Степень автоматизации производственных систем

От уровня развития машиностроения зависит прогресс всех отраслей промышленности. Поэтому повышению эффективности машиностроения и уровня автоматизации машиностроения отводится приоритетная роль. В свою очередь эффективность любого производства зависит от степени его автоматизации. Степень автоматизации производственного процесса определяется необходимой долей участия оператора в управлении этим процессом. При полной автоматизации присутствия человека в течение определенного периода времени вообще не требуется. Чем больше это время, тем выше степень автоматизации.

Степень автоматизации – безразмерный показатель, позволяющий количественно оценить уровень автоматизации отдельной машины, системы машин или производственного процесса. Степень автоматизации производственных процессов оценивается отношением времени автоматической работы к рассматриваемому периоду времени. В зависимости от того, какой промежуток времени рассматривается, различают цикловую, рабочую и эксплуатационную степени автоматизации.

Цикловая степень автоматизации – отношение времени автоматической работы t_а в течение цикла к полному времени цикла t_ц:

(1.1)

Рабочая степень автоматизации – отношение доли штучного времени автоматической работы ко всему штучному времени:

(1.2)

Эксплуатационная степень автоматизации – отношение суммы времени автоматической работы в течение расчетного периода времени (смена, месяц, квартал, год) к расчетному периоду времени эксплуатации t_э:

(1.3)

Производственные процессы связаны с ориентацией объектов и совмещением основ­ных и вспомогательных баз объектов, например заготовки и стола станка, инструмента и шпинделя и т.д. Погрешность совмещения баз должна находиться в пределах допуска. Соединение должно обладать необходимыми жесткостью и прочностью. Аналогия перечисленных выше процессов при сборке и обработке позволяет использовать единые методы расчета для устройств, автоматизирующих эти процессы.

Автоматическую сборку можно разделить на ряд последовательных этапов:

1) подготовка деталей и комплектующих изделий (промывка, очистка, предварительный или 100 %-ный контроль комплектования и т.д.);

2) загрузку сопрягаемых деталей в бункерные, магазинные, кассетные и другие загрузочные устройства в предварительно или окончательно ориентированном положении;

3) захват, отсекание и подачу сопрягаемых деталей в ориентирующие и базирующие устройства сборочного приспособления;

4) ориентацию сопрягаемых деталей на сборочной позиции с точностью, обеспечива­ющей собираемость соединений;

5) ориентирование присоединяемой детали относительно базовой;

6) присоединение и закрепление детали;

7) контроль требуемой точности относительного положения сопряженных деталей или сборочной единицы;

8) освобождение рабочей зоны сборочного автомата от собранной сборочной единицы;

9) выполнение после сборочных операций (например, контроль на выходе, заправка смазочными материалами, топливом, испытание, регулирование, балансировка, маркировка, упаковка, счет, учет).

При разработке автоматизированного технологического процесса на производстве технолог или группа технологов должны определить состав выпускаемого изделия, технологический маршрут операций и приемы сборки, выбрать оборудование или разработать структуру сборочного оборудования, выполнить экономический анализ, обоснование и расчет выбранного варианта автоматизации, рассчитать режимы оборудования, осуществить специальные исследования. Должны быть детально проработаны вопросы ориентации, базирования, транспортирования и контроля качества изделий, а также разработки технических заданий на конструирование специальных исполнительных устройств и оснастки. Проектные работы выполняют обычным способом или с использованием средств автоматизации проектирования технологических процессов.

Например, для осуществления автоматической сборки погрешности положе­ния деталей перед сборкой должны быть меньше предельно допустимых значений, в противном случае при сближении деталей сборочный автомат может заклинить. Чем больше предельно допустимые отклонения в исходном положении деталей, тем легче осуществить сборку, особенно автоматическую.

Рис. 1.4. Схема для определения максимально допустимого смещения (а, б) и угла поворота осей вала и отверстия во втулке перед сборкой (в)

Современное развитие автоматизированных процессов производства осуществляется при непосредственном развитии и внедрении систем автоматического контроля. При этом обеспечивается контроль параметров работы оборудования, как в процессе его функционирования, так и на этапах контроля готовой продукции.

1.5. Контроль с применением систем программного управления

Для организации контроля и управления предметными потоками в производстве необходима различная информация о следующем: наличии необходимых заготовок и материалов, начале и окончании обработки конкретной заготовки на конкретном станке, достигаемой точности размеров, запасе стойкости режущих инструментов и расходовании этих запасов, необходимой последовательности обработки, режимах обработки, траектории движения режущего инструмента и многих других параметрах производственного процесса. Информация может быть представлена в различных видах и отображена на различных носителях. Информация о детали, подлежащей изготовлению, обычно представляется в виде чертежа. Технологическая информация представляется в виде текстовых документов и технологических эскизов. Чертежи, эскизы, текстовые документы предназначены для рабочих и не могут быть использованы непосредственно в автоматическом производстве. Для станка или робота та же информация должна быть представлена, например, в виде перфоленты с управляющей программой для устройства числового программного управления (ЧПУ).

В неавтоматизированном производстве многие информационные процессы оказываются скрытыми, неявными, поскольку они осуществляются людьми, которые могут дополнять недостающую информацию благодаря своим знаниям и опыту. Так, например, в серийном производстве технологические процессы изготовления простых деталей подробно не разрабатывают. Квалифицированный рабочий может сам изготовить на станке деталь, пользуясь только чертежом. При автоматизации производства с использованием станка с ЧПУ необхо­димо не только подробно указать все параметры обработки, включая режимы резания, траекторию перемещения инструментов и т.п., но и представить эту информацию в виде программы, пригодной для ввода в конкретную систему ЧПУ станка.

При автоматизации производства количество необходимой для производственного процесса информации резко возрастает. Особенно это касается ГПС с автоматической переналадкой станков на изготовление требуемого изделия.

Рис. 1.5. Потоки заготовок, изделий и информации в производственном процессе

Автоматизация производства заключается в автоматизации предметных и информационных потоков. Автоматизация предметных потоков осуществляется с применением автоматических транспортных систем, автоматических складов и накопителей, устройств автоматической загрузки и выгрузки станков, автоматического технологического оборудования: станков, промышленных роботов, сборочных и других машин. Автоматизация информационных потоков осуществля­ется установкой различных автоматических измерительных средств: устройств активного контроля размеров и свойств деталей, контактных головок, координатно-измерительных машин, устройств отсчета перемещений, путевых выключателей и различных других датчиков, необходимых для получения нужной информации. Для автоматической передачи информации используют различные каналы связи: проводные, световолоконные, оптические, индуктивные, акустические, электромагнитные. Информацию можно передавать и механическим путем на различных носителях: перфолентах, перфокартах, магнитных дисках, штриховых кодовых этикетках и др. Для автоматического преобразования и использования информации применяют GR, устройства ЧПУ, программируемые контроллеры, различные устройства ввода и вывода информации и другие средства.

При автоматизации действующего производства необходимо: во-первых, выявить, проанализировать потоки предметов и информации, необходимым образом их контролировать или организовать другие потоки; во-вторых, выбрать из числа имеющихся или спроектировать и изготовить новые средства автоматического обеспечения требуемых потоков; в-третьих, обеспечить функционирование, взаимодействие и управление предметных и информационных потоков в автоматизированном производстве.