Производство как объект автоматизации

Вопрос 1

  Основные определения и задачи автоматизации производственных процессов

Производственный процесс – это совокупность трудовых и технологических действий, в результате которых исходные материалы и полуфабрикаты превращаются в продукцию, соответствующую своему назначению. Производственный процесс содержит подготовку технических средств, приобретение и хранение материалов, операции изготовления продукта, транспортные операции, контроль параметров, упаковку готовой продукции и другие действия.

Изделие – продукт труда, прошедший конечную стадию производства.

Деталь – такой элемент изделия, характерным признаком которого является отсутствие в нем разъемных и неразъемных соединений.

Процесс – совокупность взаимосвязанных ресурсов и деятельности, которая преобразует входные элементы в выходные.

К ресурсам относятся: персонал, средства обслуживания, оборудование, изделие, технология.

Выполнение различных этапов производственного процесса на машино-строительном предприятии обычно организуется в отдельных цехах или одном цехе. В первом случае производственный процесс делят на части и говорят о производственном процессе, например, механического, сборочного цеха; во втором случае – о комплексном производственном процессе.

Части производственного процесса, представляющие собой последова-тельность целенаправленных действий по получению из исходных материалов конечного изделия с требуемыми свойствами, называют технологическим процессом.

Технологический процесс (ТП) – основная часть производственного процесса, непосредственно связанная с последовательным изменением состояния предмета производства. Например, в машиностроении различают такие важнейшие технологические процессы как изготовление заготовок, термическую и механическую обработку, сборку и т. д. При термической обработке деталей в них происходят структурные изменения, которые предопределяют требуемый уровень потребительских свойств материала детали и изделия в целом.

Технологический процесс подразделяется на технологические и вспомогательные операции.

Технологическая операция – это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте для преобразования предмета труда.

Совокупность операций любого производственного процесса условно можно разбить на две группы: рабочие операции и операции управления.

Рабочие операции – это действия, необходимые непосредственно для выполнения процесса в соответствии с природой и законами, определяющими ход процесса. Например, процесс обработки детали на станке состоит из рабочих операций: закрепления заготовки, подачи резца, снятия стружки и др.

Операции управления – действия по организации рабочих операций, например, включение и отключение станка, поддержание заданного числа оборотов заготовки, изменение параметров режима обработки и т.п.

Производственный процесс как объект управления представляет собой:

– технически – комплекс станков, машин, оборудования, аппаратов;

– технологически – набор определенных правил, определяющих последова-тельность операций и их режимов, в ходе которых создается требуемая продукция.

Основными целями автоматизации технологических процессов являются:

– повышение эффективности производственного процесса;

– повышение безопасности;

– повышение экологичности;

– повышение экономичности.

Достижение целей осуществляется посредством решения следующих задач:

– улучшение качества регулирования;

– повышение коэффициента готовности оборудования;

– улучшение эргономики труда операторов процесса;

– обеспечение достоверности информации о материалах;

– хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях.

Автоматизация технологических процессов в рамках одного производст-венного процесса позволяет организовать основу для внедрения систем управления производством и систем управления предприятием.

Различают частичную, комплексную и полную автоматизацию производства

Частичная автоматизация производства, точнее – автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его. Частично автоматизируется, как правило, действующее производственное оборудование. Частичная автоматизация наиболее эффективна тогда, когда производственное оборудование разрабатывается сразу как автоматизированное. К частичной относится также автоматизация управленческих работ.

При комплексной автоматизации производства участок, цех, завод функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс. Комплексная автоматизация производства охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы.

Полная автоматизация производства – высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Она проводится тогда, когда автоматизируемое производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически не изменяются, а также в условиях, опасных для жизни и здоровья человека.

При определении степени автоматизации учитывают, прежде всего, её экономическую эффективность и целесообразность в условиях конкретного производства.

Как правило, в результате автоматизации технологического процесса создаётся автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП).

 

Повышение производительности труда при автоматизации производства достигается следующими путями:

1) более полным использованием календарного времени при автоматической круглосуточной работе оборудования;

2) вследствие повышения интенсивности процессов;

3) вследствие высвобождения обслуживающего персонала.

 Уровни автоматизации

Автоматизация производственных процессов на практике осуществляется на разных уровнях.

Автоматизация нулевого уровня имеет место быть, когда участие человека исключается только при выполнении рабочих ходов. Примером может служить включение и выключение вращения шпинделя или движения подачи инструментов. Автоматизация нулевого уровня называется также механизацией. Поэтому для проведения автоматизации необходимо прежде провести механизацию производственных процессов.

Автоматизация первого уровня выполняется, когда управление рабочим циклом в серийном и поточном производствах ограничено созданием устройств, исключающих участие человека в выполнении холостых ходов на отдельных агрегатах технологического оборудования.

Автоматизация первого уровня не подразумевает связь рабочих машин между собой автоматической связью. Транспортировка и контроль обрабатываемых изделий осуществляется в этом случае с участием человека.

Автоматизация второго уровня сводится к автоматизации технологического процесса в целом. При втором уровне автоматизации обеспечивается решение задач автоматизации транспортировки, контроля изделия (детали), удаления отходов и управления системами машин. Этому уровню автоматизации соответствуют различного типа автоматические линии и гибкие производственные системы (ГПС).

Поя автоматической линией принято понимать автоматически действующую систему машин, установленных в технологической последовательности и объединенных средствами транспортировки, загрузки-разгрузки, контроля, управления и удаления отходов. Примером могут служить различного рода автоматические линии, широко применяющиеся в автомобильном производстве.

Автоматическая линия состоит из отдельных единиц технологического оборудования, которые компонуются под определенный вид транспорта и связываются с ним с помощью тех или иных устройств загрузки-выгрузки (манипуляторов, лотков, подъемников). В такой линии помимо рабочих позиций moivi иметься и холостые позиции, которые необходимы для осмотра и обслуживания данной линии.

Если на некоторых позициях линии предусматривается участие человека, то такая линия называется автоматизированной.

На гибких производственных системах в отличие от автоматических линий не может быть заранее предусмотрена обработка деталей одного какого-либо наименования или обработка конструктивно и технологически подобных изделий. Поэтому на таких ГПС технологическое оборудование должно быть переналаживаемым (чаще всего это станки с ЧПУ); оно не располагается в технологической последовательности, поскольку эта технологическая последовательность не может быть известна заранее. Документом, регламентирующим последовательность выполнения технологических операций, здесь является не маршрутная технология, как в случае автоматической линии, а расписание загрузки оборудования, составляемое в результате планирования работы данной гибкой производственной системы.

Третьему уровню автоматизации соответствует комплексная автоматизация. Комплексная автоматизация подразумевает реализацию всех предшествующих уровней автоматизации. Она требует высокой технической оснащенности производства и больших капитальных затрат. Такая автоматизация оказывается особенно эффективной при достаточно больших программах выпуска изделий стабильной конструкции. В качестве примера здесь может быть названо производство подшипников качения, отдельных агрегатов машин, аппаратов электрооборудования и др. Однако несмотря на указанные ограничения именно комплексная автоматизация способна обеспечить развитие производства в целом и эффективное использование производимых капитальных затрат. Это подтверждается мировой практикой развития машиностроения.

Часто используется также понятие интегрированной производственной системы. Для интегрированной производственной системы характерно слияние (интеграция) сферы информационной технологии с производственной сферой. Это подразумевает также создание и ведение автоматизированных конструкторских и технологических архивов и автоматизацию организационной и конструкторско-тсхнологической подготовки производства. Организация, ведение и использование в производстве различного рода баз данных требует перестройки всего производства и, как следствие, больших приведенных капитальных затрат. Однако именно в таком случае резко сокращаются сроки освоения новых изделий и продолжительности рабочих циклов их производства.

 

Уровни автоматизации представлены на рис. 1. 1.

 

 

 

 

Вопрос 2

Длительность производственного цикла – это период времени, необходимый для того, чтобы сырье и материалы в ходе производственного процесса преобразовать в необходимое количество готовой продукции.
Обратите внимание, что в данном случае речь идет не о времени изготовления одного изделия (детали), а о времени изготовления партии, поскольку указанная длительность включает в себя также время выполнения вспомогательных операций, межоперационных и междусменных перерывов.
Дело заключается в том, что обработка деталей осуществляется партиями, то есть наладка оборудования, подготовка рабочего места, установка приспособлений и т.д. осуществляется не для каждой детали отдельно, а для всей партии.
Таким образом, нормированию подлежит:
подготовительно-заключительное время; оперативное время; время обслуживания; время перерывов.

T = Тпз + Топ + Тоб + Тпр
Тпз - подготовительно-заключительное время
Топ - оперативное время
Тоб - время обслуживания
Тпр - время перерывов

 

ПРОИЗВОДСТВО КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ

Средства производства – совокупность средств труда и предметов труда,

участвующих в процессе производства.

К основным направлениям развития современной производственной технологии

можно отнести:

 - переход от дискретных процессов к непрерывным поточным процессам, обеспечивающим увеличение масштабов производства и эффективное использование оборудования;

 - внедрение замкнутой безотходной технологии с целью более полного использования сырья, материалов, энергии, ликвидации отходов производства;

 - повышение эффективности извлечения полезных ископаемых, их обогащения,  переработки, комплексности использования.

 - механизация и автоматизация технологических процессов.

Типы производств, виды технологических процессов

Во всех сферах материального и нематериального производства имеются свои ТП,  которые могут быт автоматизированы.

Целесообразность создания АСУ Технологических Процессов определяется следующими характеристиками:

 - объем производства;

- характер ТП (непрерывный, дискретный);

 - серийность производства;

 - уровень механизации и автоматизации ТП.

Использование автоматизированных систем определяется сложностью производства, которая зависит от числа производственных элементов, числа связей между ними и внешней средой. Сложность производства определяется численностью персонала, числом наименований сырья, материалов, готовой продукции, оборудования, числом

технологических операций. Производство можно подразделять по временным характеристикам (длительное, среднее, короткое) и по последовательности выполнения операций (последовательное, параллельное, последовательно-параллельное). Наиболее изучены и отработаны ТП в промышленности. При крупном разделении этих процессов можно выделить ТП механического и химического типов. Результатом ТП механического типа является изменение формы, внешнего вида или физических свойств материалов. Результатом ТП химического типа является изменение состава, свойств и внутреннего строения вещества.

 

Автоматизация современного производства заключается в автоматизации материальных и информационных потоков.

Материальные и информационные потоки. Рис.1