УДК 621.75.008.001.2
Конспект лекций предназначен для самостоятельного изучения студентами теоретической части курса “ Автоматизация производственных процессов ” (для студентов специальности 8.090202 «Технология машиностроения» всех форм обучения)
/Сост. В.В. Польченко – Донецк; ДонНТУ, 2014.
Проведены цели и задачи дисциплины, тематическое содержание дисциплины и конспект лекций дисциплины «Автоматизация производственных процессов».
Составитель: В.В. Польченко, доц.
Ответственный за выпуск А.Н. Михайлов
Донецкий национальный
технический университет
Таблица 7.1. Рекомендуемые нормы обслуживания машин
| ηТЕХ | 0,90 | 0,85 | 0,80 | 0,70 | 0,60 |
| zНАЛ | 6 | 5 | 3 | 2 | 1 |
Зная сравнительные характеристики любых двух вариантов по длительности рабочего цикла Т и удельному весу времени ручного обслуживания, а также по надежности ω можно рассчитать как номинальные величины роста производительности φ и сокращения численности рабочих ε, так и их изменение при варьировании уровня надежности. Типовые зависимости приведены на рис. 7.7. В рассмотренных вариантах номинальные показатели весьма высоки: при удорожании в σ = 1,3 раза рост производительности φ = 1,2; сокращение численности в ε = 2 раза. Срок окупаемости – n = 1 год. Однако чем выше интенсивность отказов автоматизированного оборудования ω, тем они ниже; уже при ω = 0,1 (средняя наработка на отказ мСР == 10 мин), производительность не возрастет, а снизится (φ < 1) сокращения численности работающих не будет; следовательно, этот вариант убыточен (срок окупаемости уходит к n = 20 годам).
Поэтому внедрение нового автоматического оборудования взамен неавтоматизированного эффективно лишь при высокой надежности, либо при высоком потенциале производительности, который может обеспечить только многопозиционное оборудование.
Перечень ссылок.
1. Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов: Учеб. пособие. – 2-е изд., стер. – М.: Машиностроение, 2007. – 380 с.
2. В.Г. Хомченко, А. В. Федотов Автоматизация технологических процессов и производств: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 488 с.
3. Шаумян Г. А. Комплексная автоматизация производственных процессов. М., «Машиностроение», 1973.-640 с.
12. Архаров, А.П. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: конспект лекций / А.П. Архаров. Тверь: ТГТУ, 2011. 122 с.
Содержание
| Лекция 1. Основные виды и задачи автоматизации различных видов производств. | 4 |
| Лекция 2. Основные этапы автоматизация производственных процессов | 8 |
| Лекция 3 Производительность автоматов и автоматических линий | 17 |
| Лекция 4. Агрегатирование рабочих машин. | 26 |
| Лекция 5. Автоматические линии. | 45 |
| Лекция 6. Целевые механизмы автоматов и автоматических линий. | 54 |
| Лекция 7. Надежность технологических систем. | 74 |
УДК 621.75.008.001.2
Конспект лекций предназначен для самостоятельного изучения студентами теоретической части курса “ Автоматизация производственных процессов ” (для студентов специальности 8.090202 «Технология машиностроения» всех форм обучения)
/Сост. В.В. Польченко – Донецк; ДонНТУ, 2014.
Проведены цели и задачи дисциплины, тематическое содержание дисциплины и конспект лекций дисциплины «Автоматизация производственных процессов».
Составитель: В.В. Польченко, доц.
Ответственный за выпуск А.Н. Михайлов
Донецкий национальный
технический университет
Лекция 1. Основные виды и задачи автоматизации различных видов производств.
Современная технологическая наука делит машиностроительное производство по своему характеру на массовое, серийное и единичное с внутренним подразделением (например, на мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное). При массовом производстве технологическое оборудование специализируется на выполнении одинаковых, повторяющихся операций технологического процесса без переналадки. При серийном производстве технологическое оборудование специализируется на выполнении двух или нескольких закрепленных операций, чередующихся в определенной последовательности. При единичном производстве оборудование загружается различными работами и не имеет постоянно закрепленных операций или объектов обработки.
В последнее время во всем мире широким фронтом идут работы по автоматизации мелкосерийного производства. Это объясняется тем, что удельный вес мелкосерийного производства еще велик (до 80%), поскольку срок жизни или срок выпуска одной и той же продукции, предопределяемые непрерывными, быстрыми темпами совершенствования качества объектов производства, сегодня постоянно сокращаются и в среднем составляют 3 года.
Во многих случаях сроки выпуска сокращаются до одного года, а то и нескольких месяцев. Эта неумолимая тенденция в развитии техники требует пересмотра укоренившихся взглядов, и наряду с известной характеристикой видов производства (мелкосерийное, серийное и массовое) необходимо видеть рождение принципиально нового вида производства со следующей характеристикой: массовое быстросменное производство.
Таким образом, важнейшей проблемой автоматизации является проблема мобильности техники. Современные методы и средства автоматизации решают задачи повышения производительности труда в первую очередь в условиях массового и крупносерийного производств.
В условиях крупносерийного и массового производств автоматизация на первом этапе обеспечивает значительный экономический эффект благодаря повышению качества продукции, росту производительности, сокращению количества обслуживающих рабочих и занимаемых площадей.
Механизация – применение в производственном процессе машин и механизмов, заменяющих мускульный труд рабочего. Механизация может быть либо частичной, либо полной или, как ее называют, комплексной.
Частичная или малая механизация – это механизация части движений, необходимых для осуществления производственного процесса: либо главного движения, либо вспомогательных и установочных движений, либо движений, связанных с перемещением изделий (деталей и полуфабрикатов) с одной рабочей позиции на другую.
Полная или комплексная механизация – механизация всех основных, вспомогательных, установочных и транспортных движений, которые выполняются по ходу производственного процесса. При полной механизации обслуживающий персонал осуществляет только оперативное управление производственными процессами, включение и выключение в нужные моменты требуемых механизмов и управление режимом и характером их работы.
Автоматизация – характеризуется освобождением человека не только от мускульных усилий для выполнения тех или иных движений, но и от оперативного управления механизмами, выполняющими эти движения. Автоматизация может быть частичной и полной или, как чаще называют, комплексной.
Частичная автоматизация – автоматизация части операции по управлению производственным процессом при условии, что остальная часть всех операций выполняется рабочим.
Полная или комплексная автоматизация характеризуется автоматическим выполнением всех функций для осуществления производственного процесса без непосредственного вмешательства человека в работу оборудования. В обязанности человека входит настройка машины или группы машин, включение и контроль. Автоматизация – это высшая форма механизации, но вместе с этим это новая форма производства, а не простая замена ручного труда механическим, поэтому следует избегать использования традиционных конструктивных схем, не дублировать движения руки рабочего в механизмах, а искать новые решения, используя возможности автоматических устройств.
На первом этапе автоматизации осуществлялась автоматизация выполнения рабочего цикла, т.е., создавались полуавтоматы и автоматы. Второй этап автоматизации представляет комплексная автоматизация, когда создаются целые комплексы автоматически работающих машин (автоматические линии, цехи и заводы).
Степень механизации и автоматизации определяется уровнем механизации и автоматизации. Оценка уровня механизации и автоматизации осуществляется тремя основными показателями: степенью охвата рабочих механизированным трудом, уровнем механизированного труда в общих трудозатратах и уровнем механизации и автоматизации производственных процессов.
Для механических и сборочных цехов эти показатели определяются по следующим формулам.
Степень охвата рабочих механизированным трудом (в %)
Уровень механизированного труда в общих трудозатратах (в %)
Уровень механизации и автоматизации производственных процессов (в %), отражающий качественную сторону механизации, рассчитывают по формуле:
,
но
;
тогда формула примет вид:
.
Процент возрастания производительности труда в данном цехе (на предприятии, на участке) за счет его механизации Пр определяют по формуле
,
где индекс 1 соответствует показателям, полученным до проведения механизации, а индекс 2 – после механизации.
В формулах приняты следующие обозначения: Рм – число рабочих, выполняющих работу механизированным способом; Р – общее число рабочих на рассматриваемом участке (в цехе); Рм.р – число рабочих, выполняющих работу при помощи ручного механизированного инструмента; Рр – число рабочих, выполняющих работу вручную; Тм – время механизированного труда в процессе; Тр – время ручного труда в процессе; Тм.р – время труда с применением ручного механизированного инструмента; Ра – число рабочих (во всех сменах) на данном рабочем месте, занятых механизированным трудом; SРа = Рм – число рабочих (во всех сменах) на участке (в цехе), занятых механизированным трудом; К – коэффициент механизации, выражающий отношение времени механизированного труда к общим затратам времени на данном рабочем месте; П – коэффициент производительности оборудования, характеризующий отношение трудоемкости изготовления детали на универсальном оборудовании с наименьшей производительностью, принятом за базу (То), к трудоемкости изготовления этой детали на действующем оборудовании (Т1); М – коэффициент обслуживания, зависящий от количества единиц оборудования, обслуживаемого одним рабочим (при обслуживании оборудования несколькими рабочими М меньше единицы).
Критерий уровня механизации должен количественно характеризовать, в какой мере на данной стадии механизации используются возможности экономии затрат труда, т. е. роста производительности труда, открываемые полной, комплексной механизацией производства.
Критерий уровня механизации (в %)
,
где Dtч.м– экономия рабочего времени при частичной механизации в чел.-ч/шт; Dtп.м – экономия рабочего времени при полной механизации в чел.-ч/шт; tр – трудоемкость изделия при изготовлении его немеханизированным способом в чел.-ч/шт; tч.м – то же, в условиях рассматриваемого уровня частичной механизации в чел.-ч/шт; tп.м – то же, в условиях полной, комплексной, механизации в чел.-ч/шт. Критерий aм изменяется в пределах 0£a£1. При aм=0 имеет место ручной труд. При aм = 1 осуществлена полная, комплексная, механизация производства. Следует отметить, что критерий aм учитывает рост производительности труда.
На современном уровне научно-технического и социального прогресса основной формой производства становится комплексноавтоматизированное и высокомеханизированное производство, не только массовое, но и серийное. Любые неавтоматизированные технологические процессы следует рассматривать как частное, вынужденное решение, когда в конкретных условиях производства еще не возникли технические и экономические предпосылки для автоматизации.
Источниками технического, экономического и социального эффектов при внедрении автоматизированного оборудования любого технологического назначения являются: 1) повышение качества выпускаемой продукции по сравнению с качеством продукции неавтоматизированногобпроизводства; 2) повышение производительности – количества годной продукции, выдаваемой машиной или системой в единицу времени; 3) сокращение ручных работ и трудоемкости обслуживания оборудования в процессе его функционирования и т.д.
Исследования и анализ показывают, что для непрерывного производства основным источником экономического эффекта является улучшение качества (сортности) продукции, для дискретного – повышение
производительности машин путем интенсификации технологических
процессов, совмещения операций, сокращения простоев. Все технологические процессы неавтоматизированного производства имеют низкий технико-экономический потенциал вследствие с невысокой интенсивности, отсутствия концентрации операций, их совмещения во времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которые десятилетиями складывались применительно к его ограниченным возможностям, неперспективно.
Генеральное направление комплексной автоматизации производственных процессов – не в замене человека при обслуживании машин и аппаратов, а в создании таких высокоинтенсивных технологических процессов и высокопроизводительных средств производства, которые былибы вообще невозможны при непосредственном участии человека. Правильное понимание сущности автоматизации, ее основной направленности – необходимая предпосылка формирования научных принципов и основ технической политики в области автоматизации на производственном уровне. Немалое количество спроектированного автоматизированного оборудования оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработчиков были направлены на "искоренение" ручных операций, а вопросы качества продукции, быстродействия машин и их надежности при этом оставались на заднем плане или трактовались как второстепенные. Правильные общие лозунги типа "ручной труд – на плечи машин" иногда понимаются формально, а автоматизацию пытаются свести к созданию технических средств, имитирующих ручные действия человека при манипулировании или управлении машинами. В результате появляется новая техника, работающая по безлюдной технологии, но громоздкая и дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге неэффективная. Особенность современного этапа научно-технического прогресса состоит в том, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность ресурсов. Поэтому необходимо так выбирать число объектов разработки, чтобы получать наилучшие результаты при реальных
В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где можно добиться желаемого вследствие применения прогрессивной технологии: новых методов и процессов, концентрации операций, многопозиционной и многоинструментальной обработки; в тактическом – избегать развертывания работ или тиражирования технических средств, по которым не просматриваются конечные результаты или последние выглядят односторонними. При этом в конкретных производственных условиях следует руководствоваться рядом принципов технической политики.
Первый принцип – достижение конкретных результатов. Системы и средства автоматизации должны не просто имитировать и замещать действия человека, а выполнять производственные функции быстрее и лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными. Изменение численности какой-либо категории работающих или замена ручного манипулирования автоматическим не цель и не результат.
Анализ работ по автоматизации показывает, что 60…70 % экономического эффекта получается благодаря более высокой производительности автоматизированного оборудования по сравнению с неавтоматизированным; 15…20 % – от повышения или стабилизации качества продукции и лишь 10…15 % – вследствие экономии фонда заработной платы. Поэтому при планировании и обосновании работ по автоматизации производства необходимо предварительно проанализировать, как могут повлиять намечаемые мероприятия, прежде всего, на качество и количество выпускаемой продукции и только потом – на численность обслуживающего персонала. Обязательное условие – обеспечение заинтересованности всех рабочих во внедрении автоматизированного оборудования и его успешном функционировании.
Второй принцип – комплексность подхода. Все важнейшие компоненты производственного процесса: объекты производства, технология, основное и вспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания, удаление отходов, кадры – должны быть рассмотрены и решены на новом, более высоком уровне. Иногда достаточно не учесть хотя бы один компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и вся система мероприятий по автоматизации окажется неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, например созданию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при сохранении отсталой технологии.
Третий принцип – необходимость. Средства автоматизации, включая самые перспективные и прогрессивные, должны примяться там где их можно приспособить, а в первую очередь там, где без них нельзя обойтись. Значимость современных средств электроники и вычислительной техники не только и не столько в замене функций человека при обслуживании известных машин, сколько в открывающихся возможностях создания на их основе средств производства, которые раньше не могли быть созданы. Так, современные установки электронной литографии, контроля интегральных схем и другие могли быть построены лишь на основе микопроцессорного управления, потому что управление процессами, которые там осуществляются, выходит за рамки физических возможностей человека.
Четвертый принцип – своевременность: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимо. К сожалению, часто стремятся к быстрейшему тиражированию недостаточно отработанных конструкций, а только доведенных до уровня, "способных функционировать". В конечном итоге волевое внедрение дорогих, малонадежных и тихоходных систем и средств автоматизации лишь дискредитирует их.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 262.
