Ova naučna disciplina kod nas je nastala dvadesetih godina prošlog veka u vezi sa brzim rastom domaćeg mašinstva. Njegov razvoj je omogućio širok spektar sovjetskih naučnika i inženjera i proizvodnih inovatora. Njegov nastanak zasnovan je na radovima P.L. Chebysheva, I.A. Thieme i drugi naučnici, kao iu sovjetskim vremenima, naučnici i tehnolozi: Sokolovsky, Kovan, Matalin, Balakshin, Novikov. Dalje formiranje i razvoj ove teme ogleda se u radovima I.I. Artobolevsky, V.I. Dikushin, A.P. Vladzievsky, L.N. Koshkina, G.A. Šaumjana i drugih domaćih naučnika.
Automatizacija proizvodni procesi- jedan od pravaca razvoja nacionalne ekonomije. To je zbog činjenice da automatizacija proizvodnje otvara neograničene mogućnosti za produktivnost društvenog rada. Osim što povećava produktivnost rada, olakšava i radikalno mijenja prirodu posla, čini ga kreativnim i briše razliku između mentalnog i fizičkog rada.
Mehanizacija i automatizacija omogućavaju poboljšanje kvaliteta proizvoda, sigurnosti i iskorišćenja opreme, au nekim slučajevima i intenziviranje načina rada opreme.
Problem automatizacije proizvodnje postavlja i socio-ekonomska pitanja. IN modernog društva Automatizacija proizvodnje je sredstvo za postizanje maksimalnog profita i oružje u borbi protiv konkurencije. Ovi i niz drugih pozitivnih faktora tjeraju nas da posvetimo ozbiljnu pažnju mehanizaciji i automatizaciji.
Real ekonomski efekat, dobijen kao rezultat mehanizacije i automatizacije, u velikoj meri zavisi od toga u kakvim se konkretnim uslovima i za koje proizvodne probleme rešavaju sredstva i metode mehanizacije i automatizacije. Za mehanizaciju i posebno automatizaciju inženjering proizvodnje potrebni su značajni kapitalni izdaci. Ako je objekt automatizacije uspješno odabran, ovi troškovi se brzo nadoknađuju. IN kratki rokovi visoko ekonomska efikasnost, a ako slijedite put "potpune" automatizacije, onda umjesto štednje možete dobiti gubitke. Stoga, svaki mašinski inženjer mora imati jasno razumevanje tehničke mogućnosti sredstva mehanizacije i automatizacije i biti u stanju da ih pravilno izabere u svakom konkretnom slučaju sa najvećom efikasnošću.
2. Osnovni pojmovi i definicije: mehanizacija, automatizacija, pojedinačna i složena mehanizacija i automatizacija. Faze automatizacije
Mehanizacija je pravac razvoja proizvodnje u kojem se fizički rad radnika povezan sa realizacijom proizvodnog procesa ili njegovih komponenti prenosi na mašinu. Primjeri mehanizacije su: upotreba pneumatski i hidraulički pokretanih steznih glava, umjesto uobičajenog zavrtnja čeljusti ručno pomoću ključa; kretanje pera tailstocks strugovi, brza opskrba nosača ili stola mašine pomoću električnih, pneumatskih ili hidrauličnih nosača. Mehanizacija olakšava rad radniku. Istovremeno, radnje koje su usmjerene uglavnom na upravljanje proizvodnim procesom ostaju na radniku. Oni su uključeni u radni ciklus mašine. Mehanizacija može biti djelomična ili potpuna ili, kako se naziva, složena.
Djelomična mehanizacija- ovo je mehanizacija dijela pokreta potrebnih za izvođenje proizvodnog procesa: bilo glavnog pokreta, bilo pomoćnih i instalacijskih pokreta, ili pokreta povezanih s kretanjem proizvoda s jedne pozicije na drugu.
Kompletna ili složena mehanizacija- mehanizacija svih glavnih, pomoćnih, montažnih i transportnih kretanja koja se izvode u toku procesa proizvodnje. Uz složenu mehanizaciju, servisno osoblje vrši samo operativnu kontrolu proizvodnog procesa, uključuje i isključuje potrebne mehanizme u pravom trenutku i kontroliše način i prirodu svog rada.
Dalji razvoj mehanizacije dovodi do automatizacije proizvodnje. One. automatizacija je pravac razvoja proizvodnje u kojem se osoba oslobađa ne samo teškog fizički rad, ali i iz operativne kontrole mehanizama ili mašina.
Postoji razlika između djelomične i složene automatizacije. Koncept "djelimična automatizacija" je povezana sa automatizacijom samo jedne strukturne komponente svih sistema. Na primjer, automatizacija pojedinih elemenata cjelokupnog ciklusa rada mašine. Primjeri ove vrste automatizacije: opremanje mašina uređajima za utovar, automatizacija isporuke i uklanjanja nosača, stolova, skladištenja, kao i odstranjivanja strugotine itd., tj. opremanje uređajima koji djelimično automatizuju upravljanje i održavanje alatnih mašina. Ako govorimo o tehnološkom procesu općenito, onda je, na primjer, jedna od deset operacija automatizirana. Složenu automatizaciju karakterizira prijenos obrade dijelova, na primjer, sa alatnih mašina opće namjene za automatske linije, raspone, radionice, kao i automatske fabrike. Ovaj pravac karakteriše kontinuirana obrada, a automatizovana je obrada delova, njihova kontrola, transport, računovodstvo, skladištenje, kao i uklanjanje strugotine itd.
Primjer složene automatizirane proizvodnje je proizvodnja kotrljajućih ležajeva, gdje se proizvodnja ležajeva, od zaliha do pregleda i pakiranja, odvija kompleksom automatizirane opreme.
At složena automatizacija pored prethodno navedenih prednosti svojstvenih automatizaciji općenito, pruža priliku kontinuirani rad u jednom toku. Nema potrebe za međuskladištima, smanjeno je trajanje proizvodnog ciklusa, pojednostavljeno je planiranje proizvodnje i računovodstvo proizvedenih proizvoda. Ovdje su najpotpunije i najefikasnije spojena dva principa - automatizacija i kontinuitet proizvodnog procesa. Integrirana automatizacija proizvodnje je radikalno i odlučujuće sredstvo za povećanje produktivnosti rada i kvaliteta proizvoda, smanjenjem njegove cijene.
Stepen automatizacije proizvodnih procesa može varirati. Razlikovati tri stepena automatizacije.
On prva faza automatizacijom, radnik je potpuno oslobođen fizičkog rada (u toku rada mašine), uključujući i rad na vođenju proizvodnog procesa. On vrši početno podešavanje mašine, nadgleda mašinu i eliminiše odstupanja od njenog normalnog rada. Prvu fazu automatizacije obezbeđuje otvoreni sistem automatskog upravljanja (bez povratne sprege). Primjer bi bili: automatske strugove s kupolom, automatske strugove sa više vretena i druge mašine i mašine sa grebenim mehanizmima. U ovom slučaju, brega daje određeni slijed, smjer, veličinu i brzinu kretanja aktuatora.
U druga faza automatizacija koristi zatvorene automatske upravljačke sisteme sa povratne informacije, koji ne samo da obezbeđuju izvršavanje zadatog programa, već i automatski, bez intervencije radnika, regulišu i održavaju normalne uslove rada mašine. Rad radnika u ovom slučaju svodi se uglavnom na početno podešavanje mašine. Uzmimo, na primjer, okretanje dugih osovina. Prilikom tokarenja habanje glodala dovodi do povećanja prečnika rezanja, a ako prečnik rezanja izmerimo aktivnim kontrolnim uređajem i na osnovu rezultata ovih merenja automatski uvedemo korekciju podešavanja mašine (pomerimo rezač u željenom pravcu), tada ćemo imati automatski sistem upravljanja koji održava normalne uslove rada.
Prepoznatljiva karakteristika treća faza Automatizacija je sposobnost kontrolnog sistema da izvrši logičke operacije za odabir optimalnih radnih uslova za mašinu. Pored uređaja sa povratnom spregom, takvi upravljački sistemi imaju uređaje za rješavanje logičkih zadataka (računske mašine), koji omogućavaju obavljanje poslova u optimalnim uslovima, uzimajući u obzir varijabilnost spoljašnjih i unutrašnjih režima rada mašine. Takve mašine su samovozeće. Na primjer, strojevi s povezanim kompjuterom, koji optimiziraju obradu na osnovu minimalne hrapavosti ili osiguravaju maksimalno uklanjanje metala.
3. Koncepti i definicije: automatski, poluautomatski, GPS, automatska linija
Automatski nazvana radna mašina (sistem mašina), tokom realizacije tehnološkog procesa na kojoj se svi elementi radnog ciklusa (radni i prazni hod) izvode automatski. Ciklus se ponavlja bez ljudske intervencije. U najjednostavnijim mašinama osoba podešava mašinu i kontroliše njen rad. U naprednijim sistemima se automatski kontroliše količina i kvalitet proizvoda, prilagođava se i menja alat, isporučuju se početni obradaci i materijal, uklanjaju strugotine itd.
Poluautomatski naziva se radna mašina, čiji se radni ciklus automatski prekida na kraju operacije koja se izvodi. Za nastavak ciklusa (pokretanje poluautomatske mašine) neophodna je ljudska intervencija, koja ugrađuje i uklanja obradke, pokreće mašinu i kontroliše njen rad, menja i podešava alat.
Termini i definicije tipova fleksibilnih proizvodnih sistema utvrđeni su GOST 26228-84.
Fleksibilno proizvodni sistem(GPS)- agregat ili pojedinačna jedinica tehnološke opreme i sistemi za osiguranje njegovog funkcionisanja u automatskom režimu, koji ima svojstvo automatizovane promene u proizvodnji proizvoda proizvoljnog asortimana u okviru utvrđenih granica njihovih karakteristika.
Državna vatrogasna služba je prema organizacionoj strukturi podijeljena na sljedeće nivoe:
· fleksibilni proizvodni modul - prvi nivo;
· fleksibilna automatizovana linija i fleksibilna automatizovana sekcija - drugi nivo;
· fleksibilna automatizovana radionica - treći nivo;
· fleksibilno automatizovano postrojenje - četvrti nivo;
Na osnovu nivoa automatizacije, GPS sistemi se dele u sledeće faze:
· fleksibilni proizvodni kompleks - prva faza;
· fleksibilna automatizovana proizvodnja - druga faza.
Ako indikacija nivoa nije potrebna organizaciona struktura faze proizvodnje ili automatizacije, tada se koristi opšti termin „fleksibilni proizvodni sistem“.
Fleksibilni proizvodni modul (FMM) je fleksibilan proizvodni sistem koji se sastoji od jedinice tehnološke opreme opremljene automatizovanim uređajem programska kontrola i sredstva za automatizaciju tehnološkog procesa; autonomno funkcionišu, obavljaju više ciklusa i imaju mogućnost da se integrišu u sistem višeg nivoa. Poseban slučaj GPM-a je robotski tehnološki kompleks (RTC), pod uslovom da se može integrisati u sistem višeg nivoa. Općenito, GPM uključuje uređaje za skladištenje, uređaje, satelite (palete, uređaje za utovar i istovar, uključujući industrijske robote (IR), uređaje za zamjenu opreme, uklanjanje otpada, automatizirano upravljanje, uključujući dijagnostiku, zamjenu itd.
Fleksibilna automatska linija (GAL)- GPS, koji se sastoji od nekoliko kombinovanih fleksibilnih proizvodnih modula automatizovani sistem kontrola, u kojoj se tehnološka oprema nalazi u prihvaćenom redoslijedu tehnološke operacije.
Fleksibilna automatizirana sekcija (GAU)- GPS, koji se sastoji od nekoliko fleksibilnih proizvodnih modula, objedinjenih automatizovanim sistemom upravljanja, koji rade duž tehnološke rute, što omogućava mogućnost promene redosleda korišćenja tehnološke opreme.
Fleksibilna automatizovana radionica (GAS)– GPS, koji je skup fleksibilnih automatizovane linije i (ili) fleksibilne automatizovane sekcije namenjene za proizvodnju proizvoda datog asortimana.
Fleksibilno automatizovano postrojenje (GAZ)– GPS, koji je skup fleksibilnih automatiziranih radionica dizajniranih za proizvodnju gotovih proizvoda u skladu s glavnim planom proizvodnje.
Date definicije ne pokrivaju pojmove kao što su: automatska linija, automatska sekcija, radionica, postrojenje. ENIMS ponude sljedeće definicije:
automatska linija (LA)– skup tehnološke opreme instalirane u nizu tehničkog procesa obrade, povezane automatskim transportom i opremljene automatskim uređajima za utovar i istovar i zajednički sistem upravljanje ili više međusobno povezanih upravljačkih sistema.
Prema fazama automatizacije razlikuju se dvije vrste GPS-a:
Fleksibilni proizvodni kompleks (FPC) je fleksibilni proizvodni sistem koji se sastoji od više fleksibilnih proizvodnih modula, ujedinjenih automatizovanim sistemom upravljanja i automatizovanim transportno-skladišnim sistemom, koji rade autonomno u zadatom vremenskom intervalu i imaju mogućnost integracije u sistem višeg stepena automatizacije.
Fleksibilna automatska proizvodnja (FAP)– GPS, koji se sastoji od jednog ili više proizvodnih kompleksa, objedinjenih automatizovanim sistemom upravljanja proizvodnjom i automatizovanim transportno-skladišnim sistemom, i vrši automatizovani prelazak na proizvodnju novih proizvoda.
Kvalitet čipa
(dolazna inspekcija 10–12% mikro krugova - 1990, Tomsk Udruženje „Kontur“)
1. U kojim slučajevima je automatizacija neefikasna u društveno-ekonomskom smislu?
3. Predložite glavne dijelove poslovnog plana za planiranu kupovinu i korištenje u metaloprerađivačkoj radnji strug sa CNC sistemom.
4. Koji faktori su odlučujući za poboljšanje kvaliteta i pouzdanosti proizvoda?
2. Automatizacija u mašinstvu,
CNC sistemi
Kratka klasifikacija proizvodnih sistema je sljedeća:
¨ proizvodni sistem– radi se o složenom višeslojnom (hijerarhijskom) sistemu koji početne poluproizvode, sirovine, materijale pretvara u finalni proizvod koji ispunjava javne narudžbe;
¨ u širem smislu: proizvodnja– predstavlja kombinaciju resursa (sirovina, kapitala, rada i preduzetničke sposobnosti) za proizvodnju dobara i usluga;
¨ osnova svake proizvodnje – tehnološki proces (TP)– određena interakcija alata, servisa i transportnih sistema;
¨ kontinuirani tehnološki procesi: hemijska, proizvodnja i prerada nafte i gasa, energetika;
¨ diskretni tehnološki procesi: mašinstvo, sečenje materijala;
¨ kontinuirano-diskretni TP: metalurgija, cement, mašinstvo, itd.
Mašinstvo ćemo uzeti kao osnovu za tehnološke procese i odgovarajuće sisteme automatizacije. Upravo je mašinstvo (procesi obrade metala), uz tkalačku industriju, prva zahtijevala automatizaciju. Mašinstvo je široko razvijeno u regiji Kama. Uzmimo u obzir da sistemi automatizacije u raznim industrijama
izvode se na jedinstvenoj tehnološkoj osnovi, koristeći istu
principi.
Analiza tehnološkim procesima u mašinstvu pokazuje da u opštem ciklusu organizacije proizvodnje nekog dela mašinsko vreme zauzima u proseku najviše 5% (ostatak je priprema proizvodnje, transport, skladištenje itd.). Za sto
noću vrijeme obrade je samo oko 30%
(ostatak vremena je pozicioniranje, punjenje, mjerenje, vrijeme mirovanja, itd.).
Napori usmjereni na intenziviranje mehaničke obrade utiču samo na mali dio u ukupnoj ravnoteži ciklusa za dobijanje gotovog proizvoda. Ista analiza pokazuje da je smanjenje neproizvodnih vremenskih gubitaka moguće samo na osnovu proizvodne integracije, što u principu omogućava da se mašinsko vreme u ukupnom proizvodnom ciklusu poveća na 90%, a mašinsko vreme unutar mašinskog ciklusa takođe na 90 %. To znači i integraciju proizvodnje, koja bi omogućila kontinuirani rad opreme u tri smjene, uključujući rad bez gužve noćna smjena.
Na sl. 2.1 prikazuje stanje vremena upotrebe proizvodnu opremu, iz čega proizilazi da je najmoćnija rezerva za povećanje stepena iskorištenosti opreme trosmjenski rad.
Praksa je pokazala da je, u principu, ispravnu ideju - povezati integraciju sa bespilotnom tehnologijom - prilično teško implementirati, jer zahtijeva rješavanje čitavog niza složenih problema. Među ovim problemima je naglo povećanje pouzdanosti opreme i upravljačkih sistema zasnovanih na MP sistemima.
Objekti automatizacije u mašinstvu:
¨ mašine: struganje, glodanje, bušenje i bušenje, brušenje, višenamjensko (obradni centar), sečenje zupčanika, električna erozija itd.;
¨ periferija alatnih mašina: roboti, jedinice za skladištenje paleta, jedinice magacina alata, itd.;
¨ transportni sistemi: robotski automobili, transporteri, itd.
¨ sistemi za skladištenje: automatizovana skladišta sa kranovima za viličare, komisione stanice, itd.;
¨ pomoćni sistemi: kontrolne i mjerne mašine, stanice za pranje i sušenje itd.
Rice. 2.1. Bilans upotrebe vremena proizvodnje
oprema
Mnogi pojedinačni mikroprocesorski automatizacioni sistemi moraju biti kombinovani u jednu lokalnu računarsku mrežu. Sa stanovišta produktivnosti i fleksibilnosti, sistemi automatizacije u mašinstvu mogu se klasifikovati prema nivou fleksibilnosti i produktivnosti (slika 2.2).
Rice. 2.2. Klasifikacija sistema automatizacije u mašinstvu:
x– nomenklaturu delova koji su dodeljeni opremi (broj serija);
y– broj delova u seriji; 1
– univerzalne mašine sa priručnikom
menadžment; 2
– CNC mašine; 3
– mašine sa više operacija;
4
– fleksibilni proizvodni moduli (FPM); 5
– fleksibilna proizvodna područja (GPU); 6
– fleksibilne linije, radionice; 7
– automatske linije
Tabela 2.1
Proizvodnja alatnih mašina u glavnim zemljama proizvođačima
| Zemlja porijekla | Alatne mašine | CNC mašine/% cene svih mašina | Roboti | |||||
| Comecon | – | – | – | |||||
| SSSR | 1,6/5,2 % | 8,9/24 % | 21,0/47 % | |||||
| Kina | – | – | – | |||||
| USA | 1,9/19 % | 8,9/34 % | 5,0/44 % | 27,1 | 9,4 | |||
| Japan | 1,5/7,8 % | 22,1/50 % | 35,3/70 % | 116,0 | 46,8 | |||
| Njemačka | 0,8/8,3 % | 4,7/28 % | 14/65 % | 12,4 | 4,8 |
Treba imati na umu da je broj alatnih mašina u mašinstvu 1,5 puta veći od broja rukovaoca mašinama. Međutim, potreba za CNC mašinama nije bila zadovoljena 1990. godine (Tablica 2.1).
Mehanizacija i automatizacija proizvodnih procesa jedan je od glavnih pravaca tehničkog napretka. Svrha mehanizacije i automatizacije je olakšati ljudski rad, ostavljajući osobi funkcije održavanja i kontrole, povećati produktivnost rada i poboljšati kvalitetu proizvedenih proizvoda.
Rice. 3.2. Manipulator model ASH-NYU-1, koji se koristi za mehanizaciju utovarnih operacija, uključujući utovar opreme
Mehanizacija- pravac razvoja proizvodnje koji karakteriše upotreba mašina i mehanizama koji zamenjuju mišićni rad radnika (slika 3.2).
Prema stepenu tehničkog savršenstva, mehanizacija se deli na sledeće vrste:
djelomična i mala mehanizacija, koju karakterizira upotreba jednostavnih mehanizama, najčešće mobilnih.
Mala mehanizacija može pokriti dijelove kretanja, ostavljajući mnoge vrste poslova, operacija i procesa nemehaniziranima. Mehanizmi male mehanizacije mogu uključivati kolica, jednostavnu opremu za dizanje, itd.; Kompletna, odnosno sveobuhvatna mehanizacija, obuhvata mehanizaciju svih glavnih, pomoćnih, instalacionih i
transportne operacije
. Ova vrsta mehanizacije koju karakteriše upotreba prilično složene tehnološke i opreme za rukovanje. Najviši nivo mehanizacije je automatizacija. Automatizacija podrazumeva upotrebu mašina, instrumenata, uređaja, uređaja koji omogućavaju da se proizvodni procesi odvijaju bez direktnog učešća osobe, već samo pod njegovom kontrolom. Automatizacija proizvodnih procesa je neizbježno povezana sa rješavanjem procesa upravljanja, koji se također moraju automatizirati. Grana nauke i tehnologije koja se bavi upravljačkim sistemima za automatsku opremu naziva se automatizacija. Automatizacija se zasniva na upravljanju, kontroli, prikupljanju i obradi informacija o korištenju automatskog procesa
tehnička sredstva- specijalni instrumenti i uređaji. Automatizovani kontrolni sistem (ACS) zasnovan je na korišćenju savremene elektronske računarske tehnologije i elektronsko-matematičkih metoda u upravljanju proizvodnjom i dizajniran je da pomogne u poboljšanju njegove produktivnosti.
djelomična automatizacija pokriva dio izvedenih operacija, pod uslovom da preostale operacije izvode ljudi. U pravilu se direktan utjecaj na proizvod, odnosno obrada, vrši automatski, a operacije utovara radnih komada i ponovno pokretanje opreme obavlja osoba. Takva oprema se naziva poluautomatska;
potpuna ili složena automatizacija, koju karakterizira automatsko izvršavanje svih operacija, uključujući utovar. Osoba samo puni uređaje za utovar radnim komadima, uključuje mašinu, kontroliše njene radnje, vrši podešavanja, menja alate i uklanja otpad. Takva oprema se naziva automatska. U zavisnosti od obima implementacije automatske opreme, razlikuju se automatske linije, automatske sekcije, radionice i fabrike.
Kao što je praksa pokazala, obična automatizacija i složene sheme automatizacije učinkovito se koriste samo u velikoj i masovnoj proizvodnji. U proizvodnji sa više artikala, gdje su potrebne česte promjene toka, obične sheme automatizacije su od male koristi. Oprema opremljena stacionarnim sistemima automatizacije ne dozvoljava prelazak na upravljanje sa ručni način rada. Uobičajena shema automatizacije podrazumijeva korištenje uređaja za utovar (tobogan, tacne, kante, hranilice, itd.) i opreme za obradu prilagođene za obavljanje automatskih operacija. Prerađeni proizvodi se uklanjaju pomoću uređaja za prijem prerađenih proizvoda (slajdovi, pladnjevi, magazini itd.).
Automatski operateri i mehaničke ruke, dugo korišteni u konvencionalnim shemama automatizacije, poslužili su kao prototipovi za novu vrstu automatizacije. Nova vrsta automatizacije pomoću industrijskih robota (IR) omogućava rješavanje problema koji se ne mogu riješiti korištenjem konvencionalnih shema automatizacije. Industrijski roboti, prema njihovim programerima, dizajnirani su da zamijene ljude u teškom i zamornom poslu koji je opasan po zdravlje. Oni se zasnivaju na modeliranju ljudskih motoričkih i izvršnih funkcija.
Industrijski roboti rješavaju složene procese sklapanja proizvoda, zavarivanja, farbanja i drugih složenih tehnoloških operacija, kao i utovara, transporta i skladištenja dijelova. Nova vrsta automatizacije ima niz kvalitativno različitih svojstava koja PR-u daju značajne prednosti u odnosu na konvencionalne sheme:
visoka svojstva rukovanja, odnosno sposobnost pomicanja dijelova duž složenih prostornih putanja;
vlastiti pogonski sistem;
sistem kontrole programa;
autonomiju PR-a, odnosno da nije integrisan u tehnološku opremu;
svestranost, odnosno mogućnost pomicanja različitih vrsta proizvoda u prostoru;
kompatibilnost s dovoljno velikim brojem vrsta tehnološke opreme;
prilagodljivost različitim vrstama poslova i proizvodima koji se međusobno zamjenjuju;
mogućnost onemogućavanja PR-a i prelaska na ručnu kontrolu opreme.
Ovisno o ljudskom učešću u procesima upravljanja robotima, dijele se na biotehničke i autonomne.
Biotehnički- Ovo su roboti za daljinsko kopiranje kojima upravljaju ljudi. Robotom se može upravljati sa daljinskog upravljača pomoću sistema ručki, poluga, ključeva, dugmadi ili "stavljanjem" posebnih uređaja na ruke, noge ili tijelo osobe. Ovi uređaji služe za reprodukciju ljudskih pokreta na daljinu uz potrebno povećanje napora. Takvi roboti se nazivaju roboti egzoskeleta. Poluautomatski roboti se takođe klasifikuju kao biotehnički roboti.
Autonomno roboti rade automatski koristeći softversku kontrolu.
Tokom relativno duge istorije razvoja robotike, već je stvoreno nekoliko generacija robota.
Prva generacija robota(softverske robote) karakteriše kruti program akcija i elementarna povratna sprega. To obično uključuje industrijske robote (IR). Trenutno je ovaj robotski sistem najrazvijeniji. Prva generacija robota podijeljena je na univerzalne, ciljne robote za grupu za podizanje i transport i ciljne robote za proizvodnu grupu. Osim toga, roboti su podijeljeni u raspone standardnih veličina, redove prema maksimalnoj produktivnosti, servisnom radijusu, broju stupnjeva mobilnosti itd.
Druga generacija robota(osjetni roboti) imaju koordinaciju pokreta sa percepcijom. Upravljački program za ove robote se izvodi pomoću kompjutera.
TO roboti treće generacije uključuju robote s umjetnom inteligencijom. Ovi roboti stvaraju uslove za zamenu ljudi u oblasti kvalifikovane radne snage i imaju sposobnost prilagođavanja tokom procesa proizvodnje. Roboti treće generacije mogu razumjeti jezik, mogu voditi dijalog s osobom, planirati ponašanje itd.
Provodeći sveobuhvatnu automatizaciju tehnoloških procesa na gradilištima, radionicama i fabrikama, stvaraju robotske tehnološke komplekse (RTC). Robotski tehnološki kompleks je kolekcija tehnološke opreme i industrijskih robota. RTK se nalazi u određenom području i namijenjen je za jednu ili više operacija u automatskom režimu. Oprema uključena u RTK je podeljena na opremu za obradu, opremu za servisiranje i opremu za nadzor i kontrolu. Oprema za obradu uključuje opremu za obradu jezgra koja je modificirana za rad s industrijskim robotima. Servisna oprema sadrži uređaj za postavljanje dijelova na ulazu u robotski kompleks, interoperacijske uređaje za transport i skladištenje, uređaje za prijem prerađenih proizvoda, kao i industrijske robote (Sl. 3.3). Oprema za nadzor i kontrolu osigurava rad RTK-a i kvalitet proizvoda.
Fig. 3.3. Podni robot sa horizontalnom rukom koja se može uvlačiti i konzolnim mehanizmom za podizanje PR-4
Povećanje efikasnosti upotrebe industrijskih robota olakšano je racionalnim smanjenjem dometa robota i poboljšanjem njihove prilagodljivosti. To se postiže kucanjem PR. Vrši se sveobuhvatna analiza proizvodnje, grupisanje robotskih objekata i utvrđivanje tipova i glavnih parametara proizvodnog procesa. Tipizacija robota je osnova za razvoj njihovog objedinjavanja, koje treba da ima za cilj da obezbedi mogućnost stvaranja robota putem agregacije. Da bi se obezbedio princip agregacije, standardizacija se sprovodi: 1) priključnih dimenzija pogona, prenosnih mehanizama i senzora povratne sprege; 2) serije izlaznih parametara pogona (snage, brzine itd.); 3) metode komunikacije programskih upravljačkih uređaja sa izvršnim i mjernim uređajima.
Rezultat rada na objedinjavanju PR-a treba da bude stvaranje njihovog optimalnog tipa i sistema agregatno-modularne konstrukcije. Agregatno-modularni sistem za konstruisanje industrijskih robota je skup metoda i sredstava koji obezbeđuju konstrukciju različitih standardnih veličina robota sa ograničenim brojem unificiranih jedinica (modula i sklopova). Omogućava korištenje minimalnog broja komercijalno proizvedenih funkcionalnih jedinica, koje se biraju iz posebnih industrijskih kataloga. Ovo omogućava u proizvodnji više artikala brzu rekonstrukciju robotskih sistema mašina za proizvodnju novi proizvodi. Fleksibilna automatizovana proizvodnja (GAP) zasnovana je na PR-u sa agregatno-modularnom strukturom.
Planiranje uvođenja mehanizovane i automatizovane opreme povezano je sa analizom proizvodnje. Analiza proizvodnje svodi se na identifikovanje niza uslova koji doprinose upotrebi ove opreme. Proizvodnja koja uključuje upotrebu teškog ručnog rada nije predmet analize. Mehanizacija i automatizacija teškog ručnog rada je primarni zadatak i ne zavisi od rezultata ekonomskih proračuna.
Projektovanje mehanizacije i automatizacije tehnoloških procesa mora početi analizom postojeće proizvodnje. Tokom analize razjašnjavaju se i razjašnjavaju one karakteristike i specifične razlike na osnovu kojih se bira jedna ili druga vrsta opreme. Predprojektantska faza razvoja mehanizacije i automatizacije proizvodnih procesa uključuje rješavanje niza pitanja.
1. Analiza programa izdavanja proizvoda uključuje proučavanje: godišnjeg programa puštanja proizvoda u prodaju, stabilnost i izglede za puštanje u promet; nivo unifikacije i standardizacije; specijalizacija i centralizacija proizvodnje; ritam proizvodnje; teretni promet (promet robe je ukupna težina ulaznog i odlaznog tereta - za utovarne operacije). Mora se imati na umu da učinkovitost mehanizacije i automatizacije procesa u velikoj mjeri ovisi o proizvodnom programu proizvoda. Uređaji za mehanizaciju i automatizaciju u masovnoj i maloj proizvodnji značajno će varirati.
2. Analiza tehnološkog procesa proizvodnje proizvoda koji su predmet mehanizacije i automatizacije obuhvata: utvrđivanje podobnosti tehnološkog procesa za mehanizaciju i automatizaciju; utvrđivanje nedostataka postojećeg tehnološkog procesa; utvrđivanje intenziteta rada glavnih i pomoćnih operacija;
poređenje trenutnih načina proizvodnje sa režimima preporučenim u priručniku; analiza upotrebe grupne tehnologije; podjela tehnološkog procesa na klase.
Prva glavna klasa uključuje procese koji zahtijevaju orijentaciju obratka (dijela) i karakterizira ih prisustvo strojno obrađenog alata. Ovi procesi su karakteristični za glavni asortiman proizvoda koji se proizvode rezanjem, presovanjem ili sklapanjem, kontrolisanim itd. U drugu glavnu klasu spadaju procesi koji ne zahtevaju orijentaciju obratka (delova) umesto njih koristi se radno okruženje alat za obradu. To uključuje termičku obradu, prevrtanje, pranje, sušenje itd.
Prva prelazna klasa obuhvata procese koji zahtevaju orijentaciju radnog komada (dela), ali nema alata, a njegovu ulogu igra radno okruženje; nanošenje lokalnih premaza, kontrola tvrdoće magnetizacijom itd. Druga prelazna klasa obuhvata procese koji ne zahtevaju orijentaciju obratka (dela), ali uključuju alat za obradu; proizvodnja delova metalurgijom praha, proizvodnja metalokeramičkih i keramičkih delova itd.
3. Analiza dizajna proizvoda, uz utvrđivanje jasnoće obrade proizvoda i potpunosti tehničkih zahtjeva za proizvedeni dio; ispituje se oblik, dimenzije, materijali, težina proizvoda i utvrđuje pogodnost za pojedinu vrstu mehanizacije i automatizacije.
4. Izbor informacija o različitim vrstama mehanizacije i automatizacije. Prije početka rada morate znati sve tehnike i tehnološke šeme, kao i opremu, uređaje i sredstva kojima gospodari industrija. Prije donošenja odluke traže se informacije o proizvodnji sličnih proizvoda u zemlji i inostranstvu.
5. Ekonomski proračun efektivnosti predložene mehanizacije i automatizacije proizvodnje.
6. Izrada i odobravanje preporuka za promjenu postojećih uslova proizvodnje. Preporuke se razvijaju na osnovu analize i mogu uključivati: unificiranje, odnosno dovođenje proizvoda sličnog dizajna na jednu standardnu veličinu; promjena redoslijeda tehnoloških operacija ili korištenje potpuno novog progresivnog tehnološkog procesa; korištenje grupnog tehnološkog procesa proizvoda koji su po dizajnu slični; korištenje nove vrste blanko proizvoda; pojašnjenje i, ako je potrebno, izmjena tehničkih zahtjeva crteža; promjena oblika i veličine proizvoda; promjena materijala proizvoda.
7. Donošenje odluke o korišćenju određenog principa mehanizacije i automatizacije i izrada tehničkih specifikacija za razvoj.
Fundamentalno novi tehnološki procesi zahtijevaju stvaranje nove tehnološke opreme. Stoga je za njihovu brzu implementaciju neophodan sveobuhvatan razvoj tehnologije i tehnološke opreme.
Najvažniji problem u razvoju bilo kojeg moderna proizvodnja - automatizacija tehnoloških procesa.
Posebno je relevantno za mašinstvo, a evo i zašto. Prvo, radni intenzitet proizvodnje ovdje je vrlo visok. Navedimo samo dva primjera: proizvodnja parna turbina sa kapacitetom od 500 hiljada kilovata, prema standardima, potrebno je 300 hiljada sati, stvaranje valjaonice lima "2000" traje 5,2 miliona sati. Drugo, od 10 miliona radnika u mašinogradnji, oko polovina se bavi fizičkim radom.
Automatizacija mašinstva ne samo da povećava produktivnost rada, eliminiše ručni težak i monoton rad, već i poboljšava kvalitet i pouzdanost proizvedenih proizvoda, poboljšava iskorišćenost opreme i skraćuje proizvodni ciklus.
Koja je suština automatizacije svakog tehnološkog procesa? Automatizacija mora obezbijediti, bez ljudske intervencije, specificiranu kinematiku i parametre toka posla sa potrebnom konzistentnošću i preciznošću.
Složenost automatizacije mašinstva je da tehnologija ovdje nije kontinuirana, već diskretna i, štoviše, izuzetno raznolika. Mašinstvo proizvodi milione različitih dijelova, a proizvodnja svakog dijela uključuje izvođenje velikog broja tehnoloških operacija. Lijevanje, kovanje, zavarivanje, termička obrada, mašinska obrada, otvrdnjavanje, premazivanje, ispitivanje bez razaranja, montaža, ispitivanje... I svaki od ovih i mnogih drugih tehnoloških procesa koji ovdje nisu spomenuti također ima različite mogućnosti u zavisnosti od upotrijebljenih materijala, oblika, veličine i serijskog broja dijelova, zahtjeva za preciznošću, operativna svojstva itd.
U mašinstvu masovna proizvodnja čini samo 12%, a čak i zajedno sa velikom proizvodnjom samo 29%, a udio serijske i pojedinačne proizvodnje čini 71%. Ovo komplikuje rešenje problema automatizacije, jer mala proizvodnja zahteva fleksibilan, brzo rekonfigurabilan sistem za automatsku kontrolu tehnoloških procesa. Ovdje je najprikladniji dvohijerarhijski sistem upravljanja: svaki tehnološki proces direktno kontrolira vlastiti mali kompjuter, a upravljanje cjelokupnom proizvodnjom, uzimajući u obzir informacije koje se od njih primaju, obavljaju obični računari.
Ovaj put je vrlo perspektivan za automatizaciju mašinstva. Ali, naravno, za njegovu implementaciju potrebno je unaprijediti tehnološku opremu i tehnološke procese.
Do sada zakoni mnogih tehnoloških procesa u mašinstvu nisu dovoljno razotkriveni, a radni parametri su regulisani empirijskim metodama. U fabrikama zbog uticaja faktora razmjera i dr uslovi proizvodnje nedovoljno proučena tehnologija mora se iznova razvijati.
Ovi problemi postaju sve urgentniji, jer je stvaranje nove opreme povezano sa složenijim strukturama, upotrebom teško obradivih materijala i povećanim zahtjevima za kvalitetom, pouzdanošću i radnim karakteristikama.
IN nabavka proizvodnje Najefikasniji su kontinuirani tehnološki procesi, na primjer, kontinuirano livenje čelika, valjanje zalogaja, savijanje prostornih šupljih zalogaja od limova i trake za namotavanje. Kontinuirani procesi koji su najpovoljniji za automatizaciju pružaju najveću produktivnost i uštedu metala.
Poboljšati uslove za automatizaciju i mehanizaciju montažni radovi, koji su veoma radno intenzivni i u masovnoj proizvodnji se uglavnom izvode ručno, potrebno je unaprediti dizajn delova i raspored mašina, povećati tačnost dimenzionalne obrade, optimizovati tolerancije i dimenzionalne lance mašina.
Automatizacija pojedinih tehnoloških operacija, naravno, povećava produktivnost i kvalitet proizvoda. Ali najefikasnija je složena automatizacija sekvencijalno povezanih tehnoloških operacija. Time se eliminišu nepreciznosti prethodnih operacija koje mogu poremetiti rad mašine u narednim operacijama i obezbeđuje se sinhronizacija toka tehnoloških operacija, eliminišući zastoje mašine.
U maloj proizvodnji, priprema proizvodnje, projektovanje i izrada opreme, podešavanje opreme, montaža, usklađivanje proizvoda, kontrola, transport i skladištenje povezani su sa velikim troškovima rada i vremena. Stoga integrirana automatizacija daje najveći učinak u mašinstvu: glavne tehnološke operacije su automatizirane zajedno sa pomoćnim, kontrolnim i transportnim poslovima.
Iskustvo korištenja integralno automatiziranih proizvodnih linija u proizvodnji pokazuje da se produktivnost rada povećava i do četiri puta.
To složeni automatski sistemi osigurala visoku efikasnost i eliminisala rad kontrolora, upravljanje treba da se zasniva na principima prilagođavanja i prilagođavanja procesa rada. U ovom slučaju, parametri tehnološkog procesa, stanje alata, izratka, njegova ugradnja, koordinacija, tačnost obrade moraju biti kontrolirani senzorima koji prenose potrebne informacije, na osnovu čije obrade se prilagođavaju parametri radnih procesa, premeštaju ili zamenjuju alati itd.
Automatske proizvodne linije moraju biti opremljene automatski kontrolisanom tehnološkom opremom, vozila, kontrolni instrumenti, tokarenje, montaža, gađanje manipulatora. U nekim slučajevima su potrebni precizni manipulatori velikih kinematičkih mogućnosti, a ponekad i sa praćenjem i automatskim podešavanjem operacija. Takvi složeni i automatizirani manipulatori, koji zamjenjuju daleko od jednostavnog ručnog rada, obično se nazivaju robotima.
Praksa pokazuje da robote treba koristiti ne samo za pomoćne operacije, već i za automatizaciju složenih, raznolikih tehnoloških operacija, na primjer, prostorno zavarivanje, montaža, obrezivanje, skidanje, pakovanje. Takve operacije zahtijevaju automatsko praćenje i prostornu orijentaciju, a roboti moraju imati prilagodljivu kontrolu kako bi ih automatizirali.
Takođe je od velike važnosti automatizacija sistema tehnološke pripreme za proizvodnju, koji treba da obezbedi automatsko projektovanje tehnoloških procesa, analizu obradivosti konstrukcija, određivanje asortimana opreme, alata, izradu upravljačkih programa itd.
Automatsko upravljanje tehnologijom ne samo da eliminira subjektivne greške koje su svojstvene ručni rad, ali i osigurava visoku stabilizaciju tehnoloških procesa, prilagođavanje njihovih parametara zbog fluktuacija dimenzija i svojstava obradaka početni materijali, promjene u stanju opreme i alata.
Čak i u slučajevima kada je tehnološki proces potpuno automatizovan i obezbeđena njegova stabilnost, problem automatizacije upravljanja nije u potpunosti otklonjen. Stoga je neophodno razviti automatske metode i alate za analizu hemijski sastav materijali, ispitivanje bez razaranja i metrološka ispitivanja, mehanička ispitivanja.
I u zaključku to napominjem automatizacija proizvodnje značajno je pojednostavljen i daje najveći ekonomski efekat uz povećanu serijsku proizvodnju. Zato je najvažniji uslov za proširenje automatizacije specijalizacija proizvodnje i maksimalno ujednačavanje proizvoda. Ovom principu tehničke politike mora se posvetiti velika pažnja.
Dopisni član Akademije nauka SSSR-a N. Zorev, direktor Centralnog istraživačkog instituta za tehnologiju mašinstva (TsNIITMASH).
Sadašnje stanje i neposredne perspektive automatizacije u mašinstvu povezane su, pre svega, sa prelaskom sa stvaranja pojedinačnih mašina i jedinica na razvoj sistema automatskih mašina, koji pokrivaju različite faze proizvodnog procesa - od nabavke do montaže. , uz optimizaciju tehničkih rješenja.
Težište razvoja se pomjera sa masovne proizvodnje na serijsku proizvodnju uz raširen razvoj automatizacije i mehanizacije pomoćnih procesa, te automatizacije ne samo tehnoloških operacija, već i upravljačkih funkcija.
Kompleksna automatizacija se zasniva na kontinuirano poboljšanje tehnička sredstva (od jednostavnih mehanizama do složenih elektronski sistemi; SPU, elektronske računarske i upravljačke mašine itd.); o širokoj upotrebi uobičajenih metoda i alata za automatizaciju u različitim fazama proizvodnog procesa, o upotrebi metoda objedinjavanja.
Razvoj automatizacije na moderna pozornica Karakteristično je pomicanje težišta razvoja sa masovne proizvodnje na serijsku proizvodnju, koja čini glavni dio inženjerske industrije (oko 80% svih inženjerskih proizvoda proizvodi se u serijskim i pojedinačnim proizvodnim pogonima).
Ostalo karakteristična karakteristika savremena automatizacija – proširenje arsenala tehničkih sredstava i, kao posledica, multivarijantna rešenja problema automatizacije proizvodnih procesa.
Strategija integrisane automatizacije proizvodnje mašinstva kao osnova tehničke politike određena je nizom aspekata, uključujući:
1) pravilno razumevanje sadržaja i glavnog fokusa rada automatizacije;
2) objektivnu procenu tokom vremena perspektivnosti i izvodljivosti primene novih metoda i sredstava automatizacije, njihovog stanja i odnosa sa poznatim, tradicionalnim.
Pogledajmo ove aspekte detaljnije. Automatizacija proizvodnje se često tumači kao proces zamjene ljudskih funkcija upravljačkim i nadzornim uređajima i sistemima, tj. identifikovan sa uvođenjem automatizacije. Pretpostavlja se da tehnološki procesi, dizajn i mašine ostaju suštinski isti. Ovo nije istina. Sadržaj proizvodnje čine tehnološki procesi u njima je sve potencijalne prilike kvalitet i kvantitet proizvoda, efikasnost proizvodnje i sistem upravljanja samo je vid ostvarivanja ovih sposobnosti. Stoga je automatizacija proizvodnje u mašinstvu složen projektantsko-tehnološki zadatak stvaranja nove opreme, tako visoko intenzivnih tehnoloških procesa i visokoproizvodnih sredstava za proizvodnju koja su nedostupna za direktno izvođenje ljudima.
Savremeni automatski strug je kompleks tehnoloških, dizajnerskih i rasporednih rješenja, koje karakterizira višepozicija, istovremeni rad na desetine, au automatskim linijama - stotine mehanizama i alata. Stvaranje ovakvih sistema zahteva rešavanje mnogih problema, uključujući automatizaciju transporta i utovara delova, promenu njihove orijentacije, nagomilavanje zaostataka, rotiranje i fiksiranje delova, uklanjanje otpada itd. I samo pod ovim uslovima upotreba automatske kontrole može biti efikasna.
Automatska sredstva proizvodnje obećavaju samo kada ispunjavaju proizvodne funkcije brži i bolji od čovjeka.
Gore navedeno ne umanjuje značaj „male“ automatizacije, tj. opremanje neautomatizovane opreme mehanizmima za utovar i stezanje delova, uređajima za kontrolu ciklusa i sl., posebno kada su takva sredstva standardna. Međutim, proces automatizacije nije ograničen na ovu posebnost.
Problem ispravnosti, objektivna procjena i razumnu implementaciju najnovije metode i alati za automatizaciju. Svaka tehnička inovacija, ma koliko obećavajuća bila, prolazi kroz nekoliko faza: ideja - eksperimentalni dizajn (koji može samo funkcionirati) - pouzdan radni dizajn - isplativ dizajn. Svaku fazu karakterizira poboljšanje parametara, koji se mogu svesti na formulu „brzina – pouzdanost – cijena“. I tek kada se ovi parametri uklapaju u tehničke i ekonomske tolerancije, ova inovacija postaje zrela za implementaciju u proizvodnji. Stoga je u tehničkoj politici neprihvatljivo odlagati kako razvoj primarne ideje tako i implementaciju nedovoljno zrelih rješenja.
Jedno od temeljnih pitanja kompleksne automatizacije je optimalna kombinacija najnovijih metoda i alata sa tradicionalnim. U automatskim mašinama i sistemima za masovna proizvodnja naširoko se koriste principi diferencijacije i koncentracije operacija, njihovo kombinovanje u vremenu, što čini osnovu visoke performanse i efikasnost. U ogromnoj većini savremenih mašina CNC - jednovreteno. Stoga je u uvjetima stabilnog rada, bez podešavanja, produktivnost poluautomatskih alatnih strojeva s više vretena desetine puta veća od višeoperacijskih poluautomatskih strojeva, a cijena je niža. IN pilot proizvodnja, gdje se proizvodni asortiman ne ponavlja, potreban je širok raspon zamjena procesne opreme, što se može postići samo pomoću računara. U stabilnoj proizvodnji, sa konstantnim asortimanom proizvoda, serijska prerada se vrši samo zato što obim proizvodnje ne dozvoljava punjenje svakog komada opreme istim proizvodima. Ovdje se dijelovi univerzalnih poluautomatskih CNC strojeva ili tehnoloških kompleksa s kompjuterskim upravljanjem mogu zamijeniti jednom rekonfigurabilnom poluautomatskom mašinom s više vretena, na kojoj se nekoliko dijelova istovremeno obrađuje sa desetinama alata, a njegova produktivnost je nesrazmjerno veća od jedne -alatnih mašina, a prerada je znatno kraća.
Stoga, proizvodnju jednovretenih CNC mašina sa tehnološkim i rasporednim šemama nasleđenim iz neautomatizovane proizvodnje treba smatrati legitimnom samo u ranim fazama njihovog razvoja. Masivan prelazak na upotrebu viševretenskih i višepozicijskih CNC mašina je neizbježan, počevši od onih najjednostavnijih, koji obavljaju paralelnu obradu više dijelova pomoću jednog programa. Sistemi sa bregastim vratilima, bregastim osovinama i tracerima će vjerovatno dominirati automatizacijom upravljanja u masovnoj proizvodnji dugo vremena, uprkos činjenici da ima malo elektronike i nema prilagođavanja u njihovom dizajnu. Sistemi sa vanrednim situacijama, direktnom kontrolom sa računara i sl. su mobilni, pa stoga efikasni u automatizaciji serijske, a u budućnosti i individualne proizvodnje. Njihov značaj za masovnu proizvodnju ne leži u zamjeni postojećih tehničkih rješenja, već u njihovom dodavanju, u implementaciji do tada nemogućih upravljačkih funkcija. Dakle, upotreba automatizovanih sistema upravljanja procesima sa funkcijama tehničke i statističke dijagnostike rada automatske linije treba da postanu osnova za rad linija visokih performansi, smanjujući njihov zastoj iz tehničkih i organizacionih razloga.
