Етапи розвитку автоматизації виробництва

«Етапи розвитку автоматизації виробництва. Створення та експлуатація автоматичних і роторних ліній »

1. Етапи розвитку автоматизації виробництва

Автоматизація виробництва - це процес, при якому функції управління і контролю, що раніше виконувалися людиною, передаються приладам і автоматичним пристроям. Автоматизація - це основа розвитку сучасної промисловості, генеральний напрямок науково-технічного прогресу. Мета автоматизації виробництва полягає в підвищенні ефективності праці, поліпшенні якості продукції, що випускається, в створенні умов для оптимального використання всіх ресурсів виробництва. Розрізняють автоматизацію виробництва: часткову, комплексну і повну.

При часткової автоматизації частину функцій управління виробництвом автоматизована, а частина виконується робітниками-операторами (напівавтоматичні комплекси). Як правило, така автоматизація здійснюється в тих випадках, коли управління процесами в наслідок їх складності або швидкоплинності практично недоступно людині.

При комплексної автоматизації всі функції управління автоматизовані, робітники-оператори тільки налагоджують техніку і контролюють її роботу (автоматичні комплекси). Комплексна автоматизація вимагає застосування таких систем машин, устаткування, допоміжної техніки, робота яких перетворює вихідні матеріали в готовий продукт без фізичного втручання людини.

Повна автоматизація виробництва - це найвищий ступінь автоматизації, яка передбачає передачу всіх функцій управління і контролю комплексно-автоматизованим виробництвом автоматичним системам управління.

Розвиток автоматизації виробництва можна умовно поділити на три етапи.

Перший етап автоматизації охоплює період часу з початку XVIII до кінця XIX століття. У 20-ті роки XVIII століття вУкаіни А.Нартовим був розроблений автоматичний супорт для токарно-копіювального верстата. У 1765 р українським механіком И.И.Ползунова - творцем першої парової машини універсального призначення - був створений перший в світі промисловий автоматичний регулятор для підтримки постійного рівня води в котлі парової машини. Вимірювальний орган - поплавок, що знаходиться на поверхні води, переміщаючись, зраджував подачу рідини, що йде по трубі в котел через отвір клапана. Якщо рівень води піднімався вище ніж треба, то поплавець, переміщаючись вгору, закривав клапан і подача води припинялася. У регуляторі Ползунова була реалізована ідея, що є і понині центральною в пристроях автоматичного регулювання. У 1784 р англійським механіком Дж. Уатт також для парової машини був розроблений відцентровий регулятор швидкості. Протягом усього XIX століття відбувалося вдосконалення регуляторів для парових машин. На першому етапі розвитку автоматизації були спроби створення автоматичних верстатів і ліній з жорсткою кінематичної зв'язком.

Слід зазначити, що розвиток автоматизації виробництва в цей період часу грунтувалося на принципах і методах класичної механіки.

До початку XX століття відноситься широкий розвиток і використання електричних систем автоматичного регулювання. Індивідуальний привід окремих робочих органів машин і введення між ними електричних зв'язків істотно спростили кінематику машин, зробили їх менш громіздкими і більш надійними. Будучи більш гнучкими і зручними в експлуатації, електричні зв'язку дозволили створити комбіноване електричне та механічне програмне керування, що забезпечує автоматичне виконання незмірно більш складних операцій, ніж на машинах-автоматах з механічним програмним пристроєм. Для другого етапу розвитку автоматизації характерна поява електронно-програмного управління: були створені верстати з числовим програмним управлінням, обробні центри та автоматичні лінії, що містять в якості компонента обладнання з програмним управлінням.

Сорокові-п'ятдесяті роки XX століття ознаменувалися початком бурхливого розвитку радіоелектроніки. Електронні пристрої забезпечують більш високі швидкодії, чутливість, точність і надійність автоматичних систем. Настав третій етап розвитку автоматизації з широким використанням керуючих ЕОМ, які для кожного моменту часу розраховують оптимальні режими технологічного процесу і виробляють керуючі команди з усіх автоматизуються операцій.

Переходом до третього етапу розвитку автоматизації послужили нові можливості ЧПУ, засновані на застосуванні мікропроцесорної техніки, що дозволило створювати принципово нову систему машин, в якій поєднувалися б висока продуктивність автоматичних ліній з вимогами гнучкості виробничого процесу. Сучасні мікроелектроніка та ЕОМ дозволяють досягти вищого рівня автоматизації.

2. Організаційно-технічні особливості створення та експлуатації автоматичних ліній

Подальшим розвитком потокового виробництва є його автоматизація, що поєднує безперервність виробничих процесів з автоматичним їх виконанням. Автоматизація виробництва в машинобудуванні та радіоелектронному приладобудуванні (РЕП) розвивається в напрямку створення верстатів, автоматів, напівавтоматів і агрегатів з ЧПУ автоматизованих і автоматичних потокових ліній, автоматизованих і автоматичних ділянок, цехів і навіть заводів.

Автоматична лінія (АЛ) - це система узгоджено працюючих і автоматично керованих верстатів (агрегатів), транспортних засобів і контрольних механізмів, розміщених по ходу технологічного процесу, за допомогою яких проводиться обробка деталей або складання виробів за наперед заданим технологічним процесом в строго певний час (такт АЛ).

Роль робочого на АЛ зводиться лише до спостереження за роботою лінії, налагодження та підналагодження окремих механізмів, а іноді до подачі заготовки на першу операцію і зняття готового виробу на останній операції. Це дозволяє робітнику управляти значним числом машин і механізмів.

Відповідно до функціонального призначення АЛ можуть бути механообробні, механоскладальних, складальними, заготівельними, контрольно-вимірювальними, пакувальними та ін.

Основним параметром (ВПП) АЛ є продуктивність. Продуктивність лінії вважають за продуктивністю останнього випускного верстата. Розрізняють: 1) технологічну, 2) цикловую, 3) фактичну, 4) потенційну продуктивність лінії.

Технологічна продуктивність визначається за формулою

де - машинний час обробки деталі, тобто основний час ().

Циклова продуктивність розраховується за формулою

де - тривалість робочого циклу (), хв; - час холостих ходів робочої машини, пов'язаних із завантаженням і розвантаженням, межстаночним транспортуванням, затискачем і розтискаючи деталей, тобто допоміжний час ().

Для більшості автоматичних ліній тривалість робочого циклу і всіх його елементів залишається незмінною в процесі роботи машини, тому технологічна і циклова продуктивності є постійними величинами. В реальних умовах періоди безперебійної роботи робочої машини АЛ чергуються з простоями, викликаними різними організаційними причинами. Внаслідок цього фактична продуктивність АЛ визначається за формулою

де - коефіцієнт використання робочої машини (верстата, автомата, лінії) у часі, може бути розрахований за формулою

де - час внецікловие простоїв (обслуговування робочого місця), що припадає на одиницю продукції, може бути визначено за формулою

де tтех - час, що витрачається на технічне обслуговування, пов'язане з регулюванням механізмів, підналагодженням і поточним ремонтом обладнання, зміною інструменту і ін; tорг - час, що витрачається на організаційне обслуговування, обумовлене зовнішніми причинами, функціонально несвязанное і незалежне від конструкції АЛ (це відсутність заготовок, несвоєчасне прихід і відхід робітника, шлюб попередніх операцій і ін.).

З урахуванням втрат часу тільки з причин технічного обслуговування визначається потенційна продуктивність АЛ.

Технічний рівень АЛ (коефіцієнт технічного використання) визначається за формулою (7)

Організаційно-технічний рівень (коефіцієнт загального використання) АЛ визначається за формулою (8)

Найважливішим календарно-плановим нормативом АЛ, що характеризує рівномірність випуску продукції є такт (або ритм потоку). Він визначається сумарним часом обробки виробу (), часом установки, закріплення, розкріплення і зняття, а також транспортування його з однієї операції на іншу ().

АЛ з гнучкою зв'язком оснащуються, як правило, незалежним міжопераційних транспортом, що дозволяє передавати деталі з операції на операцію незалежно від іншої. Після кожної операції на лінії створюється бункерное пристрій (магазин) для накопичення міжопераційного заділу, за рахунок якого здійснюється безперервна робота верстатів.

3.ОРГАНІЗАЦІЙНА-технічні особливості созданіяі експлуатації роторних ліній

Різновидом комплексних АЛ є роторні автоматичні лінії (РАЛ).

РАЛ є комплексом робочих машин (роторів), транспортних машин (роторів), приладів, об'єднаних єдиною системою автоматичного управління, в якій одночасно з обробкою заготовки переміщаються по дугам кіл робочих роторів спільно з впливають на них робочими інструментами.

Робочі і транспортні ротори знаходяться в жорсткій кінематичного зв'язку і мають синхронне обертання.

Робочий ротор являє собою жорстку систему, на периферії якого на рівній відстані один від одного монтуються робочі інструменти в швидко-знімних блоках і робочі органи, що повідомляють інструментам необхідні рухи. Кожен інструмент на різних ділянках свого шляху здійснює всі необхідні елементи руху для виконання операції. Для малих зусиль застосовуються механічні виконавчі органи, для великих - гідравлічні (наприклад, штоки гідравлічних силових циліндрів).

Інструмент, як правило, монтується комплексно в блоках, що сполучаються з виконавчими органами робочого ротора переважно тільки осьової зв'язком, що забезпечує можливість швидкої заміни блоків.

На периферії транспортних роторів на рівній відстані один від одного встановлюються заготовки для виготовлення деталей або складальні одиниці для складання виробів. Транспортні ротори беруть, транспортують і передають вироби (заготовки) на робочі ротори. Вони являють собою барабани або диски, оснащені несучими органами.

Для передачі виробів між робочими роторами з різними кроковими відстанями або різним становищем предметів обробки транспортні ротори можуть змінювати кутову швидкість і положення в просторі транспортуються предметів.

Робочі і транспортні ротори з'єднуються в лінії загальним синхронним приводом, що переміщує кожен ротор на один крок за час, відповідне такту лінії ().

На РАЛ можна одночасно обробляти кілька типорозмірів деталей подібною технологією, тобто вони можуть застосовуватися як багатопредметні лінії і не тільки в масовому, але і в серійному виробництві. В даний час широко застосовуються для виробництва радіодеталей, штампованих деталей, для розфасовки, упаковки та ін. Видів робіт.

Основними календарно-плановими нормативами РАЛ є:

1. Такт роторної лінії, він визначається часом переміщення заготовки та інструменту на відстань () між двома суміжними позиціями ротора (крок ротора).

де - транспортна швидкість (лінійна) руху інструменту (предмета праці) або, що те ж саме, окружна швидкість ротора, яка визначається за формулою:

де - кутова швидкість обертання ротора оборотів / секунду або оборотів / хв .; - радіус ротора, мм, см; - період обертання (час, за яке ротор здійснює повний оборот), сек, хв; - постійне число, приблизно рівне 3,14.

Окружні швидкості двох роторів (робочого та транспортного) завжди повинні бути рівні, це забезпечує точність позиціонування

де. - відповідно кутові швидкості і радіуси робочого і транспортного роторів.

2. Тривалість виробничого циклу обробки заготовки визначається довжиною шляху від місця завантаження заготовки до місця видачі деталі з тією ж швидкістю

Тривалість циклу участі в процесі робочого інструмента більше величини обробки деталі і визначається часом повного обороту ротора, тобто .:

де - довжина повної окружності ротора.

Складовими елементами тривалості циклу є сума інтервалів, пов'язаних з поворотом робочого ротора на певний кут

де - передача заготовки з транспортного ротора в інструментальний блок робочого ротора (); - контроль за правильністю положення, наявністю або відсутністю заготовки перед обробкою (); - закріплення заготовки і підведення інструменту (); - час безпосередньої обробки деталі (); - відведення інструменту (); - розкріплення вироби (); - зняття і передача вироби з робочого ротора в транспортний ротор (); - неодружене рух інструментального блоку ().

Період холостого ходу, що відповідає куту. зазвичай використовується для ручних або автоматичних процесів зміни інструменту, контролю і очищення від відходів виробництва;

3. Циклова продуктивність роторної машини (два ротори робочий і транспортний) визначається за формулою

де - число робочих органів (інструментальних позицій) на робочому роторі.

Циклова продуктивність РАЛ визначається за формулою як величина зворотна такту,

Фактична продуктивність роторної лінії визначається за формулою

де - коефіцієнт використання РАЛ.

РАЛ відрізняються певним рівнем гнучкості і дозволяють отримувати достатньо високі техніко-економічні показники. Наприклад, у порівнянні з окремими автоматами НЕ роторного типу скорочується виробничий цикл в 10-15 разів; зменшуються між операційні заділи в 20-25 разів; вивільняються виробничі площі; знижується трудомісткість і собівартість продукції; капітальні витрати окупаються за 1-3 роки.

1. Гнучкі автоматизовані виробництва в галузях промисловості. Кн.7 / Под ред. І.Н.Макарова. - М. Вища школа, 1986. - 176 с.

Схожі підручники та література: Готові списки літератури по ГОСТ

Виробниче обладнання та верстати
Матеріалознавство: матеріали, що застосовуються в машинобудуванні
Стандартизація, метрологія, сертифікація. Підручник