РАЗДЕЛ 2 Основы механизации и автоматизации сварочного производства

Автоматизация имеет нулевой уровень если в производстве участие человека исключается только при выполнении рабочих ходов (вращение шпинделя, движение подачи инструментов и др.). Такую автоматизацию назвали механизацией. Можно сказать, что механизация – это автоматизация рабочих ходов. Отсюда следует, что автоматизация предусматривает механизацию.

Автоматизация первого уровня ограничивается созданием устройств, цель применения которых – исключить участие человека при выполнении холостых ходов на отдельно взятом оборудовании. Такая автоматизация называется автоматизацией рабочего цикла в серийном и поточном производстве.

Холостые ходы в норме штучного времени, определяющем трудоемкость операции, учитываются в виде вспомогательного времени Т_вс и времени технического обслуживания Т_обсл:

 

 

где Т_о – основное время, которое учитывает время рабочих ходов (Т_p.x), с (мин);

Т_вс – вспомогательное время, включает отвод и подвод инструмента, загрузку оборудования и контроль; с (мин);

Т_обсл – время, затрачиваемое на техническое и организационное обслуживание, затрачиваемое на смену инструмента, наладку оборудования, устранение отходов и управление, с (мин);

Т_олп – время, затрачиваемое на отдых и личные потребности рабочего, с (мин);

Т_пер – время на технологические перерывы (обслуживания оборудования), с (мин).

 

Автоматизация второго уровня – это автоматизация технологических процессов. На этом уровне решаются задачи автоматизации транспортировки, контроля объекта производства, удаления отходов и управления системами машин. В качестве технологического оборудования создаются и применяются автоматические линии, гибкие производственные системы (ГПС). Автоматической линией называют автоматически действующую систему машин, установленных в технологической последовательности и объединенных средствами транспортировки, загрузки, контроля, управления и устранения отходов. Если линия включает позиции с участием человека, то ока называется автоматизированной.

Третий уровень автоматизации – комплексная автоматизация, которая охватывает все этапы и звенья производственного процесса, начиная от заготовительных процессов и заканчивая испытаниями и отправкой готовых изделий.

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. По мере совершенствования средств автоматизации и расширения сферы их применения было установлено, что частичная автоматизация наиболее эффективна тогда, когда производственное оборудование разрабатывается сразу как автоматизированное. К частичной автоматизации производства относится также автоматизация управленческих работ.

 

При комплексной автоматизации производства участок, цех, завод, электростанция функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс. Комплексная автоматизация производства охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы; она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надёжного производственного оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе, функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением работой комплекса.

 

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 неизменны, а возможные отклонения заранее могут быть учтены, а также в условиях недоступных или опасных для жизни и здоровья человека.

 

При определении степени автоматизации учитывают прежде всего её экономическую эффективность и целесообразность в условиях конкретного производства. Автоматизация производства не означает безусловное полное вытеснение человека автоматами, но направленность его действий, характер его взаимоотношений с машиной изменяется; труд человека приобретает новую качественную окраску, становится более сложным и содержательным. Центр тяжести в трудовой деятельности человека перемещается на техническое обслуживание машин-автоматов и на аналитически-распорядительную деятельность.

Работа одного человека становится такой же важной, как и работа целого подразделения (участка, цеха, лаборатории). Одновременно с изменением характера труда изменяется и содержание рабочей квалификации: упраздняются многие старые профессии, основанные на тяжёлом физическом труде, быстро растет удельный вес научно-технических работников, которые не только обеспечивают нормальное функционирование сложного оборудования, но и создают новые, более совершенные его виды.

Автоматизация производственных процессов имеет важное значение на современном этапе развития машиностроения при становлении рыночных отношений. Основой производственных процессов являются автоматизированные технологические процессы механической обработки и сборки, которые обеспечивают высокую производительность и необходимое качество изготовляемых изделий.

 

Пример частичной механизации и автоматизации в сварке — это процесс дуговой сварки с использованием сварочных аппаратов с постоянной и управляемой (принудительной) скоростью подачи электродной проволоки. В данном случае механизированы подача электродной проволоки, перемещение электрода вдоль линии свариваемого стыка, подача флюса (защитного газа); автоматизирован процесс регулирования напряжения дуги (изменением по заданному закону скорости подачи электродной проволоки при отклонении напряжения дуги от номинального значения).

Доукомплектация сварочного аппарата следящей системой за стыком и средствами регистрации и контроля параметров режима позволяет перейти к стадии более полной автоматизации производственного процесса, когда сварку можно выполнять без участия человека. За оператором остаются лишь функции предварительной настройки процесса сварки, включения оборудования и наблюдения за ходом процесса сварки.

Все устройства, действующие без непосредственного участия человека, можно разделить на два класса: сварочные автоматы (или полуавтоматы)и автоматические системы (регуляторы).

У автоматов периодическая загрузка изделия, смена инструмента, контроль, подналадка выполняются по ходу работы автоматически; останов работы автомата требуется только для наладки. У полуавтоматов для повторения процесса сварки, установки заготовки, снятия готового изделия, пуска требуется вмешатель­ство человека.

Автоматические системы (регуляторы) поддерживают неизменными или изменяют по заданному закону физические величины в технических устройствах или технологическом процессе без участия оператора (сварщика).

В последние годы применяют промышленные роботы — автоматы, характеризующиеся разнообразием выполняемых операций, значительной мобильностью.

Роботы — это универсальные автоматические манипуляторы с программным управлением, предназначенные для воспроизведения управляющих и двигательных функций человека, обладающие способностью к адаптации.

1. Основные пути автоматизации производственных процессов
их назначение и преимущества

 

Изыскание эффективных средств механизации заготовительного производства, в том числе и сборочно-сварочных работ, трудоемкость которых составляет в среднем 10-30 % общих трудозатрат при изготовлении машин, имеет большое народнохозяйственное значение. С внедрением прогрессивных средств малой механизации трудоемких процессов создается основа дальнейшего увеличения темпов технического прогресса, увеличивается производительность труда и улучшаются технико-экономические характеристики производственного процесса в машиностроении.

Наиболее «узким местом» в процессе производства сварных конструкций (при низком уровне автоматизации работ) являются сборочные и вспомогательные операции, включающие:

при сборке – установку, фиксацию и закрепление деталей и узлов;

при сварке – установку и вращение изделий, установку и отвод сварочного автомата.

На выполнение этих операций затрачивается в среднем 35-55 % трудоемкости всех сварочных операций.

Следовательно, повышение коэффициента оснащенности, представляющего собой отношение объема работы, выполненной при помощи механизмов и приспособлений, к общему объему данного вида работ, выполненных механизмами и вручную, является одним из резервов повышения производительности труда в сварочном производстве.

Для повышения уровня автоматизации работ необходимо широкое внедрение прогрессивных средств: сборочно-сварочных установок, стендов и приспособлений с быстродействующими зажимными устройствами, позволяющими крепить изделие в различных пространственных положениях, шаблонов и кондукторов, столов сварщика с поворотными планшайбами, кантователей, вращателей и манипуляторов, колонн для установки и перемещения сварочных автоматов и полуавтоматов и другого технологического оборудования.

Под автоматизацией производственных процессов (АПП) понимают комплекс технических мероприятий по разработке новых прогрессивных технологических процессов и созданию на их основе высокопроизводительного оборудования, выполняющего все основные и вспомогательные операции по изготовлению изделий без непосредственного участия человека. АПП является комплексной конструктивно-технологической и экономической задачей создания принципиально новой техники.

Автоматизации всегда предшествовал процесс механизации – частичной (первичной) автоматизации производственных процессов на базе такого технологического оборудования, которым управляет оператор. Кроме того, он осуществляет контроль изделий, регулировку и наладку оборудования, загрузку выгрузку изделий, т.е. вспомогательные операции. Механизация может достаточно эффективно сочетаться с автоматизацией конкретного производства, но именно АПП создает возможность обеспечения высокого качества продукции при высокой производительности ее изготовления.

Предусматривается качественная и количественная оценки состояния механизации и автоматизации производственных процессов. Важнейший качественный показатель – уровень автоматизации α. Он определяется отношением числа автоматизированных операций (переходов) n_авт к общему числу операций (переходов), выполняемых на автомате, линии, участке n_o6щ:

α = n_авт / n_o6щ

 

Величина α зависит от типа производства. Если в единичном производстве α не превышает 0,1...0,2, то в массовом она составляет 0,8...0,9.

Автомат (от гр. automates — самодействующий) — самостоятельно действующее устройство или совокупность устройств, выполняющих по заданной программе без непосредственного участия человека процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации.

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.

Под безлюдным режимом работы понимают такую степень автоматизации, при которой станок, производственный участок, цех или весь завод может работать автоматически в течение по крайней мере одной производственной смены (8 ч) в отсутствие человека.

Технические преимущества автоматически управляемых производственных систем по сравнению с аналогичными системами с ручным управлением следующие: более высокое быстродействие, позволяющее повышать скорости протекания процессов, а, следовательно, и производительность производственного оборудования; более высокое и стабильное качество управления процессами, обеспечивающее высокое качество продукции при более экономном расходовании материалов и энергии; возможность работы автоматов в тяжелых, вредных и опасных для человека условиях; стабильность ритма работы, возможность длительной работы без перерывов вследствие отсутствия утомляемости, свойственной человеку.

Экономические преимущества, достигаемые при использовании автоматических систем в производстве, являются следствием технических преимуществ. К ним можно отнести возможность значительного повышения производительности труда; более экономичное использование ресурсов (труда, материалов, энергии); более высокое и стабильное качество продукции; сокращение периода времени от начала проектирования до получения изделия; возможность расширения производства без увеличения трудовых ресурсов.

Автоматизация производства позволяет более экономично использовать труд, материалы, энергию. Автоматическое планирование и оперативное управление производством обеспечивают оптимальные организационные решения, сокращают запасы незавершенного производства. Автоматическое регулирование процесса предотвращает потери вследствие поломок инструментов и вынужденных простоев оборудования. Автоматизация проектирования и изготовления продукции с использованием ЭВМ позволяет значительно сократить число бумажных документов (чертежей, схем, графиков, описания и др.), необходимых в неавтоматизированном производстве, составление, хранение, передача и использование которых занимает много времени.

Автоматизированное производство нуждается в более квалифицированном, технически грамотном обслуживании. При этом значительно меняется сам характер труда, связанного с наладкой, ремонтом, программированием и организацией работ в автоматизированном производстве. Эта работа требует более глубоких и разносторонних знаний, более разнообразна и интересна.

От уровня развития производства зависит прогресс всех отраслей промышленности. Поэтому повышению эффективности производства и уровня автоматизации производства должна отводиться приоритетная роль.