Арегатирование оборудования по изготовлению деталей газовой аппаратуры

Размещено на http://www.allbest.ru

Реферат

Расчетно-пояснительная записка: 1 с., 6 рис., 20 табл., 8 приложений, 20 источников 10 листов А1 чертежей.

Объект проектирования - детали газовой аппаратуры в условиях массового производства Дружковского завода газовой аппаратуры.

Цель работы - усовершенствование методов автоматизированного производства и сборки деталей газовой аппаратуры путем агрегатирования операций.

В работе рассматривается принцип агрегатирования оборудования по изготовлению деталей газовой аппаратуры на примере газового крана ДЖ 1470.

Рассмотрены основные направления и задачи автоматизации производственных поцессов с учетом актуальных проблем автоматизации массового производства.

Для анализа возможности применения в массовом производстве автоматизированного оборудования при получении деталей газовой аппаратуры проведены замеры времени обработки 5000 штук деталей «корпуса» и «пробки» на трех видах оборудования: одношпиндельных станках автоматах, многошпиндельных обрабатывающих центрах и агрегатных станках.

После опытных замеров произведены расчеты производительности по каждому из видов оборудования для выявления возможности применения станков в производстве с расчетом трудоемкости и экономической эффективности.

После разработано оптимальное агрегатирование станочных систем массового производства и составлена универсальная схема направленного поиска оптимального варианта построения станочных систем на основе экономической эффективности каждого вида оборудования.

По схеме направленного поиска составлена таблица синтеза технологического процесса механической обработки на примере детали «пробка» с последующей автоматической сборкой газового крана.

В работе приведены электрические схемы управления силовыми головками и автоматическими линиями из агрегатных станков, что позволяет без вмешательства человека производить обработку деталей газового крана.

В специальной части дипломной работы спроектировано загрузочно - ориентирующее и установочно - зажимное приспособление для обработки детали «пробка» в автоматическом режиме. На приспособление подана заявка на изобретение.

В разделе экономика предприятия выполнены расчеты для выявления экономической эффективности целесообразного в массовом производстве оборудования для механообработки.

Раздел охраны туда содержит рекомендации по оптимальны условиям труда, пожарной безопасности, электробезопасности, оздоровлению воздушной среды, методам и средствам обеспечения безопасности технологических процессов и выполнены расчеты по определению необходимого количества искусственного заземления.

Введение

Тенденцией научно - технического прогресса является переход от решения локальных задач автоматизации, разработки конструкций отдельных машин-автоматов и полуавтоматов к созданию законченных систем машин, агрегатов приборов, решающих задачу выпуска конечной продукции с использованием новейших достижений прогрессивной техники, промышленных роботов.

Создание автоматических линий и выполнение проектно-конструкторских работ на уровне систем машин весьма специфично и включает ряд сложных задач, с которыми не приходится сталкиваться при конструировании обычного технологического оборудования и оснастки. Это, прежде всего разработка многооперационных технологических процессов с концентрацией операций, выявление всевозможных вариантов построения систем машин в целом и выбор оптимального, проведение многоступенчатых приемно-сдаточных испытаний. Именно применительно к проектированию автоматических линий наиболее перспективны методы и системы автоматизированного проектирования. Наконец весьма сложны вопросы рациональной эксплуатации автоматических линий, реализации всех потенциальных возможностей, заложенных в технологических процессах и конструкциях машин.

1. Аналитический обзор

1.1 Основные направления и задачи автоматизации производственных процессов

Одной из проблем развития производства в ряде промышленно развитых стран в 2000-2005-м году является проблема дефицита трудовых ресурсов, обусловленная демографическими факторами и перераспределением числа работающих в производственной и непроизводственной сферах, а также и другая, не менее сложная проблема -- растущая непопулярность ручного труда. Страны пост советского содружества достигли такого уровня социального развития, когда выполнение монотонных и тяжелых ручных работ, которые не требуют особой квалификации, не содержат творческих элементов и не вызывают интереса, становится все более непопулярным и не престижным, особенно среди молодежи. Поэтому те трудности с замещением рабочих мест, которые уже ощущаются и даже признаются значительными, в самом ближайшем будущем резко возрастут, если не будет достигнут перелом в темпах сокращения ручного труда, технического перевооружения и улучшения организации производства. Средством разрешения этих проблем является комплексная автоматизация и механизация производства, т. е. создание и внедрение таких технических средств и систем, которые позволяют выполнять производственные функции либо без участия человека, либо с его ограниченным участием на уровне механизированного труда.

Так, в машино и приборостроении на протяжении многих лет автоматизация металлообработки сводилась в основном к автоматизации процессов обработки резанием, где создано множество конструкций полуавтоматов, автоматов и автоматических линий. Лишь начиная с 60-х годов достигнуты значительные успехи в автоматизации литейного и сварочного производства, обработки давлением и термической обработки. В 70-е годы были автоматизированы так называемые завершающие операции: мойка, сушка, нанесение покрытий и окраска, а уже в 80-х годах были автоматизированы процессы резания с применением систем ЧПУ, начиная с 90-х годов были созданы новые - современные системы ЧПУ позволяющие уменьшить участие человека до 30% то есть его участие сводилось к процессу установки детали, выверки и отладке управляющей программы. В общем комплексе производственных процессов машиностроения автоматизация пока минимальна лишь в процессе сборки. Ближайшие перспективы автоматизации в машиностроении связаны прежде всего с переходом от создания отдельных машин и агрегатов к системам автоматических линий, охватывающих различные стадии производственного процесса -- от заготовительных до сборочных, с комплексной оптимизацией технических решений. Центр тяжести разработок переносится с массового непереналаживаемого на гибкое серийное производство с широкой автоматизацией и механизацией вспомогательных процессов, с реализацией не только технологических, но и организационно-экономических функций управления.

На современном уровне научно-технического и социального прогресса основной формой производства становится комплексно-автоматизированное 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 условия для автоматизации. Можно полагать, что именно 80-е годы стали рубежом между неавтоматизированным и автоматизированным производством, периодом подлинной научно-технической революции. Именно сейчас к научно-техническим предпосылкам впервые добавляется и острейшая социальная необходимость.

Решение задач комплексной автоматизации требует не только целенаправленной деятельности инженерно-технических работников и рабочих, но и больших научных обобщений; отсюда -- формирование научно-теоретических основ комплексной автоматизации как самостоятельного комплекса научных направлений со специфическими научно-методическими основами и математическим аппаратом расчета и анализа. Это обусловлено тем, что важнейшие задачи автоматизации на уровне создания машин-автоматов и их систем решаются не только на основе традиционных прочностных, кинематических и технологических расчетов, но и прежде всего по критериям производительности, надежности, экономической эффективности.

Научные основы комплексной автоматизации содержат следующие основные направления:

теорию управляемых технологических процессов, включая вопросы дифференциации и концентрации операций, адаптивного управления режимами и т. д.;

теорию функционального и структурного анализа технологических операций и автоматизированного оборудования, прежде всего многопозиционных автоматов и автоматических линий;

теорию проектирования систем автоматического управления и регулирования машин-автоматов и их систем;

научные основы расчета и конструирования целевых механизмов и устройств, технологической оснастки и приспособлений;

теорию оптимального проектирования машин-автоматов и их систем, прежде всего многопараметрического синтеза структурно-компоновочных вариантов на ранних этапах проектирования;

научные основы высокопроизводительной и высокоэффективной эксплуатации автоматизированного оборудования и т. д.

Фундаментом этих основных направлений являются: теория точности технологических процессов; теория производительности и надежности машин и их систем; инженерная теория технико-экономической эффективности. Последняя разрабатывает количественные взаимосвязи между показателями экономической эффективности новой техники и конкретными параметрами технологических процессов и машин.

Развитие научно-теоретических основ комплексной автоматизации позволяет решать на более высоком уровне следующие основные задачи:

анализ и выявление наиболее перспективных путей комплексной автоматизации, в первую очередь создание и внедрение гибких автоматизированных производственных систем, правильное понимание технического, экономического и социального эффекта при автоматизации;

научное обобщение опыта работы передовых проектно-конструкторских организаций, отработка оптимальной организации проектно-конструкторских работ, последовательности выполнения этапов и их совмещения во времени по всему процессу создания новой техники -- от технического задания до приемосдаточных испытаний;

разработка общей методологии комплексной оптимизации параметров проектируемого автоматизированного оборудования, с доведением результатов до конкретных инженерных методик, с широким применением методов и средств автоматизированного проектирования;

разработка научных основ и принципов технической политики в области комплексной автоматизации на производственном уровне.

Источниками технического, экономического и социального эффекта при внедрении автоматизированного оборудования любого технологического назначения являются повышение качества выпускаемой продукции по сравнению с качеством продукции неавтоматизированного производства; повышение производительности -- количества годной продукции, выдаваемой машиной или системой в единицу времени; сокращение длительности обслуживания оборудования в процессе его функционирования.

Исследования и анализ показывают, что для непрерывного производства основным источником экономического эффекта является повышение качества (сортности) продукции, для дискретного - повышение производительности машин за счет интенсификации технологических процессов, совмещения операций, сокращения простоев. Необходимость такого комплексного подхода, а также главного условия проектирования -- критерия повышения производительности средств производства -- нельзя переоценить.

Успехи современной автоматики и вычислительной техники привели к тому, что автоматизация производства трактуется лишь как процесс замещения функций человека по обслуживанию машин устройствами и системами управления и контроля, т. е. автоматизация отождествляется с внедрением автоматики, рассматривается как задача электротехнического, управленческого плана, а не конструкторско-технологическая. При этом подразумевается, что технологические процессы, конструкции и компоновки машин остаются в основном на прежнем уровне, но при этом присутствие человека не является необходимым. Содержание любого процесса производства составляют, и будут составлять технологические процессы получения материалов, их обработки, контроля и сборки изделий, материализованные в конструкциях и компоновках машин, аппаратов и их систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности качества и количества выпускаемой продукции, экономической эффективности производства. Любая система управления (от ручной до автоматической, самоорганизующейся) есть лишь форма реализации этих возможностей. Никакая автоматика не может дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного производства обладают низким потенциалом вследствие своей низкой интенсивности, отсутствия концентрации операций, их совмещения во времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которые десятилетиями складывались применительно к его ограниченным возможностям, не является перспективным.

Автоматизация производства в машиностроении есть комплексная конструкторско-технологическая задача создания новой техники, принципиально отличной от технического арсенала средств неавтоматизированного производства. 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 были бы вообще невозможны при непосредственном участии человека. Правильное понимание сущности автоматизации, ее основной направленности является необходимой предпосылкой 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 в работе не учитывались. 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. Особенностью современного этапа научно-технического прогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность ресурсов. Поэтому необходимо так выбирать ограниченное количество объектов разработки, чтобы получать наибольшие результаты при реальных возможностях. В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где можно добиться результатов вследствие применения прогрессивной технологии -- новых методов и процессов, концентрации операций, многопозиционной и многоинструментальной обработки. В тактическом плане это означает -- избегать развертывания работ или тиражирования технических средств, по которым не просматриваются конечные результаты или эти результаты 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%--в результате повышения или стабилизации качества продукции, 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 лишь затем на число обслуживающего персонала. Обязательное условие -- обеспечение заинтересованности всех рабочих во внедрении автоматизированного оборудования и его успешном функционировании.

Рассмотрение с этих позиций даже самых перспективных средств автоматизации -- станков с ЧПУ, промышленных роботов, АСУТП и др.-- показывает неравноценность их внедрения в различных условиях производства. Так, применение станков с ЧПУ взамен универсальных позволяет получить при контурно-фрезерных операциях выигрыш в производительности в 2,5--3 раза, при обработке деталей типа плоских панелей -- в 1,5--2 раза. При обработке же глубоких отверстий в корпусных изделиях мы проигрываем до 20--40% [1]. Следовательно, станки с ЧПУ нельзя применять «вслепую».

Автоматические манипуляторы на операциях сварки, окраски, нанесения гальванических покрытий позволяют улучшать качество изделий и избавляют человека от работы в особо неблагоприятных условиях; при этом достигается повышение производительности оборудования. В то же время манипуляторы для автоматической загрузки на металлорежущих станках дают выигрыш только по фонду заработной платы, но при этом мы, как правило, проигрываем в длительности рабочего цикла, так как большинство манипуляторов выполняют цикл съема-загрузки деталей массой 3--10 кг за 25--40 с (двурукие) или за 40--50 с (однорукие), в то время как вручную рабочий устанавливает деталь всего за 10--15 с.

Следовательно, при невозможности произвести в короткие сроки достаточно большое число манипуляторов попытки внедрения их без анализа возможных результатов по всем показателям производства к хорошему привести не могут.

Второй принцип технической политики при автоматизации производства -- 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 в конечном итоге решены на новом, более высоком уровне [1]. Иногда достаточно упустить из поля зрения хотя бы один компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и вся система мероприятий по автоматизации оказывается неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, например, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при сохранении отсталой технологии. И промышленные роботы, и автоматизированные системы управления должны разрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкций и в комплексе приспосабливаться к требованиям производства -- лишь тогда они будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизации производства -- принцип необходимости: средства автоматизации, включая самые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можно приспособить, а в первую очередь там, где без них уже нельзя обойтись[1].

Значимость современных средств электроники и вычислительной техники -- не только и не столько в замене функций человека при обслуживании известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностях создания на их основе средств производства, которые раньше не могли быть созданы. Так, современные установки электронно-литографии, контроля интегральных схем и другие могли быть построены только на основе микропроцессорного управления, потому что управление процессами, которые там осуществляются, выходит за рамки физических возможностей человека.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущих станков, прессов, сварочных установок -- однопозиционные и одноинструментальные. В них одновременно обрабатывается лишь одно изделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременно управлять несколькими процессами или объектами. Применение современной электроники позволяет создавать оборудование с высокой степенью концентрации технологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому техническая политика, особенно при создании гибких производственных систем для серийного производства, должна быть направлена в первую очередь на проектирование и внедрение многоинструментальных и многопозиционных машин с дифференциацией и концентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционного оборудования. Следует терпеливо искать в качестве первоочередных объектов автоматизации такие, где человек в паре с действующими механизмами не сможет конкурировать с роботом.

Четвертый принцип технической политики при автоматизации-- своевременность: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимо [1]. К сожалению, часто стремятся к быстрейшему тиражированию не достаточно отработанных конструкций, а лишь доведенных до уровня, «способных функционировать». В конечном итоге волевое внедрение дорогих, малонадежных и тихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации. Поэтому задачей настоящего времени является сосредоточение средств на самых перспективных направлениях.

1.2 Современные проблемы автоматизации массового производства

Создание высокоавтоматизированного производства требует крупных капиталовложений, высокого научного потенциала, а также интеллектуализации подхода к его последовательности в соответствии с подготовленностью, наличием благоприятных условий и ожидаемым эффектом.

Кадровые, технические, производственные и материальные средства следует направлять на автоматизацию основных и вспомогательных процессов и операций в цехах таких предприятий и в таких отраслях, где реально существуют значительные возможности и еще неиспользованные резервы для успешного решения кардинальных проблем: многократного повышения производительности труда, увеличения выпуска продукции значительно улучшенного качества, высвобождения трудовых ресурсов для использования их в других производствах, где уже сейчас ощущается острая нехватка рабочих. И самая главная проблема -- с помощью автоматизации коренным образом изменить содержание и характер труда и производственной деятельности, повысив их эффективность, производительность и привлекательность с учетом наиболее полного соответствия требованиям интеллектуальной трудовой деятельности.

Автоматизация непрерывных основных производственных процессов и дискретных производственных процессов (основных и вспомогательных) -- принципиально разные проблемы. Различны возможности автоматизации инженерного труда, технической и технологической подготовки, управленческой, научно-исследовательской деятельности и пр. Различны и результаты реализации этих направлений.

В ныне действующих высокоавтоматизированных цехах и предприятиях с непрерывными основными технологическими процессами не существует возможностей и резервов для существенного повышения производительности труда и высвобождения рабочих для других производств и отраслей, ибо в непрерывных технологических процессах численность производственного персонала минимальна В непрерывных видах производств существуют резервы для лучшего использования материалов и сырья, энергии, для стабилизации технологического процесса с последующим улучшением качества выпускаемой продукции. Однако здесь наряду с осуществлением непрерывных основных производственных процессов происходят многочисленные и разнообразные дискретные производственные процессы и операции -- основные и вспомогательные. В их осуществлении, в большинстве своем ручном, заняты почти все рабочие этих производств и отраслей при чрезвычайно низких показателях эффективности и производительности труда, при значительном негативном влиянии субъективного фактора на количество и качество изготовляемой продукции.

Так, например, в химической промышленности такими процессами являются производство резиновых деталей и изделий, пластмассовых деталей, операции и процессы в парфюмерном, фармацевтическом производстве и пр. Многочисленны производства в пищевой промышленности со значительной долей дискретных процессов и операций, целых дискретных производств в них. Все вспомогательные процессы и операции, связанные с сортировкой, расфасовкой, упаковкой, пакетированием, наполнением бутылок и т. д., а также транспортированием, складированием, контролем и пр., являются дискретными [1].

Вторая, большая часть дискретного производства находится в таких отраслях, как машино- и приборостроение, включая электронное, электротехническое, транспортное, сельскохозяйственное машиностроение и пр. В заготовительных, механообрабатывающих, сборочных и других цехах машиностроительных предприятий все процессы и операции по изготовлению и контролю деталей, по сборке и испытанию машиностроительных изделий, а также вспомогательные операции по транспортированию, ориентации в пространстве, базированию, закреплению, заправке и освобождению рабочей зоны, складированию заготовок, деталей и готовой продукции являются дискретными [1].

Комплексная автоматизация массового дискретного производства в машиностроении осуществляется построением автоматических участков, цехов и заводов-автоматов.

Однако массовое дискретное производство в машиностроении, даже в самых передовых странах, с высокой степенью кооперирования и специализации, не превышает 12--15%, а вместе с крупносерийным производством -- в сумме не более 25--30%. Для остальной, преобладающей части производства в машиностроении (70--80%) с частой переналадкой и серийным или единичным производством, до недавнего времени соответствующих технических средств для эффективной автоматизации создано не было. В настоящее время комплексная автоматизация серийного производства осуществляется с помощью станков с ЧПУ и многоцелевых станков, промышленных роботов, автоматических переналаживаемых участков, цехов и даже заводов-автоматов, что открывает большие перспективы в создании автоматизированного дискретного производства с безлюдной технологией.

Мощная машиностроительная база для производства автоматических комплексов обеспечила материально-технические возможности высоких темпов создания автоматизированного дискретного производства.

Согласно прогнозам, степень автоматизации в массовом дискретном производстве к 2008 г. достигнет 90--95%, а в серийном производстве -- 60--70%.

Главная характерная особенность дискретного производства заключается в расчленении производственного процесса на отдельные операции и в их последовательном осуществлении на различных производственных машинах и рабочих местах. Такие рабочие операции многочисленны -- на заготовительных процессах, при механической обработке и термических операциях, при сборке. При обработке только одной детали выполняют десятки операций, а любое машиностроительное изделие состоит из сотни и даже тысячи деталей. Учитывая огромную номенклатуру машиностроительных изделий и выпускаемые количества каждого изделия, можно представить огромные объемы разнообразного ручного труда.

Значительные трудности при автоматизации дискретного производства возникают из условия, что любое мероприятие должно решаться конкретно для данного изделия, детали и продукта в соответствии с их особенностями и техническими требованиями к точности размеров и форм, взаимному расположению поверхностей, материалу и массе деталей и пр. Это означает непосредственную связь автоматизации дискретного производства с усовершенствованием существующих изделий и их элементов, с учетом требований, особенностей и возможностей автоматизированного производства.

При многостороннем рассмотрении процесса изготовления каждой детали требуется компетентность и опыт для создания оптимального или близкого к нему варианта технологического процесса, который должен не только отвечать условиям и требованиям конкретного производства, включать новейшие достижения и возможности технологической науки и практики, в том числе новые методы и инструменты, но и обеспечивать высокую производительность будущего автоматизированного комплекса, надежность в эксплуатации с минимальными потерями вследствие простоев, смены и регулировки инструментов и других причин.

Значительны трудности, связанные с высокими требованиями к точности размеров, формы, расположения поверхностей изготовляемой детали и качеству собираемых изделий. Чем выше требуемая точность, тем труднее создать автоматизированное производство, тем сложнее и дороже оснащающее оборудование.

Деятельность специалистов по автоматизации затруднена также ввиду огромного числа вариантов автоматизации каждого дискретного процесса и операции, даже в случаях изготовления или сборки сравнительно простых деталей, так как от правильного выбора варианта зависят как эффективность, так и остальные результаты автоматизации, в том числе работоспособность предложенных решений.

Эти специфические особенности (множественность вариантов) на протяжении десятилетий предопределяли значительное отставание автоматизации дискретных процессов по сравнению с автоматизацией непрерывных основных процессов. Неудовлетворительны и показатели в отношении объема, качества и себестоимости производимой продукции, относительно низка и производительность труда.

Основные закономерности в развитии автоматизации дискретного производства на ближайший период могут быть определены следующим образом:

автоматизация проникает во все звенья производственного процесса, вызывая в них качественные изменения, связанные с повышением производительности труда;

повышается степень автоматизации основных и вспомогательных производственных процессов и операций путем модернизации и, прежде всего, замены оборудования: ускоренным насыщением автоматическими комплексами, автоматическими машинами, автоматизирующими устройствами;

сокращаются суммарные затраты труда, приходящиеся на производство каждой единицы продукции, при непрерывном сокращении затрат живого труда и относительном увеличении овеществленного (прошлого) труда;

сокращается число рабочих в цехах и увеличивается число специалистов и рабочих, занятых подготовкой и созданием высокоэффективного и высокопроизводительного автоматизированного дискретного производства.

В построении материально-технической базы автоматизированного дискретного производства осуществляется переход от самостоятельно действующих станков к созданию и внедрению автоматических комплексов -- автоматических линий для массового дискретного производства и гибких производственных систем для мелкосерийного и серийного дискретного производства.

В автоматизированном производстве на основе новой технологии в целях ускорения автоматизации необходимо раскрыть объективно существующие закономерности, общие признаки и явления при автоматизации разнообразных дискретных производственных процессов.

С повышением степени автоматизации при выполнении основных технологических и вспомогательных процессов возникают новые, до сих пор неизвестные проблемы, ожидающие теоретического осмысления и разработки новых конкретных технических и организационных решений.

Эти проблемы и возможные решения являются общими для всех производств, имеющих дискретный характер. Единая основа автоматизации дискретного производства выражена в общности автоматизирующих устройств и целевых механизмов, встроенных в автоматические комплексы и машины, их управляющих устройств и систем управления. Эта общность существует независимо от их предназначения и отраслей, в которых они эксплуатируются. Общность проявляется в общих закономерностях производительности, надежности, экономической эффективности, в единых методах агрегатирования, определения режимов работы, оценки их прогрессивности и пр.

Разработка теоретических и прикладных проблем, методологических и технических аспектов единой основы автоматизации дискретного производства, определение общности в методах и технических средствах и создание всех необходимых предпосылок для практического их использования в промышленности открывают новые возможности для проведения единой общегосударственной технической политики при автоматизации дискретных процессов во всех отраслях с едиными подходом и методологией.

Прежде всего следует решить проблему организации мощной элементной базы с производством в необходимом количестве и номенклатуре дешевых и качественных механических, электромеханических, гидравлических, пневматических, электронных и других элементов.

Другой важной проблемой является создание типовых автоматизирующих устройств -- транспортных, подающих, ориентирующих, контрольных, складирующих и других путем их централизованного производства. Такие устройства могут встраиваться в различные автоматические комплексы независимо от вида изготовляемых изделий, а также вида производства и отрази, в которой эксплуатируются автоматические комплексы.

Третьей важной проблемой является создание типажа высокопроизводительных и надежных автоматических машин и устройств с новыми и новейшими конструкциями, непосредственно встраиваемых в автоматические комплексы и работающих совместно с промышленными роботами. Кроме металлорежущих автоматических комплексов, используемых для механической обработки, необходимы автоматические комплексы для заготовительного производства, сборочных цехов и для не машиностроительного производства.

Четвертой важной проблемой является обеспечение отдельных автоматов и устройств надежными системами управления автоматических комплексов с использованием современных достижений микроэлектроники, отвечающим самым высоким требованиям надежности, компактности, стоимости, коротким срокам поставок.

Основные задачи научно-технического прогресса в дискретном производстве -- в создании высокоэффективных автоматических комплексов и других технических средств автоматизации в различных отраслях промышленности; они могут быть определены следующим образом [1]:

Прикладные задачи -- разработка и исследование новых, прогрессивных технологических процессов и конструирование необходимых для их реализации автоматических производственных машин и автоматизирующих устройств; разработка новых методов расчетов и анализа, дающих возможность при создании современных технических средств автоматизации обеспечить более высокие технико-экономические показатели, решить конкретные задачи, связанные с расчетом, проектированием, созданием и эксплуатацией автоматических производственных машин и автоматизирующих устройств на более высоком научном и техническом уровне.

Проблемные задачи -- раскрытие и анализ объективных закономерностей научно-технического прогресса автоматизированного дискретного производства в различных отраслях промышленности, тенденций их развития, причинной связи между явлениями; разработка на этой основе общих принципов единой методологии и типовых технических средств автоматизации с целью формирования единой технической политики при комплексном рассмотрении всех проблем, связанных с автоматизацией дискретных производственных процессов в отраслях промышленности.

Современные научные, конструкторские и производственные проблемы, связанные с всеобщей интенсификацией промышленного производства, могут быть успешно решены только высоко квалифицированными кадрами -- рабочими, инженерами; и другими специалистами. Эти проблемы выдвигают новые требования и критерии к подготовке будущих специалистов, к номенклатуре специалистов и их профессиональной квалификации, чтобы обеспечить полноценную и высокоэффективную отдачу автоматизированного дискретного производства. Такой специалист сможет успешно работать не только во всех специализированных звеньях, реализующих проекты автоматизации дискретных производственных процессов для различных отраслей и технологических направлений, но и на любом промышленном предприятии, где осуществляются дискретные производственные процессы и ведется работа по их механизации и автоматизации, т. е. практически на любом предприятии страны.

Машиностроительная индустрия автоматических комплексов не может быть построена только силами специализированных организаций и заводов. Необходимо участие самих предприятий и их научных звеньев и организаций. Без «собственных сил» по автоматизации производства на предприятиях, без возможностей на самих предприятиях конструировать и изготовлять автоматическую технику и специализированные технологические приспособления для специфических нужд производства, необходимых для построения автоматических комплексов, решить в комплексе проблему нельзя.

Наличие собственных кадров -- специалистов по автоматизации, отделов по автоматизации дискретного производства и производственных возможностей для изготовления специализированного технологического оборудования не только обеспечит значительно более широкие возможности для повышения технологического и технического уровня производства в соответствии с современными требованиями, но и позволит гораздо более эффективно внедрять и использовать автоматические комплексы, импортируемые из других стран или полученные из специализированных организаций. Заводские специалисты завода-потребителя обязательно должны участвовать во всем цикле создания автоматического комплекса соответствующей организации -- от составления и изготовления автоматического комплекса до испытаний, внедрения и доведения до нормальной эксплуатации новой автоматической техники.

Дискретное производство -- одна из самых перспективных и высокоэффективных сфер интеллектуализации в промышленности, а в разработке эффективных методов и средств для построения интеллектуализованного промышленного производства и создания интеллектуализованной производственной деятельности автоматизация и комплексная автоматизация дискретного производства будут иметь ведущую роль и решающее значение.

Непрерывное повышение уровня автоматизации и роботизации может в свою очередь привести к серьезным социальным последствиям, порождающих ряд актуальных проблем, требующих их глубокого осмысления и решения с целью исключения конфликтов между человеком и техникой. Автоматизация, на ряду с повышением производительности труда, может вызвать в области социального развития как положительные, так и отрицательные изменения.

Положительными социальными последствиями автоматизации могут быть такие, как снижение физической тяжести и монотонности труда; Устранение или сокращение значительной доли ручного труда (например подачи заготовок на станок, при выполнении работ на высоте, для работы с вредными для здоровья веществами, а также в зоне высоких и низких температур)

Для устранения отрицательных социальных последствий автоматизации производства следует устранить порочную практику, когда специалисты по физиологии, психологии, медицине, гигиене по оздоровлению условий труда лишь после разработки и внедрения в производство новой техники и технологии. Проектирование новой техники необходимо осуществлять не только с учетом техника - экономических и технических требований, но и психофизических факторов, требований эргономики и гуманизации труда.

2. Методика проведения исследований при решении задач автоматизации

2.1 Условия проведения исследований

На Дружковском заводе газовой аппаратуры стоит актуальная проблема повышения объема выпускаемой продукции. Решается вопрос о том, с помощью какого оборудования и оснастки, возможно, достичь производительности 910 000 штук газовых кранов в год при наименьших затратах электроэнергии и ручного труда с обеспечением необходимой и чистоты обработки деталей. Исследования проводились в производственных условиях на участке изготовления пробкового крана путем замера времени на обработку деталей запорной пары: «пробка» и «корпус» с применением режимов обработки, позволяющих обеспечить необходимую точность обрабатываемых размеров деталей и требуемую чистоту заданных поверхностей на трех видов оборудования:

одношпиндельные станки автоматы;

многошпиндельные обрабатывающие центры;

агрегатные станки для обработки деталей «корпус» и «пробка».

Режимы обработки и геометрия режущей части инструмента обеспечивали отсутствие после механической обработки заусенцев на острых обработанных кромках.

Для анализа возможной была произведена обработка 5000 деталей «корпус» и «пробка» на каждом из трех видов исследуемого оборудования

В момент исследований применялись заготовки, полученные заготовительным производством данного предприятия методом литья под давлением с последующей обрезкой облоя на прессах и галтовкой в вибрационной установке для удаления оставшихся заусенцев и острых кромок.

После проведения исследований определено время обработки деталей на каждом виде оборудования.

Детали «пробка» и «корпус» обрабатывались на одинаковых режимах как на одношпиндельных станках автоматах, многошпиндельных обрабатывающих центрах так и на агрегатных станках. Режимы резания с расчетом основного времени Т0 на каждую из поверхностей рассчитаны в приложении А. Разница заключалась лишь во времени установки и снятия деталей со станка, что не маловажно в достижении заданной производительности в 910 000 штук в год.

На 1 листе графической части дипломной работы представлены карты наладок на примере обработки детали «пробка».

Исследования показали, что применение одношпиндельных станков автоматов и многошпиндельных обрабатывающих центров не дают производительности в 910 000 штук в год при использовании их в одну смену. Односменный режим работы связан с особенностями производства и организацией труда на предприятии. Лишь применение агрегатных станков дает возможность достичь такой производительности при односменной работе обеспечив при этом минимальные материальные затраты на изготовление продукции.

При выполнении расчетов принималось количество оборудования с одинаковым числом агрегатных головок и одновременно обрабатываемых деталей.

За точку отсчета при определении количества оборудования принимался вариант с годовым изготовлением 910 000 изделий на агрегатных станках.

Результаты исследований и расчетов приведены в таблице 2.1:

Таблица 2.1 Результаты исследований и расчетов по определению времени обработки и годовой производительности по трем вариантам предлагаемого оборудования

Показатель	Единицы измерения	Типы оборудования
		Автоматы	Обрабатывающие центры	Агрегатные станки
		пробка	корпус	пробка	корпус	пробка	корпус
Время обработки на единицы оборудования	Мин.	0.55	0.83	0.33	0.5	0.2	0.3

Из времени полученного во время испытаний видно, что обработка на одношпиндельных станках автоматах и многошпиндельных обрабатывающих центрах гораздо выше нежели у агрегатных станков, что связано с увеличением вспомогательного времени, загрузка на них выполняется в ручном режиме, а у агрегатов при помощи автоматических загрузочных и установочно - зажимных приспособлений. Такт работы приспособлений совпадает с тактом работы станков агрегатов, что значительно сокращает вспомогательное время на установку и снятие деталей на станке.

2.2 Теоретические методы исследования

Теоретический анализ данных полученных на участке изготовления пробкового крана и расчеты, проведенные на основании этих данных показали что применение одношпиндельных станков автоматов и многошпиндельных обрабатывающих центров не дают производительности в 910 000 штук в год при использовании их в одну смену необходимых для обеспечения годовой программы изготовления. Односменный режим работы связан с особенностями производства и организацией труда на предприятии. Лишь применение агрегатных станков дает возможность достичь такой производительности при односменной работе обеспечив при этом минимальные материальные затраты на изготовление продукции.

При выполнении расчетов принималось количество оборудования с одинаковым числом агрегатных головок и одновременно обрабатываемых деталей.

За точку отсчета при определении количества оборудования принимался вариант с годовым изготовлением 910 000 изделий на агрегатных станках.

Определение возможной программы выпуска деталей «корпус» и «пробка» использованием формулы 2.1:

Станки автоматы.

шт, (2.1)

где N-объем годовой программы;

T=1516 - годовое время работы оборудования при односменной работе (час);

t-замеренное время обработки одной детали (час)

Производительность для изготовления «пробки»:

Производительность для изготовления «корпуса»:



Обрабатывающие центры (производительность определяется по формуле- 2.2.1).

Производительность для изготовления «пробки»:

Производительность для изготовления «корпус»:

Агрегатные станки (производительность определяется по формуле- (2.2.1).

Производительность для изготовления «пробки»:

Производительность для изготовления «пробки»:

Участок для обработки деталей «корпус» и «пробка» на станках автоматах состоит из следующего оборудования при следующем их количестве и занесен в таблицу 2.2:

Таблица 2.2 Необходимое количество оборудования и станочников для обработки деталей «корпус» и «пробка» на станках автоматах

№п/п	Наименование оборудования	Количество станков автоматов (шт.)	Необходимое количество станочников по данному виду оборудования (чел.)
1	2	3	4
1	Автоматы для обработки детали «пробка»	8	4
2	Фрезерный автомат для обработки детали «пробка»	1	1
3	Отделочно-расточные	1	1
4	Автомат для обработки детали «корпус»	27	9
5	Фрезерный автомат для обработки детали «корпус»	3	3
6	Сверлильные автоматы для обработки детали «корпус»	3
7	Общее количество	43	18

Участок для обработки деталей «корпус» и «пробка» на многошпиндельных обрабатывающих центрах состоит из следующего оборудования при следующем их количестве и занесен в таблицу 2.3:

Таблица 2.3 Необходимое количество оборудования и станочников для обработки деталей «корпус» и «пробка» на обрабатывающих центрах

№п/п	Наименование оборудования	Количество обрабатывающих центров (шт.)	Необходимое количество станочников по данному виду оборудования (чел.)
1	2	3	4
1	ОЦ для обработки детали «пробка»	4	2
2	ОЦ для обработки детали «пробка»	2	1
3	Отделочно-расточные	2	1
4	ОЦ для обработки детали «корпус»	6	3
5	Фрезерно-сверлильный ОЦ для обработки детали «корпус»	3	3
6	Общее количество	17	10

Участок для обработки деталей «корпус» и «пробка» на агрегатных станках состоит из следующего оборудования при следующем их количестве и занесен в таблицу 2.5:

Таблица 2.5 Необходимое количество оборудования и станочников для обработки деталей «корпус» и «пробка» на агрегатных станках

№п/п	Наименование оборудования	Количество агрегатных станочников (шт.)	Необходимое количество станочников по данному виду оборудования (чел.)
1	2	3	4
1 1	Агрегатные станки для обработки детали «пробка»2	2 3	_____ 4
2	Агрегатные станки для обработки детали «пробка» (фрезерный)2	2	____
3	Отделочно-расточные	4	2
4	Агрегатные станки для обработки детали «корпус»	3	_____
5	Агрегатные станки для обработки детали «корпус» (фрезерно-сверлильный)	3	_____
6	Общее количество	14	2

Основные показатели для определения экономической эффективности исследуемых вариантов приведены в таблице 2.6:

Таблица 2.6 Результаты исследований и расчетов по определению времени обработки и годовой производительности по трем вариантам предлагаемого оборудования

№ п/п	Показатель	Единицы измерения	Типы оборудования
			Автоматы	Обрабатывающие центры	Агрегатные станки
			пробка	корпус	пробка	корпус	пробка	корпус
1.	Время обработки на единицы оборудования	Мин.	0.55	0.83	0.33	0.5	0.2	0.3
2.	Годовая программа	Шт.	330 000	550 000	910 000
3.	Количество оборудования по видам деталей	Шт.	10	33	8	9	8	6
4.	Общее количество оборудования	Шт.	43	17	14
5.	Общее количество станочников	Чел.	18	10	2

агрегатирование автоматизация деталь

3. Автоматизация процессов обработки резанием в условиях агрегатирования оборудования

3.1 Теоретические основы агрегатирования оборудования

Для современного развития автоматизации процессов машиностроения характерны три главные тенденции.

Первая -- широкое применение метода концентрации (совмещения) элементарных технологических операций при создании автоматического оборудования не только для массового, но и для серийного и мелкосерийного производства. Концентрация операций в одной рабочей машине резко повышает производительность, позволяет быстро окупить затраты на автоматизацию.

Вторая тенденция -- широкое использование метода агрегатирования (агрегатно-модульного принципа построения) металлорежущих станков-автоматов и автоматических линий, сборочных машин, контрольных, транспортных устройств, роботов и систем управления, что в несколько раз сокращает сроки проектирования и изготовления средств автоматизации и оборудования, создает возможность перекомпоновки и переналадки его при изменении объекта производства.

Третья -- применение микропроцессорной техники и компьютеров для управления на всех уровнях технологическими процессами (включая управление качеством продукции), что позволяет обеспечить гибкость производства, высокую надежность управляющих систем, реализовать большие потенциальные возможности современных технологий [2].

Сочетание этих тенденций может обеспечить высокую эффективность только в случае выбора наиболее эффективных по концентрации операций параметров агрегатного оборудования и технологических систем в целом. Недостаточная концентрация операций -- это увеличение числа станков, основных и вспомогательных рабочих, увеличение производственной площади, станкоемкости, трудоемкости, себестоимости деталей. Автоматизация технологического процесса в условиях низкой концентрации операций неэффективна; слишком высокая концентрация операций приводит к созданию сложного дорогостоящего и недостаточно надежного оборудования, частые отказы которого также вызывают увеличение станкоемкости и себестоимости продукции. От того, насколько удачно выбран вариант автоматизации, зависит не только его экономическая эффективность, но и перспективность. Отсюда важность разработки научно-технических основ оптимального агрегатирования технологических систем машин (ТСМ), т. е. научно обоснованных методов, которые позволили бы по заданным исходным данным формировать общую совокупность технически возможных вариантов, проводить их сравнительный анализ и отбор вплоть до выделения оптимального по выбранным критериям варианта.

Для проектирования технологических процессов с оптимальной концентрацией операций и выбора наиболее эффективных параметров, построенных на агрегатно-модульном принципе станков-автоматов и автоматических систем, необходимо решение следующих задач.

Разработка метода синтеза структурных схем и компоновок агрегатного оборудования, обеспечивающих заданную
программу выпуска, качество деталей с минимальными материальными затратами. Основой синтеза должен быть анализ
машин-автоматов и станочных систем, метод генерирования
структурно-компоновочных вариантов и метод направленного
поиска наилучших решений без полного перебора всех возможных вариантов для конкретных условий производства.

...