Această disciplină științifică a apărut în statul nostru în anii douăzeci ai secolului trecut, în legătură cu creșterea rapidă a ingineriei mecanice autohtone. Dezvoltarea sa a fost facilitată de o gamă largă de oameni de știință și ingineri sovietici și inovatori în producție. Originea sa s-a bazat pe lucrările lui P.L. Cebysheva, I.A. Tim și alți oameni de știință, precum și în vremurile sovietice, oameni de știință - tehnologi: Sokolovsky, Kovan, Matalin, Balakshin, Novikov. Formarea și dezvoltarea ulterioară a acestui subiect se reflectă în lucrările lui I.I. Artobolevsky, V. I. Dikushin, A. P. Vladzievski, L.N. Koshkina, G.A. Shaumyan și alți oameni de știință domestici.
Automatizarea proceselor de producție este una dintre direcțiile de dezvoltare ale economiei naționale. Acest lucru se datorează faptului că automatizarea producției deschide posibilități nelimitate pentru productivitatea muncii sociale. Pe lângă creșterea productivității muncii, facilitează și schimbă radical natura muncii, o face creativă, șterge diferența dintre munca mentală și cea fizică.
Mecanizarea și automatizarea fac posibilă îmbunătățirea calității produselor și siguranța și utilizarea echipamentelor și, în unele cazuri, intensificarea funcționării echipamentelor.
Problema automatizării producției ridică și probleme socio-economice. V societate modernă automatizarea producției este un mijloc de obținere a profitului maxim și un instrument de combatere a concurenților. Aceștia și o serie de alți factori pozitivi ne obligă să acordăm o atenție deosebită mecanizării și automatizării.
Efectul economic real obţinut în urma mecanizării şi automatizării depinde în mare măsură de condiţiile specifice şi pentru rezolvarea ce sarcini de producţie se folosesc mijloacele şi metodele de mecanizare şi automatizare. Mecanizarea și, mai ales, automatizarea producției de construcții de mașini necesită cheltuieli de capital semnificative. Dacă obiectul de automatizare este ales cu succes, aceste costuri se plătesc rapid. În scurt timp, un mare eficiență economică, iar dacă urmați calea automatizării „continue”, atunci în loc să economisiți puteți obține pierderi. Prin urmare, fiecare inginer mecanic trebuie să aibă o înțelegere clară a capabilități tehnice mijloace de mecanizare si automatizare si sa le poti alege corect in fiecare caz concret cu cea mai mare eficienta.
2. Concepte și definiții de bază: mecanizare, automatizare, mecanizare și automatizare unică și complexă. Etape de automatizare
Mecanizare numită direcția de dezvoltare a producției, în care munca fizică a muncitorului, asociată cu implementarea procesului de producție sau a componentelor acestuia, este transferată la mașină. Exemple de mecanizare sunt: folosirea mandrinelor actionate pneumatic si hidraulic in locul miscarii obisnuite de surub manual a falcilor cu o cheie; deplasarea bolțurilor de contrapunctură ale strungurilor, apropierea rapidă a etrierului sau a mesei mașinii folosind suporturi electrice, pneumatice sau hidraulice. Mecanizarea ușurează munca muncitorului. În acest caz, acțiunile care vizează în principal gestionarea procesului de producție rămân în sarcina lucrătorului. Sunt incluse în ciclul mașinii. Mecanizarea poate fi fie parțială, fie completă, fie, așa cum se numește, complexă.
Mecanizare parțială- aceasta este mecanizarea unei părți din mișcările necesare implementării procesului de producție: fie mișcarea principală, fie mișcări auxiliare și de poziționare, fie mișcări asociate deplasării produselor dintr-o poziție în alta.
Mecanizare completă sau complexă- mecanizarea tuturor miscarilor de baza, auxiliare, de instalare si transport care se efectueaza in timpul procesului de productie. Cu o mecanizare complexă, personalul de service efectuează doar controlul operațional al procesului de producție, pornind și oprind mecanismele necesare la momentele potrivite și controlând modul și natura muncii lor.
Dezvoltarea în continuare a mecanizării duce la automatizarea producției. Acestea. automatizarea este o direcție de dezvoltare a producției în care o persoană este eliberată nu numai de grele muncă manuală, dar și din controlul operațional al mecanismelor sau mașinilor.
Se face o distincție între automatizarea parțială și cea complexă. Concept „Automatizare parțială” asociat cu implementarea automatizării unei singure componente structurale dintre toate sistemele. De exemplu, automatizarea elementelor individuale ale ciclului general al mașinilor-unelte. Exemple de acest tip de automatizare: dotarea mașinilor cu dispozitive de încărcare, automatizarea aprovizionării și scoaterii suportului, mesei, depozitării, precum și curățarea așchiilor etc. dotarea cu dispozitive care automatizează parțial controlul și întreținerea mașinilor-unelte. Dacă vorbim despre procesul tehnologic în ansamblu, atunci, de exemplu, una din zece operațiuni este automatizată. Automatizarea integrată se caracterizează prin transferul prelucrării pieselor, de exemplu, de la mașini de uz general la linii automate, travee, ateliere, precum și fabrici automate. Această direcție se caracterizează prin continuitatea prelucrării, iar prelucrarea pieselor, controlul, transportul, contabilizarea, depozitarea, precum și curățarea așchiilor etc. ale acestora sunt automatizate.
Un exemplu de producție complet automatizată este producția de rulmenți, unde producția de rulmenți, începând de la semifabricat și terminând cu controlul și ambalarea, este realizată de un set de echipamente automate.
La automatizare integrată pe lângă avantajele enumerate anterior inerente automatizării în general, este posibil muncă continuăîntr-un singur flux. Este eliminată nevoia de depozite intermediare, se reduce durata ciclului de producție, se simplifică planificarea producției și contabilizarea produselor fabricate. Aici două principii sunt combinate cel mai pe deplin și cel mai eficient - automatizarea și continuitatea procesului de producție. Automatizarea cuprinzătoare a producției este un mijloc radical și decisiv de creștere a productivității muncii și a calității produsului și de reducere a costurilor acestuia.
Gradul de automatizare a proceselor de producție poate varia. Distinge trei etape de automatizare.
Pe primul stagiu automatizare, lucrătorul este complet eliberat de munca fizică (în timp ce mașina funcționează), inclusiv munca de gestionare a procesului de producție. El efectuează reglarea inițială a mașinii, supraveghează mașina și corectează abaterile de la funcționarea normală a acesteia. Prima etapă a automatizării este asigurată de un sistem de control automat în buclă deschisă (fără feedback). Un exemplu este: strunguri automate cu turelă, strunguri automate cu mai multe ax și alte mașini și mașini cu mecanisme cu came. Cam în acest caz oferă o anumită secvență, direcție, magnitudine și viteza de mișcare a organelor executive.
În a doua faza automatizare, sisteme de control automat în buclă închisă cu feedback-uri, care nu numai că asigură implementarea programului stabilit, ci și automat, fără intervenția lucrătorului, reglează și mențin condițiile normale de funcționare a mașinii. Munca lucrătorului în acest caz se reduce în principal la reglarea inițială a mașinii. Luați, de exemplu, întoarcerea arborilor lungi. La strunjire, uzura frezei duce la o creștere a diametrului de prelucrare, iar dacă dispozitivul de control activ măsoară diametrul de prelucrare și, pe baza rezultatelor acestor măsurători, introduce automat o corecție la setarea mașinii (deplasați cuțitul în direcția dorită), atunci vom avea un CAP care menține condiții normale de funcționare.
Trăsătură distinctivă a treia etapă automatizarea este capacitatea sistemului de control de a efectua operații logice pentru a selecta condițiile optime de funcționare pentru mașină. Pe lângă dispozitivele cu feedback, astfel de sisteme de control au dispozitive pentru rezolvarea problemelor logice (mașini de calcul), care permit efectuarea lucrărilor în condiții optime, ținând cont de variabilitatea modurilor de funcționare externe și interne ale mașinii. Astfel de mașini se conduc singure. De exemplu, mașini cu un computer conectat la acesta, care optimizează prelucrarea în termeni de rugozitate minimă sau asigură îndepărtarea maximă a metalului.
3. Concepte și definiții: automată, semiautomată, GPS, linie automată
Mașină automată se numește mașină de lucru (sistem de mașini), în implementarea procesului tehnologic pe care, toate elementele ciclului de lucru (curse de lucru și de gol) sunt efectuate automat. Repetarea ciclului se realizează fără intervenția umană. În cele mai simple mașini, o persoană reglează mașina și controlează funcționarea acesteia. În sistemele mai avansate, cantitatea și calitatea produsului este controlată automat, instrumentul este reglat și schimbat, semifabricatele și materialul originale sunt alimentate, așchiile sunt îndepărtate etc.
Semiautomat se numește mașină de lucru, al cărei ciclu la sfârșitul operațiunii care se execută este întrerupt automat. Pentru reluarea ciclului (pornirea dispozitivului semiautomat), este necesară intervenția unei persoane, care montează și scoate piesele de prelucrat, pornește mașina și controlează funcționarea acesteia, schimbă și reglează unealta.
Termenii și definițiile tipurilor de sisteme de producție flexibile sunt stabilite de GOST 26228-84.
Sistem flexibil de fabricație (FPS)- un set sau o unitate separată echipamente tehnologiceși sisteme de asigurare a funcționării acestuia în regim automat, care are proprietatea reajustării automate în producerea produselor de nomenclatură arbitrară în limitele stabilite ale caracteristicilor acestora.
SBS-urile sunt subdivizate în următoarele niveluri în funcție de structura organizatorică:
· Modul de producție flexibil – primul nivel;
· Linie automatizata flexibila si sectiune automatizata flexibila - al doilea nivel;
· Atelier automatizat flexibil - al treilea nivel;
· Instalatie automata flexibila - al patrulea nivel;
În funcție de etapele de automatizare, GPS-urile sunt împărțite în următoarele etape:
· Complex de producție flexibil - prima etapă;
· Productie automatizata flexibila - a doua etapa.
Dacă nu este necesară indicarea nivelului structura organizationala producție sau etape de automatizare, atunci se folosesc termenul general de „sistem de producție flexibil”.
Modul flexibil de producție (FPM) este un sistem de producție flexibil format dintr-un echipament tehnologic echipat cu un dispozitiv automatizat controlul programuluiși prin automatizarea procesului tehnologic; funcționând autonom, realizând mai multe cicluri și având capacitatea de a se integra într-un sistem de nivel superior. Un caz special al unui GPM este un complex tehnologic robotizat (RTK), cu condiția ca acesta să poată fi integrat într-un sistem de nivel superior. În cazul general, PMG-ul include dispozitive de depozitare, dispozitive de fixare, sateliți (paleți, dispozitive de încărcare și descărcare, inclusiv roboți industriali (PR), dispozitive pentru înlocuirea sculelor, eliminarea deșeurilor, control automat, inclusiv diagnosticare, schimbări etc.)
Linie automată flexibilă (GAL)- GPS, constând din mai multe module de producție flexibile, combinate sistem automatizat control, în care echipamentul tehnologic este amplasat în ordinea acceptată operațiuni tehnologice.
Secțiune automată flexibilă (GAU)- FMS, constând din mai multe module de producție flexibile, unite printr-un sistem de control automatizat, care funcționează de-a lungul unui traseu tehnologic, care prevede posibilitatea modificării succesiunii de utilizare a echipamentelor tehnologice.
Atelier automatizat flexibil (GAC)- GPS, care este un set de linii automate flexibile și (sau) secțiuni automate flexibile, destinate fabricării unui produs cu o anumită nomenclatură.
Instalație automată flexibilă (GAZ)- FMS, care este un set de ateliere automate flexibile, concepute pentru eliberarea produselor finite în conformitate cu planul principal de producție.
Definițiile de mai sus nu acoperă termeni precum: linie automată, secțiune automată, atelier, fabrică. Oferte ENIMS următoarele definiții:
Linie automată (LA)- un set de echipamente tehnologice instalate în succesiunea procesului tehnologic de prelucrare, conectate prin transport automat și echipate cu dispozitive automate de încărcare și descărcare și sistem comun management sau mai multe sisteme de management interconectate.
Se disting etapele automatizării două tipuri de GPS:
Unitate de producție flexibilă (FPS) Este un sistem de producție flexibil, format din mai multe module flexibile de producție, unite printr-un sistem automatizat de control și un sistem automatizat de transport și depozitare, funcționând autonom pentru un interval de timp dat și având capacitatea de a se integra într-un sistem de un nivel superior de automatizare.
Fabricare automată flexibilă (HAP)- FMS, format dintr-unul sau mai multe complexe de producție, unite printr-un sistem automat de control al producției și un sistem automatizat de transport și depozitare, și care realizează o tranziție automată la fabricarea de produse noi.
Calitate chip
(control de intrare a 10-12% din microcircuite - 1990, asociația Tomsk „Kontur”)
1. În ce cazuri este automatizarea ineficientă din punct de vedere socio-economic?
3. Sugerați principalele secțiuni ale planului de afaceri pentru achiziția și utilizarea planificate în atelierul de prelucrare a metalelor strung cu un sistem CNC.
4. Ce factori sunt determinanți pentru îmbunătățirea calității și fiabilității produselor?
2. Automatizare în inginerie mecanică,
sisteme CNC
O scurtă clasificare a sistemelor de producție este următoarea:
¨ sistem de producere Este un sistem complex pe mai multe niveluri (ierarhic) care transformă semifabricatele inițiale, materiile prime, materialele într-un produs final corespunzător unei ordini publice;
mai larg: producție- este o combinatie de resurse (materii prime, capital, forta de munca si capacitate antreprenoriala) pentru productia de bunuri si servicii;
¨ baza oricărei producții - proces tehnologic (TP)- o anumită interacțiune a instrumentelor de muncă, servicii și sisteme de transport;
¨ TP continuă: producție și prelucrare chimică, petrol și gaze, energie;
¨ TP discret: inginerie mecanică, tăiere materiale;
¨ continuu-discret TP: metalurgie, ciment, inginerie mecanică etc.
Vom lua ingineria mecanică ca bază a TP și a sistemelor de automatizare corespunzătoare. Ingineria mecanică (procesele de prelucrare a metalelor), împreună cu industria de țesut, a fost cea care a cerut mai întâi automatizarea. Ingineria mecanică este dezvoltată pe scară largă în regiunea Kama. Să luăm în considerare că sistemele de automatizare din diverse industrii
se desfășoară pe o singură bază tehnologică, conform aceleiași
principii.
Analiză procese tehnologiceîn inginerie mecanică arată că, în ciclul general de organizare a producției unei piese, timpul mașinii-unelte durează în medie nu mai mult de 5% (restul este pregătirea pentru producție, transport, culcare etc.). Într-o sută
timpul de procesare peste noapte este de numai aproximativ 30%
(restul timpului este poziționare, încărcare, măsurare, timp inactiv etc.).
Eforturile de a intensifica prelucrarea afectează doar o mică parte din echilibrul general al ciclului produsului finit. Aceeași analiză arată că reducerea pierderilor de timp de non-producție este posibilă doar pe baza integrării producției, ceea ce permite, în principiu, să se aducă timpul de mașină în ciclul general de producție la 90%, timpul de mașină în cadrul mașinii și la 90% . Aceasta înseamnă, de asemenea, integrarea producției, care ar permite funcționarea continuă în trei schimburi a echipamentelor, inclusiv cu populație scăzută tura de noapte.
În fig. 2.1 arată bilanțul timpului de utilizare a echipamentelor de producție, din care rezultă că cea mai puternică rezervă pentru creșterea ratei de utilizare a echipamentelor este munca în trei schimburi.
Practica a arătat că, în principiu, ideea corectă - de a lega integrarea cu o tehnologie părăsită - este destul de dificil de implementat, deoarece necesită rezolvarea unei game întregi de probleme complexe. Printre aceste probleme se numără și o creștere bruscă a fiabilității echipamentelor și sistemelor de control bazate pe sisteme MP-x.
Obiecte de automatizare în inginerie mecanică:
¨ mașini: strunjire, frezat, găurit și alezat, șlefuit, polivalent (centru de prelucrare), tăiat dinți, electroeroziune, etc.;
¨ periferia mașinii-unelte: roboți, acumulatori de paleți, blocuri de magazie de scule etc.;
¨ sisteme de transport: robocars, transportoare etc.
¨ sisteme de depozitare: depozite automate cu stivuitoare, stații de picking etc.;
¨ sisteme auxiliare: masini de control si masura, statii de spalare-uscare etc.
Orez. 2.1. Bilanțul de timp al utilizării producției
echipamente
Multe sisteme separate de automatizare bazate pe microprocesoare trebuie combinate într-o singură rețea locală. Din punct de vedere al productivității și flexibilității, sistemele de automatizare din inginerie mecanică pot fi clasificate în funcție de nivelul de flexibilitate și productivitate (Fig. 2.2).
Orez. 2.2. Clasificarea sistemelor de automatizare în inginerie mecanică:
X- nomenclatorul pieselor alocate echipamentelor (numar de loturi);
y- numarul de piese din lot; 1
– mașini universale cu manual
management; 2
- Mașini CNC; 3
- mașini multioperaționale;
4
- module de producție flexibile (FPM); 5
- site-uri de producție flexibile (GPU); 6
- linii flexibile, ateliere; 7
- linii automate
Tabelul 2.1
Productie de masini-unelte in principalele tari producatoare
| Țara producătorului | Masini-unelte | Mașini CNC /% valoare de la toate mașinile | Roboți | |||||
| CMEA | – | – | – | |||||
| URSS | 1,6/5,2 % | 8,9/24 % | 21,0/47 % | |||||
| China | – | – | – | |||||
| Statele Unite ale Americii | 1,9/19 % | 8,9/34 % | 5,0/44 % | 27,1 | 9,4 | |||
| Japonia | 1,5/7,8 % | 22,1/50 % | 35,3/70 % | 116,0 | 46,8 | |||
| FRG | 0,8/8,3 % | 4,7/28 % | 14/65 % | 12,4 | 4,8 |
Trebuie avut în vedere faptul că numărul de mașini-unelte în inginerie mecanică este de 1,5 ori numărul operatorilor de mașini. Cu toate acestea, cererea de mașini CNC în 1990 nu a fost satisfăcută (Tabelul 2.1).
Mecanizarea și automatizarea proceselor de producție este una dintre principalele direcții ale progresului tehnic. Scopul mecanizării și automatizării este de a facilita munca umană, lăsând în sarcina persoanei funcțiile de întreținere și control, creșterea productivității muncii și îmbunătățirea calității produselor fabricate.
Orez. 3.2. Manipulator model ASh-NYU-1 utilizat pentru mecanizarea operațiunilor de încărcare, inclusiv a echipamentelor de încărcare
Mecanizare- direcţia de dezvoltare a producţiei, caracterizată prin folosirea maşinilor şi mecanismelor care înlocuiesc munca musculară a muncitorului (Fig. 3.2).
În funcție de gradul de perfecțiune tehnică, mecanizarea se împarte în următoarele tipuri:
mecanizare parțială și mică, caracterizată prin utilizarea celor mai simple mecanisme, cel mai adesea mobile. Mecanizarea la scară mică poate acoperi părți ale mișcărilor, lăsând multe tipuri de muncă, operațiuni și procese nemecanizate. Mecanismele de mecanizare la scară mică pot include cărucioare, dispozitive simple de ridicare etc.;
mecanizarea completă, sau complexă, include mecanizarea tuturor operațiunilor de bază, auxiliare, de instalare și transport. Acest tip de mecanizare
caracterizată prin utilizarea unor echipamente tehnologice și de manipulare a materialelor destul de sofisticate.
Cea mai înaltă etapă a mecanizării este automatizarea. Automatizarea înseamnă utilizarea mașinilor, dispozitivelor, aparatelor, dispozitivelor care permit desfășurarea proceselor de producție fără participarea directă a unei persoane, dar numai sub controlul acesteia. Automatizarea proceselor de producție este asociată inevitabil cu soluția proceselor de management, care trebuie și ele automatizate. Ramura științei și tehnologiei care rezolvă sistemele de control pentru echipamente automate se numește automatizare. Automatizarea se bazează pe gestionarea, controlul, colectarea și prelucrarea informațiilor despre un proces automat de utilizare mijloace tehnice- aparate si dispozitive speciale. Sistemul de control automat (ACS) se bazează pe utilizarea tehnologiei moderne de calcul electronic și a metodelor electronice matematice în managementul producției și este conceput pentru a-și îmbunătăți productivitatea.
Automatizare procesele de producție sunt, de asemenea, împărțite în două părți:
automatizarea parțială, acoperă o parte din operațiunile efectuate, cu condiția ca restul operațiunilor să fie efectuate de oameni. De regulă, se efectuează automat un impact direct asupra produsului, adică prelucrarea, iar operațiunile de încărcare a semifabricatelor și pornirea repetată a echipamentului sunt efectuate de o persoană. Un astfel de echipament se numește semi-automate;
automatizare completă sau complexă, caracterizată prin executarea automată a tuturor operațiunilor, inclusiv încărcarea. O persoană umple doar dispozitivele de încărcare cu spații libere, pornește mașina, își controlează acțiunile, efectuând reajustări, schimbarea sculelor și eliminarea deșeurilor. Un astfel de echipament se numește automat. În funcție de volumul de implementare a echipamentelor automate, liniile automate, o secțiune automată, un atelier și o fabrică diferă.
După cum a arătat practica, automatizarea obișnuită și schemele complexe de automatizare sunt utilizate efectiv numai în producția la scară largă și în masă. Într-o producție diversificată în care sunt necesare reajustări frecvente ale fluxului, schemele convenționale de automatizare sunt de puțin folos. Echipamentele echipate cu sisteme de automatizare staționare nu permit trecerea la control de la mod manual... Schema obișnuită de automatizare înseamnă utilizarea dispozitivelor de încărcare (schiuri, tăvi, pubele, alimentatoare etc.) și a echipamentelor de procesare adaptate pentru a efectua operațiuni automate. Produsele procesate sunt îndepărtate cu ajutorul unui dispozitiv de primire a produselor prelucrate (slips, tăvi, magazine etc.).
Operatorii auto și brațele mecanice, utilizate de mult în schemele convenționale de automatizare, au servit drept prototipuri pentru un nou tip de automatizare. Un nou tip de automatizare folosind roboți industriali (PR) vă permite să rezolvați probleme care nu pot fi rezolvate folosind scheme obișnuite de automatizare. Roboții industriali, așa cum au fost concepuți de dezvoltatorii lor, sunt menționați să înlocuiască oamenii în locuri de muncă grele și plictisitoare care sunt periculoase pentru sănătate. Ele se bazează pe modelarea funcțiilor motorii și de control umane.
Roboții industriali rezolvă procese complexe de asamblare a produselor, sudare, vopsire și alte operațiuni tehnologice complexe, precum și încărcarea, transportul și depozitarea pieselor. Noul tip de automatizare are o serie de diferențieri calitativ de alte tipuri de proprietăți care oferă PR avantaje semnificative față de schemele obișnuite:
proprietăți ridicate de manipulare, adică capacitatea de a muta piesele de-a lungul căilor spațiale complexe;
sistem de propulsie propriu;
sistem de control al programului;
autonomia PR, adică neintegrarea acestora în echipamente tehnologice;
versatilitate, adică capacitatea de a muta produse de diferite tipuri în spațiu;
compatibilitate cu un număr destul de mare de tipuri de echipamente tehnologice;
adaptabilitate la diferite tipuri de lucrări și produse care se înlocuiesc între ele;
capacitatea de a dezactiva PR și de a trece la controlul manual al echipamentului.
În funcție de participarea unei persoane la procesele de control ale roboților, aceștia sunt împărțiți în biotehnice, autonome.
Biotehnice sunt roboți care copiază la distanță controlați de un om. Robotul poate fi controlat din consolă folosind sisteme de mânere, pârghii, chei, butoane sau „punând” dispozitive speciale pe mâinile, picioarele sau corpul unei persoane. Aceste dispozitive sunt folosite pentru a reproduce mișcările umane la distanță cu creșterea necesară a efortului. Acești roboți sunt numiți roboți exoschelet. Roboții semi-automatici sunt, de asemenea, clasificați ca roboți biotehnologici.
Autonom roboții lucrează automat utilizând controlul programat.
De-a lungul istoriei relativ lungi a dezvoltării roboticii, au fost deja create mai multe generații de roboți.
Roboți de prima generație(roboții software) se caracterizează printr-un program rigid de acțiuni și feedback elementar. Acestea includ de obicei roboți industriali (PR). Acest sistem de roboți este în prezent cel mai dezvoltat. PR din prima generație se împart în universal, PR țintă a grupului de ridicare și transport, roboți țintă ai grupului de producție. În plus, roboții sunt împărțiți în rânduri de dimensiuni standard, în rânduri în funcție de productivitatea maximă, în funcție de raza de serviciu, în funcție de numărul de grade de mobilitate etc.
Roboți de a doua generație(roboții simțiți) au coordonarea mișcării cu percepția. Programul de control pentru acești roboți se realizează folosind un computer.
LA roboți din a treia generație includ roboți cu inteligență artificială. Acești roboți creează condiții pentru înlocuirea unei persoane în domeniul muncii calificate, au capacitatea de a se adapta în procesul de producție. Roboții din a treia generație sunt capabili să înțeleagă limbajul, pot conduce un dialog cu o persoană, pot planifica comportamentul etc.
Complexele tehnologice robotizate (RTC) sunt create prin realizarea automatizării complexe a proceselor tehnologice ale secțiilor, atelierelor și fabricilor. Robotic complex tehnologic este o colecție de echipamente tehnologice și roboți industriali. RTK este situat pe o anumită zonă și este destinat pentru una sau mai multe operațiuni în modul automat. Echipamentele incluse în RTC sunt împărțite în echipamente de procesare, service și control și management. Echipamentele de prelucrare includ principalele echipamente tehnologice, modernizate pentru a funcționa cu roboți industriali. Echipamentele de service conțin un dispozitiv de amplasare a pieselor la intrarea în RTK, dispozitive de depozitare de transport interoperațional, dispozitive de recepție a produselor prelucrate, precum și roboți industriali (Fig. 3.3). Echipamentul de monitorizare și control asigură modul de funcționare al RTK și calitatea produselor.
Smochin. 3.3. Robot pe podea cu braț retractabil orizontal și mecanism de ridicare în consolă PR-4
O reducere rațională a gamei de PR și o îmbunătățire a adaptabilității (adaptabilitatea) acestora contribuie la creșterea eficienței utilizării roboților industriali. Acest lucru se realizează prin tastarea PR. Se efectuează o analiză cuprinzătoare a producției, gruparea obiectelor de robotizare și stabilirea tipurilor și parametrilor principali ai PR. Tipificarea PR stă la baza dezvoltării unificării acestora, care ar trebui să vizeze asigurarea posibilității de a crea roboți prin agregare. Pentru a asigura principiul agregării, se realizează standardizarea: 1) dimensiunile de conectare ale acționărilor, mecanismelor de transmisie și senzorilor de feedback; 2) serie de parametri de ieșire ai unităților (puteri, viteze etc.); 3) metode de comunicare a dispozitivelor de control programat cu dispozitivele executive și de măsurare.
Rezultatul muncii privind unificarea PR ar trebui să fie crearea tipului lor optim și a unui sistem de construcție agregat-modulară. Un sistem agregat-modular pentru construirea roboților industriali este un set de metode și instrumente care asigură construirea de diferite dimensiuni standard de PR kz a unui număr limitat de unități unificate (module și ansambluri). Permite utilizarea unui număr minim de unități funcționale disponibile comercial, care sunt selectate din cataloage industriale speciale. Acest lucru face posibilă, în producția cu mai multe produse, reconstruirea rapidă a sistemelor robotizate de mașini pentru lansarea de noi produse. Producția automată flexibilă (HAP) se bazează pe PR cu construcție modulară.
Planificarea introducerii echipamentelor mecanizate și automatizate este asociată cu analiza producției. Analiza producției se reduce la identificarea unui număr de condiții care contribuie la utilizarea acestui echipament. Producția care implică muncă manuală grea nu este supusă analizei. Mecanizarea și automatizarea muncii manuale grele este o sarcină primordială și nu depinde de rezultatele calculului economic.
Proiectarea mecanizării și automatizării proceselor tehnologice trebuie să înceapă cu o analiză a producției existente. În timpul analizei, acele caracteristici și diferențe specifice, pe baza cărora este selectat un anumit tip de echipament, sunt clarificate și specificate. Etapa de pre-proiectare a dezvoltării mecanizării și automatizării proceselor de producție include soluționarea unui număr de probleme.
1. Analiza programului de lansare a produsului include studiul: programului anual de lansare a produsului, stabilitatea și perspectivele de lansare; nivelul de unificare și standardizare; specializarea și centralizarea producției; ritmul de producție; cifra de afaceri de marfă (cifra de afaceri de marfă este masa totală a mărfurilor primite și ieșite - pentru operațiunile de încărcare). Trebuie amintit că eficacitatea mecanizării și automatizării procesului depinde în mare măsură de programul de lansare a produsului. Dispozitivele de mecanizare și automatizare în producția de masă și la scară mică vor diferi semnificativ.
2. Analiza procesului tehnologic de fabricare a produselor supuse mecanizării și automatizării include: determinarea adecvării procesului tehnologic pentru mecanizare și automatizare; identificarea deficiențelor procesului tehnologic actual; determinarea complexității operațiilor principale și auxiliare;
compararea modurilor de fabricație actuale cu cele recomandate în cărțile de referință; analiza utilizării tehnologiei de grup; împărțirea procesului tehnologic în clase.
Prima clasă principală include procese care necesită orientarea piesei (piesei) de prelucrat și se caracterizează prin prezența unei scule prelucrate. Aceste procese sunt inerente nomenclaturii principale a produselor care sunt fabricate prin tăiere, presiune, sau asamblate, controlate etc. A doua clasă principală include procese care nu necesită orientarea piesei (piesei) de prelucrat, ele folosesc un mediu de lucru în loc de o unealtă de prelucrare. Acestea includ tratamentul termic, rubricarea, spălarea, uscarea etc.
Prima clasă de tranziție include procese care necesită orientarea piesei (piesei), dar instrumentul este absent, iar rolul său este jucat de mediul de lucru; aplicarea de acoperiri locale, controlul durității prin magnetizare etc. A doua clasă de tranziție include procese care nu necesită orientarea piesei (piesei), dar în ele este implicată un instrument de prelucrare; producția de piese prin metalurgia pulberilor, producția de cermet și piese ceramice etc.
3. Analiza designului produsului, stabilindu-se astfel acuratețea prelucrării produsului și completitudinea cerințelor tehnice pentru piesa fabricată; se cerceteaza forma, dimensiunile, materialele, greutatea produsului si se stabileste adecvarea pentru unul sau altul tip de mecanizare si automatizare.
4. Selectarea informațiilor despre diverse tipuri de mecanizare și automatizare. Înainte de a începe lucrul, trebuie cunoscute toate tehnicile și schemele tehnologice, precum și echipamentele, dispozitivele și mijloacele stăpânite de industrie. Inainte de a lua o decizie se face o cautare de informatii despre productia de produse similare in tara si in strainatate.
5. Calculul economic al eficacității mecanizării și automatizării propuse a producției.
6. Elaborarea și aprobarea recomandărilor pentru modificarea condițiilor actuale de producție. Recomandările sunt elaborate pe baza analizei efectuate și pot fi atribuite: unificării, adică reducerii la aceeași dimensiune standard a produselor cu design similar; modificarea secvenței operațiunilor tehnologice sau utilizarea unui proces tehnologic progresiv complet nou; utilizarea unui proces tehnologic de grup de produse similare ca design; aplicarea unui nou tip de produs blank; clarificarea și, dacă este necesar, modificarea cerințelor tehnice ale desenului; modificarea formei și dimensiunii produsului; modificarea materialului produsului.
7. Luarea unei decizii cu privire la utilizarea unui anumit principiu de mecanizare și automatizare și întocmirea unei sarcini tehnice pentru dezvoltare.
Procesele tehnologice fundamentale necesită crearea de noi echipamente tehnologice. Prin urmare, pentru implementarea lor rapidă este necesară o dezvoltare integrată a tehnologiei și a echipamentelor tehnologice.
Cea mai importantă problemă a dezvoltării oricăruia producție modernă - automatizarea proceselor tehnologice.
Este relevant în special pentru inginerie mecanică și iată de ce. În primul rând, intensitatea muncii a producției este foarte mare aici. Iată doar două exemple: producția turbină cu abur cu o capacitate de 500 de mii de kilowați, conform normelor, durează 300 de mii de ore, crearea unei laminoare de tablă „2000” - 5,2 milioane de ore. În al doilea rând, din 10 milioane de muncitori în inginerie mecanică, aproximativ jumătate sunt angajați în muncă manuală.
Automatizarea ingineriei mecanice nu numai că crește productivitatea muncii, elimină munca manuală grea și monotonă, dar crește și calitatea și fiabilitatea produselor fabricate, îmbunătățește utilizarea echipamentelor și scurtează ciclul de producție.
Care este esența automatizării oricărui proces tehnologic? Automatizarea trebuie să asigure, fără intervenția omului, cinematica și parametrii specificați ai procesului de lucru cu succesiunea și precizia cerute.
Complexitatea automatizării ingineriei mecanice constă în faptul că tehnologia de aici nu este continuă, ci discretă și, în plus, extrem de diversă. Ingineria mecanică realizează milioane de piese diferite, iar fabricarea fiecărei piese este asociată cu implementarea unui număr mare de operațiuni tehnologice. Turnare, forjare, sudare, tratament termic, prelucrare, călire, acoperire, încercări nedistructive, asamblare, testare... Și fiecare dintre acestea și multe alte procese tehnologice nemenționate aici au și opțiuni diferite în funcție de materialele folosite, de formă. , dimensiunile și producția în serie a pieselor, cerințele de precizie, performanță etc.
În inginerie mecanică, producția de masă este de numai 12% și, chiar și împreună cu producția pe scară largă - doar 29%, iar ponderea producției în serie și individuală reprezintă 71%. Acest lucru complică rezolvarea problemei automatizării, deoarece producția la scară mică necesită un sistem flexibil, rapid reconfigurabil de control automat al proceselor tehnologice. Cel mai convenabil aici este un sistem de control cu două ierarhii: în mod direct, fiecare proces tehnologic este controlat de propriul computer mic, iar gestionarea întregii producții, ținând cont de informațiile primite de la acestea, este efectuată de computere obișnuite.
Această cale este foarte promițătoare pentru automatizarea ingineriei mecanice. Dar, desigur, pentru implementarea sa, este necesară îmbunătățirea echipamentelor tehnologice și a proceselor tehnologice.
Până în prezent, modelele multor procese tehnologice din inginerie mecanică nu au fost suficient dezvăluite, iar parametrii de funcționare sunt reglementați prin metode empirice. În fabrici, din cauza influenței factorului de scară și a altor condiții de producție, tehnologia insuficient studiată trebuie elaborată din nou.
Aceste probleme devin din ce în ce mai urgente, deoarece crearea de noi tehnologii este asociată cu complicarea structurilor, utilizarea materialelor greu de prelucrat, cerințe crescute de calitate, fiabilitate și caracteristici operaționale.
În producția de achiziții Cele mai eficiente sunt procesele tehnologice continue, de exemplu, turnarea continuă a oțelului, laminarea țaglelor, îndoirea țaglelor goale spațiale din tablă și bandă bobinată. Procesele continue care sunt cele mai favorabile automatizării asigură cea mai mare productivitate și economii de metale.
Pentru îmbunătățirea condițiilor de automatizare și mecanizare munca de asamblare, care sunt foarte laborioase și în producția de masă sunt efectuate în principal manual, este necesar să se îmbunătățească proiectarea pieselor și dispunerea mașinilor, să se mărească precizia prelucrării dimensionale, să se optimizeze toleranțele și lanțurile dimensionale ale mașinilor.
Automatizarea operațiunilor tehnologice individuale, desigur, crește productivitatea și calitatea produsului. Dar cea mai eficientă este automatizarea complexă a operațiunilor tehnologice conectate secvenţial. În același timp, sunt eliminate inexactitățile operațiilor anterioare, care pot perturba funcționarea mașinii la o operațiune ulterioară, se asigură sincronizarea fluxului operațiunilor tehnologice, eliminând timpul de nefuncționare al utilajelor.
În producția la scară mică, pregătirea producției, proiectarea și fabricarea sculelor, reglarea echipamentelor, instalarea, alinierea produselor, controlul, transportul și depozitarea sunt asociate cu costuri mari de muncă și timp. Prin urmare, cel mai mare efect în inginerie mecanică este asigurat de automatizarea integrală: principalele operațiuni tehnologice sunt automatizate împreună cu operațiuni auxiliare, de control și de transport.
Experiența utilizării liniilor de producție automatizate integral în producție arată că productivitatea muncii crește de până la patru ori.
La sisteme automate complexe asigurată eficiență ridicată și excluzând munca ajustatorilor, managementul ar trebui să se bazeze pe principiile adaptării și ajustării proceselor de muncă. În acest caz, parametrii procesului tehnologic, starea sculei, piesa de prelucrat, instalarea acesteia, coordonarea, precizia prelucrării trebuie controlate de senzori care transmit informatie necesara, pe baza prelucrării căreia se reglează parametrii proceselor de lucru, se mută sau se înlocuiesc sculele etc.
Liniile de curgere automate trebuie să fie echipate cu echipamente tehnologice controlate automat, vehicule, dispozitive de control, înclinare, setare, manipulatoare de tragere. În unele cazuri, sunt necesare manipulatoare precise, cu capacități cinematice mari și, uneori, cu urmărire și corectare automată a operațiunilor. Astfel de manipulatoare complexe și automate, care înlocuiesc departe de a fi simplu munca manuală, sunt de obicei numiți roboți.
Practica arată că roboții ar trebui folosiți nu numai pentru operațiuni auxiliare, ci și pentru automatizarea operațiunilor tehnologice complexe, diverse, de exemplu, sudare spațială, asamblare, tăiere, decuplare, ambalare. Astfel de operațiuni necesită urmărire automată și orientare spațială, iar roboții trebuie să aibă control adaptiv pentru a le automatiza.
De asemenea, de mare importanță automatizarea sistemului pregătire tehnologică producție, care ar trebui să asigure proiectarea automată a proceselor tehnologice, analiza fabricabilității structurilor, determinarea gamei de echipamente, unelte, dezvoltarea programelor de control etc.
Controlul automat al tehnologiei nu exclude numai erorile subiective inerente muncă manuală, dar oferă și o stabilizare ridicată a proceselor tehnologice, ajustarea parametrilor acestora în legătură cu fluctuațiile dimensiunii și proprietăților pieselor de prelucrat materii prime, modificări ale stării echipamentelor și sculelor.
Chiar și în cazurile în care procesul tehnologic este complet automatizat și stabilitatea acestuia este asigurată, problema automatizării controlului nu este complet eliminată. Prin urmare, este necesar să se dezvolte metode și mijloace automate de analiză. compoziție chimică materiale, control nedistructiv și metrologic, încercări mecanice.
Și în concluzie, remarc că automatizarea productiei simplifică foarte mult și dă cel mai mare efect economic cu o creștere a producției de serie. De aceea, cea mai importantă condiție pentru extinderea automatizării este specializarea producției și unificarea maximă a produselor. Acest principiu al politicii tehnice ar trebui să i se acorde o mare atenție.
Membru corespondent al Academiei de Științe a URSS N. Zorev, director al Institutului Central de Cercetare a Tehnologiei Ingineriei Mecanice (TsNIITMASH).
Starea actuală și perspectivele cele mai apropiate de automatizare în inginerie mecanică sunt asociate, în primul rând, cu trecerea de la crearea de mașini și unități individuale la dezvoltarea de sisteme de mașini automate, acoperind diferite etape ale procesului de producție - de la achiziții la montaj, cu optimizarea solutiilor tehnice.
Centrul de greutate al dezvoltărilor este mutat de la producția de masă la producția de masă odată cu dezvoltarea pe scară largă a automatizării și mecanizării proceselor auxiliare și nu numai automatizarea operațiunilor tehnologice, ci și a funcțiilor de control.
Automatizarea complexă se bazează pe imbunatatire continua mijloace tehnice (de la cele mai simple mecanisme la cele complexe sisteme electronice; SPU, calculatoare electronice și mașini de control etc.); privind utilizarea pe scară largă a generalității metodelor și mijloacelor de automatizare în diverse etape ale procesului de producție, asupra utilizării metodelor de unificare.
Dezvoltarea automatizării pe stadiul prezent caracterizată printr-o schimbare a centrului de greutate a evoluțiilor de la producția de masă la producția de masă, care constituie cea mai mare parte a industriei de construcție de mașini (aproximativ 80% din toate produsele pentru construcția de mașini sunt produse în serie și producție unică).
Alte trăsătură caracteristică automatizare modernă - extinderea arsenalului de mijloace tehnice și, ca urmare, soluția multivariată a problemelor de automatizare a proceselor de producție.
Strategia de automatizare complexă a producției de construcții de mașini ca bază a politicii tehnice este determinată de o serie de aspecte, inclusiv:
1) o înțelegere corectă a conținutului și a obiectivului principal al muncii de automatizare;
2) o evaluare obiectivă în timp a perspectivelor și oportunității domeniului de aplicare a noilor metode și mijloace de automatizare, a stării acestora și a relației cu cele cunoscute, tradiționale.
Să luăm în considerare aceste aspecte mai detaliat. Automatizarea producției este adesea interpretată ca un proces de înlocuire a funcțiilor umane cu dispozitive și sisteme de control și monitorizare, de exemplu. identificate cu introducerea automatizării. În același timp, se crede că procesele, structurile și mașinile tehnologice rămân practic aceleași. Nu este adevarat. Conținutul producției este alcătuit din procese tehnologice, în ele se află toate oportunități potențiale calitatea și cantitatea produselor, eficiența producției și sistemul de management este doar o formă de realizare a acestor oportunități. Prin urmare, automatizarea producției în inginerie mecanică este o sarcină complexă de proiectare și tehnologia de creare a noii tehnologii, astfel de procese tehnologice de mare intensitate și mijloace de producție performante care sunt inaccesibile pentru execuția umană directă.
Un strung automat modern este un complex de soluții tehnologice și structurale, caracterizate prin poziții multiple, funcționare simultană a zeci și în linii automate - sute de mecanisme și unelte. Crearea unor astfel de sisteme necesită soluționarea multor probleme, inclusiv automatizarea transportului și încărcării pieselor, schimbarea orientării acestora, acumularea restanțelor, întoarcerea și fixarea pieselor, îndepărtarea deșeurilor etc. Și numai în aceste condiții poate fi eficientă utilizarea controlului automat.
Mijloacele de producție care acționează automat sunt promițătoare doar atunci când îndeplinesc funcțiile de producție mai rapid și mai bine decât oamenii.
Cele de mai sus nu diminuează valoarea automatizării „mici”, adică. dotarea echipamentelor neautomatizate cu mecanisme de încărcare și prindere a pieselor, dispozitive de control al ciclului etc., mai ales când astfel de mijloace sunt tipice. Cu toate acestea, procesul de automatizare nu se limitează la acest aspect.
Problema corectului, evaluare obiectivăși adoptarea cu înțelepciune a celor mai recente tehnici și instrumente de automatizare. Orice inovație tehnică, oricât de promițătoare ar fi, trece printr-o serie de etape: o idee - un design experimental (capabil doar să funcționeze) - un design care funcționează fiabil - un design eficient din punct de vedere economic. Fiecare etapă se caracterizează prin îmbunătățirea parametrilor, care pot fi reduse la formula „performanță – fiabilitate – cost”. Și numai atunci când acești parametri se încadrează în toleranțele tehnice și economice, această inovație se maturizează pentru implementarea industrială. Prin urmare, în politica tehnică, atât o întârziere în dezvoltarea unei idei primare, cât și implementarea unor soluții insuficient maturate sunt inacceptabile.
Una dintre problemele fundamentale ale automatizării complexe este combinarea optimă a celor mai noi metode și instrumente cu cele tradiționale. În mașinile și sistemele automate pentru producția de masă, principiile de diferențiere și concentrare a operațiunilor, suprapunerea lor în timp, sunt utilizate pe scară largă, ceea ce stă la baza productivității și eficienței ridicate. Majoritatea covârșitoare a mașinilor CNC moderne sunt cu un singur ax. Prin urmare, în condiții de funcționare stabilă, fără schimbări, productivitatea mașinilor-unelte semiautomate modulare multi-ax este de zece ori mai mare decât cea a mașinilor semiautomate multi-operaționale, iar costul este mai mic. În producția pilot, unde nomenclatura produselor nu se repetă, este necesară o gamă largă de schimbare a echipamentelor tehnologice, care poate fi asigurată doar prin utilizarea unui calculator. În producție stabilă, cu o gamă constantă de produse, prelucrarea în serie se realizează doar pentru că scara producției nu permite încărcarea fiecărei piese de echipament cu aceleași produse. Aici, secțiuni de mașini-unelte semiautomate universale cu CNC sau complexe tehnologice controlate de un computer pot fi înlocuite cu o mașină semiautomată modulară multi-ax reajustabilă, pe care mai multe piese sunt prelucrate simultan de zeci de scule, productivitatea acesteia este disproporționat mai mare decât cea a mașinilor cu o singură unealtă, iar schimbarea este mult mai scurtă.
Prin urmare, lansarea mașinilor CNC cu un singur ax cu diagrame tehnologice și de layout moștenite din producția manuală ar trebui considerată legitimă doar în fazele incipiente ale dezvoltării lor. O tranziție masivă către utilizarea mașinilor CNC cu mai multe ax și cu mai multe poziții este inevitabilă, începând cu cele mai simple care efectuează procesarea paralelă a mai multor piese într-un singur program. Sistemele cu arbori cu came, came și copiatoare, se pare că de mult timp au fost predominante în automatizarea controlului în producția de masă, în ciuda faptului că designul lor are puțină electronică și nicio adaptare. Sistemele cu PE, control direct de la un computer etc. sunt mobile și, prin urmare, eficiente în automatizarea producției în serie și în viitor și unică. Importanța lor pentru producția de masă nu constă în înlocuirea soluțiilor tehnice existente, ci în completarea lor, în implementarea unor funcții de management anterior imposibile. Deci, utilizarea unui sistem automat de control al procesului cu funcții de diagnosticare tehnică și statistică a muncii linii automate ar trebui să devină baza exploatării de înaltă performanță a liniilor, reducând timpul de nefuncționare a acestora din motive tehnice și organizatorice.
