Что такое автоматизация производства определение. Основные принципы автоматизации производственных процессов. Регулирующие технические средства

ОРГАНИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время автоматизация производства является одним из основных факторов современной научно-технической революции, открывающей перед человечеством возможности преобразования природы, создания огромных материальных богатств, умножения творческих способностей человека.

Развитие автоматизации характеризуется рядом крупных достижений. Одним из первых было внедрение сборочных конвейеров Генри Форда в процесс производства. Значительный переворот в автоматизации производства произвели промышленные роботы и персональные компьютеры. Всё это подтолкнуло наше общество на путь нового автоматизированного управления процессом производства.

В настоящее время для эффективного функционирования предприятия повсеместно вводится автоматизация, она становится неотъемлемой частью всего производственного процесса. И это вполне оправданно и выгодно, ведь снижаются затраты и повышается качество продукции.

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

Целью данной работы является рассмотреть основные принципы управления автоматизированным производством, а также определить эффективность автоматизированных систем управления.

ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

Сущность автоматизированного производства, его состав, применяемость, эффективность функционирования

Автоматизация производства – процесс, при котором функции по управлению производством и контролю за ним, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация – это основа развития современной промышленности, генеральное направление научно-технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

Автоматизированное производство возникло в некоторых отраслях промышленности (например, в химической и пищевой) уже в начале 20 в. в основном на таких производственных участках, где технология вообще не может быть организована по-другому .

Этапы развития автоматизации производства определяются развитием средств производства, электронно-вычислительной техникой, научными методами технологии и организации производства.

На первом этапе были созданы автоматические линии и жесткие заводы-автоматы. Второй период развития автоматизации характеризуется появлением электронно-программного управления, созданием станков с числовым программным управлением (далее ЧПУ), обрабатывающих центров и автоматических линий. Предпосылкой развития автоматизации производства на третьем этапе послужили новые возможности ЧПУ на базе микропроцессорной техники, позволившие создать новую систему машин, которая сочетала высокую производительность автоматических машин с требованиями гибкости производственного процесса. На более высоком уровне автоматизации создаются автоматические заводы будущего, оснащённые оборудованием с искусственным интеллектом

В автоматизированном производстве работа оборудования, агрегатов, аппаратов, установок происходит автоматически по заданной программе, а рабочий осуществляет контроль за их работой, устраняет отклонения от заданного процесса, производит наладку автоматизированного оборудования.

Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию.

Частичная автоматизация производства, точнее - автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его. Частично автоматизируется, как правило, действующее производственное оборудование. По мере совершенствования средств автоматизации и расширения сферы их применения было установлено, что частичная автоматизация наиболее эффективна тогда, когда производственное оборудование разрабатывается сразу как автоматизированное.

При комплексной автоматизация производства участок, цех, завод, электростанция функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс. Комплексная Автоматизация производства охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы; она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надёжного производственного оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе, функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением работой комплекса.

Полная автоматизация производства - высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Она проводится тогда, когда автоматизируемое производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически неизменны, а возможные отклонения заранее могут быть учтены, а также в условиях недоступных или опасных для жизни и здоровья человека.

Основой компрессорных систем машин выступают автоматические линии (далее АЛ). Автоматические линии представляют собой систему согласованно работающих и автоматически управляемых станков (агрегатов), транспортных средств и контрольных механизмов, расположенных по ходу технологического процесса, с помощью которых обрабатываются детали или собираются изделия, накапливаются заделы, удаляются отходы по заранее заданному технологическому процессу. Роль рабочего на АЛ сводится к наблюдение за работой линии, наладке отдельных механизмов, а иногда подаче заготовки на первую операцию и снятию готового изделия с последней операции.

АЛ служат для выполнения в автоматическом режиме определенных операций (стадий) производственного процесса и зависят от вида исходных материалов (заготовок), габаритов, массы и технологической сложности изготовляемых изделий.

В комплекс АЛ входит транспортная система, предназначенная для подачи заготовок со склада к стендам, перемещения подвесного технологического оборудования от одного стенда к другому, для транспортировки со стендов готовых изделий на главную линию или склад готовой продукции.

В зависимости от способа обеспечения ритмичности различают синхронные (жёсткие) АЛ, для которых характерны жесткая межагрегатная связь и единый цикл работы станков, и несинхронные (гибкие) АЛ с гибкой межагрегатной связью. Каждый станок в этом случае снабжён индивидуальным магазином-накопителем мажоперационных заделов .

Структурная компоновка АЛ зависит от объёма производства и характера технологического процесса. Существуют линии параллельного и последовательного действия, однопоточные, многопоточные, смешанные (с ветвящимся потоком) (рис. 1.1.1).

Рис. 1.1.1 Структурные компоновки автоматических линий: а - однопоточная последовательного действия; б - однопоточная параллельного действия; в - многопоточная; г - смешанная (с ветвящимся потоком); 1 - рабочие агрегаты: 2 - распределительные устройства.

АЛ параллельного действия применяются для выполнения одной операции, когда продолжительность её значительно превышает необходимый темп выпуска. Продукт переработки автоматически распределяется (из магазина или бункера) по агрегатам линии и после обработки приёмными устройствами собирается и направляется на последующие операции. Многопоточные АЛ представляют собой систему из АЛ параллельного действия, предназначенную для выполнения нескольких технологических операций, каждая из которых по продолжительности больше заданного темпа выпуска. В единую систему могут быть объединены несколько АЛ последовательного или параллельного действия. Такие системы называются автоматическими участками, цехами или производствами.

Автоматизированные участки (цехи) включают в себя автоматические поточные линии, автономные автоматические комплексы, автоматические транспортные системы, автоматические складские системы; автоматические системы контроля качества, автоматические системы управления и т.д.

Рис. 1.1.1 Структурный состав автоматизированного производственного подразделения

Автоматические линии широко применяются в пищевой промышленности, производстве бытовых изделий, в электротехнической, радиотехнической и химической отраслях промышленности. Наибольшее распространение автоматические линии получили в машиностроении. Многие из них изготовляются непосредственно на предприятиях с использованием уже действующего оборудования.

Автоматические линии для обработки строго определённых по форме и размерам изделий называются специальными; при изменении объекта производства такие линии заменяют или переделывают. Более широкими эксплуатационными возможностями обладают специализированные автоматические линии для обработки однотипной продукции в определённом диапазоне параметров. При изменении объекта производства в таких линиях, как правило, лишь перенастраивают отдельные агрегаты и изменяют режимы их работы; основное технологическое оборудование в большинстве случаев может быть использовано для изготовления новой однотипной продукции. Специальные и специализированные автоматические линии применяются главным образом в массовом производстве.

В серийном производстве автоматические линии должны обладать универсальностью и обеспечивать возможность быстрой переналадки для изготовления различной однотипной продукции. Такие автоматические линии называют универсальными быстропереналаживаемыми, или групповыми. Несколько меньшая производительность универсальных автоматические линии по сравнению со специальными компенсируется их быстрой переналадкой для производства широкой номенклатуры продукции .

Эффективность функционирования автоматизированного производства

При проведении работ на конкретном предприятии с целью перехода на автоматизированное производство возникает вопрос оценке капитальных затрат на внедрение средств автоматизации и определении эффективности этих затрат. Для этого необходимо установить структуру затрат на создание автоматизированного производства и процедуру определения эффективности этих затрат.

Соизмерение затрат и результатов при создании автоматизированного производства является частью общей проблемы, рассматриваемой в теории экономической эффективности капитальных вложений.

Технический уровень современного производства позволяет автоматизировать почти любую технологическую операцию. Однако далеко не всегда автоматизация при этом будет экономически эффективной. Автоматизация производства может осуществляться с применением различного оборудования, разных средств автоматизации, транспортных и контрольных устройств, любой компоновки технологического оборудования и т.д. Поэтому необходимо правильно выбрать варианты автоматизации производства и дать комплексную оценку их экономической эффективности.

Экономическая эффективность автоматизации производства оценивается показателями в стоимостном и натуральном выражении. К основным стоимостным показателям относятся себестоимость продукции, капитальные затраты, приведённые затраты и срок окупаемости дополнительных капитальных вложений в средства автоматизации.Реферат >> Информатика

Собственностью предприятия. Необходимо построить автоматизированную информационную систему управления организационно техническими... может быть использован в хозяйственной деятельности Организации при производстве продукции , выполнении работ, оказании услуг...

Представляет собой процедуру, в рамках которой функции контроля и управления, выполнявшиеся человеком, передаются приборам и устройствам. За счет этого существенно повышается результативность труда и качество продукции. Кроме этого, обеспечивается сокращение доли рабочих, привлеченных к разным промышленным сферам. Рассмотрим далее, что собой представляют автоматика и автоматизация производственных процессов.

Историческая справка

Самостоятельно функционирующие приборы - прообразы современных автоматических системы - стали появляться еще в древности. Однако до самого 18 столетия была широко распространена кустарная и полукустарная деятельность. В этой связи такие "самодействующие" устройства не получили практического применения. В конце 18-го - начале 19-го вв. произошел резкий скачок объемов и уровня производства. Промышленная революция создала предпосылки для усовершенствования приемов и орудий труда, приспособления оборудования для замены человека.

Механизация и автоматизация производственных процессов

Изменения, которые вызвала коснулись в первую очередь дерево- и металлообработки, прядильных, ткацких заводов и фабрик. Механизация и автоматизация активно изучались К. Марксом. Он видел в них принципиально новые направления прогресса. Он указывал на переход от использования отдельных станков к автоматизации их комплекса. Маркс говорил о том, что за человеком должны закрепляться сознательные функции контроля и управления. Работник становится рядом с производственным процессом и регулирует его. Главными достижениями того времени стали изобретения русского ученого Ползунова и английского новатора Уатта. Первый создал автоматический регулятор для питания парового котла, а второй - центробежный контроллер скорости паровой машины. Достаточно продолжительное время оставалась ручной. До внедрения автоматизации замена физического труда осуществлялась посредством механизации вспомогательных и основных процессов.

Ситуация сегодня

На современном этапе развития человечества системы автоматизации производственных процессов основываются на использовании компьютеров и различного программного обеспечения. Они способствуют сокращению степени участия людей в деятельности или полностью исключают его. В задачи автоматизации производственных процессов входит повышение качества выполнения операций, сокращение времени, которое на них требуется, снижение стоимости, увеличение точности и стабильности действий.

Основные принципы

Сегодня средства автоматизации производственных процессов внедрены во многие сферы промышленности. Независимо от сферы и объема деятельности компаний, практически в каждой из них используются программные устройства. Существуют различные уровни автоматизации производственных процессов. Однако для любого из них действуют единые принципы. Они обеспечивают условия для эффективного выполнения операций и формулируют общие правила управления ими. К принципам, в соответствии с которыми осуществляется автоматизация производственных процессов, относят:

1. Согласованность. Все действия в рамках операции должны сочетаться друг с другом, идти в определенной последовательности. В случае рассогласованности вероятно нарушение хода процесса.
2. Интеграция. Автоматизируемая операция должна вписываться в общую среду предприятия. На той или иной стадии интеграция осуществляется по-разному, однако суть этого принципа неизменна. Автоматизация производственных процессов на предприятиях должна обеспечивать взаимодействие операции с внешней средой.
3. Независимость исполнения. Автоматизируемая операция должна осуществляться самостоятельно. Участие человека в ней не предусматривается, или оно должно быть минимально (только контроль). Работник не должен вмешиваться в операцию, если она осуществляется согласно установленным требованиям.

Указанные принципы конкретизируются в соответствии с уровнем автоматизации того или иного процесса. Для операций устанавливаются дополнительные пропорциональности, специализации и так далее.

Уровни автоматизации

Их принято классифицировать в соответствии с характером управления компании. Оно, в свою очередь, может быть:

1. Стратегическим.
2. Тактическим.
3. Оперативным.

Соответственно, существует:

1. Нижний уровень автоматизации (исполнительский). Здесь управление касается регулярно совершаемых операций. Автоматизация производственных процессов ориентирована на исполнение оперативных функций, поддержание установленных параметров, сохранение заданных режимов работы.
2. Тактический уровень. Здесь обеспечивается распределение функций между операциями. В качестве примеров можно привести планирование производства или обслуживания, управление документами или ресурсами и так далее.
3. Стратегический уровень. На нем осуществляется управление всей компанией. Автоматизация производственных процессов стратегического назначения обеспечивает решение прогнозных и аналитических вопросов. Она необходима для поддержания деятельности высшего административного звена. Этот уровень автоматизации обеспечивает стратегическое и финансово-хозяйственное управление.

Классификация

Автоматизация обеспечивается за счет использования разнообразных систем (OLAP, CRM, ERP и пр.). Все они разделяются на три основных типа:

1. Неизменяемые. В этих системах последовательность действий устанавливается в соответствии с конфигурацией оборудования либо условиями процесса. Она не может изменяться в ходе операции.
2. Программируемые. В них возможно изменение последовательности в зависимости от конфигурации процесса и заданной программы. Выбор той или иной цепочки действий осуществляется посредством специального набора инструментов. Они читаются и интерпретируются системой.
3. Самонастраиваемые (гибкие). Такие системы могут осуществлять выбор нужных действий по ходу работы. Изменения конфигурации операции происходит в соответствии с информацией о течении операции.

Все эти типы могут использоваться на всех уровнях отдельно либо в комплексе.

Виды операций

В каждой экономической отрасли присутствуют организации, выпускающие продукцию или предоставляющие услуги. Их можно разделить на три категории в соответствии с "удаленностью" в цепи переработки ресурсов:

1. Добывающие или производящие - сельскохозяйственные, нефтегазодобывающие предприятия, например.
2. Перерабатывающие природное сырье организации. При изготовлении продукции они используют материалы добытые или созданные компаниями из первой категории. К ним, например, относятся предприятия электронной, автомобильной промышленности, электростанции и так далее.
3. Обслуживающие компании. Среди них - банки, медицинские, образовательные учреждения, предприятия общепита и пр.

Для каждой группы можно выделить операции, связанные с предоставлением услуг или выпуском продукции. К ним относят процессы:

1. Управления. Эти процессы обеспечивают взаимодействие внутри предприятия и способствуют формированию отношений компании с заинтересованными участниками оборота. К последним, в частности, относят надзорные органы, поставщиков, потребителей. В группу бизнес-процессов входят, например, маркетинг и продажи, взаимодействие с покупателями, финансовое, кадровое, материальное планирование и так далее.
2. Анализа и контроля. Эта категория связана со сбором и обобщением сведений о выполнении операций. В частности, к таким процессам относят операционное управление, контроль качества, оценку запасов и пр.
3. Проектирования и разработки. Эти операции связаны со сбором и подготовкой исходных сведений, реализацией проекта, контролем и анализом результатов.
4. Производства. Эта группа включает в себя операции, связанные с непосредственным выпуском продукции. К ним относят, в том числе, планирование потребности и мощности, логистику, обслуживание.

Большая часть этих процессов сегодня автоматизирована.

Стратегия

Необходимо отметить, что автоматизация производственных процессов отличается сложностью и трудоемкостью. Для достижения поставленных целей необходимо руководствоваться определенной стратегией. Она способствует улучшению качества выполняемых операций и получению от деятельности желаемые результаты. Особое значение сегодня имеет грамотная автоматизация производственных процессов в машиностроении. Стратегический план можно коротко представить следующим образом:

Преимущества

Механизация и автоматизация различных процессов позволяет значительно повысить качество товаров и управления производством. Среди прочих преимуществ следует назвать:

1. Увеличение скорости выполнения повторяющихся операций. За счет снижения степени участия человека одни и те же действия могут осуществляться быстрее. Автоматизированные системы обеспечивают большую точность и сохраняют работоспособность вне зависимости от продолжительности смены.
2. Повышение качества работы. При снижении степени участия людей уменьшается или исключается влияние человеческого фактора. Это существенно ограничивает вариации выполнения операций, что, в свою очередь, предотвращает множество ошибок и повышает качество и стабильность работы.
3. Увеличение точности управления. Использование информационных технологий позволяет сохранять и учитывать в дальнейшем больший объем сведений об операции, чем при ручном контроле.
4. Ускоренное принятие решений при типовых ситуациях. Это способствует улучшению характеристик операции и предотвращает несоответствия на следующих этапах.
5. Параллельность выполнения действий. дают возможность осуществлять несколько операций в одно время без ущерба для точности и качества работы. Это ускоряет деятельность и улучшает качество результатов.

Недостатки

Несмотря на очевидные преимущества, автоматизация может быть далеко не всегда целесообразной. Именно поэтому перед ее осуществлением необходим всесторонний анализ и оптимизация. После этого может сложиться так, что автоматизация не потребуется или будет невыгодна в экономическом смысле. Ручное управление и выполнение процессов может стать более предпочтительным в следующих случаях:

Заключение

Механизация и автоматизация, несомненно, имеют огромное значение для производственной сферы. В современном мире все меньше операций выполняется вручную. Однако и сегодня в ряде отраслей не обойтись без такого труда. Автоматизация особенно эффективна на крупных предприятиях, где выпускается продукция для массового потребителя. Так, например, на автомобильных заводах в операциях участвует минимальное количество людей. При этом они, как правило, осуществляют контроль за ходом процесса, не участвую в нем непосредственно. Модернизация промышленности в настоящее время идет очень активно. Автоматизация производственных процессов и производств считается сегодня наиболее эффективным способом повышения качества продукции и увеличения объема ее выпуска.

1. Уровни автоматизации и их отличительные признаки

Автоматизация производственных процессов может осуществляться на разных уровнях.

Автоматизация имеет так называемый нулевой уровень - если в производстве участие человека исключается только при выполнении рабочих ходов (вращение шпинделя, движение подачи инструментов и др.). Такую автоматизацию назвали механизацией. Можно сказать, что механизация - это автоматизация рабочих ходов. Отсюда следует, что автоматизация предусматривает механизацию.

Автоматизация первого уровня ограничивается созданием устройств, цель применения которых - исключить участие человека при выполнении холостых ходов на отдельно взятом оборудовании. Такая автоматизация называется автоматизацией рабочего цикла в серийном и поточном производстве.

Холостые хоты в норме штучного времени, определяющем трудоемкость операции, учитываются в виде вспомогательного времени t в и времени технического обслуживания t т.об:

где t о – основное время, которое учитывает время рабочих ходов, t о =t p.x ; t в вспомогательное время, включает отвод и подвод инструмента, загрузку оборудования и контроль; t т.об время технического обслуживания, затрачиваемое на смену инструмента, наладку оборудования, устранение отходов и управление; t орг время обслуживания оборудования; t отд – время отдыха рабочего.

На первом уровне автоматизации рабочие машины еще не связаны между собой автоматической связью. Поэтому транспортировка и контроль объекта производства выполняются с участием человека. На этом уровне создаются и применяются станки-автоматы и полуавтоматы. На автоматах рабочий цикл выполняется и повторяется без участия человека. На полуавтоматах для выполнения и повторения рабочего цикла требуется участие человека.

Например, современный токарный многошпиндельный автомат выполняет обтачивание, сверление, зенкерование. развертывание и нарезание резьбы на заготовке из прутка. Такой автомат может заменить до 10 универсальных станков за счет автоматизации и совмещения холостых и рабочих ходов, высокой концентрации операций.

Автоматизация второго уровня - это автоматизация технологических процессов. На этом уровне решаются задачи автоматизации транспортировки, контроля объекта производства, удаления отходов и управления системами машин. В качестве технологического оборудования создаются и применяются автоматические линии, гибкие производственные системы (ГПС).

Автоматической линией называют автоматически действующую систему машин, установленных в технологической последовательности и объединенных средствами транспортировки, загрузки, контроля, управления и устранения отходов. Например, линия по обработке ведущей конической шестерни редуктора автомобиля высвобождает до 20 рабочих и окупается через три года при соответствующей программе выпуска.

Автоматическая линия состоит из технологического оборудования, которое компонуется под определенный вид транспорта и связывается с ним устройствами загрузки (манипуляторами, лотками, подъемниками). Линия включает кроме рабочих позиций и холостые позиции, которые необходимы для осмотра и обслуживания линии.

Если линия включает позиции с участием человека, то ока называется автоматизированной.

Третий уровень автоматизации - комплексная автоматизация, которая охватывает все этапы и звенья производственного процесса, начиная от заготовительных процессов и заканчивая испытаниями и отправкой готовых изделий.

Комплексная автоматизация требует освоения всех предшествующих уровней автоматизации. Она связана с высокой технической оснащенностью производства и большими капитальными затратами. Такая автоматизация эффективна при достаточно больших программах выпуска изделий стабильной конструкции и узкой номенклатуры (производство подшипников, отдельных агрегатов машин, элементов электрооборудования и др.).

Вместе с тем именно комплексная автоматизация позволяет обеспечить развитие производства в целом, так как имеет наибольшую эффективность капитальных затрат. Чтобы показать возможности такой автоматизации, рассмотрим в качестве примера 1зт: магический завод по выпуску автомобильных рам в США. При выпуске до 10 000 рам в сутки завод имеет штат в 160 человек, который в основном состоит из инженеров и наладчиков. При работе без применения комплексной автоматизации для выполнения той же производственной программы понадобилось бы не менее 12 000 человек.

На третьем уровне автоматизации решаются задачи автоматизации складирования и межцеховой транспортировки изделий с автоматическим адресованием, переработки отходов и управления производством на базе широкого применения ЭВМ. На этом уровне участие человека сводится к обслуживанию оборудования и поддержанию его в рабочем состоянии.

2. Развитие автоматизации в направлении технологической гибкости и широкого применения ЭВМ

Гибкие производственные системы представляют собой совокупность технологического оборудования и систем обеспечения его работы в автоматическом режиме при изготовлении изделий изменяющиеся номенклатурой. Развитие ГПС происходит в направлении к безлюдной технологии, обеспечивающей работу оборудования в течение заданного времени без участия опратора.

Для каждого изделия при заданных требованиях к количеству и качеству продукции могут быть разработаны различные варианты ГПС, отличающиеся методами и маршрутами обработки, контроля и сборки, степенью дифференциации и концентрации операций технологического процесса, типами транспортно – загрузочных систем, числом обслуживающих транспортных средств (ОТС), характером межагрегатных и межучастковых связей, конструктивными решениями основных и вспомогательных механизмов и устройств, принципами построения системы управления.

Технический уровень и эффективность ГПС определяется такими показателями, как качество изделий, производительность ГПС и её надежность, структура потоков компонентов, поступающих на ее вход. Именно с учетом этих критериев должны решаться такие задачи, как выбор типа и количества технологического оборудования, межоперационных накопителей, их вместимости и мест их расположения, числа обслуживающих операторов, структуры и параметров транспортно-складской системы и т.п.

Гибкие производственные системы могут быть построены из взаимозаменяемых, из взаимодополняющих ячеек или же смешанным образом.

На рисунке показана схема гибкой системы из двух однотипных взаимозаменяемых обрабатывающих центров (ОЦ). Обрабатывающие центры обслуживаются двумя транспортными тележками (робокарами), поддерживающими движение материальных потоков (деталей, заготовок, инструментов). Обычным является управление в автоматизированном режиме. Если допускаются ручные операции, то оператору должна быть предоставлена определенная свобода действий. Управление совместной работой ОЦ и транспортной системой осуществляется от центральной ЭВМ.

В общем случае управлением робокарами осуществляется от центральной ЭВМ через промежуточное устройство или же от локальной системы управления (ЛСУ). Передача команд на робокары может осуществляться только на остановках, которые делят трассы движения на зоны. ЭВМ разрешает пребывание в конкретной зоне только одного робокара. Максимальная скорость движения может достигать 1 м/с.

Верхняя часть робокара для выполнения операций перегрузки, разгрузки и загрузки может подниматься и опускаться с помощью гидропривода. При отказе или отключении управления от ЭВМ робокар может управляться Л СУ.

Существуют различные варианты робокаров, используемых в качестве транспортных средств в ГПС. Наиболее распространен вариант, когда робокар перемещается вдоль трека (маршрута, трассы) или иной конструкции, уложенной в полу или на его поверхности. Один из вариантов трассирования заключается в том, что на поверхность пола наносят трек в виде полосы (флюоресцентной, светоотражающей, белой с черной окантовкой), а маршрутослежение осуществляется оптоэлектронными методами. Недостатком является необходимость следить за чистотой полосы. Поэтому более распространенным является трассирование робокаров индуктивным проводником, уложенным в канавке на небольшой глубине (порядка 20 мм). Известны и другие интересные решения - с применением, например, телевизионного навигационного оборудования для свободного перемещения в пространстве под управлением ЭВМ.

Источником снабжения робокаров материальными потоками является автоматизированный склад со штабелерами, осуществляющими адресуемый доступ к любой ячейке склада. Склад сам по себе является достаточно сложным объектом управления.

В качестве его системы управления используют программируемые контроллеры, ЭВМ или же специализированного устройства.

Наиболее распространенные робокары с индуктивным маршрутослежением имеют следующие характеристики: грузоподъемность - 500 кг; скорость перемещения - 70 м/мин; ускорения при разгоне и торможении соответственно - 0,5 и 0,7 м/с 2 ; ускорение при аварийном торможении 2,5 м\с 2 ; величина подъема палеты - 130 мм; точность остановки робокара - 30 мм; время цикла перегрузки - 3 с; радиус поворота на максимальной скорости - 0,9 м; время работы без подзарядки аккумуляторов - 6 ч; напряжение аккумуляторной батареи - 24В; мощность каждого из двух приводных двигателей - 600 Вт; собственная масса робокара - 425 кг.

Важным преимуществом робокаров как транспортных средств является отсутствие сколько-нибудь серьезных ограничений на расстановку оборудования, которая может быть осуществлена из соображений наибольшей эффективности по любым критериям. Маршрут робокаров нередко оказывается достаточно сложным, с параллельными ветвями и петлями.

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.