Capítulo 1. Principios de la construcción de producción automatizada.

Parte 1. Fundamentos de la teoría Control automático

Automatización- una rama de la ciencia y la tecnología, que abarca la teoría y los dispositivos de medios y sistemas para el control automático de máquinas y procesos tecnológicos. Surgió en el siglo XIX con el advenimiento de la producción mecanizada basada en máquinas de hilar y tejer, máquinas de vapor, etc., que reemplazó al trabajo manual y permitió aumentar su productividad.

La automatización siempre está precedida por el proceso de mecanización completa, un proceso de producción de este tipo en el que una persona no gasta fuerza física en la realización de operaciones.

Con el desarrollo de la tecnología, las funciones de control de procesos y máquinas se han ampliado y vuelto más complejas. En muchos casos, el hombre no ha sido capaz de gestionar la producción mecanizada sin dispositivos adicionales especiales. Esto condujo al surgimiento de la producción automatizada, en la que los trabajadores se liberan no solo del trabajo físico, sino también de las funciones de control de máquinas, equipos, procesos y operaciones de producción, así como de su gestión.

La automatización de los procesos productivos se entiende como un conjunto de medidas técnicas para el desarrollo de nuevos procesos tecnológicos y la creación de producción basada en equipos de alto rendimiento que realizan todas las operaciones principales sin la participación humana directa.

La automatización contribuye a un aumento significativo de la productividad laboral, mejorando la calidad del producto y las condiciones de trabajo de las personas.

EN agricultura, las industrias alimentaria y de procesamiento, el control y la gestión de la temperatura, la humedad, la presión, el control de la velocidad y el movimiento, la clasificación de calidad, el envasado y muchos otros procesos y operaciones están automatizados, lo que garantiza su mayor eficiencia, ahorrando mano de obra y dinero.

La producción automatizada, en comparación con la producción no automatizada, tiene ciertas características específicas:

Para ser más eficientes, deberían cubrir operaciones más heterogéneas;

Es necesario estudiar cuidadosamente la tecnología, analizar las instalaciones de producción, las rutas de tráfico y las operaciones, garantizar la confiabilidad del proceso con una calidad dada;

Con una amplia gama de productos y estacionalidad de trabajo, las soluciones tecnológicas pueden ser multivariantes;

Los requisitos para un trabajo claro y bien coordinado de varios servicios de producción están aumentando.

Al diseñar la producción automatizada, se deben observar los siguientes principios:

1. El principio de completitud. Debe esforzarse por realizar todas las operaciones dentro del mismo sistema de producción automatizado sin la transferencia intermedia de productos semiacabados a otros departamentos. Para implementar este principio, es necesario asegurar:

Manufacturabilidad del producto, es decir se debe gastar la cantidad mínima de materiales, tiempo y dinero en su fabricación;

Unificación de métodos de procesamiento y control del producto;

Ampliación del tipo de equipos con mayores capacidades tecnológicas para el procesamiento de varios tipos de materias primas o productos semielaborados.

2. El principio de la tecnología de bajo funcionamiento. Debe minimizarse el número de operaciones intermedias de procesamiento de materias primas y productos semielaborados, y deben optimizarse sus rutas de suministro.

3. El principio de la tecnología de menos personas. Garantizar el funcionamiento automático durante todo el ciclo de fabricación del producto. Para ello, es necesario estabilizar la calidad de las materias primas de entrada, mejorar la confiabilidad de los equipos y el soporte de información del proceso.

4. El principio de la tecnología sin problemas. El objeto de control no debería requerir trabajo de ajuste adicional después de su puesta en funcionamiento.

5. El principio de optimalidad. Todos los objetos de control y los servicios de producción están sujetos a un único criterio de optimización, por ejemplo, para producir solo productos de la más alta calidad.

6. El principio de la tecnología de grupo. Proporciona flexibilidad de producción, es decir, la capacidad de cambiar del lanzamiento de un producto al lanzamiento de otro. El principio se basa en la comunidad de operaciones, sus combinaciones y recetas.

La producción en serie y en pequeña escala se caracteriza por la creación de sistemas automatizados a partir de equipos universales y agregados con tanques interoperativos. Este equipo, dependiendo del producto que se esté procesando, puede reajustarse.

Para la producción de productos a gran escala y en masa, la producción automatizada se crea a partir de equipos especiales, unidos por una conexión rígida. En tales industrias, se utilizan equipos de alto rendimiento, por ejemplo, equipos rotativos para verter líquidos en botellas o bolsas.

Para el funcionamiento del equipo, es necesario el transporte intermedio de materias primas, productos semiacabados, componentes y diversos medios.

Dependiendo del transporte intermedio, la producción automatizada puede ser:

Con transporte de extremo a extremo sin reorganización de materias primas, productos semielaborados o medios;

Con un reordenamiento de materias primas, productos semielaborados o medios;

con contenedor intermedio.

Según los tipos de diseño de equipos (agregación), la producción automatizada se distingue:

de un solo hilo;

agregación paralela;

Multiproceso.

En un solo flujo, el equipo se ubica secuencialmente en el curso de las operaciones. Para aumentar la productividad de la producción de un solo hilo, la operación se puede realizar en el mismo tipo de equipo en paralelo.

En una producción de subprocesos múltiples, cada subproceso realiza funciones similares, pero opera independientemente el uno del otro.

Una característica de la producción agrícola y el procesamiento de productos es la rápida disminución de su calidad, por ejemplo, después de sacrificar ganado o quitar frutos de los árboles. Esto requiere un equipo que tenga una alta movilidad (la capacidad de producir una amplia gama de productos a partir del mismo tipo de materias primas y procesar varios tipos de materias primas en el mismo tipo de equipo).

Para ello se crean sistemas de producción reconfigurables que tienen la propiedad de reconfiguración automatizada. El módulo organizativo de tales sistemas es un módulo de producción, una línea automatizada, una sección automatizada o un taller.

módulo de producción llamar a un sistema que consiste en una unidad de equipo tecnológico equipada con un dispositivo automatizado de control de programa y automatización del proceso tecnológico, que funciona de manera autónoma y tiene la capacidad de integrarse en el sistema más de nivel alto(fig.1.1).

Figura 1.1 - La estructura del módulo de producción: 1- equipo para realizar una o más operaciones; 2- dispositivo de control; 3- dispositivo de carga y descarga; 4 - dispositivo de transporte y almacenamiento (capacidad intermedia); 5- Sistema de control y medida.

El módulo de producción puede incluir, por ejemplo, una cámara de secado, un sistema de medición, un sistema de manipulación y transporte controlado localmente o una planta mezcladora con equipos adicionales similares.

Un caso especial del módulo de producción es celda de producción- una combinación de módulos con un sistema unificado para medir los modos de operación de los equipos, sistemas de transporte-acumulación y carga-descarga (Fig. 1.2). La célula de producción se puede integrar en sistemas de nivel superior.

Figura 1.2 - La estructura de la celda de producción: 1- equipo para realizar una o más operaciones; 2- tolva receptora; 3-dispositivo de carga y descarga; 4- transportador; 5- capacidad intermedia; 6 - computadora de control; 7- Sistema de control y medida.

línea automatizada- un sistema reconfigurable compuesto por varios módulos o células de producción, unidos por un único sistema de transporte y almacenamiento y un sistema de control automático de procesos (APCS). El equipo de la línea automatizada está ubicado en la secuencia aceptada de operaciones tecnológicas. La estructura de la línea automatizada se muestra en la Figura 1.3.

A diferencia de una línea automatizada, una sección automatizada reconfigurable prevé la posibilidad de cambiar la secuencia de uso de equipos tecnológicos. La línea y la sección pueden tener unidades de equipo tecnológico que funcionen por separado. La estructura de la sección automatizada se muestra en la Figura 1.4.

Figura 1.3 - La estructura de la línea automatizada: 1, 2, 3, 4 - celdas y módulos de producción; 5- sistema de transporte; 6 almacén; 7- ordenador de control.

Figura 1.4 - La estructura de la sección automatizada: 1,2,3 - líneas automatizadas;

4 - celdas de producción;

5- módulos de producción;

7- ordenador de control.

Automatización de la producción

procesos

1.1. Fundamentos, terminología y direcciones de AMS.

Una de las direcciones principales de la actividad humana es la mejora de los procesos de producción para facilitar el trabajo físico duro y aumentar la eficiencia del proceso en su conjunto; esta dirección se puede realizar mediante la automatización de los procesos de producción.

Entonces, el propósito de la aplicación es:

- aumento de la productividad;

- mejora de calidad;

- mejora de las condiciones de trabajo.

El objetivo plantea preguntas sobre qué y cómo automatizar, la viabilidad y la necesidad de la automatización y otras tareas.

Como saben, el proceso tecnológico consta de tres partes principales:

- ciclo de trabajo, - la tecnología principal. proceso;

- ralentí, - operaciones auxiliares;

- operaciones de transporte y almacenamiento.

Tecnología principal. El proceso está estrechamente relacionado con el SIDA. Considere el SIDA:

C es la automatización de los movimientos de trabajo y reposo de todos los mecanismos de la máquina (movimiento principal automático, avances y operaciones auxiliares).

P - automatización de la instalación, fijación de piezas en la máquina I - requisitos AMS para la herramienta.

D - requisitos tecnológicos del AMS para la pieza. Además,

Las operaciones auxiliares son la automatización de carga, descarga, instalación, orientación, fijación, transporte, acumulación y control de la pieza. De lo anterior, se puede ver que la aplicación tiene Un enfoque complejo y no

resolviendo un problema, no podemos lograr el efecto deseado. La automatización es una dirección en el desarrollo de la producción, caracterizada por

liberación de una persona no solo de los esfuerzos musculares para realizar ciertos movimientos, sino también del control operativo de los mecanismos que realizan estos movimientos.

La automatización puede ser parcial o completa.

Automatización parcial- automatización de una parte de la operación para la gestión del proceso de producción, siempre que el resto de todas las operaciones se realicen automáticamente (control y gestión humana).

Un ejemplo sería automático. línea (AL), compuesta por varias máquinas automáticas y que dispone de un sistema automático de transporte interoperativo. La línea está controlada por un procesador.

Automatización completa- caracterizado por el desempeño automático de todas las funciones para la implementación del proceso de producción sin intervención humana directa en la operación del equipo. Los deberes de una persona incluyen configurar una máquina o grupo de máquinas, encenderla y controlarla.

Ejemplo: sección automática o taller.

1.2. Características organizativas y técnicas de la automatización.

Analizar la tendencia y la historia del desarrollo de productos de automatización. procesos, se pueden observar cuatro etapas principales, en las que se resolvieron tareas de diversa complejidad.

Estos son: 1. Automatización del ciclo de trabajo, creación de máquinas automáticas y semiautomáticas.

2. Automatización de sistemas de máquinas, creación de AL, complejos y módulos.

3. Complejos de automatización de la producción. procesos con la creación de talleres automáticos y fábricas.

4. Creación de producción automatizada flexible con automatización de producción en serie y en pequeña escala, trabajo de ingeniería y gestión.

1 En la primera etapa - modernizado equipos universales. Como sabe, el tiempo de procesamiento de un producto está determinado por la fórmula:

T \u003d t P + tX

Así, para aumentar la productividad del equipo, se redujo el tiempo tP y tX y se combinaron tP y tX, lo que significa que si la máquina, además de los movimientos de trabajo (tP), puede realizar de forma independiente movimientos de reposo (tX), entonces es una maquina automatica.

Debe tenerse en cuenta que los movimientos inactivos deben entenderse no solo como el movimiento de los componentes individuales de la máquina sin procesamiento, sino también la carga, la orientación de la pieza y su fijación. Sin embargo, como ha demostrado la práctica, la automatización de máquinas universales tiene sus límites en términos de productividad, es decir, el crecimiento de la productividad laboral no superó el 60%. Por lo tanto, en el futuro, se comenzaron a crear máquinas automáticas especiales utilizando nuevos principios:

Se utilizaron autómatas multiherramienta y multiposición en las líneas de producción, que era la forma más alta de la primera etapa de automatización (consulte la Tabla 1 para ver un diagrama de bloques).

Diagrama estructural de la máquina No. 1

Automático (barra)

2 En la segunda etapa, se crea un AL (diagrama estructural ver Tabla 2).

AL se llama - un sistema automático de máquinas ubicadas en el tecnológico

secuencia lógica, unida por medio de transporte, control, realizando automáticamente un conjunto de operaciones excepto control y ajuste.

La creación de AL requirió la solución de problemas más complejos. Así que uno de ellos es - Creación sistema automático transporte entre máquinas de piezas de trabajo, teniendo en cuenta el ritmo desigual de las máquinas (el tiempo de operación es diferente); así como la no coincidencia en el tiempo de su inactividad por problemas emergentes. El sistema de transporte entre máquinas debe incluir no solo transportadores, sino también cargadores de almacenamiento automático para crear un gasto de reservas interoperativas, dispositivos de control y bloqueo del sistema de la máquina. Al mismo tiempo, es necesario no solo armonizar los ciclos de trabajo de las máquinas individuales, así como los mecanismos de transporte, sino también los bloqueos en caso de diversos fallos de funcionamiento (averías, dimensiones fuera de campo).

tolerancia, etc).

En la segunda etapa de automatización, el problema también se resuelve: creación de herramientas de control automatizado, incluido el control activo con el ajuste de la máquina.

El efecto económico se logra no solo mediante el aumento de la productividad y la reducción significativa de costos labor manual gracias a la automatización del transporte, control y arranque de viruta máquina a máquina.

Diagrama estructural de la ficha AL. #2

3 La tercera etapa de la automatización es la automatización compleja de los procesos de producción: la creación de talleres y fábricas automáticos.

Automático tienda o fabrica llamado taller o planta en la que se llevan a cabo los principales procesos de producción en el AL.

Aquí, se resuelven las tareas de automatización del transporte entre líneas y entre talleres, almacenamiento, limpieza y procesamiento de chips, control de despacho y gestión de producción (la estructura del taller de automóviles, ver el diagrama, Fig. 3).

La estructura de la mesa de taller automática. Numero 3

Automático

Aquí, los elementos que realizan movimientos de trabajo ya son AL con sus máquinas rotativas tecnológicas, transporte, mecanismos de control, etc.

en automático las tiendas y fábricas, el transporte entre líneas y la acumulación de pedidos atrasados ​​son movimientos ociosos.

El sistema de control de piso de producción también realiza nuevos más tareas desafiantes. La característica más importante de la automatización integrada de los procesos productivos como nueva etapa progreso tecnico es el uso generalizado de la tecnología informática, que permite resolver no sólo el problema del control

producción, sino también una gestión flexible de los mismos. procesos.

4 Sistemas automatizados flexibles: como la cuarta etapa de la automatización, representan la cuarta etapa más alta en el desarrollo de la automatización de aquellos. procesos. Diseñado para automatizar procesos con un objeto de producción reemplazable, incluso para producción única y en pequeña escala.

Producción flexible- un concepto complejo que incluye toda una gama de componentes + flexibilidad de la máquina– facilidad de reestructuración de los elementos tecnológicos de HAP para la producción de un determinado conjunto de tipos de piezas.

Flexibilidad de procesos- la capacidad de producir un conjunto dado de tipos de partes, incluso a partir de varias partes, de diferentes maneras.

Flexibilidad por producto- la capacidad de cambiar rápida y económicamente a la producción de un nuevo producto.

+ Flexibilidad de rutas– la capacidad de continuar procesando un conjunto dado de tipos de partes en caso de fallas de elementos tecnológicos HAP individuales.

Flexibilidad en volumen– la capacidad de HAP para trabajar económicamente en varios volúmenes de producción.

Flexibilidad para ampliar- la posibilidad de ampliar el GAP debido a la introducción de nuevos elementos tecnológicos.

Flexibilidad de trabajo: la capacidad de cambiar el orden de operación para cada uno de los tipos en la pieza.

Flexibilidad del producto- toda la variedad de productos que GAP es capaz de producir.

Determinación de la máquina yavl-Xia y la flexibilidad de la ruta. El uso de HAP tiene un efecto económico directo debido a

liberando personal y aumentando el trabajo por turnos y el equipo de control.

Por lo general, en el primer turno se cargan espacios en blanco, materiales, herramientas, esas tareas, sistemas de control, etc., esto se hace con la participación de personas. El segundo y tercer turno del GAP trabajan de forma independiente bajo la supervisión de un despachador.

Conferencia #2

1.3. Estudios de viabilidad Características de la automatización.

Al analizar la producción, no basta con saber en qué etapa de mecanización o automatización se encuentra un determinado proceso tecnológico. Y luego el grado de automatización. o la mecanización (C) está determinada por el nivel de mecanización (M) y automatización (A). La evaluación del nivel de M y A se lleva a cabo mediante tres indicadores principales:

- alcance de la cobertura de pieles de los trabajadores. mano de obra (C);

- nivel de pelaje. mano de obra en costes laborales totales (U t);

- nivel de pelaje. y ed. producciones Procesos (U PAG ). para pieles procesamiento y montaje de estos indicadores:

El aumento porcentual de la productividad laboral debido a su pelaje. o automatización:

donde - el índice 1 corresponde a los indicadores obtenidos antes de la piel. y automático;

Índice 2 después de que se celebraron; RA - el número de trabajadores que realizan trabajos utilizando medios automatizados;

RO - el número total de trabajadores en el área en consideración, tienda;

A - coeficiente de mecanización, que expresa la relación de tiempo mech. mano de obra

A el costo total del tiempo para un tiempo de trabajo determinado.

PAG - coeficiente. rendimiento del equipo, que caracteriza la relación de la intensidad laboral de los niños de fabricación. en equipos universales. con la productividad más baja, tomada como base de la intensidad de mano de obra de fabricar esta parte en equipos existentes;

M - coeficiente. Servicio, dependiendo de la cantidad de equipos atendidos por un trabajador (cuando varios trabajadores dan servicio al equipo M< 1).

El sistema de tres indicadores principales del nivel de mech. y automático procesos de producción permite:

- evaluar el estado del coche producción, abrir reservas para aumentar la productividad del trabajo;

- comparar los niveles de M. y A. industrias e industrias relacionadas;

- comparar los niveles de M. y A. de los objetos correspondientes según los períodos de implementación y así determinar las direcciones para una mayor mejora de los procesos de producción;

- planificar el nivel de automatización.

Junto con los indicadores anteriores, se puede utilizar el criterio del nivel de automatización de la producción, que caracteriza cuantitativamente en qué medida en esta etapa de M. y A. se utilizan las posibilidades de ahorrar costos laborales, es decir. crecimiento de la producción. mano de obra:

donde tPM es la complejidad de fabricar un producto con mecanización completa (compleja);

tNA y tPA: la complejidad de la fabricación con auto parcial y total.

1.4. Manufacturabilidad de piezas para producción automatizada.

1.4.1. Características del diseño del producto en términos de automatización.

producción.

El diseño del producto debe asegurar su fabricabilidad en la fabricación y el montaje. El uso de herramientas de automatización brinda una mayor atención al diseño de productos en términos de facilitar la orientación, el posicionamiento y el acoplamiento durante el ensamblaje.

La mayoría de los medios de autom. para el transporte y la orientación de las piezas actúan al tacto, es decir utilizan la geometría de las piezas para realizar la orientación y el posicionamiento.

Teniendo esto en cuenta, podemos decir que la elección de uno u otro medio de autom. se basará en el análisis de la clasificación de los objetos de producción por parámetros geométricos (según su finalidad y su tamaño relativo).

Una de las características geométricas es la simetría.

En algunos casos, la simetría de las piezas facilita la automatización, mientras que en otros la imposibilita. Ejemplo fig. A1, todas las partes de la derecha son simétricas, lo que hace innecesaria la orientación; arroz. A2 - ilustra otro problema. Si caracteristicas de diseño cada detalle es difícil de detectar pelaje. manera, la solución al problema es romper la simetría.

Los detalles como cilindros y discos son los candidatos más probables para la introducción de elementos asimétricos, ya que sin señales de orientación pueden adoptar un número indefinido de posiciones.

Las piezas rectangulares normalmente se benefician de la simetría porque pueden tener un pequeño número de posiciones.

Fig A1 Orientación de piezas debido a la simetría.

Fig. A2 Orientación de piezas por asimetría. a) difícil b) mejorado

En este caso, la ley de distribución de la suma de estas variables aleatorias tendrá una distribución gaussiana o normal - fig. A5.

Adhesión mutua de piezas (Fig. 3)

Cuando se cargan piezas a granel en un accionamiento u otro dispositivo, a menudo se produce el fenómeno de la adhesión de las piezas. Típico ejemplo - resortes. Muchas partes tienen orificios y protuberancias que no están funcionalmente relacionadas entre sí y no están diseñadas para acoplarse. La relación de las dimensiones de estos elementos de las partes debe excluir la posibilidad de que la protuberancia entre en el orificio y la adhesión de las partes. (Figura A3).

Los tipos de sistemas de automatización incluyen:

• sistemas inmutables. Estos son sistemas en los que la secuencia de acciones está determinada por la configuración del equipo o las condiciones del proceso y no se puede cambiar durante el proceso.
• sistemas programables. Estos son sistemas en los que la secuencia de acciones puede variar dependiendo del programa dado y la configuración del proceso. La elección de la secuencia necesaria de acciones se realiza gracias a un conjunto de instrucciones que el sistema puede leer e interpretar.
• sistemas flexibles (autoajustables). Estos son sistemas que pueden seleccionar las acciones necesarias en el proceso de trabajo. El cambio de la configuración del proceso (secuencia y condiciones para realizar operaciones) se lleva a cabo sobre la base de información sobre el progreso del proceso.

Estos tipos de sistemas se pueden utilizar en todos los niveles de automatización de procesos de forma individual o como parte de un sistema combinado.

En todos los sectores de la economía existen empresas y organizaciones que producen productos o prestan servicios. Todas estas empresas se pueden dividir en tres grupos, dependiendo de su “lejanía” en la cadena de procesamiento de recursos naturales.

El primer grupo de empresas son empresas que extraen o producen Recursos naturales. Tales empresas incluyen, por ejemplo, productores agrícolas, compañías de petróleo y gas.

El segundo grupo de empresas son empresas que procesan materias primas naturales. Elaboran productos a partir de materias primas extraídas o producidas por las empresas del primer grupo. Tales empresas incluyen, por ejemplo, empresas en la industria automotriz, empresas siderúrgicas, empresas en la industria electrónica, centrales eléctricas y similares.

El tercer grupo son las empresas del sector servicios. Tales organizaciones incluyen, por ejemplo, bancos, instituciones educativas, instituciones medicas, restaurantes, etc

Para todas las empresas, es posible distinguir grupos generales de procesos asociados con la producción de productos o la prestación de servicios.

Estos procesos incluyen:

• Procesos de negocios;
• procesos de diseño y desarrollo;
• procesos de producción;
• procesos de control y anlisis.

• Los procesos de negocio son procesos que aseguran la interacción dentro de la organización y con las partes interesadas externas (clientes, proveedores, autoridades reguladoras, etc.). Esta categoría de procesos incluye los procesos de marketing y ventas, la interacción con los consumidores, los procesos de planificación financiera, personal, material y contabilidad, etc.
• Procesos de diseño y desarrollo Todos los procesos involucrados en el desarrollo de un producto o servicio. Estos procesos incluyen los procesos de planificación del desarrollo, recopilación y preparación de datos iniciales, implementación del proyecto, control y análisis de los resultados del diseño, etc.
• Procesos de manufactura Son los procesos necesarios para producir un producto o prestar un servicio. Este grupo incluye todos los procesos productivos y tecnológicos. También incluyen procesos de planificación de requisitos y planificación de capacidad, procesos de logística y procesos de servicio.
• Procesos de control y análisis- este grupo de procesos está asociado con la recolección y procesamiento de información sobre la ejecución de procesos. Dichos procesos incluyen procesos de control de calidad, gestión operativa, procesos de control de inventario, etc.

La mayoría de los procesos pertenecientes a estos grupos pueden ser automatizados. Hasta la fecha, existen clases de sistemas que brindan automatización de estos procesos.

Estrategia de Automatización de Procesos

La automatización de procesos es una tarea compleja y que requiere mucho tiempo. Para resolver con éxito este problema, es necesario adherirse a una determinada estrategia de automatización. Le permite mejorar los procesos y obtener una serie de beneficios significativos de la automatización.

Brevemente, la estrategia se puede formular de la siguiente manera:

• comprensión del proceso. Para automatizar el proceso, debe comprender proceso existente con todos sus detalles. El proceso debe ser completamente analizado. Se deben determinar las entradas y salidas del proceso, la secuencia de acciones, la relación con otros procesos, la composición de los recursos del proceso, etc.
• simplificación del proceso. Una vez realizado el análisis del proceso, es necesario simplificar el proceso. Deben reducirse las operaciones extra que no aportan valor. Las operaciones individuales se pueden combinar o ejecutar en paralelo. Se pueden proponer otras tecnologías para su ejecución para mejorar el proceso.
• automatización de procesos. La automatización de procesos solo se puede realizar después de que el proceso se haya simplificado tanto como sea posible. Cuanto más simple sea el flujo del proceso, más fácil será de automatizar y más eficiente será el proceso automatizado.

Etapas y medios de automatización de la producción.

El precursor de la automatización fue la compleja mecanización de la producción, durante la cual las funciones físicas de una persona en el proceso de producción se realizaban mediante mecanismos manuales. Al mismo tiempo, se facilitó físicamente el trabajo humano, y el control de mecanismos se convirtió en su principal actividad. La mecanización tiene como objetivo aliviar las condiciones labor humana y mejorando su rendimiento.

A medida que avanza la mecanización surge la tarea de automatizar total o parcialmente el control de los mecanismos. Como resultado de la solución de este problema, se crean autómatas tecnológicos que son capaces de más o menos en menor grado realizar funciones de producción sin intervención humana. La aparición y difusión de las máquinas tecnológicas sentó las bases para la automatización de la producción.

En el desarrollo de la automatización, se pueden distinguir varias etapas sucesivas, cada una de las cuales se caracteriza por la aparición de nuevas herramientas de automatización y la expansión de la composición de los objetos de automatización de producción. En resumen, en relación con producción industrial, podemos distinguir las siguientes etapas principales de automatización.

1. Automatización de la producción en masa. En la producción en masa de productos industriales, la tarea de aumentar la productividad laboral es particularmente aguda. Aquí, son posibles costos significativos para las herramientas de automatización, ya que al estar relacionadas con una unidad de producción (con una gran cantidad de unidades de producción), conducen a un aumento aceptable en su precio.

Como resultado, se vuelve conveniente crear y utilizar en la producción de máquinas tecnológicas especializadas y especiales. Cada una de estas máquinas está diseñada para una sola operación tecnológica o un conjunto limitado de operaciones tecnológicas en la producción de un producto en particular. La tarea de reestructurar la máquina para la producción de otros productos se establece de forma limitada o no se establece en absoluto.

El principal objetivo de la automatización es obtener la máxima productividad. El proceso tecnológico de fabricación de un producto se divide en operaciones simples de corta duración, que se pueden realizar en paralelo en diferentes máquinas tecnológicas.

Las líneas de producción se crean a partir de máquinas tecnológicas de acuerdo con la secuencia de operaciones tecnológicas del proceso de fabricación del producto. Se logra un aumento adicional en el nivel de automatización mediante la automatización del transporte interoperativo y el almacenamiento intermedio (almacenes interoperativos de productos semiacabados). El resultado de una automatización tan compleja del proceso tecnológico es la creación de líneas automáticas.

La línea automática implementa en modo automático el proceso tecnológico de fabricación de un determinado producto. La línea automática para alcanzar la máxima productividad está construida con materiales especiales y equipo especializado. La creación e implementación de una línea automática requiere mucho tiempo y los costos de materiales Por lo tanto, tales líneas son económicamente eficientes solo en la producción en masa de productos, cuando el mismo producto se produce continuamente en grandes cantidades sin cambios durante varios años. Las líneas automáticas tienen oportunidades limitadas para el cambio a la fabricación de otros productos, o tales oportunidades no se brindan en absoluto.

Dado que el uso de líneas automáticas y máquinas tecnológicas cíclicas se limita a la producción en masa y a gran escala, los volúmenes de producción automatizada basados ​​en ellas son correspondientemente limitados. Según diversas estimaciones, el volumen de producción en masa y en gran escala es del 15 al 20% de la producción total, y esta participación tiende a disminuir. En consecuencia, el nivel de automatización de la producción con la ayuda de líneas automáticas y máquinas de ciclo no puede ser superior al 15-20%. En realidad, este nivel es aún más bajo.

Las máquinas tecnológicas cíclicas y las líneas automáticas se encuentran entre los medios de automatización "dura". Con su ayuda, es posible lograr una productividad laboral muy alta, pero el alcance de tales herramientas es limitado, y solo sobre su base, la automatización total de la producción es imposible.

2. Automatización de las principales operaciones de procesamiento de la producción de múltiples productos. La producción multiproducto implica la fabricación de varios productos en lotes de un volumen limitado en un tiempo limitado. La gama de productos y los volúmenes de los lotes pueden variar ampliamente: desde artículos individuales hasta lotes de producción a mediana escala.

En la producción de múltiples productos, el equipo tecnológico debe ser en gran parte universal y proporcionar reajuste y reestructuración para la fabricación de varios productos (dentro de las capacidades tecnológicas del equipo). En el caso de la producción automatizada, dicho reajuste y reestructuración debe realizarse automáticamente con una cantidad mínima de operaciones manuales o con su eliminación total.

El cumplimiento de las condiciones enumeradas define la automatización "flexible". El principio básico de la automatización flexible es el principio del control programático de los equipos tecnológicos. El ciclo operativo de la máquina tecnológica se establece entonces mediante un programa de control que contiene una descripción codificada de la secuencia de los elementos del ciclo utilizando ciertos símbolos. El programa de control se desarrolla por separado del equipo controlado y se elabora en algún medio de máquina, lo que hace posible su lectura. dispositivo automático control de la máquina tecnológica.

Por primera vez, este principio (que surgió y mejoró durante el control por computadora) se implementó para la automatización de máquinas herramienta para corte de metales. Aparecieron y comenzaron a distribuirse ampliamente las máquinas herramienta con control numérico (CNC). Los primeros modelos de máquinas CNC, por falta de perfección, requerían, al cambiar el ciclo de trabajo, no sólo la sustitución del programa de control, sino también algunas operaciones manuales de reajuste. Dichas máquinas resultaron ser efectivas al procesar lotes del mismo tipo de piezas con un volumen de al menos 50 a 100 piezas. Como los principios CNC han mejorado y soluciones tecnicas este límite se ha reducido constantemente, y hoy en día las máquinas CNC son efectivas incluso en la producción individual.

En un principio, las máquinas CNC se crearon para ciertos tipos proceso mecanico. Posteriormente, se generalizaron las máquinas CNC multioperativas con cambio automático de la herramienta de procesamiento (centros de mecanizado).

Las máquinas CNC le permiten automatizar el proceso de procesamiento de piezas y son flexibles, ya que pueden reconfigurarse para procesar piezas de una forma diferente reemplazando el programa de control. Esta circunstancia permite, por ejemplo, automatizar el proceso de cambio de máquina y, en consecuencia, aumenta el nivel de automatización de la producción.

El principio de CNC, debido a su eficiencia, se ha generalizado para otros equipos tecnológicos, lo que permitió proporcionar una automatización flexible de diversas operaciones tecnológicas. Los equipos CNC se utilizan principalmente en la ingeniería mecánica, la fabricación de instrumentos y la metalurgia. Sin embargo, su uso no se limita a las industrias enumeradas.

La principal desventaja de los equipos CNC es la falta de automatización de las operaciones auxiliares y la necesidad de mantenimiento manual del equipo. Esta circunstancia conduce a una disminución en el factor de utilización del equipo al nivel de 40 a 60%.

3. Robótica industrial. La automatización de las operaciones principales de los procesos tecnológicos ha llevado a un aumento de la contradicción entre el nivel de automatización de los mismos y el nivel de automatización de las operaciones auxiliares (principalmente la carga y descarga de equipos automatizados). Como medio para eliminar esta contradicción, se propuso el concepto de un autómata sintonizable controlado por programa para realizar operaciones auxiliares para el mantenimiento de equipos automatizados.

Tales máquinas aparecieron en los años sesenta del siglo pasado y se llamaron robots industriales (IR). Los primeros desarrollos de robots industriales se centraron en reemplazar a una persona al cargar piezas de trabajo en máquinas tecnológicas y descargar productos procesados. Sobre la base de la máquina tecnológica y el robot que la sirve, se crean complejos tecnológicos robóticos (RTC), que son células tecnológicas complejamente automatizadas.

Con la ayuda de RTK, es posible automatizar de manera integral operaciones tecnológicas individuales o un conjunto limitado de operaciones tecnológicas en una producción de múltiples productos. Los primeros RTK que usaban CR simple con control de ciclo fueron efectivos en la producción a mediana escala. Con la mejora de PR (robots CNC, robots adaptativos, robots inteligentes), su flexibilidad y la posibilidad de uso efectivo en la producción a pequeña escala e individual están aumentando.

Los robots industriales están en constante mejora. En el proceso de mejora, se mejoran las características técnicas de los robots, se amplía su funcionalidad y se amplía el ámbito de aplicación. Actualmente, el grueso de las PR fabricadas se centra en la realización de operaciones tecnológicas: soldadura, pintura, montaje y algunas otras operaciones tecnológicas básicas. Junto a tales robots, se siguen utilizando robots de carga y descarga, han aparecido robots de transporte, etc.

4. Automatización de la gestión. La gestión en cualquier producción requiere resolver una gran cantidad de tareas de recolección y procesamiento de información, toma de decisiones y seguimiento de su ejecución. Se atraen importantes recursos humanos para resolver problemas de gestión. Calidad de la solución tareas gerenciales determina en gran medida el resultado de la producción.

La posibilidad de automatización de la gestión apareció con el desarrollo y el uso generalizado de las computadoras, cuando las computadoras estuvieron disponibles para uso de empresas individuales. Había una posibilidad de automatización (con la ayuda de una computadora y el correspondiente software) procesos para recopilar y procesar la información necesaria para tomar decisiones gerenciales y monitorear el progreso de la producción. Con el uso de computadoras, comenzaron a resolverse problemas de planificación de la producción, problemas de apoyo material, problemas de contabilidad de mano de obra y salarios, así como una serie de otros problemas de gestión de la producción.

La solución de tales problemas no estaba estrictamente ligada en el tiempo a los procesos de producción y podía llevarse a cabo en el tiempo de "máquina" de la computadora, es decir durante el período de tiempo que sea necesario para la ejecución del programa informático correspondiente. La característica de esta etapa de automatización fue la creación de centros de cómputo centralizados en producción para resolver problemas de control. La comunicación entre las computadoras y la producción se llevó a cabo principalmente utilizando personal operativo.

Similar sistemas centralizados llamados sistemas automatizados de control de producción (APCS). El sistema de control automatizado da solución a los problemas de organización y despacho de la gestión de la producción. El principal efecto de la introducción de sistemas de control automatizados es reducir el tiempo requerido para tomar decisiones de gestión, aumentar la eficiencia de la gestión y su calidad, así como reducir el personal de gestión involucrado en el procesamiento rutinario de la información.

Una parte importante de la gestión en la producción recae en las tareas de gestión operativa y técnica de los equipos de producción y los procesos tecnológicos. Para automatizar la solución de estos problemas, es necesario proporcionar una conexión directa entre la computadora de control y los objetos de control. Además, las tareas de gestión operativa y técnica deben ser resueltas en tiempo real del proceso controlado.

Por lo tanto, junto con los sistemas de control automatizado, aparecieron los sistemas de control de procesos automatizados (APCS), que brindan soluciones automatizadas para las tareas de gestión operativa, técnica, de despacho y organizativa de procesos tecnológicos individuales de producción. La integración de sistemas de control de procesos automatizados con un complejo tecnológico automatizado asegura la implementación del concepto de tecnología no tripulada en la producción.

5. Automatización de trabajos de ingeniería. La producción requiere el costo de mano de obra altamente calificada de especialistas: ingenieros. Los ingenieros desarrollan nuevos productos, realizan investigaciones y pruebas, desarrollan nuevos procesos y actualizan los antiguos. Sin mano de obra de ingeniería, el progreso de la producción es imposible. El costo de pagar la mano de obra de ingeniería en los costos de producción es una parte significativa (según los estándares de los países industrializados).

El deseo de aumentar la eficiencia del trabajo de ingeniería, reducir los costos de material y tiempo para diseñar productos nuevos o modernizados, para investigar, para preparar la producción ha llevado a la aparición de sistemas automatizados apropiados. La base de tales sistemas fue el uso de computadoras, ya que el trabajo de ingeniería es un trabajo intelectual. Los problemas típicos de ingeniería son problemas heurísticos basados ​​en una cantidad significativa de trabajo rutinario.

Trabajo rutinario (obtener información de contexto, diseño de resultados, diseño de dibujos y documentos de texto, etc.) en la mayoría de los casos se prestan a la algoritmización (descripción en forma de secuencia determinista de operaciones simples) y, por tanto, pueden ser automatizados mediante un ordenador. En principio, cualquier proceso que pueda algoritmizarse puede automatizarse.

Los medios de automatización del trabajo de ingeniería son complejos de software y hardware basados ​​​​en computadora: sistemas de automatización de diseño (CAD), sistemas automatizados investigación científica(ASNI), sistemas automatizados de preparación tecnológica de la producción (ASTPP). Los dos primeros sistemas son utilizados por diseñadores e investigadores para desarrollar productos nuevos o mejorar los existentes. El resultado de su trabajo son proyectos técnicos y de trabajo de nuevos productos.

Para implementar estos proyectos, es necesario preparar la producción de los productos diseñados. Esta tarea se asigna a especialistas-tecnólogos que diseñan nuevos procesos tecnológicos o modernizan los existentes. Para automatizar el trabajo de los tecnólogos (aquellos trabajos que se prestan a la algoritmización), están destinados los ASTPP. El uso de ASTPP le permite aumentar la eficiencia de la preparación de la producción, reducir los costos de material y tiempo para este proceso, mejorar la calidad de los resultados y reducir los costos de mano de obra humana.

6. Integración de los sistemas de producción automatizados en una única producción automatizada flexible (FAP). La integración es el intercambio y la interacción de los sistemas de automatización anteriores para lograr el objetivo final de producción. Al mismo tiempo, los sistemas de automatización de las funciones intelectuales humanas (diseño, gestión, investigación, desarrollo tecnológico) utilizan bases de datos comunes, lo que garantiza un intercambio directo de información entre ellos.

En GAP, el principio fundamental del control de equipos y procesos es el control de software de computadora, que garantiza la reestructuración de la producción para la producción de productos nuevos o actualizados por software (reemplazo de programas de control) en un modo automatizado. Como resultado, la producción adquiere la propiedad de flexibilidad e implementa el concepto de tecnología flexible. La automatización integrada del trabajo humano permite reducir 20 veces la participación del trabajo humano en el GAP en comparación con la producción tradicional. Tal producción implementa el concepto de tecnología no tripulada.

Bajo las condiciones de HAP, las funciones tanto físicas como intelectuales de una persona están automatizadas. Las computadoras son el medio principal para automatizar las funciones intelectuales. Por lo tanto, HAP a menudo se denomina producción integrada e informatizada.

1. Características del diseño de procesos tecnológicos en las condiciones de producción automatizada.

La base de la automatización de la producción son los procesos tecnológicos (TP), que deben garantizar una alta productividad, confiabilidad, calidad y eficiencia de los productos de fabricación.

Un rasgo característico del procesamiento y ensamblaje de TP es la orientación estricta de las piezas y las herramientas entre sí en el flujo de trabajo (la primera clase de procesos). El tratamiento térmico, el secado, la pintura, etc., a diferencia del procesamiento y el ensamblaje, no requieren una orientación estricta de la pieza (la segunda clase de procesos).

La TP se clasifica por continuidad en discreta y continua.

El desarrollo de TP AP en comparación con la tecnología de producción no automatizada tiene sus propios detalles:

1. El TP automatizado incluye no solo operaciones de mecanizado heterogéneas, sino también tratamiento a presión, tratamiento térmico, montaje, inspección, embalaje, así como operaciones de transporte, almacenamiento y otras.

2. Los requisitos de flexibilidad y automatización de los procesos de producción dictan la necesidad de un estudio completo y detallado de la tecnología, un análisis exhaustivo de las instalaciones de producción, un estudio de la ruta y la tecnología operativa, asegurando la confiabilidad y flexibilidad del proceso de fabricación de productos con un calidad dada.

3. Con una amplia gama de productos, las soluciones tecnológicas son multivariantes.

4. El grado de integración del trabajo realizado por varios departamentos tecnológicos es cada vez mayor.

Principios básicos de construcción de la tecnología de mecanizado en APS

1.El principio de completitud . Se debe procurar realizar todas las operaciones dentro de la misma APS sin traslado intermedio de productos semielaborados a otras unidades u oficinas auxiliares.

2.El principio de la tecnología de bajo funcionamiento. Formación de TP con la máxima consolidación de operaciones posible, con un número mínimo de operaciones e instalaciones en operaciones.

3.El principio de la tecnología de "gente pequeña". Garantizar el funcionamiento automático de APS dentro de todo el ciclo de producción.

4.El principio de la tecnología "sin depuración" . Desarrollo de soluciones técnicas que no requieran depuración en los puestos de trabajo.

5.El principio de la tecnología controlada activamente. Organización de la gestión de TP y corrección de decisiones de diseño basadas en información de trabajo sobre el progreso de TP. Se pueden corregir tanto los parámetros tecnológicos formados en la etapa de control como los parámetros iniciales de la preparación tecnológica de la producción (TPP).

6.Principio de optimización . Tomar una decisión en cada etapa de la gestión de TPP y TP en base a un único criterio de optimalidad.

Además de los considerados para la tecnología APS, también son característicos otros principios: tecnología informática, seguridad de la información, integración, documentación sin papeles, tecnología grupal.

2. TP típico y de grupo

La tipificación de procesos tecnológicos para grupos de piezas similares en configuración y características tecnológicas prevé su fabricación según el mismo proceso tecnológico, basado en el uso de los métodos de procesamiento más avanzados y asegurando la consecución de la máxima productividad, economía y calidad. La tipificación se basa en las reglas para procesar superficies elementales individuales y las reglas para asignar el orden en el que se procesan estas superficies. Los TC típicos se utilizan principalmente en la producción a gran escala y en masa.

El principio de la tecnología de grupo subyace a la tecnología de producción reconfigurable - pequeña y mediana escala. A diferencia de la tipificación TP con tecnología de grupo característica común es el carácter común de las superficies procesadas y sus combinaciones. Por lo tanto, los métodos de procesamiento en grupo son típicos para procesar piezas con una amplia gama.

Tanto la tipificación TP como el método de tecnología de grupo son las direcciones principales para la unificación de soluciones tecnológicas que aumentan la eficiencia productiva.

Clasificación de piezas

La clasificación se realiza con el fin de determinar grupos de piezas tecnológicamente homogéneas para su procesamiento conjunto en un entorno de producción grupal. Se lleva a cabo en dos etapas: clasificación primaria, es decir, codificación de los detalles de la producción objeto de estudio según el diseño y las características tecnológicas; clasificación secundaria, es decir, agrupación de partes con características de clasificación iguales o ligeramente diferentes.

Al clasificar las piezas, se deben tener en cuenta las siguientes características: estructural: dimensiones generales, peso, material, tipo de procesamiento y pieza de trabajo; número de operaciones de procesamiento; precisión y otros indicadores.

La agrupación de piezas se realiza en la siguiente secuencia: selección de un conjunto de piezas a nivel de clase, por ejemplo, cuerpos de revolución para la producción de mecanizado; selección de un conjunto de partes a nivel de subclase, por ejemplo, partes del tipo eje; clasificación de piezas por combinación de superficies, por ejemplo, ejes con una combinación de superficies cilíndricas lisas; agrupación por dimensiones generales con selección de áreas con la máxima densidad de distribución de tamaños; determinación según el diagrama de áreas con el mayor número de nombres de piezas.

Manufacturabilidad de diseños de productos para condiciones de accidente

El diseño de un producto se considera fabricable si su fabricación y funcionamiento requieren un gasto mínimo de materiales, tiempo y dinero. La evaluación de la capacidad de fabricación se lleva a cabo de acuerdo con criterios cualitativos y cuantitativos por separado para espacios en blanco, piezas mecanizadas, unidades de ensamblaje.

Las piezas que se van a procesar en la AM deben ser tecnológicamente avanzadas, es decir, de forma y dimensiones simples, consistir en superficies estándar y tener una tasa máxima de utilización de material.

Las piezas a ensamblar deben tener tantas superficies de conexión estándar como sea posible, los elementos más simples de orientación de las unidades y piezas de ensamblaje.

3. Características del diseño de procesos tecnológicos para la fabricación de piezas en líneas automáticas y máquinas CNC.

Una línea automática es un complejo de funcionamiento continuo de equipos y sistemas de control interconectados, donde es necesaria la sincronización de tiempo completo de operaciones y transiciones. Los métodos más efectivos de sincronización son la concentración y diferenciación de TP.

Diferenciación del proceso tecnológico, simplificación y sincronización de transiciones - las condiciones necesarias fiabilidad y rendimiento. La excesiva diferenciación conduce a la complicación de los equipos de servicio, aumento de áreas y volumen de servicio. Una concentración conveniente de operaciones y transiciones, sin reducir prácticamente la productividad, puede llevarse a cabo por agregación, utilizando ajustes multiherramienta.

Para sincronizar el trabajo en una línea automática (AL), se determina una herramienta limitadora, una máquina limitadora y una sección limitadora, según la cual se establece el ciclo de liberación real de AL (min) según la fórmula

Dónde F- el fondo real del equipo, h; norte- programa de lanzamiento, uds.

Para garantizar una alta confiabilidad, el AL se divide en secciones que se conectan entre sí a través de dispositivos de almacenamiento que brindan la llamada conexión flexible entre las secciones, lo que garantiza el funcionamiento independiente de las secciones adyacentes en caso de falla en una de ellas. Se mantiene una conexión rígida dentro del sitio. Para los equipos de acoplamiento duro, es importante planificar el momento y la duración de las paradas planificadas.

Las máquinas CNC proporcionan productos de alta precisión y calidad y se pueden utilizar en el procesamiento de piezas complejas con contornos escalonados o curvos precisos. Esto reduce el costo de procesamiento, calificación y número de personal. Las características del procesamiento de piezas en máquinas CNC están determinadas por las características de las propias máquinas y, en primer lugar, por sus sistemas CNC, que proporcionan:

1) reducir el tiempo de ajuste y reajuste de equipos; 2) aumentar la complejidad de los ciclos de procesamiento; 3) la posibilidad de implementar movimientos de ciclo con una trayectoria curvilínea compleja; 4) la posibilidad de unificación de sistemas de control (CS) de máquinas herramienta con CS de otros equipos; 5) la posibilidad de utilizar una computadora para controlar las máquinas CNC que forman parte de la APS.

Requisitos básicos para la tecnología y organización del mecanizado en APS reconfigurable sobre el ejemplo de la fabricación de piezas estándar básicas

El desarrollo de tecnología en APS se caracteriza por un enfoque integrado: un estudio detallado no solo de las operaciones y transiciones principales, sino también auxiliares, incluido el transporte de productos, su control, almacenamiento, prueba y embalaje.

Para estabilizar y mejorar la confiabilidad del procesamiento, se utilizan dos métodos principales para construir TP:

1) el uso de equipos que proporcionen un procesamiento confiable casi sin intervención del operador;

2) regulación de parámetros de TP basada en el control de productos durante el proceso mismo.

Para aumentar la flexibilidad y la eficiencia, APS utiliza el principio de tecnología de grupo.

4. Características del desarrollo del proceso tecnológico para el ensamblaje automatizado y robótico.

El ensamblaje automatizado de productos se lleva a cabo en máquinas de ensamblaje y AL. Una condición importante para el desarrollo de un TP racional para el ensamblaje automatizado es la unificación y normalización de las conexiones, es decir, llevarlas a un cierto rango de tipos y precisión.

La principal diferencia en la producción robótica es la sustitución de ensambladores por robots ensambladores y la ejecución del control por robots de control o dispositivos de control automático.

El ensamblaje robótico debe realizarse según el principio de intercambiabilidad completa o (con menos frecuencia) según el principio de intercambiabilidad grupal. Se excluye la posibilidad de montaje, ajuste.

La ejecución de las operaciones de montaje debe proceder de lo simple a lo complejo. Dependiendo de la complejidad y dimensiones de los productos, se elige la forma de organización del montaje: estacionario o transportador. La composición del RTK es equipo de montaje y accesorios, un sistema de transporte, robots de montaje operativos, robots de control y un sistema de control.