессом, включение и выключение в нужные моменты требуемых механизмов и управление режимом и характером их работы.

Дальнейшее развитие механизации приводит к автоматизации производства. Т.е. автоматизация- это такое направление развития производства, при котором человек освобождается не только от тяжелого физического труда, но и от оперативного управления механизмами или машинами.

Различается частичная и комплексная автоматизация. Понятие «частичная автоматизация» связывается с осуществлением автоматизации только одного структурного компонента из числа всех систем. Например, автоматизация отдельных элементов общего цикла работы станков. Примеры этого вида автоматизации: оснащение станков загрузочными устройствами, автоматизация подвода и отвода суппорта, стола, хранение, а также уборка стружки и т.д., т.е. оснащение устройствами, частично автоматизирующими управление и обслуживание станков. Если же говорить в целом о технологическом процессе, то например, автоматизирована одна из десяти операций. Комплексная автоматизация характеризуется переводом обработки деталей, например, со станков общего назначения на автоматические линии, пролеты, цехи, а также автоматические заводы. Для этого направления характерна непрерывность обработки, причем автоматизируются обработка деталей, их контроль, транспортирование, учет, хранение, а также уборка стружки и т. д.

Примером комплексно-автоматизированного производства может служить производство подшипников качения, где изготовление подшипников, начиная от заготовки и заканчивая контролем и упаковкой, выполняется комплексом автоматизированного оборудования.

При комплексной автоматизации кроме ранее перечисленных преимуществ, свойственных автоматизации вообще, обеспечивается возможность непрерывной работы в едином потоке. Отпадает потребность в промежуточных складах, сокращается длительность цикла производства, упрощается планирование производства и учет производимой продукции. Здесь наиболее полно и эффективно сочетаются два принципа - автоматизация и непрерывность производственного процесса. Комплексная автоматизация производства - радикальное и решающее средство повышение производительности труда и качества продукции, снижение ее себестоимости.

Степень автоматизации производственных процессов может быть различной. Различают три стадии автоматизации .

На первой стадии автоматизации рабочий полностью освобождается от физического труда (во время работы машины), включая труд по управлению производственным процессом. Он осуществляет первоначальную наладку машины, наблюдает за машиной и устраняет отклонения от нормальной ее работы. Первая стадия автоматизации обеспечивается разомкнутой системой автоматического управления (не имеющей обратных связей). Примером может служить: токарно-револьверные автоматы, токарные многошпиндельные автоматы, и другие станки и машины с кулачковыми механизмами. Кулачок в этом случае обеспечивает определенную последовательность, направление, величину и скорость перемещения исполнительных органов.

Во второй стадии автоматизации используются замкнутые автоматические системы управления с обратными связями, которые не только обеспечивают выполнение заданной программы, но и автоматически, без вмешательства рабочего регулируют и поддерживают нормальные условия работы машины. Труд рабочего в этом случае сводится в основном к первоначальной наладке машины. Взять, к примеру, токарную обработку длинных валов. При токарной обработке износ резца приводит к увеличению диаметра обработки, и если прибором активного контроля измерять диаметр обработки и по результатам этих измерений автоматически вводить поправку в настройку станка (перемещать резец в нужном направлении), то будем иметь САР, которая поддерживает нормальные условия работы.

Отличительной чертой третьей стадии автоматизации является способность системы управления выполнять логические операции для выбора оптимальных условий работы машины. Помимо устройств с обратными связями такие системы управления имеют устройства для решения логических задач (счетно-решающие машины), позволяющие выполнять работу при оптимальных условиях с учетом переменности внешних и внутренних режимов работы машины. Такие машины являются самоуправляющими. Например, станки с подключенной к ней ЭВМ, оптимизирующие обработку по признаку минимальной шероховатости, или же обеспечивающие максимальный съем металла.

3. Понятия и определения: автомат, полуавтомат, ГПС, автоматическая линия

Автоматом называют рабочую машину (систему машин), при осуществлении технологического процесса на которой, все элементы рабочего цикла (рабочие и холостые ходы) выполняются автоматически. Повторение цикла осуществляется без участия человека. В простейших автоматах человек осуществляет наладку автомата и контролирует его работу. В более совершенных системах автоматически контролируется количество и качество изделия, регулируется и меняется инструмент, подаются исходные заготовки и материал, убирается стружка и др.

Полуавтоматом называют рабочую машину, цикл работы которой в конце выполняемой операции автоматически прерывается. Для возобновления цикла (пуск полуавтомата) необходимо вмешательство человека, который устанавливает и снимает заготовки, пускает станок и контролирует его работу, меняет и регулирует инструмент.

Термины и определения видов гибких производственных систем устанавливает ГОСТ 26228-84.

Гибкая производственная система (ГПС) - совокупность или отдельная единица технологического оборудования и систем обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик.

ГПС по организационной структуре подразделяются на следующие уровни:

· гибкий производственный модуль - первый уровень;

· гибкая автоматизированная линия и гибкий автоматизированный участок - второй уровень;

· гибкий автоматизированный цех - третий уровень;

· гибкий автоматизированный завод - четвертый уровень;

По ступеням автоматизации ГПС подразделяются на следующие ступени:

· гибкий производственный комплекс - первая ступень;

· гибкое автоматизированное производство - вторая ступень.

Если не требуется указания уровня организационной структуры производства или ступеней автоматизации, то применяют обобщающий термин «гибкая производственная система».

Гибкий производственный модуль (ГПМ) - это гибкая производственная система, состоящая из единицы технологического оборудования, оснащенная автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса; автономно функционирующая, осуществляющая многократные циклы и имеющая возможность встраивания в систему более высокого уровня. Частным случаем ГПМ является роботизированный технологический комплекс (РТК) при условии возможности его встраивания в систему более высокого уровня. В общем случае в ГПМ входят накопители, приспособления, спутники (палеты, устройства загрузки и выгрузки, в том числе промышленные роботы (ПР), устройства замены оснастки, удаления отходов, автоматизированного контроля, включая диагностирование, переналадку и т.д.

Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) - ГПС, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) - ГПС, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

Гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) – ГПС, представляющая собой совокупность гибких автоматизированных линий и (или) гибких автоматизированных участков, предназначенная для изготовления изделия заданной номенклатуры.

Гибкий автоматизированный завод (ГАЗ) – ГПС, представляющая собой совокупность гибких автоматизированных цехов, предназначенная для выпуска готовых изделий в соответствии с планом основного производства.

Приведенные определения не охватывают такие термины как: автоматическая линия, автоматический участок, цех, завод. ЭНИМС предлагает следующие определения:

Линия автоматическая (ЛА) – совокупность технологического оборудования, установленного в последовательности техпроцесса обработки, соединенного автоматическим транспортом и оснащенная автоматическими загрузочно-разгрузочными устройствами и общей системой управления или несколькими взаимосвязанными системами управления.

По ступеням автоматизации различают два вида ГПС :

Гибкий производственный комплекс (ГПС) – это гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления и автоматизированной транспортно-складской системой, автономно функционирующая в течение заданного интервала времени и имеющая возможность встраивания в систему более высокой ступени автоматизации.

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) – ГПС, состоящая из одного или нескольких производственных комплексов, объединенных автоматизированной системой управления производством и транспортно-складской автоматизированной системой, и осуществляющая автоматизированный переход на изготовление новых изделий.

Федеральное агентство по образованию РФ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Технология и автоматизация машиностроения»

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

(конспект лекций)

Разработал Архаров А.П.

Тверь 2006

1.	Введение. Роль автоматизации машиностроения в развитии современ-
	ного производства…………………………………………………………….....
2.	Основные понятия и определения: механизация, автоматизация, еди-
	ничная и комплексная механизация и автоматизация. Стадии автоматиза-
	ции………………………………………………………………………………...
3.	Понятия и определения: полуавтомат, автомат, ГПС, автоматическая
	линия………………………………………………………………………….….
4.	Особенности автоматизации машиностроения…………………...………..
5.	Тенденции развития средств автоматизации для серийного и массового
	производств…………………………………………………………………........
6.	Технические и экономические критерии автоматизации……………….....
7.	Основные положения теории производительности………………………..
8.	Обеспечение технологичности конструкции деталей……………………..
9.	Классификация технологических процессов…………………………….....
10.	Влияние структуры операции на производительность………………….....
11.	Этапы и методологические особенности проектирования автоматизи-
	рованного технологического процесса………………………………………...
12.	Принципы построения автоматизированных процессов…………..………
13.	Компоновка операций и технологического оборудования при автома-
	тизации технологических процессов. Последовательное, параллельное и
	смешанное агрегатирование…………………………………………………....
14.	Особенности инструмента и приспособлений, применяемых в автома-
	тизированном производстве. Безналадочная замена инструмента…………..
15.	Назначение загрузочных устройств. Классификация загрузочных
	устройств…………………………………………………………………………
16.	Расчет элементов загрузочных устройств…………………………………..
17.	Самотечные магазинные загрузочные устройства…………………………
18.	Магазины-транспортеры……………………………………………………..
19.	Бункерные магазины…………………………………………………………
20.	Бункерные загрузочные устройства…………………………………………
21.	Узлы загрузочных устройств: отделители, питатели………………………
22.	Лотки и транспортеры………………………………………………………..
23.	Ориентирующие устройства…………………………………………………
24.	Механические руки (автооператоры)…………………………………….....
25.	Трудоемкость сборки и особенности ее автоматизации. Переходы сбо-
	рочных процессов……………………………………………………………......
26.	Сборка валиков с втулками. Проблема стружкодробления в автоматизи-
	рованном техпроцессе. Удаление стружки из рабочей зоны технологичес-
	кого процесса…………………………………………………………………….
27.	Проблема стружкодробления в автоматизированном техпроцессе. Уда-
	ления стружки из рабочей зоны технологического оборудования…………...
28.	Цеховое транспортирование стружки………………………………………
29.	Автоматизация контроля………………………………………………….....
	Система управляющего контроля…………………………………………...
31.	Подналадочные устройства…………………………………………………
32.	Активный контроль заготовок до обработки. Блокирующие устройства...

Введение. Роль автоматизации машиностроения в развитии современного производства

Полная или частичная механизация - механизация всех основных, вспомогательных, установочных и транспортных движений, которые выполняются по ходу производственного процесса. При комплексной механизации обслуживающий персонал осуществляет только оперативное управление производственным процессом, включение и выключение в нужные моменты требуемых механизмов и управление режимом и характером их работы.

Примером комплексно-автоматизированного производства может служить производство подшипников качения на ГПЗ, где изготовление подшипников, начиная от заготовки и заканчивая контролем и упаковкой, выполняется комплексом автоматизированного оборудования.

3. Понятия и определения: автомат, полуавтомат, ГПС, автоматическая линия

Термины и определения видов гибких производственных систем устанавливает ГОСТ 26228-84.

ГПС по организационной структуре подразделяются на следующие уровни:

· гибкий производственный модуль - первый уровень;

· гибкая автоматизированная линия и гибкий автоматизированный участок - второй уровень;

· гибкий автоматизированный цех - третий уровень;

· гибкий автоматизированный завод - четвертый уровень;

По ступеням автоматизации ГПС подразделяются на следующие ступени:

· гибкий производственный комплекс - первая ступень;

· гибкое автоматизированное производство - вторая ступень.

По ступеням автоматизации различают два вида ГПС :

Организационно-технические предпосылки автоматизации

Основной областью применения ГПС является серийное многономенклатурное производство. Как видно из определений, каждый вид ГПС характеризуется тем, что может функционировать автономно, представляет собой технически законченное целое и имеет свою локальную систему управления, возможность встраивания в систему более высокого уровня. ГПС обладает также свойствами быстрой переналадки на изготовление новых изделий производственной номенклатуры.

Переналаживаемые автоматические линии групповой обработки нескольких заранее известных и аналогичных по конструкции и технологии изготовления деталей в условиях крупносерийного и массового производства не являются ГПС, т.к. на них не предусмотрена переналадка на новые детали.

Переналадка на таких линиях может быть ручной или автоматической. Как правило, переналадка производиться не более 1-3 раз в месяц. Общая годовая производительность такой линии 30-200 тыс. дет в год.

Ранее существовало преобладающее мнение, что автоматизация целесообразна и возможна лишь в массовом производстве, когда выпускается сравнительно большое количество однотипных изделий и работа протекает непрерывным потоком. Это обосновывалось тем, тем большие материальные затраты на сложное автоматическое оборудование и значительная продолжительность подготовки автоматизированного производства оправдываются при большей программе и удлиненных сроках выпуска продукции.

В настоящее время автоматизация в сравнительно больших масштабах применяется в массовом производстве. Условия для ее применения стремятся расширить унификацией, нормализацией и стандартизацией изделий, что приводит к увеличению качества и продолжительности их выпуска. Унификация и нормализация изделий и их элементов - важнейший этап дальнейшего развития автоматизации производства. При нормализации и стандартизации изделий создаются выгодные условия для внутри и межотраслевой специализации предприятий, что служит важной предпосылкой для дальнейшего развития автоматизации.

Для автоматизации процесса массового производства целесообразно более широкое применение комплексного оборудования, сочетающее технологические процессы изготовления деталей со складскими и транспортными операциями.

Автоматизация в серийном производстве крайне необходима, т.к. около 80 % всей продукции в машиностроении выпускается серийно. При автоматизации этого производства целесообразно на основе типизации технологических процессов создавать переналаживаемые одно - и многопозиционных станков. Групповая обработка и сборка – это основы автоматизации серийного производства.

В настоящее время большее внимание уделяется проблеме создания обычного и автоматического оборудования, собираемого из нормализованных агрегатов, узлов и деталей, обладающих свойством размерной и функциональной взаимозаменяемости. Это обеспечит сокращение сроков проектирования и изготовления станков и автоматических линий, снижает их стоимость, улучшает условия ремонта и модернизирует оборудование, а также упрощает задачу его использования при изменении объекта производства.

Автоматизация единичного и мелкосерийного производства также представляет собой важную и нужную задачу. Большой эффект может создать автоматизация выполнения сложных трудоемких операций механической обработки, сборки, сварки, контроля. В качестве средств автоматизации здесь используют станки и установки с ЧПУ. Особенно эффективна на этих станках обработка деталей со сложными профилированными поверхностями, с большим количеством точно координированных отверстий и большим количеством технологических переходов. При выполнении такой обработки на станках с ЧПУ отпадает необходимость в предварительном изготовлении копиров, кондукторов и другой оснастки.

Унификация – разновидность стандартизации, связанная с сокращением разнообразия элементов без сокращения разнообразия систем, в которых они применяются. При унификации уменьшается число выпускаемых типоразмеров изделий одинакового функционального назначения, максимально используют одинаковые сборочные единицы и детали, сокращают разнообразие применяемых в деталях подобных элементов (диаметров отверстий, размеров резьб и др.), а также обоснованно сужают перечень используемых в изделии марок материалов, разновидностей проката и т.п.

В результате номенклатура изготовляемых деталей уменьшается, а программа их выпуска возрастает. Появляется возможность применения более совершенных технологических процессов, снижается себестоимость изготовления деталей, сокращаются сроки на разработку и постановку изделий на производство. Унификация является одной из наиболее распространенных эффективных разновидностей стандартизации, она наиболее характерна для деятельности отдельных или родственных предприятий и производственных объединений. В то же время унификация широко осуществляется и в общегосударственном масштабе главным образом через установление в стандартах предпочтительных рядов и рекомендаций.

Типизация - разновидность стандартизации, заключающаяся в разработке и установлении типовых конструктивных или технологических решений для ряда изделий, составных частей, а также процессов, имеющих общие конструктивные или технологические характеристики. В отличие от унификации, типизация может решать задачи развития целой отрасли машиностроения. Примером является типизация технологических процессов, проводимая чаще всего по отраслям производства на основе классификации деталей и единой системы их кодирования.

Стандартизация - установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, в частности, для достижения всеобщей оптимальной эксплуатации (использования) и требований безопасности.

Применение принципов стандартизации при проектирования автоматических станочных систем

При зарождении автоматостроения каждый станок-автомат конструкторы создавали заново, т.е. соответственно поставленной задаче всякий раз проектировали приводы, исполнительные механизмы, элементы систем управления и т.д. При этом процесс проектирования был длительным, а разработанные конструкции иногда оказывались недостаточно работоспособными. С течением времени вырабатывались принципы стандартизации при проектировании автоматического оборудования, в основе которых лежит использование стандартных и унифицированных деталей, узлов и систем. В настоящее время применение стандартизации при проектировании реализуется в виде принципов базовых моделей и агрегатирования.

Сущность принципа базовых моделей заключается в том, что на их основе создаются одинаковые или близкие по назначению механизмы. Путем изменения размеров узлов базовой модели и конструкции некоторых из них создают ряд станков с разной степенью автоматизации для обработки деталей различных размеров. По этому принципу спроектированы гаммы одношпиндельных токарно-револьверных автоматов, токарных гидрокопировальных полуавтоматов, автоматических линий для обработки деталей подшипников. Внутри каждой гаммы механизмы одинакового назначения обычно различаются только габаритами, Сроки и стоимость проектирования значительно снижаются, а надежность станков и автоматических линий резко возрастают. Особенно часто принцип базовых моделей используется при конструировании полуавтоматов. Например, Минским СКБ АЛ на основе базовой модели-вертикального полуавтомата для патронных работ мод. 1734 - создана гамма полуавтоматов: для центровых работ, с расточной головкой, с револьверной головкой повышенной точности, с ЧПУ.

Сущность принципа агрегатирования состоит в том, что создаются гаммы унифицированных узлов, из которых компонуются станки и автоматические линии, различающиеся технологическим назначением, числом позиций, конструктивной сложностью. Унифицированные узлы должны обладать следующими свойствами:

1. Автономностью, для чего они снабжаются индивидуальными приводами и в машине связываются друг с другом с помощью электрической схемы, а не кинематически. Благодаря чему из унифицированных узлов можно создавать большее число вариантов машин.

2. Стандартными присоединительными размерами, что обеспечивает возможность соединения узлов с соседними узлами.

3. Необходимой точностью взаимного положения.

Унифицированные узлы (агрегаты) разрабатываются заранее, испытываются в лабораторных и производственных условиях и доводятся таким образом до нужного уровня качества.

В соответствии с поставленной задачей конструктор унифицированные узлы (агрегаты) выбирает из каталога и проектирует спецузлы, конструкция которых определяется обрабатываемой деталью - приспособление, инструментальную наладку и др.

В настоящее время по принципу агрегатирования строят гидравлические и электрические системы, агрегатные станки, автоматические линии из агрегатных станков, ПР, многоцелевые станки с ЧПУ, автоматизированные производственные участки с управлением от ЭВМ. Использование комплекта унифицированных узлов в пять раз и более сокращает объем конструкторских работ при проектировании, значительно сокращает трудоемкость, стоимость и сроки изготовления машин.

Производство унифицированных узлов является серийным, что позволяет применять передовую технологию при их изготовлении. Применяют для обработки разнообразных, в том числе сложных и ответственных деталей в условиях массового, крупносерийного производства тракторов, автомобилей, с/х машин, моторов и т.д.

Современное состояние и ближайшие перспективы автоматизации в машиностроении связаны, прежде всего, с переходом от создания отдельных машин и агрегатов к разработке систем автоматических машин, охватывающих различные стадии производственного процесса – от заготовительных до сборочных, с оптимизацией технических решений.

Центр тяжести разработок переносится с массового на серийное производство с широким развитием автоматизации и механизации вспомогательных процессов, причем автоматизации не только технологических операций, но и функций управления.

Комплексная автоматизация базируется на непрерывном совершенствовании технических средств (от простейших механизмов до сложных электронных систем; СПУ, электронных вычислительных и управляющих машин и др.); на широком использовании общности методов и средств автоматизации на различных стадиях производственного процесса, на применении методов унификации.

Развитие автоматизации на современном этапе характерно смещение центра тяжести разработок с массового на серийное производство, составляющую основную часть машиностроительной отрасли (около 80% всей машиностроительной продукции выпускается на заводах серийного и единичного производства).

Другая характерная особенность современной автоматизации – расширение арсенала технических средств и, как следствие, многовариантность решения задач автоматизации производственных процессов.

Стратегия комплексной автоматизации машиностроительного производства как основа технической политики определяется рядом аспектов, в том числе:

1) правильным пониманием содержания и основной направленности работ по автоматизации;

2) объективной оценкой во времени перспективности и целесообразности области применения новых методов и средств автоматизации, их состоянием и взаимосвязью с известными, традиционными.

Рассмотрим эти аспекты более подробно. Автоматизация производства часто трактуется как процесс замещения функций человека устройствами и системами управления и контроля, т.е. отождествляется с внедрением автоматики. При этом считается, что технологические процессы, конструкции и машин остаются в основном прежними. Это неверно. Содержание производства составляют технологические процессы, именно в них закладываются все потенциальные возможности качества и количества выпускаемой продукции, эффективности производства, а система управления есть лишь форма реализации этих возможностей. Поэтому автоматизация производства в машиностроении представляет собой комплексную конструкторско-технологическую задачу создания новой техники, таких высокоинтенсивных технологических процессов и высокопроизводственных средств производства, которые недоступны для непосредственного выполнения человеком.

Современный токарный автомат – это комплекс технологических и конструктивно-компоновочных решений, характеризуемый многопозиционностью, одновременным функционированием десятков, а в автоматических линиях – сотен механизмов и инструментов. Создание таких систем требует решения многих задач, в том числе автоматизации транспортирования и загрузки деталей, изменения их ориентации, накопления заделов, поворота и фиксации деталей, удаления отходов и т.д. И только при этих условиях может быть эффективным применение автоматического управления.

Автоматически действующие средства производства только тогда перспективны, когда они выполняют производственные функции быстрее и лучше человека.

Сказанное не снижает значения «малой» автоматизации, т.е. оснащение неавтоматизированного оборудования механизмами загрузки и зажима деталей, устройствами для управления циклом и т.д., особенно когда такие средства являются типовыми. Однако к этой частности не сводится процесс автоматизации.

Чрезвычайную актуальность в автоматизации приобретает проблема правильной, объективной оценки и разумного внедрения новейших методов и средств автоматизации. Любое техническое новшество, сколь бы перспективным оно ни было, проходит ряд стадий: идея – опытная конструкция (способная лишь функционировать) – надежно работающая конструкция – экономически эффективная конструкция. Каждая стадия характеризуется совершенствованием параметров, которые можно свести к формуле «быстродействие – надежность – стоимость». И лишь когда эти параметры укладываются в технико-экономические допуски, данное новшество созревает для производственного внедрения. Поэтому в технической политике недопустимо как запаздывание с разработкой первичной идеи, так и реализация недостаточно созревших решений.

Один из принципиальных вопросов комплексной автоматизации – оптимальное сочетание новейших методов и средств с традиционными. В автоматических машинах и системах для массового производства широко используются принципы дифференциации и концентрации операций, совмещения их во времени, что составляет основу высокой производительности и эффективности. В подавляющем же большинстве современные станки с ЧПУ – одношпиндельные. Поэтому в условиях стабильной работы, без переналадок, производительность многошпиндельных агрегатных станков-полуавтоматов в десятки раз выше, чем многооперационных полуавтоматов, а стоимость ниже. В опытном производстве, где номенклатура изделий не повторяется, необходим широчайший диапазон переналадок технологического оборудования, который можно обеспечить лишь при использовании ЭВМ. В стабильном же производстве, с постоянной номенклатурой выпускаемой продукции, серийная обработка производится лишь потому, что масштабы выпуска не позволяют загрузить каждую единицу оборудования одними и теми же изделиями. Здесь участки из универсальных станков-полуавтоматов с ЧПУ или технологических комплексов с управлением от ЭВМ может заменить один переналаживаемый многошпиндельный агрегатный станок-полуавтомат, на котором несколько деталей обрабатываются одновременно десятками инструментов, производительность его несоразмерно выше, чем одноинструментальных станков, а переналадка значительно короче.

Поэтому выпуск одношпиндельных станков с ЧПУ с технологическими и компоновочными схемами, унаследованными от неавтоматизированного производства, следует считать правомерным лишь на ранних этапах их развития. Неизбежен массовый переход к использованию многошпиндельных и многопозиционных станков с ЧПУ, начиная с простейших, выполняющих параллельную обработку нескольких деталей по одной программе. Системы с распределительными валами, кулачками и копирами, по-видимому еще долго будут преобладающими при автоматизации управления в массовом производстве, несмотря на то, что в их конструкции мало электроники и нет адаптации. Системы с ЧП, прямого управления от ЭВМ и др. мобильны, и поэтому эффективны при автоматизации серийного, а будущем и единичного производства. Их значимость для массового производства не в замене сложившихся технических решений, а в их дополнении, в реализации невыполнимых ранее функций управления. Так, применение АСУ ТП с функциями технической и статистической диагностики работы автоматических линий должно стать основой высокопроизводительной эксплуатации линий, сокращения их простоев по техническим и организационным причинам.