6.6. Автоматизация производственных процессов

6.6.1. Сущность и основные элементы автоматизации. Автоматические линии. Эффект от автоматизации

Одним из базовых принципов современного производ­ственного менеджмента является целенаправленное сис­тематическое повышение уровня автоматизации производ­ственных процессов. По своей сути автоматизация произ­водства представляет собой процесс высвобождения чело­века из производственного процесса путем замены его труда по управлению технологическим оборудованием работой ис­кусственных управляющих систем (средств автоматизации).

Автоматизация производственного процесса может иметь две формы: частичную и комплексную. При частич­ной автоматизации производственного процесса часть функций по управлению оборудованием автоматизирова­на, а часть — выполняется рабочими-операторами (полу­автоматические производственные комплексы). Комплекс­ная же автоматизация производства предполагает реали­зацию всех стадий производственного процесса без непо­средственного участия человека и требует использования автоматизированных систем управления не только для ос­новного технологического оборудования, но и для вспомогательных и обслуживающих технических средств (транс­портных, накопительно-складских, контрольных и т.д.). На современном этапе развития промышленности именно комплексная автоматизация производственных процессов является одним из основных направлений технического прогресса, обеспечивающим рост производительности тру­да, снижение себестоимости и улучшение качества выпус­каемой продукции.

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

Сначала были созданы автоматические линии и жесткие заводы-автоматы. С появлением электронно-программного управления создава­лись станки с числовым программным управлением (ЧПУ), обрабатывающие центры и автоматические линии, содержащие в качестве компонента оборудование с программным управлением.

В основе автоматизированного производства лежат автоматические линии, которые обладают всеми преимуществами поточного производства, позволяют непрерывность производственных процессов сочетать непрерывность производственных процессов с автоматичностью их выполнения.

автоматическая линия (АЛ) — это система машин-автоматов, раз­мещенных по ходу технологического процесса и объединенных системой управления и автоматическими механизмами и устройствами для решения задач транспортировки, накопления заделов, удаления отходов, изменения ориентации.

Автоматические линии служат для выполнения в автоматическом режиме определенных операций (стадий) производственного процесса и зависят от вида исходных материалов (заготовок), габаритов, массы и технологической сложности изготовляемых изделий. Поэтому в состав АЛ может входить разное количество оборудования: от 5-10 для изделий средней сложности до 100-150 ед. оборудования при массовом производстве сложных изделий.

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

Выделяют жесткие (синхронные) автоматические линии с харак­терной жесткой межагрегатной связью и единым циклом работы стан­ков и гибкие (несинхронные) АЛ с гибкой межагрегатной связью. В этом случае каждый станок имеет индивидуальный магазин-накопитель межоперационных заделов. В зависимости от функционального назна­чения АЛ в машиностроении могут быть заготовительными, механообрабатывающими, термическими, механосборочными, сборочными, кон­трольно-измерительными, упаковочными, консервационными и комплексными.

Основным нормативом АЛ выступает производительность, которую рассчитывают по производительности последнего выпускного станка. Различают технологическую, цикловую, фактическую, потенциальную производительность линии.

Автоматические роторные линии представляют собой систему рабочих машин и вспомогательных механизмов для обработки деталей в процессе их непрерывного перемещения вместе с обрабатывающим инструментом. Такие линии состоят из рабочих роторов, на которых выполняются технологические операции, и транс­портных роторов, которые перемещают обрабатывае­мые предметы по операциям. Транспортные и рабочие роторы жестко связаны между собой. На автоматических роторных линиях можно одновременно обраба­тывать предметы нескольких типоразмеров сходной технологии как в массовом, так и в серийном произ­водстве. Роторные линии позволяют эффективно автоматизировать обработку нескольких однотипных дета­лей, т.е. отличаются определенным уровнем гибкости.

В современном развитии автоматизации производ­ства особое место отводится использованию промыш­ленных роботов. Промышленный робот представляет собой механическую систему, включающую манипуляционные устройства, т. е. исполнительные органы, имитирующие действия рук человека; систему управ­ления; чувствительные элементы, позволяющие распоз­навать предметы и планировать действия в зависимости от обстановки; средства передвижения — шагающие ме­ханизмы, устройства на колесах, гусеницах и т. д.

Эффект от автоматизации производственного процесса имеет комплексный характер и проявляется одновремен­но по нескольким направлениям.

Во-первых, автоматизация производства обеспечивает существенный рост уровня отдачи основных производст­венных ресурсов, в т.ч. рост производительности труда ра­бочих, рост фондоотдачи оборудования и т.д. Основными факторами такого роста при этом выступают: сокращение численности производственного персонала, минимизация времени выполнения вспомогательных производственных операций (транспортных, контрольных и т.д.), повышение точности и интенсификация режимов обработки изделий.

Во-вторых, автоматизация производства приводит к со­кращению уровня брака, стабилизации и повышению ка­чественных характеристик выпускаемой продукции. Основ­ными причинами этого являются повышение точности кон­троля параметров технологического процесса и качества ис­ходных материалов, а также исключение так называемого человеческого фактора (ошибки из-за усталости рабочих, не­достаточного уровня их квалификации и т.д.).

В-третьих, использование автоматически управляемо­го оборудования позволяет повысить уровень безопасно­сти труда и высвободить человека с тех участков произ­водства, которые характеризуются значительными вред­ными воздействиями.

В-четвертых, внедрение средств автоматизации качест­венным образом меняет характер труда персонала и повы­шает степень его интеллектуальной насыщенности. Рабо­чие, высвобождаемые из непосредственного производст­венного процесса, начинают выполнять работы по надзо­ру за оборудованием и его наладке, в результате чего их труд все более и более приближается к труду техников и инженеров.

Вместе с тем необходимо учитывать, что на современ­ном этапе развития промышленности рост уровня автоматизации производства в большинстве случаев приводит к определенному сокращению уровня его гибкости. В связи с этим, выбор того или иного варианта автоматизации производ­ства всегда может существенно различаться в зави­симости от таких факторов, как тип производства, сте­пень сложности выпускаемой продукции, степень произ­водственной специализации предприятия и т.д.

В условиях крупносерийного и массового производства гибкость не является критически важным фактором эффек­тивности работы предприятия и основным направлением по­вышения такой эффективности становится максимизация уровня отдачи основных производственных ресурсов (пре­образовательная эффективность). При этом формируются благоприятные условия для комплексной автоматизации производства, которая находит свое выражение в широком использовании автоматических линий.

В единичном же и мелкосерийном производстве требо­вание гибкости часто доминирует над требованием преоб­разовательной эффективности, что делает нецелесообраз­ным использование автоматических линий, и приводит к необходимости использования других, более адаптивных направлений автоматизации. Основными из таких направ­лений являются:

1. внедрение одноцелевых станков, оснащенных уст­ройствами ЧПУ;

2. внедрение многоцелевых станков с ЧПУ типа обра­батывающих центров;

3. внедрение гибких производственных систем (ГПС).

Одноцелевые станки с ЧПУ наиболее эффективны в еди­ничном производстве, где вспомогательные (ручные) опе­рации, выполняемые при обработке различных изделий, существенно различаются и обеспечить их полное выполнение без непосредственного участия человека невозмож­но. Применение таких станков преимущественно нацеле­но на сокращение машинного времени выполнения тех­нологических операций, повышение точности их выпол­нения и снижение уровня брака. Основная же трудность, связанная с использованием таких станков, заключается в применении традиционной технологии обработки деталей с постаночным разделением операций, что не позволяет значительно сократить вспомогательное время, а следова­тельно, и значительно повысить производительность труда.

Многоцелевые (многооперационные) станки с ЧПУ ори­ентированы на решение указанной проблемы и наиболее эффективно применяются в условиях мелкосерийного про­изводства. Такие станки оснащаются наборами различных инструментов и обеспечивают выполнение комплекса раз­личных операций над обрабатываемыми деталями с одной их установки. При этом смена деталей и инструмента в таких станках выполняется автоматически по заранее за­данной программе. Применение таких обрабатывающих центров обеспечивает значительное сокращение длитель­ности производственного цикла (за счет минимизации числа вспомогательных операций), сокращение численно­сти производственного персонала, уменьшение расходов на внутризаводскую транспортировку полуфабрикатов и высвобождение значительных производственных площадей. Вместе с тем станки данного типа являются более дорого­стоящими, чем одноцелевые, и их применение является оправданным при относительно больших масштабах про­изводства.