Этапы и средства автоматизации производства

Предшественником автоматизации явилась комплексная механизация производства, в процессе которой физические функции человека в производственном процессе выполнялись с помощью механизмов с ручным управлением. Труд человека при этом облегчался физически, и его основной деятельностью становилось управление механизмами. Механизация направлена на облегчение условий человеческого труда и повышение его производительности.

По мере развития механизации возникает задача полной или частичной автоматизации управления механизмами. В результате решения этой задачи создаются технологические автоматы, способные в большей или меньшей степени выполнять производственные функции без участия человека. Возникновение и распространение технологических автоматов положило начало автоматизации производства.

В развитии автоматизации можно выделить ряд последовательных этапов, каждый из которых характеризуется появлением новых средств автоматизации и расширением состава объектов автоматизации производства. Укрупненно, применительно к промышленному производству, можно выделить следующие основные этапы автоматизации.

1. Автоматизация массового производства. При массовом производстве промышленной продукции задача повышения производительности труда стоит особенно остро. Здесь возможны значительные затраты на средства автоматизации, поскольку будучи отнесенными к единице продукции (при большом числе единиц продукции), они приводят к приемлемому росту ее цены.

В результате становится целесообразным создание и использование в производстве специализированных и специальных технологических автоматов. Каждый такой автомат рассчитан на единственную технологическую операцию или ограниченный набор технологических операций при производстве определенного изделия. Задача перестройки автомата на выпуск других изделий либо ставится в ограниченном объеме, либо не ставится вовсе.

Основной целью автоматизации является получение максимальной производительности. Технологический процесс изготовления изделия разбивается на простые операции малой длительности, которые можно выполнять параллельно на разных технологических автоматах.

Из технологических автоматов создаются поточные линии в соответствии с последовательностью технологических операций процесса изготовления изделия. Дальнейшее повышение уровня автоматизации достигается путем автоматизации межоперационного транспорта и промежуточного складирования (межоперационные накопители полуфабрикатов). Результатом такой комплексной автоматизации технологического процесса является создание автоматических линий.

Автоматическая линия реализует в автоматическом режиме технологический процесс изготовления определенного изделия. Автоматическая линия для достижения наивысшей производительности строится из специального и специализированного оборудования. Создание и внедрение автоматической линии требует больших временных и материальных затрат, следовательно, такие линии экономически эффективны только при массовом производстве изделий, когда одно и то же изделие в неизменном виде выпускается непрерывно в больших количествах в течение рядя лет. Автоматические линии имеют ограниченные возможности для переналадки на изготовление иной продукции или такие возможности вообще не предусматриваются.

Поскольку использование автоматических линий и цикловых технологических автоматов ограничено массовым и крупносерийным производством, то соответственно ограничены объемы автоматизированного производства на их основе. По разным оценкам объем массового и крупносерийного производства составляет от 15 до 20 % общего объема производства и эта доля имеет тенденцию к сокращению. Следовательно, уровень автоматизации производства с помощью автоматических линий и цикловых автоматов может составить не более 15–20 %. Реально этот уровень еще меньше.

Цикловые технологические автоматы и автоматические линии относятся к средствам "жесткой" автоматизации. С их помощью можно достичь весьма высокой производительности труда, однако область использования таких средств ограничена, и только на их основе полная автоматизация производства невозможна.

2. Автоматизация основных операций обработки многономенклатурного производства. Многономенклатурное производство предполагает изготовление разнообразных изделий партиями ограниченного объема в ограниченные сроки. Номенклатура изделий и объемы партий могут колебаться в широких пределах: от единичных изделий до партий среднесерийного производства.

При многономенклатурном производстве технологическое оборудование должно быть в значительной степени универсальным и обеспечивать переналадку и перестройку на изготовление разнообразных изделий (в пределах технологических возможностей оборудования). В случае автоматизированного производства такая переналадка и перестройка должны осуществляться в автоматизированном режиме с минимальным объемом ручных операций или с полным их исключением.

Выполнение перечисленных условий определяет "гибкую" автоматизацию. Основным принципом гибкой автоматизации является принцип программного управления технологическим оборудованием. Рабочий цикл технологического автомата при этом задается управляющей программой, содержащей кодированное описание последовательности элементов цикла с использованием определенной символики. Управляющая программа разрабатывается обособленно от управляемого оборудования и оформляется на некотором машинном носителе, что позволяет считывать ее автоматическому устройству управления технологического автомата.

Впервые этот принцип (который возник и усовершенствовался при управлении ЭВМ) был реализован для автоматизации металлорежущих станков. Появились и начали широко распространяться станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Первые модели станков с ЧПУ из-за недостаточного совершенства требовали при изменении рабочего цикла не только замены управляющей программы, но и некоторых ручных операций для переналадки. Такие станки оказывались эффективными при обработке партий однотипных деталей объемом не менее 50–100 шт. По мере совершенствования принципов ЧПУ и технических решений этот предел постоянно снижался, и в настоящее время станки с ЧПУ эффективны даже в индивидуальном производстве.

Вначале были созданы станки с ЧПУ для определенных видов механической обработки. В последующем получили распространение многооперационные станки с ЧПУ с автоматической сменой обрабатывающего инструмента (обрабатывающие центры).

Станки с ЧПУ позволяют автоматизировать процесс обработки деталей и обладают гибкостью, поскольку способны перестраиваться на обработку деталей иной формы путем замены управляющей программы. Это обстоятельство позволяет, например, автоматизировать процесс переналадки станка и, следовательно, повышает уровень автоматизации производства.

Принцип ЧПУ, ввиду эффективности, получил распространение и для другого технологического оборудования, что позволило обеспечить гибкую автоматизацию разнообразных технологических операций. Оборудование с ЧПУ в первую очередь получило распространение в машиностроении, приборостроении и металлообработке. Однако его использование не ограничено перечисленными отраслями.

Основным недостатком оборудования с ЧПУ является отсутствие автоматизации вспомогательных операций и необходимость в ручном обслуживании оборудования. Названное обстоятельство приводит к снижению коэффициента использования оборудования до уровня 40–60 %.

3. Промышленная робототехника. Автоматизация основных операций технологических процессов привела к росту противоречия между уровнем их автоматизации и уровнем автоматизации вспомогательных операций (в первую очередь операций загрузки-разгрузки автоматизированного оборудования). В качестве средства устранения этого противоречия была предложена концепция программно-управляемого перестраиваемого автомата для выполнения вспомогательных операций по обслуживанию автоматизированного оборудования.

Такие автоматы появились в шестидесятых годах прошлого столетия и получили название промышленных роботов (ПР). Первые разработки промышленных роботов были ориентированы на замену человека при выполнении операций загрузки заготовок в технологические автоматы и разгрузки обработанных изделий. На базе технологического автомата и обслуживающего его робота создаются роботизированные технологические комплексы (РТК), представляющие собой комплексно автоматизированные технологические ячейки.

С помощью РТК появляется возможность комплексной автоматизации отдельных технологических операций или ограниченного набора технологических операций в многономенклатурном производстве. Первые РТК с использованием простых ПР с цикловым управлением были эффективны в среднесерийном производстве. По мере совершенствования ПР (роботы с ЧПУ, адаптивные роботы, интеллектуальные роботы), повышается их гибкость и возможность эффективного применения в мелкосерийном и индивидуальном производстве.

Промышленные роботы постоянно совершенствуются. В процессе совершенствования улучшаются технические характеристики роботов, расширяются их функциональные возможности, расширяется сфера применения. В настоящее время основная масса выпускаемых ПР ориентирована на выполнение технологических операций: сварка, окраска, сборка и некоторые другие основные технологические операции. Наряду с такими роботами продолжают использоваться загрузочно-разгрузочные роботы, появились транспортные роботы и др.

4. Автоматизация управления. Управление в любом производстве требует решения большого объема задач по сбору и обработке информации, принятию решений и контролю их исполнения. Для решения задач управления привлекаются значительные людские ресурсы. Качество решения управленческих задач в существенной мере определяет результат производства.

Возможность автоматизации управления появилась с развитием и широким распространением ЭВМ, когда ЭВМ стали доступны для использования отдельными предприятиями. Появилась возможность автоматизации (с помощью ЭВМ и соответствующего программного обеспечения) процессов сбора и обработки информации, необходимой для принятия управленческих решений и контроля хода производства. С использованием ЭВМ стали решаться задачи планирования производства, задачи материального обеспечения, задачи учета труда и заработной платы, а также ряд других задач управления производством.

Решение таких задач не было жестко привязано во времени к производственным процессам и могло осуществляться в "машинном" времени ЭВМ, т.е. в течение такого временного периода, который требуется для выполнения соответствующей программы ЭВМ. Характерным для этого этапа автоматизации явилось создание на производстве централизованных вычислительных центров для решения задач управления. Связь между ЭВМ и производством, в основном, осуществлялась с использованием оперативного персонала.

Подобные централизованные системы получили название автоматизированных систем управления производством (АСУП). АСУП обеспечивает решение задач организационного и диспетчерского управления производством. Основной эффект от внедрения АСУП заключается в сокращении времени, необходимого для принятия управленческих решений, повышении оперативности управления и его качества, а также в сокращении управленческого персонала, занятого рутинной обработкой информации.

Значительный объем управления в производстве приходится на задачи оперативно-технического управления производственным оборудованием и технологическими процессами. Для автоматизации решения этих задач необходимо обеспечить непосредственную связь между управляющей ЭВМ и объектами управления. Кроме того, задачи оперативно-технического управления должны решаться в реальном времени управляемого процесса.

Поэтому наряду с АСУП появились системы автоматизированного управления технологическими процессами (АСУ ТП), которые обеспечивают в автоматизированном режиме решение задач оперативно-технического, диспетчерского и организационного управления отдельными технологическими процессами производства. Интеграция АСУ ТП с автоматизированным технологическим комплексом обеспечивает реализацию концепции безлюдной технологии в производстве.

5. Автоматизация инженерного труда. Производство требует затрат высококвалифицированного труда специалистов – инженеров. Инженеры разрабатывают новую продукцию, проводят научные исследования и испытания, разрабатывают новые технологические процессы и модернизируют старые. Без инженерного труда невозможен прогресс производства. Затраты на оплату инженерного труда в производственных расходах составляют значительную долю (по стандартам промышленно развитых стран).

Стремление повысить эффективность инженерного труда, сократить материальные и временные затраты на проектирование новой или модернизированной продукции, на проведение исследований, на подготовку производства привело к появлению соответствующих автоматизированных систем. Основой таких систем явилось использование ЭВМ, поскольку инженерный труд – интеллектуальный труд. Типичные инженерные задачи являются эвристическими задачами, опирающимися на значительный объем рутинных работ.

Рутинные работы (получение справочной информации, оформление результатов, оформление чертежей и текстовых документов и др.) в большинстве случаев поддаются алгоритмизации (описанию в виде детерминированной последовательности простых операций) и, следовательно, их можно автоматизировать, используя ЭВМ. В принципе, автоматизировать можно любые процессы, поддающиеся алгоритмизации.

Средством автоматизации инженерного труда являются програм-мно-технические комплексы на базе ЭВМ: системы автоматизации проектирования (САПР), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП). Первые две системы используются конструкторами и исследователями для разработки новой или модернизации существующей продукции. Результатом их работы являются технические и рабочие проекты новой продукции.

Для реализации этих проектов необходимо выполнить подготовку производства спроектированной продукции. Эта задача возлагается на специалистов-технологов, осуществляющих проектирование новых технологических процессов или модернизацию существующих. Для автоматизации труда технологов (тех работ, которые поддаются алгоритмизации) предназначены АСТПП. Использование АСТПП позволяет повысить эффективность подготовки производства, сократить материальные и временные затраты на этот процесс, повысить качество результатов и сократить затраты человеческого труда.

6. Интеграция автоматизированных производственных систем в единое гибкое автоматизированное производство (ГАП). Интеграция заключается в совместном использовании и взаимодействии перечисленных выше систем автоматизации для достижения конечной цели производства. При этом системы автоматизации интеллектуальных функций человека (проектирование, управление, исследования, разработка технологий) используют общие базы данных, что обеспечивает прямой обмен информацией между ними.

В ГАП основным принципом управления оборудованием и процессами является программное управление от ЭВМ, что обеспечивает перестройку производства на выпуск новой или модернизированной продукции программным путем (заменой управляющих программ) в автоматизированном режиме. В результате производство приобретает свойство гибкости и реализует концепцию гибкой технологии. Комплексная автоматизация человеческого труда позволяет сократить долю человеческого труда в ГАП в 20 раз по сравнению с традиционным производством. Такое производство реализует концепцию безлюдной технологии.

В условиях ГАП автоматизированы как физические, так и интеллектуальные функции человека. Для автоматизации интеллектуальных функций основным средством являются ЭВМ. Поэтому ГАП часто называют интегрированным и компьютеризированным производством.

Введение

Чтобы различные технические устройства выполняли тре­буемые функции, необходимо организовать тот или иной процесс управления. Процесс управления может быть реализован "руч­ным" способом или с помощью совокупности технических средств, которые, в общем случае, называют системами автома­тического управления,

Системы автоматического управления в сельскохозяйствен­ном производстве и переработке продукции призваны управлять режимами работы оборудования, теплиц, холодильных установок и т.п. Особенностью этих систем является работа с биологиче­скими объектами, животными, растениями и продуктами их пе­реработки.

Необходимость внедрения и развитие систем автоматическо­го управления способствовали созданию отдельного научно-технического направления, которое включает элементную базу, теоретические вопросы анализа и синтеза, вопросы проектирова­ния и обеспечения требуемой надёжности. Вместе с тем это от­дельное направление имеет тесную связь с электроникой, элек­тротехникой, математикой и другими разделами науки и техники. В развитие систем автоматики внесли вклад ученые Н.Н.Боголюбов, И.Ф.Бородин, Н.Винер, Н.Е.Жуковский, А.Н.Колмогоров, Н.М.Крылов, А.В.Михайлов, Г.Найквист, В.Д.Шеповалов, С.А.Чаплыгин, и многие другие ученые.

Предметом дисциплины "Автоматика" является - теоретиче­ские основы и технические средства автоматики.

Основы теории автоматического управления

Лекция 1 . «Принципы построения автоматизированных производств»

Автоматизация производства

Автоматика - отрасль науки и техники, охватывающая тео­рию и устройства средств и систем автоматического управления машинами и технологическими процессами Она возникла в 19 ве­ке с появлением механизированного производства на базе пря­дильных и ткацких станков, паровых машин и др., которые за­менили ручной труд и дали возможность повысить его произво­дительность.

Автоматизации всегда предшествует процесс полной механи­зации - такого производственного процесса, в котором человек не затрачивает на выполнение операций физической силы.

По мере развития техники функции управления процессами и машинами расширялись и усложнялись. Человек уже во многих случаях не был в состоянии управлять механизированным произ­водством без специальных дополнительных устройств. Это обусло­вило возникновение автоматизированного производства, при ко­тором работники высвобождаются не только от физического тру­да, но и от функций контроля за машинами, оборудованием, произ­водственными процессами и операциями, а также управления ими.

Под автоматизацией производственных процессов пони­мают комплекс технических мероприятий по разработке но­вых технологических процессов и создание производства на основе высокопроизводительного оборудования, выпол­няющего все основные операции без непосредственного уча­стия человека.

Автоматизация способствует значительному повышению про­изводительности труда, улучшению качества продукции и усло­вий труда людей

В сельском хозяйстве, пищевой и перерабатывающей про­мышленности автоматизируется контроль и управление темпера­турой, влажностью, давлением, регулирование скорости и перемещение, сортирование по качеству, упаковка и многие другие процессы и операции, обеспечивая более высокую их эффективность, экономию труда и средств.

Автоматизированные производства по сравнению с не автоматизированными обладают определенной спецификой:

· для повышения эффективности они должны охватывать большее количество разнородных операций;

· необходима тщательная проработка технологии, анализ объектов производства, маршрутов движения и операций, обеспечения надежности процесса с заданным качеством;

· при широком ассортименте выпускаемой продукции и се­рости работы технологические решения могут быть многовариатными;

· повышаются требования к четкой и слаженной работе раз­личных служб производства.

При проектировании автоматизированного производства должны быть соблюдены следующие принципы:

1. Принцип завершенности. Следует стремиться к выполнению всехопераций в пределах одной автоматизированной производственной системы без промежуточной передачи полуфабрикатов

в другие подразделения. Для реализации этого принципа необходимо обеспечить:

Технологичность продукта, т.е. на его изготовление должно расхсодоваться минимальное количество материалов, времени и средств:

Унификацию методов обработки и контроля продукта;

Расширение типажа оборудования с повышенными технологическими возможностями для обработки нескольких видов сырьяили полуфабрикатов.

2. Принцип малооперационной технологии. Количество опе­раций промежуточной обработки сырья и полуфабрикатов должно быть сведены к минимуму, а маршруты их подачи - оптими-зированы.

3. Принцип малолюдной технологии. Обеспечение автомат­икой работы на протяжении всего цикла изготовления продукта. Для этого необходимо стабилизировать качество входного сырья, повысить надежность оборудования и информационного обеспечения процесса.

4. Принцип безотладочной технологии. Объект управления не должен требовать дополнительных наладочных работ после того, как он пущен в эксплуатацию.

5. Принцип оптимальности. Все объекты управления и служ­бы производства подчинены единому критерию оптимальности, например, выпускать продукцию только высшего качества.

6. Принцип групповой технологии. Обеспечивает гибкость производства, т.е. возможность перехода с выпуска одного про­дукта на выпуск другого. В основе принципа лежит общность операций, их сочетаний и рецептур.

Для серийного и мелкосерийного производства характерно создание автоматизированных систем из универсального и агре­гатного оборудования с межоперационными емкостями. Это обо­рудование в зависимости от перерабатываемого продукта может переналаживаться.

Для крупносерийного и массового выпуска продукции авто­матизированное производство создается из специального обору­дования, объединенного жесткой связью. В подобных производ­ствах применяется высокопроизводительное оборудование, на­пример, роторное для разливки жидкостей в бутылки или пакеты.

Для функционирования оборудования необходим промежу­точный транспорт для сырья, полуфабрикатов, компонентов, раз­личных сред.

В зависимости от промежуточного транспорта автоматизиро­ванные производства могут быть:

Со сквозной транспортировкой без перестановки сырья, по­луфабриката или сред;

С перестановкой сырья, полуфабрикатов или сред;

С промежуточной емкостью.

По видам компоновки оборудования (агрегатирования) разли­чают автоматизированные производства:

Однопоточные;

Параллельного агрегатирования;

Многопоточные.

В однопоточном оборудование расположено последовательно по ходу выполнения операций. Для увеличения производитель­ности однопоточного производства операция может выполняться на однотипном оборудовании параллельно.

В многопоточном производстве каждый поток выполняет аналогичные функции, но работает независимо один от другого.

Особенностью сельскохозяйственного производства и пере­работки продукции является быстрое снижение ее качества, на­пример, после забоя скота или съема плодов с деревьев. Это тре­бует такого оборудования, которое имело бы высокую мобиль­ность (возможность выпуска широкого ассортимента продуктов из однотипного сырья и переработки различных видов сырья на однотипном оборудовании).

Для этого создаются переналаживаемые производственные системы, обладающие свойством автоматизированной перена­ладки. Организационным модулем таких систем является произ­водственный модуль, автоматизированная линия, автоматизиро­ванный участок или цех.

Производственным модулем называют систему, состоящую из единицы технологического оборудования, оснащенного авто­матизированным устройством программного управления и сред­ствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующую и имеющую возможность встраиваться в систему более высокого уровня (рис. 1.1).

1- оборудование для вы­полнения одной или нескольких операций; 2- управляющее устройство; 3- погрузочно-разгрузочное устройство; 4- транспортно-накопительное устройство (промежуточная емкость); 5- контрольно-измерительная система

Рисунок 1.1 - Структура производст­венного модуля

Производственный модуль может включать в себя, например, сушильную камеру, контрольно-измерительную систему, погрузочно-разгрузочную и транспорт­ную системы с локальным управлением или смесительную уста­новку с аналогичным добавочным оборудованием.

Частным случаем производственного модуля является произ­водственная ячейка - комбинация модулей с единой системой измерения режимов работы оборудования, транспортно- накопительной и погрузо-разгрузочной системами (рис. 1.2). Производственная ячейка может встраиваться в системы более высокого уровня.

1- оборудования для выполнения одной или не­скольких операций; 2- приемный бункер; 3-погрузочно-разгрузочное устройство; 4- конвейер; 5- проме­жуточная емкость; 6- управляющий компьютер; 7- контрольно-измерительная система.

Рисунок 1.2 - Структура производ­ственной ячейки

Автоматизированная ли­ния - переналаживаемая систе­ма, состоящая из нескольких производственных модулей или ячеек, объединенных еди­ной транспортно- складской системой и системой автоматического управления технологического процесса (АСУ ТП). Оборудование автоматизированной линии расположено в приня­той последовательности выполнения технологических операций. Структура автоматизированной линии изображена на рис. 1.3.

1,2,3,4- производствен­ные ячейки и модули; 5- транспортная система; 6-склад; 7- управляющий компьютер.

Рисунок 1.3 - Структура автоматизированной линии

В отличие от автоматизированной линии на переналаживае­мом автоматизированном участке предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования. Линия и участок могут иметь отдельно функцио­нирующие единицы технологического оборудования. Структура автоматизированного участка приведена на рис. 1.4.

1,2,3- автоматизиро­ванные линии; 4- производственные ячейки; 5- производственные модули; 6- склад; 7- управляющий компьютер

Рисунок 1.4 - Структура автоматизированного участка

Автоматизация производственных процессов – основное направление, по которому в настоящее время продвигается производство во всем мире. Все, что раньше выполнялось самим человеком, его функции, не только физические, но и интеллектуальные, постепенно переходят к технике, которая сама выполняет технологические циклы и осуществляет контроль за ними. Вот такое теперь генеральное русло современных технологий. Роль человека во многих отраслях уже сводится лишь к контролеру за автоматическим контролером.

В общем случае под понятием «управление технологическим процессом» понимают совокупность операций, необходимых для пуска, остановки процесса, а также поддержания или изменения в требуемом направлении физических величин (показателей процесса). Осуществляющие технологические процессы отдельные машины, агрегаты, аппараты, устройства, комплексы машин и аппаратов, которыми необходимо управлять, в автоматике называют объектами управления или управляемыми объектами. Управляемые объекты весьма разнообразны по своему назначению.

Автоматизация технологических процессов – замена физического труда человека, затрачиваемого на управление механизмами и машинами, работой специальных устройств, обеспечивающих это управление (регулирование различных параметров, получение заданной производительности и качества продукта без вмешательства человека).

Автоматизация производственных процессов позволяет во много раз увеличивать производительность труда, повышать его безопасность, экологичность, улучшать качество продукции и более рационально использовать производственные ресурсы, в том числе, и человеческий потенциал.

Любой технологический процесс создается и осуществляется для получения конкретной цели. Изготовления конечной продукции, или же для получения промежуточного результата. Так целью автоматизированного производства может быть сортировка, транспортировка, упаковка изделия. Автоматизация производства может быть полной, комплексной и частичной.

Частичная автоматизация имеет место, когда в автоматическом режиме осуществляется одна операция или отдельный цикл производства. При этом допускается ограниченное участие в нем человека. Чаще всего частичная автоматизация имеет место, когда процесс протекает слишком быстро для того, чтобы сам человек мог в нем полноценно участвовать, при этом достаточно примитивные механические устройства, приводящиеся в движение при помощи электрического оборудования, отлично с ним справляются.

Частичная автоматизация, как правило, применяется на уже действующем оборудовании, является дополнением к нему. Однако, наибольшую эффективность оно показывает, когда включено в общую систему автоматизации изначально - сразу же разрабатывается, изготовляется и устанавливается как ее составная часть.

Комплексная автоматизация должна охватывать отдельный крупный участок производства, это может быть отдельный цех, электростанция. В этом случае все производство действует в режиме единого взаимосвязанного автоматизированного комплекса. Комплексная автоматизация производственных процессов целесообразна не всегда. Ее область применения – современное высокоразвитое производство, на котором используется чрезвычайно надежное оборудование.

Поломка одного из станков или агрегата тут же останавливает весь производственный цикл. Такое производство должно обладать саморегуляцией и самоорганизацией, которая осуществляется по предварительно созданной программе. При этом человек принимает участие в производственном процессе лишь в качестве постоянного контролера, отслеживающего состояние всей системы и отдельных ее частей, вмешивается в производство для пуска-запуска и при возникновении внештатных ситуаций, или при угрозе такого возникновения.

Наивысшая ступень автоматизации производственных процессов – полная автоматизация . При ней сама система осуществляет не только процесс производства, но и полный контроль над ним, который проводят автоматические системы управления. Полная автоматизация целесообразна на рентабельном, устойчивом производстве с устоявшимися технологическими процессами с неизменным режимом работы.

Все возможные отклонения от нормы должны быть предварительно предусмотрены, и разработаны системы защиты от них. Также полная автоматизация необходима для работ, которые могут угрожать жизни человека, его здоровью или же проводятся в недоступных для него местах – под водой, в агрессивной среде, в космосе.

Каждая система состоит из компонентов, которые выполняют определенные функции. В автоматизированной системе датчики снимают показания и передают для принятия решения по управлению системой, команду выполняет уже привод. Чаще всего это электрическое оборудование, так как именно при помощи электрического тока целесообразнее выполнять команды.

Следует разделять автоматизированные систему управления и автоматические. При автоматизированной системе управления датчики передают показания на пульт оператору, а он уже, приняв решение, передает команду исполнительному оборудованию. При автоматической системе – сигнал анализируется уже электронными устройствами, они же, приняв решение, дают команду устройствам-исполнителям.

Участие человека в автоматических системах все же необходимо, пусть и в качестве контролера. Он имеет возможность вмешаться в технологический процесс в любой момент, откорректировать его или же остановить.

Так, может выйти из строя датчик температуры и подавать неправильные показания. Электроника в таком случае, будет воспринимать его данные, как достоверные, не подвергая их сомнению.

Человеческий разум во много раз превосходит возможности электронных устройств, хотя по быстроте реагирования уступает им. Оператор, может понять, что датчик неисправен, оценить риски, и просто отключить его, не прерывая процесс. При этом он должен быть полностью уверен в том, что это не приведет к аварии. Принять решение ему помогает опыт и интуиция, недоступные машинам.

Такое точечное вмешательство в автоматические системы не несет с собой серьезных рисков, если решение принимает профессионал. Однако, отключение всей автоматики и перевод системы в режим ручного управления чреват серьезными последствиями из-за того, что человек не может быстро реагировать на изменение обстановки.

Классический пример – авария на Чернобыльской атомной электростанции, ставшая самой масштабной техногенной катастрофой прошлого века. Она произошла именно из-за отключения автоматического режима, когда уже разработанные программы по предотвращению аварийных ситуаций не могли влиять на развитие обстановки в реакторе станции.

Автоматизация отдельных процессов началась в промышленности еще в девятнадцатом веке. Достаточно вспомнить автоматический центробежный регулятор для паровых машин конструкции Уатта. Но лишь с началом промышленного использования электричества стала возможной более широкая автоматизация уже не отдельных процессов, а целых технологических циклов. Связано это с тем, что до этого механическое усилие на станки передавалось с помощью трансмиссий и приводов.

Централизованное производство электроэнергии и использование ее в промышленности по большому счету, началось лишь с двадцатого века - перед Первой мировой войной, когда каждый станок был оснащен собственным электродвигателем. Именно это обстоятельство дало возможность механизировать не только сам производственный процесс на станке, но механизировать и его управление. Это был первый шаг к созданию станков-автоматов . Первые образцы которых появились уже в начале 1930-х годов. Тогда и возник сам термин «автоматизированное производство».

В России – тогда еще в СССР, первые шаги в этом направлении были сделаны в 30-40-е годы прошлого века. Впервые автоматические станки были использованы в производстве деталей для подшипников. Затем появилось первое в мире полностью автоматизированное производство поршней для тракторных двигателей.

Технологические циклы соединились в единый автоматизированный процесс, начинавшийся с загрузки сырья и заканчивающийся упаковкой готовых деталей. Это стало возможно, благодаря широкому применению современного на то время электрооборудования, различных реле, дистанционных выключателей, и конечно же, приводов.

И только появление первых электронно-вычислительных машин позволило выйти на новый уровень автоматизации. Теперь уже технологический процесс перестал рассматриваться, как просто совокупность отдельных операций, которые нужно совершать в определенной последовательности для получения результата. Теперь весь процесс стал единым целым.

В настоящее время автоматические системы управления не только ведут производственный процесс, но также контролируют его, отслеживают возникновение внештатных и аварийных ситуаций. Они запускают и останавливают технологическое оборудование, отслеживают перегрузки, отрабатывают действия в случае аварий.

В последнее время автоматические системы управления позволяют достаточно легко перестраивать оборудование на производство новой продукции. Это уже целая система, состоящая из отдельных автоматических многорежимных систем, соединенных с центральным компьютером, который увязывает их в единую сеть, и выдает задания для исполнения.

Каждая подсистема является отдельным компьютером со своим программным обеспечением, предназначенным для выполнения собственных задач. Это уже гибкие производственные модули. Гибкими их называют потому, что их можно перенастроить на другие технологические процессы и тем самым расширять производство, версифицировать его.

Вершиной автоматизированного производства являются . Автоматизация пронизало производство сверху донизу. Автоматически работают транспортная линия по доставке сырья для производства. Автоматизировано управление и проектирование. Человеческий опыт и интеллект используется лишь там, где его не может заменить электроника.

Есть все основания полагать, что именно ближайшее десятилетие станет переломным этапом в развитии новых подходов к производству, рубежом между эпохами неавтоматизированного и автоматизированного производства.

Совершенно очевидно, что именно сейчас для этого созрели научно-технические предпосылки, связанные с появлением и развитием новейших средств автоматизации. К ним относятся в первую очередь автоматические системы управления на основе промышленных контроллеров и, конечно же, промышленные роботы, поднявшие производство на качественно более высокий уровень.

Казалось бы, безусловная прогрессивность в сочетании с повышенным вниманием должны были обеспечить промышленным роботам триумфальное шествие, позволить им внести весомый вклад в интенсификацию производственных процессов, сокращение доли ручного труда. Однако пока этого не происходит в должной степени. По крайней мере, что касается ситуации в нашей стране.

Очевидно, что основная проблема медленного развития автоматизации и, в частности, роботизированного производства заключается в явном несоответствии затрат сил и средств с одной стороны и реальной отдачи с другой. И вызвано это не вдруг открывшимися недостатками промышленных роботов, а просчетами, допускаемыми при подготовке такого производства. Производство, с его суровыми законами, неизбежно отторгает дорогие, тихоходные и малонадежные конструкции.

Россия может и должна вернуть себе статус мировой промышленной державы. Чтобы это осуществить, необходимо обладать рядом ключевых преимуществ - перспективными направлениями и технологиями, развитым станкостроением, а главное - человеческими ресурсами, которые в состоянии воплотить задуманное в жизнь. Специфика создания любой новой продукции, будь то новейшие образцы вооружения, морских и воздушных судов или других высокотехнологичных изделий, состоит в том, что проектируется только то, что в принципе можно изготовить. Говорить о создании, например, истребителя нового поколения, не имея оборудования соответствующего уровня, бессмысленно. Таким образом, новейшее оборудование является основой для создания новейших технологий. Отказ от планомерного промышленного регулирования, прямого «взращивания» инновационных проектов приводит к отказу и от современных промышленных производств: судо- и авиастроения, космической сферы, скоростного железнодорожного транспорта, современных систем вооружений.

Поскольку автоматизация и роботизированное производство по своей сути тесно связаны с разработкой новых видов продукции, они способны определять уровень конкурентоспособности страны. Поэтому необходимо изучать и исследовать производственные циклы предприятий различных отраслей с крупносерийным, серийным и мелкосерийным выпуском продукции с целью определения областей рационального применения роботов и установления функциональных и технических требований к ним.

В мире происходит динамичное развитие робототехники. Созданы и создаются все новые высокоэффективные конструкции роботов, промышленные контроллеры для массового применения. Их количество быстро растет, так как сокращение доли ручного труда, повышение производительности и рост темпов производства являются насущной задачей эффективного промышленного производства в развитых постиндустриальных странах. При этом во многих случаях именно появление технологии является стимулом к разработке новых видов продукции. Технология, доведенная до совершенства, определяет себестоимость производства, а в конечном счете и эффективность и конкурентоспособность экономики страны в целом. Таким образом, формирование этого направления позволит придать импульс находящейся на подъеме промышленности и заложить фундамент для ее динамичного развития.

Развитие промышленного производства определяется ростом производительности труда. Производительность технологической операции в любой отрасли промышленности зависит от затрат времени на выполнение главных функциональных действий (основное время), вспомогательных действий (вспомогательное время) и потерь времени, обусловленных недостаточной организацией труда (организационные потери) и длительным выполнением некоторых дополнительных действий (собственные потери). Сокращения основного времени можно добиться путем совершенствования технологии обработки, а также конструктивными изменениями в оборудовании. Минимизация организационных потерь времени предполагает тщательную проработку условий организации производства, доставки материалов и комплектующих, налаженные кооперационные связи и многое другое, а сокращение вспомогательного времени и собственных потерь связано с механизацией и автоматизацией производства. Автоматизация производства возможна только на основе новейших достижений науки и техники, применения прогрессивной технологии и использования передового производственного опыта. Ну а гибкая автоматизация в свою очередь дает возможность быстрой перенастройки производства для выполнения технологических функций с определенной производительностью обработки на основе максимального использования вычислительной техники и электроники.

В виду того, что компьютерные технологии развиваются быстрыми темпами и ничто не мешает их применению в связке с технологическим оборудованием, можно сделать вывод, что в ближайшее время участие человека в производственных процессах будет сведено к минимуму. Предприятия недалекого будущего - это полностью автоматизированные цеха с гибкой организацией производства, обслуживаемого группами роботов с единым центром управления.

НОВЫЕ ЗАДАЧИ - НОВЫЕ РЕШЕНИЯ

Автоматизация производства приводит к значительному повышению его эффективности. Это связано, с одной стороны, с улучшением организации производства, ускорением оборота средств и лучшим использованием основных фондов, с другой - со снижением себестоимости обработки, расходов на заработную плату и энергозатраты. Третий немаловажный фактор - повышение уровня культуры производства, качества выпускаемой продукции и т.д.

Станки с ЧПУ стали символом движения к инновационной организации производства. Однако, несмотря на масштабы и всеохватность областей их применения, сегодня они не являются самым значительным достижением в области автоматизации. За кулисами находятся программируемые контроллеры, микропроцессоры, компьютеры, управляющие технологическими процессами, а также логические системы управления, пользующиеся даже большим успехом и шире применяющиеся в этой области. В то же время все перечисленные устройства могут рассматриваться как члены одной семьи оборудования для гибкой автоматизации, на корню меняющей сложившуюся систему промышленного производства.

Уже доказано, что использование промышленных роботов не только повышает уровень автоматизации поточного производства, но и позволяет более эффективно использовать технологическое оборудование и на этой основе значительно увеличить производительность труда. Применение роботов также решает проблему обеспечения кадрами на тяжелых и вредных операциях.

В области создания и применения промышленных роботов наша страна пока находится в начальной стадии, поэтому предстоит провести большой объем исследований и разработок, наработать собственную базу типовых решений. Наряду с освоением универсальных роботов необходимо наладить производство типовых моделей оборудования специального назначения (пневматические захваты, стационарные устройства и тому подобные приспособления), которые позволят в дальнейшем расширить возможности автоматизации. Кроме того, следует разработать упрощенные модели роботов и механических захватов для выполнения несложных операций.

Простая автоматизация рабочих мест уже перестала устраивать руководителей производства. Почему? Ведь высвобождаемое время - важнейший фактор, влияющий на эффективность деятельности промышленного предприятия. Однако экономический эффект от локальной, «кусочной» автоматизации минимален, так как процесс проектирования остается классически последовательным: конструкторы создают документацию, передают ее технологам, забирают обратно на корректировку, возвращают исправленную документацию технологам, те подготавливают технологическую документацию, согласовывают со снабженцами и экономистами и так далее. В результате ни полной экономической отдачи, ни действительно значимого сокращения срока подготовки производства автоматизация не приносит, хотя положительный эффект достигается в любом случае.

Не следует забывать, что разработка и подготовка производства сложной, высокотехнологичной продукции - это коллективный и взаимоувязанный процесс, в который вовлечены десятки и сотни специалистов предприятия или даже группы предприятий. В процессе разработки изделия возникает ряд затруднений, влияющих на общий успех. В первую очередь это отсутствие возможности видеть ключевые ресурсы, вовлеченные в процесс разработки в их фактическом состоянии на данный момент времени. Это также организация совместной работы коллектива специалистов с привлечением компаний, поставляющих какие-либо компоненты для разрабатываемого изделия. Существенно сократить сроки подготовки такого производства можно только одним способом - за счет параллельного выполнения работ и тесного взаимодействия всех участников процесса. Подобную задачу можно решить за счет создания единого информационного пространства предприятия, своеобразного массива цифровых данных о продукции.

С ЧЕГО НАЧИНАТЬ АВТОМАТИЗАЦИЮ

Ниже приведен краткий алгоритм, позволяющий понять, что же нужно выяснить, чтобы приступить к реализации проекта автоматизации производства.

1. Для начала необходимо провести оценку объекта автоматизации - что требуется заменить, какое оборудование нужно приобрести и что сможет увеличить производительность предприятия.

2. На основе разработанного технического задания нужно выбрать наиболее оптимальные элементы для решения поставленных задач. Это могут быть специальные датчики и инструменты контроля, например, за работой оборудования, а также различные комплекты для дальнейшего сбора и обработки всей полученной информации, специальные устройства для обеспечения интерфейса - пульт контроля для нормальной деятельности диспетчеров производства и т. п.

3. Составить проектную документацию - схему автоматизации, желательно в виде циклограмм, электрическую принципиальную схему, описание контроля управления систем.

4. Следующим этапом идет разработка программ, которые помогут реализовать алгоритмы управления для каждой конкретной единицы оборудования (нижнюю ступень управления). После этого составляется общий алгоритм для сбора, обработки полученных данных (верхняя ступень управления производством).

5. Когда все вышеперечисленное выполнено, целесообразно заняться обеспечением поставок необходимого оборудования. Причем его пусконаладка должна производиться по заранее и строго определенным приоритетам.

6. Необходимо провести автоматизацию всех ступеней производственного процесса путем программного объединения систем управления каждым отдельным уровнем, предусмотрев для них возможность гибких трансформаций.

ТИПИЧНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ПРЕОДОЛЕНИЮ

Компания «Солвер» занимается автоматизацией производств машиностроительных предприятий 20 лет. Опыт показывает, что объективными факторами, препятствующими успешному претворению проектов автоматизации в жизнь, являются:

Неготовность коллектива предприятия принять автоматизацию как необходимый и достаточный инструмент производственного цикла на данном этапе развития предприятия;

Нехватка достаточного количества компетентных специалистов в области автоматизации;

Часто на предприятии нет четкого понимания конечных целей мероприятий по автоматизации.

Компанией «Солвер» были сформулированы несколько базовых принципов, позволяющих рационально взглянуть на проблемы роботизации, и постулаты, которыми целесообразно руководствоваться, прорабатывая этапы автоматизации производства.

1. Средства роботизации должны не просто заменять человека или имитировать его действия, но и выполнять эти производственные функции быстрее и лучше. Лишь тогда они будут по-настоящему эффективными. Этим и достигается принцип конечного результата.

2. Комплексность подхода. Должны быть рассмотрены и в конечном итоге решены на новом, более высоком уровне все важнейшие компоненты производственного процесса - технологии, объекты производства, вспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания. Одна непроработанная на должном уровне компонента производственного процесса способна сделать неэффективным весь комплекс мер по автоматизации. И промышленные роботы, и автоматизированные системы управления должны внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и в комплексе приспосабливаться к требованиям производства - лишь тогда они будут эффективными.

3. И самое важное - принцип необходимости. Средства роботизации, включая самые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можно приспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Закончить статью хотелось бы следующим выводом. Никто не в состоянии детально и точно описать зарождающееся сегодня сверхиндустриальное общество. Но уже сейчас надо понимать, что в обозримой перспективе общество перейдет от массовой фабричной системы к уникально-штучному производству, интеллектуальному труду, в основе которых будут лежать информация, супертехнологии, а также высокая степень автоматизации производства. Другого пути не предвидится.

Решение задач автоматизации

Вопрос 3 Производственный и технологический процессы автоматизированного производства

Следящая система

Следящая система - автоматическая система, в которой выходная величина воспроизводит с определенной точностью входную величину, характер изменения которой заранее не известен.

Следящие системы используют для различных целей. В качестве выходной величины следящей системы можно рассматривать совершенно различные физические величины.Одной из наиболее широко распространенных разновидностей следящих систем являются системы управления положением объектов. Такие системы можно рассматривать как дальнейшее развитие и усовершенствование систем дистанционной передачи угловых или линейных перемещений, в которых регулируемой величиной обычно является угол поворота объекта.

На элемент сравнения (рис. 1, г) от задающего элемента, связанного с входным валом следящей системы, поступает входная величина α ВХ. Сюда же от объекта управления, связанного с выходным валом системы, поступает значение угла обработки а ВЫХ. В результате сравнения этих величин на выходе элемента сравнения появляется рассогласование θ = α ВХ - а ВЫХ.

Сигнал рассогласования с выхода элемента сравнения поступает на преобразователь (Пр), в котором угол θ преобразуется в пропорциональное ему напряжение U 0 - сигнал ошибки.

Однако в подавляющем большинстве случаев мощность сигнала ошибки недостаточна для приведения в действие исполнительного двигателя (М). Поэтому между преобразователем и исполнительным двигателем включают усилитель, обеспечивающий необходимое усиление сигнала ошибки по мощности. Усиленное напряжение с выхода усилителя поступает на М, который приводит в действие объект управления, а перемещение а ВЫХ последнего передается на принимающий элемент измерительной схемы, т. е. на элемент сравнения.

Адаптивная система

Адаптивная (самоприспособляющаяся) система - система автоматического управления, у которой автоматически изменяется способ функционирования управляющей части для осуществления в каком-либо смысле наилучшего управления. В зависимости от поставленной задачи и методов ее решения возможны различные законы управления, поэтому адаптивные системы разделяют на следующие виды:

§ адаптивные системы функционального регулирования, где управляющее воздействие является функцией какого-либо параметра, например, подача - функция одной из составляющих силы резания, скорость резания - функция мощности;

§ адаптивные системы предельного (экстремального) регулирования, которые обеспечивают поддержание предельного значения одного или нескольких параметров в объекте;

§ адаптивные системы оптимального регулирования, в которых учитывается совокупность многих факторов с помощью комплексного критерия оптимальности.

В соответствии с этим критерием осуществляется изменение регулируемых параметров и величин, например, поддержание в станке режима обработки, обеспечивающего максимальную производительность и наименьшую себестоимость обработки, определяется заданием оптимальных значений параметров (скоростей сил резания, температуры и т. д.), от которых зависят производительность и себестоимость процесса обработки.

Технологическая операция

Технологической операцией называют законченную часть технологичес­кого процесса, выполняемую на одном рабочем месте. Следует учитывать, что рабочим местом является элементарная единица структуры предпри­ятия, где размещены исполнители работы, обслуживающие технологическое оборудование, на ограниченное время оснастка и предметы труда. Напри­мер, обработку ступенчатого вала можно выполнять в следующей последо­вательности: на первой операции подрезают торцы и зацентровывают вспо­могательные базы, на второй – обтачивают наружную поверхность, на третьей – шлифуют эти поверхности.

Типовой технологической операцией называют технологическую опе­рацию, характеризуемую единством содержания и последовательности тех­нологических переходов для группы изделий с одними конструктивными и технологическими признаками.

Групповой технологической опе­рацией называют технологическую операцию совместного изготовления группы изделий с разными конструк­тивными, но общими технологически­ми признаками.

Виды технологических операций

Технологический процесс можно по­строить по принципу концентрированных или же дифференцированных тех­нологических операций.

а – последовательная; б – параллель­ная; в – параллельно-последовательная операции

Рисунок 3.2 - Основные виды концентра­ции

Концентрированнойтехнологиче­ской операцией - опе­рация, включающая в себя боль­шое количество технологических пере­ходов. Как правило, она имеет многоинструментальную налад­ку. Пределом концентрации операций является полная обработка детали на одной операции.

Дифференцированнойоперацией называют операцию , состоящую из минимального количества переходов. Пределом дифференциации является выполнение технологической операции, состоящей из одного технологиче­ского перехода.

Достоинства дифференциации операций состоят в следующем: приме­няется сравнительно простое и дешевое оборудование, простота и незначи­тельная сложность их наладки, создается возможность применения более высоких режимов обработки.

Недостатки принципа дифференциации операций: удлиняется технологи­ческая линия, увеличивается количество потребного оборудования и производ­ственной площади, увеличивается число рабочих, большое число установок.

Технологический переход

Технологическим переходом называют законченную часть технологиче­ской операции, выполняемая одними и теми же средствами технологиче­ского оснащения при постоянных технологических режимах и установе. Если при обточке валика сменяли инструмент, то обработка этим инстру­ментом той же поверхности заготовки будет являться новым технологиче­ским переходом. Но сама смена инструмента является вспомога­тельным переходом.

Вспомогательным переходом называют законченную часть технологической операции, состоящей из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предмета труда, но необходимы для выполнения технологического перехода. Переходы могут быть совмещены во времени за счет одновременной обработки не­скольких поверхностей, т. е. могут осу­ществляться последовательно (черно­вая, получистовая, чистовая обточка ступенчатого вала или сверления четы­рех отверстий одним сверлом), парал­лельно (обточка ступенчатого вала не­сколькими резцами или сверление четы­рех отверстий, сразу четырьмя сверлами) или параллельно-последовательно (после обточки ступенчатого вала одновременно несколькими резцами, одновременное снятие фасок несколькими фасочными резцами или сверление четырех отверстий последовательно двумя сверлами).

Установ – часть технологической операции, выполняемая при неизменен­ном закреплении обрабатываемых загото­вок или собираемой сборочной единицы. Поворот деталей на какой-либо угол явля­ется новым установом. Если валик внача­ле обтачивают в трехкулачковом патроне с одного установа, а затем его перевернут и обточат, то это потребует два установа при одной операции (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 - Схема первого (а) и второго (б) установа

Позиция

Установленная и закреп­ленная на поворотном столе заготовка, подвергаемая сверлению, рассверлива­нию и зенкерованию, имеет один установ, но с поворотом стола она будет за­нимать новую позицию.

Позицией называют фиксированное положение, занимаемое жестко закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей со­вместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении определенной части операции. На многошпин­дельных автоматах и полуавтоматах заготовка при одном ее закреплении зани­мает различные позиции относительно станка. Заготовка перемещается в новое положение вместе с зажимным устройством.

При разработке технологического процесса обработки заготовок, пред­почтительно заменять установы позициями, так как каждый дополнитель­ный установ вносит свои погрешности обработки.

В условиях автоматизированного производства под операцией следует понимать законченную часть технологического процесса, выполняемую непрерывно на автоматической линии, которая состоит из нескольких единиц технологического оборудования, связанных автоматически действующими транспортно-загрузочными устройствами. Кроме основных технологических операций в состав ТП включают ряд необходимых для его осуществления вспомогательных операций (транспортных, контрольных, маркировочных и т.п.).

По компоновочной схеме

По виду транспорта различают автоматические линии:

а) со сквозным транспортированием заготовки между станками (применяется при обработке корпусных заготовок);

б) с боковым транспортированием (применяется при обработке коленчатых валов, гильз и т. д.);

в) с верхним транспортированием (применяется при обработке валов, зубчатых колес, фланцев и т. д.);

г) с комбинированным транспортированием;

д) с роторным транспортированием, используемым в роторных АЛ, в которых все технологические операции выполняются при непрерывном транспортировании заготовок и инструмента.

По степени гибкости:

а) синхронные или жесткие;

б) несинхронные или гибкие.

В синхронных автоматических линиях перемещение заготовок осуществляется через синхронизированные промежутки времени. Время обработки на рабочей позиции равно или кратно такту. Такт – интервал времени, через который периодически производится выпуск изделия определенного типа. Такие линии применяются в крупносерийном и массовом производствах.

В несинхронных автоматических линиях обработанные детали перемещаются по мере готовности выполняемой операции. Так как время обработки на каждой позиции разное, то нужны промежуточные накопители. Эти линии применяются в серийном и опытном производствах.

Вопрос 26 Вспомогательные устройства транспортно-накопительных подсистем: поддоны, палеты, толкатели. устройства поворота и ориентации деталей, устройства деления потоков (назначения, конструкции, обсласть применения)

Делители потока.

Применяются для деления потоков в ветвящихся автоматических линиях (рис. 1.). Делятся по принципу движения заслонок: качающихся, возвратно-поступательных и вращающихся.

Деление осуществляется посредством:

Качающихся заслонок поворачивающейся под действием самой заготовки (рис. 1.,а);

С помощью возвратно – поступательных заслонок (рис. 1.,б,в);

Применяются в том случае когда возникает необходимость в разделении общего потока на несколько самостоятельных потоков между однотипными станками. Устанавливаются между механизмом ориентации и накопителем или между накопителем и питателем. Конструкции разнообразны и зависят от формы и размера деталей и от конструкции накопителей и питателей.

Рис. 1. Делители потоков: а.- с чающимися заслонками; б.в – с помощью возвратно-поступающих заслонок.

Ориентирующие устройства.

Во многих случаях в автоматизированном производстве заготовка или деталь должны быть поданы в рабочую зону или на транспортные системы или к захватным или к поворотным устройствам и т.д. в ориентированном положении. Для этого используются различной конструкции ориентирующие устройства в виде шиберов, секторов с возвратно – поступательными или качающимися движениями, вращающихся дисков, лопатных механизмов, трубок втулок и т.п. Схемы ориентирующих устройств приведены на рис. 2.и 3.

Ориентация деталей возможна также и при их транспортировании При этом используется нессиметричность формы деталей и расположение центра тяжести. Способ ориентирования может быть пассивным и активным.

Пассивные ориентирующие устройства получили широкое распространение при вибрационном транспортировании деталей. Общим в принципе их действия является то, что неправильно ориентированные детали сбрасываются с транспортного устройства и возвращаются к началу потока, а далее следуют лишь правильно ориентированные.

Активные ориентирующие устройства придают детали сложное положение в пространстве в независимости от их исходного положения при поступлении в ориентирующее устройство. Принцип принудительного изменения используют так же при необходимости переориентации. Для несложных деталей малых размеров – применяют простые ориентирующие устройства, для дет. сложных форм или тяжёлых – ориентирующие устройства типа кантователей или универсальных поворотных устройств. Иногда используются действие магнитного поля.

Ориентируемые заготовки условно делят на:

Заготовки простой формы, ориентируемые с помощью вырезов в лотках, скосов, отсекателей;

Заготовки со смещённым центром тяжести, которые ориентируются разом или при повороте во время прохождения их через щель или вырез в лотке;

Симметричные и ассиметричные заготовки, которые ориентируются при провале в спец. окно лотка (ориентация по трафарету).

Заготовки ориентируемые с помощью спец. устройств.

Плоские заготовки типа кругов, колец (рис 2.,а) с d >h , ориентируются с помощью спирального лотка рабочая поверхность которого наклонена по радиусу к центру бункера под b =3-5 0 для обеспечения сброса второго слоя заготовок. Буртик лотка m <h .

Колпачки с d ³ h ориентируются пассивным способом с помощью выреза с язычком (рис 2.,б).

Заготовки ориентированные донышком вниз проходят по язычку не опрокидываясь, т.к. язычок является достаточной опорой для обеспечения устойчивого положения заготовки. Заготовки расположенные отверстием вниз, надавливаются на язычок теряют равновесие и падают в бункер.

Цилиндры с l > d ориентируются пассивным способом (рис. 2., в) для сброса неправильно ориентированных заготовок под лотком установлен скос, расположенным на высоте 1,1 d от поверхности лотка.

Для ориентировании ступенчатых дисков применяют пассивный способ (рис 2.,г) с использованием особенностей формы. Заготовки, расположенные большим диаметром вниз свободно проходят мимо сбрасывателя и перемещаются далее по лотку.

Рис. 2. Схемы ориентирующих устройств.

Заготовки с большим диаметром вверх – сталкиваются сбрасывателем с лотка в бункер.

Заготовки типа стержней с головками (рис 2.,д) ориентируются активным способом при помощи прорези, выполненным на прямолинейном участке лотка.

Для активной ориентации валиков с уступом (рис.3.,а) используют смещение центра тяжести.

Для ориентации тонких заготовок в виде скоб, треугольников, секторов применяют пассивный способ (рис. 3.,б). Для пластин Т образной формы – активный способ (рис.3.,в).

При необходимости переориентации заготовок в ходе техпроцесса применяют способ активной ориентации.

Рис. 3. Схемы ориентирующих устройств.

Поворотные устройства.

Используют в станках для перемещения обрабатываемой детали или инструмента на позицию. Это многопозиционные столы и барабаны, блоки многошпиндельных автома­тов, револьверные головки, дисковые магазины и делительные устройства (рис. 4.).

К поворотным устройствам предъявляются требования точности поворота на заданную угловую величину, точности и жесткости фикса­ции в рабочей позиций, осуществление поворота за минимальное время, при ограничениях на возникающие при этом динамические нагрузки.

Точность поворотных устройств, следует оценивать с вероятностных позиций. Под точностью здесь принять понимать точность углового позиционирования; характеризующуюся текущей погрешностью угла поворота. В лучших системах управления автоматиче­ских поворотных устройств, для минимизации погрешностей команды подают с соответст­вующим упреждением. Точность современных поворотных станков с ЧПУ составляет 3..6 угловых секунд.

Быстродействие характеризуется средней скоростью поворота w ср – до 1,0 с -1 . Универсальность оп­ределяется возможным диапазоном числа делений, который в современных автоматиче­ских поворотных столах равен 2...20000 и выше.

В качестве привода поворотных устройств используют шаговые двигатели (рис.4,а), позво­ляющие получать широкую универсальность по диапазону делений, состыковываться с системами управления с ЧПУ или ЭВМ. Поворотные устройства с гидроприводом (рис.4,б) и с маль­тийским механизмом (рис.4,в) широко применяются в станках и револьверных головках с постоян­ным фиксированным углом поворота.

Рис. 4 Схемы поворотных устройств.

Применяют такие схемы с периодическим включе­нием кинематической цепи различными муфтами (рис.4,в,г), и храповые механизмы (рис.4,е)

Транспортным пакетом называется укрупненная грузовая единица, сформированная из штучных грузов в таре и без нее, с применением различных способов и средств пакетирования, сохраняющая форму в процессе обращения и обеспечивающая возможность комплексной механизации погрузочно-разгрузочных и складских операций.

Одним из основных средств пакетирования являются поддоны (плоские, стоечные и ящичные).

Поддоны для гибких автоматизированных производств выбирают в соответствии с теми же методическими принципами, которые изложены выше применительно к созданию механизированных и автоматизированных складов любых типов.

Все поддоны можно классифицировать :

По назначению- транспортные и технологические (кассеты, спутники);

По роду транспортируемых грузов- универсальные (для грузов широкой номенклатуры) и специальные (для определенных грузов);

По конструкции (плоские, стоечные, ящичные, одно- и двухна-стильные, одно- и двухзаходные);

По материалу (металлические - из стали или легких сплавов, деревянные, пластмассовые, картонные, композитные с применением древесно-стружечных плит и других материалов);

По продолжительности использования (разового использования, многооборотные);

По области применения (внутрискладские поддоны, для внутризаводских перевозок, для внешних магистральных перевозок);

По размерам (150 х 200; 200 х 300; 300 х 400; 400 х 600; 600 х 800; 800 х 800; 800 х 1000; 800 х 1200; 1600 х 1000; 1600 х 1200).

Многооборотные поддоны являются частью транспортно-складского оборудования ГАП, участка, цеха, предприятия. Поддоны разового использования можно рассматривать как разновидность транспортной упаковки грузов.

Особенностью специальных технологических поддонов для ГАП является то, что на них определенные грузы (заготовки, полуфабрикаты, детали) располагают в фиксированном положении, а иногда и закрепляют заранее, как, например, на поддонах-спутниках многооперационных сверлильно-фрезерно-расточных станков, и подают на них детали на станок непосредственно в зону обработки.

Поддоны-кассеты и поддоны-спутники изготовляют штампованными, сварными, литыми, и они могут служить самостоятельным устройством для формирования грузовой транспортно-складской единицы, или их укладывают на стандартные поддоны.

Транспортно-складские поддоны универсальны по роду размещаемых в них грузов и могут быть металлическими или пластмассовыми, а по конструкции плоскими, стоечными и ящичными.

Перемещения деталей типа тел вращения в ГПС осуществляются чаще всего с использованием простейших транспортных палет без закрепления на них изделий. Такие палеты одновременно выполняют
функции транспортирования и складирования.

Существуют три их разновидности:

1) одиночные палеты, которые перемещаются поодиночке и не могут быть уложены в несколько ярусов;

2) выдвижные палеты, установленные в специальных контейнерах, с возможностью выдвижения-задвижки;

3) многоярусные палеты, которые можно располагать поблизости от РМ одна на другой, в штабелях.

Перспективным является создание универсальных многопредметных палет на основе универсальных модулей. Такие палеты состоят из рамы обеспечивающей возможность обработки различных по форме изделий на различных РМ, вставок, которые используются для установки специальных элементов, служащих для размещения заготовок (деталей); форма и размеры этих элементов определяются формой и размерами заготовок (деталей).

Несущая рама (сварная стальная конструкция) имеет размеры европалет (1200 х 800 мм), хотя могут быть использованы и меньшие габариты. Имея гладкую опорную поверхность, рама может быть установлена на полу либо перемещаться на роликах или с помощью цепных транспортеров. Расположенные поперек или вдоль рамы защитные трубки предохраняют изделия от повреждений в ходе транспортирования. В углах рамы приварены подпорки для укладывания изделий в несколько ярусов. Расстояния между ярусами могут быть изменены с помощью вставляемых мерных стержней.

Для выбора палет можно использовать следующие критерии: соответствие габаритам европалет; масса изделий и палет; количество изделий, размещенных на палете (зависит от размеров и формы изделий); минимальное штучное время обработки одного изделия; требуемое время безлюдной работы ГПС.

Для изделий, имеющих сравнительно малые размеры и длительное время обработки, когда запаса изделий на одной-двух палетах достаточно для обеспечения устойчивой работы ГПС, использовать одиночные палеты;
- для крупногабаритных изделий с малым временем обработки применять выдвижные и многоярусные палеты с дополнительными устройствами для манипулирования ими.

К таким палетам относятся палеты со смонтированными на них крепежными приспособлениями или специальные транспортные палеты. Время, необходимое для замены палет, можно значительно сократить, вынеся действия закрепления-открепления заготовок из рабочей зоны на дополнительный носитель сменных палет, который обеспечивает быстрый их возврат обратно в рабочую зону.

Наиболее распространены станочные (входящие в комплектацию ГПМ), транспортные и вспомогательные палеты.

Чаще всего в ГПС используются палеты, служащие одновременно как для базирования и закрепления деталей, так и для транспортирования и манипулирования ими. Это обеспечивает гибкость транспортной подсистемы, поскольку, с одной стороны, все палеты имеют унифицированную рабочую поверхность, а с другой - столы системы транспортирования и манипулирования приспособлены для использования палет конкретного типа.

В случае использования станочных палет, входящих в ГПМ, заготовка крепится на них вне пределов рабочей зоны, параллельно с обработкой иной детали. После этого она перемещается в рабочую зону, где автоматически фиксируется для обработки.

Вопросы к экзамену по

Вопрос 1 Цель и задачи автоматизации производственных процессов. Виды автоматизации производственных процессов

Основными целями автоматизации технологического процесса являются :
-- повышение эффективности производственного процесса;
-- повышение безопасности производственного процесса.

Цели достигаются посредством решения следующих задач автоматизации технологического процесса:
-- улучшение качества регулирования;
-- повышение коэффициента готовности оборудования;
-- улучшение эргономики труда операторов процесса;
-- хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях.

Под термином «автоматизация» понимается совокупность методических, технических и программных средств, обеспечивающих проведение процесса измерения без непосредственного участия человека. Цели автоматизации представлены в табл. 1.

Таблица 1

Задачами автоматизации являются:

Устранение или минимизация «человеческого фактора» при выполнении функций системой или прибором;

Достижение заданных показателей качества при реализации автоматизируемых функций.

Решение задач автоматизации технологического процесса осуществляется при помощи внедрения современных методов и средств автоматизации. В результате автоматизации технологического процесса создается АСУ ТП.