Автоматизация производства и применение новейших технологий

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении всего своего существования на Земле человек  пытался упростить себе жизнь: изобрел велосипед, чтобы не ходить; придумал паровую машину, чтобы меньше прилагать усилий; создал робота, чтобы он выполнял работу за человека. Тот же самый компьютер. Насколько он нам помогает и делает нашу жизнь менее изнурительной. На нынешнем этапе компьютеризации всех сфер жизни человечества нельзя не затронуть вопрос об автоматизации производства и применении новейших технологий. Они позволяют повысить уровень эффективности процесса производства, что в свою очередь сказывается положительно на деятельности фирмы. Выбранная мною тема является актуальной на сегодняшний день, так как высокий уровень автоматизации и большая степень применения передовых технологий - это не только залог успеха и конкурентоспособности фирмы, но и средство выживания в условиях жесткой конкуренции.

В современных условиях автоматизация  производства носит комплексный характер и предполагает автоматизацию рабочих машин, технологических линий и блоков, широкое внедрение станков с числовым управлением, линий ЭВМ, программируемых роботов, а также самых дешевых устройств автоматизации – микропроцессероов (МП).

Наибольшее значение имеет  развитие гибких автоматизированных производственных систем (ГАПС), обладающих огромными возможностями повышения эффективности как крупного, так и мелкосерийного многономенклатурного производства. Внедрение таких систем позволяет увеличивать выпуск продукции при сокращении численности занятых, снижать брак и повышать гибкость производственных процессов.

Объектом исследования являются компании Япония, - в частности компания «Тойота» - которая за последние десятилетия заняла лидирующее положение на мировом рынке благодаря применению новейших технологий. «Тойота» располагает сегодня двумя мощными исследовательскими техническими центрами в Японии, тремя в США и одним в Европе, а также целым рядом дизайнерских центров и полигонов. «Тойота», являясь одной из ведущих мировых автомобилестроительных компаний, интересна тем, что в начале 70-х годов ввела систему организации труда «Канбан» (ам. just-in-time), которая заключается в эффективном управлении персоналом и в рациональном управлении производством. Ее суть – отказ от производства продукции крупными партиями на всех фазах производственного процесса и создание непрерывно-поточного производства. Рассмотрение производственного процесса данной фирмы поможет ознакомиться с большинством передовых технологий, используемых в настоящее время.

Растущая конкурентная активность предприятий, которые стремятся использовать передовые технологии, побуждает все к новым совершенствованиям, а автоматизация производства и новейшие технологии являются необходимой частью существования фирмы, не говоря уже об ее успешном развитие на мировом рынке.

ГЛАВА I.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИИ НОВЕЙШИХ ТЕХНОЛОГИЙ.

Автоматизированные  производства. Гибкие производственные системы.

Автоматизация производств как средство эффективного роста производительности труда и улучшения качества продукции зависит от уровня развития науки, техники и от используемых средств производства.

Комплексная автоматизация  крупносерийного и массового  производства с жесткой автоматизацией производственных процессов и использование узкоспециализированного автоматического оборудования и автоматических линий оправдали себя тем, что предусматривают выпуск очень большого объема одинаковой или мало отличающейся по техническим параметрам продукции. Однако, специфика и тенденция развития современных производств в различных отраслях таковы, что достижения современной науки и новейших технологий требуют частой смены и выпуска различной продукции малыми сериями  при одновременном обеспечении высокой производительности и качества продукции в автоматическом режиме.

Эти требования привели к необходимости создания и внедрения качественно новых  автоматизированных производств, обеспечивающих возможность их гибкой переналадки на производство различных видов продукции в пределах их технических возможностей и при одновременной  полной автоматизации процессов.

В 70-80гг. прошлого столетия был осуществлен поиск новых путей увеличения уровня автоматизации и производительности станков с числовым программным управлением (ЧПУ) путем их объединения в автоматизированные производственные комплексы. В основу этих комплексов закладывалась возможность гибкой переналадки технологий обработки с обеспечением возможности групповой обработки различных видов деталей. Однако при этом выпуск различных деталей какой-либо номенклатуры был связан с необходимостью участия человека в этом процессе. Поэтому встал вопрос о реализации «безлюдных технологий». Понятие «безлюдная» не означает, что человек не участвует в производстве, а предусматривает возможность длительного функционирования технического оборудования (ТО) в производственном комплексе в автоматическом режиме. Для реализации «безлюдной» гибкой технологии необходимо было автоматизировать все процессы переналадки оборудования, в том числе «загрузка-разгрузка» заготовок, удаление отходов, управление всем производственным процессом.

«Безлюдные» гибкие автоматизированные производства имеют различные уровни автоматизации в виде гибких производственных модулей (ГПМ), гибких автоматических линий (ГАЛ), гибких автоматизированных цехов (ГАЦ), гибких автоматизированных систем производств (ГАП/ГАПС). Следует иметь в виду, что каждый из выше указанных уровней или классов гибких производств объединяются общим понятием гибкая производственная система (ГПС).

Под гибкой производственной системой понимается совокупность (или отдельная единица) технологического оборудования и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

Процесс развития автоматизации на промышленных предприятиях происходит в несколько этапов. На первом этапе проводилась автоматизация отдельных операций или их групп с полным или частичным освобождением рабочего от выполнения трудоемких, вредных, монотонных операций. В этих условиях создавались полуавтоматы и автоматы.

Второй этап развития автоматизации характеризуется  появлением автоматической линии, т. е. автоматической системы машин, расположенных  по ходу технологического процесса и осуществляющих без непосредственного участия человека в определенной последовательности и с заданным ритмом технологические операции по изготовлению продукции. Человеком выполняются функции наладки и управления.

Комплексной автоматизации  мелкосерийного и серийного производства в условиях ГАП должно предшествовать выполнение следующих требований:

• резкое повышение уровня технологического проектирования (на основе САПР);
• создание программируемой технологии основных и вспомогательных процессов и процессов управления информацией;
• совершенствование инженерных разработок во взаимосвязи с решением широкого круга вопросов по стандартизации в целях достижения встраиваемости, сопряженности и надежности функционирования всех компонентов (модулей) ГАП;
• пересмотр состава, структуры, категории сложности и оценки труда с учетом того, что труд инженерно-технических работников в условиях ГАП становится неотъемлемой и определяющей частью основного производственного процесса;
• обеспечение сопряженности и тиражируемости программ управления, быстрой переналадки и перепрограммирования компонентов ГАП.

Из основных и вспомогательных гибких производственных модулей комплектуются гибкие производственные комплексы, перенастраиваемые линии, участки, пролеты, цеха и заводы. ГАП первого поколения были созданы на базе многооперационных станков типа «обрабатывающий центр». За основу построения этих ГАП был принят блочно-модульный принцип, характерный для средств вычислительной техники. Первичная единица комплексирования при создании ГАП — гибкий производственный модуль (ГПМ), представляет собой, например, совокупность токарных станков с ЧПУ, специализированных роботов — автооператоров и накопителей заготовок.

На уровне участка, поточной линии, пролета ГАП может состоять из ГПМ, построенных на базе основного технологического оборудования и автоматизированной системы управления технологическими процессами и оборудованием; из модулей подготовки производства, обеспечения материалами, заготовками, деталями, инструментами; из модулей обслуживания и обеспечения работы оборудования, удаления отходов производства.

На уровне цеха ГАП включает автоматизированные участки, пролеты  и линии основного производства, автоматизированную систему управления и обеспечения, автоматизированные участки технологической подготовки производства, автоматизированные участки комплектования, транспортирования, складирования, технического обеспечения и удаления отходов производства.

На уровне завода ГАП состоит  из автоматизированных цехов основного  и вспомогательного производства, системы автоматизированного проектирования и интегрированной автоматизированной системы планирования, управления и обеспечения производства; интегрированной системы автоматизации технологических процессов, включая все стадии производства; автоматизированной системы технического обслуживания и ремонта оборудования; транспортной и складской системы.

Выделяют следующие направления в реализации автоматизации на производстве:

1. Оснащение станков магазинами инструментов;

Оснащение станков  с ЧПУ магазинами инструментов, предусматривает использование в них устройств автоматической смены  и обеспечивает  обработку заготовок за одно или малое число установок, чем существенно сокращает время обработки. Рациональным считается магазин на 50-60 инструментов.

2. Оснащение станков сменными спутниками;

Оснащение станков  сменными спутниками потребовало введения в них устройств автоматической подачи заготовки со спутником на стол станка. При этом достигается совмещение вспомогательного времени съема обработанной детали со временем установки и обработки новой заготовки и тем самым повышается производительность обработки. Спутник представляет собой унифицированную конструкцию в виде плиты и обеспечивает точную установку, фиксацию и закрепление на столе станка этой плиты вместе с заготовкой.

3. Создание многошпиндельных станков с ЧПУ;

Многошпиндельные  станки обеспечивают одновременную  обработку нескольких одинаковых заготовок или одновременную обработку одной заготовки несколькими инструментами, что повышает производительность процесса.

4. Переход к управлению на базе МП-систем (ЧПУ 4ого поколения);

Переход к управлению микропроцессорными системами  с  ЧПУ существенно расширил технические и технологические возможности оборудования за счет снижения аппаратных средств управления, повышения их надежности, упрощения их обслуживания, диагностику неисправностей, редактирования программ на рабочем месте (в цеху) и возможность выхода на ЭВМ верхнего уровня.

5. Объединение станков с ЧПУ в группы, управляемые от одной гибко-перепрограммируемой ЭВМ;

Объединение станков  с ЧПУ в группы управляемые  от одной ЭВМ  дало возможность  оперативно устанавливать очередность работы станков, рационально распределять временной ресурс, оперативно редактировать программы, использовать внешнюю память и обеспечивать взаимодействие по задачам управления и возможность выхода на ЭВМ внешнего (верхнего) уровня.

6. Объединение станков с ЧПУ в автоматизированном производственном комплексе, с автоматизацией в них транспортных, складских и других процессов и управление от единой центральной ЭВМ.

Объединение станков  в автоматизированные комплексы  потребовало применения множества автоматизированных систем, что позволило решать задачи упорядочивания доставки заготовок, инструмента, оснастки в условиях изменяющихся задач и циклов производственного процесса Современные производственные системы, обеспечивающие гибкость при автоматизированном производстве, включают:

• системы автоматизированного проектирования;
• автоматизированные системы управления производством;
• промышленные роботы;
• автоматизированные складские системы;

•       интегрированную автоматизированную систему управления производством (включает в себя: автоматизированные транспортные системы (АТС), автоматизированные накопительные систем (АНС), автоматизированные системы контроля (АСК) и др.).

Система автоматизированного проектирования.

Система автоматизированного  проектирования - САПР используется проектировщиками при разработке новых изделий  и технико-экономической документации. Она позволяет значительно сократить  время на разработку и изготовление чертежей проекта, которые раньше выполнялись вручную, и создает возможность разработки различных вариантов проектов для последующего выбора оптимального варианта. Компьютерная система дает возможность хранить документацию в памяти компьютера и по мере необходимости получать ее для внесения в проект изменений; переносить чертежи на бумажный носитель; вести проверку ошибок.