Автоматизация и механизация машиностроения

Принципиально новые технологические процессы требуют создания нового технологического оборудования. Поэтому для их быстрой реализации необходима комплексная разработка технологии и технологического оборудования.

Важнейшая проблема развития любого современного производства — автоматизация технологических процессов.

Особенно актуальна она для машиностроения, и вот почему. Во-первых, здесьочень велика трудоемкость производства. Приведем лишь два примера: изготовление паровой турбины мощностью 500 тысяч киловатт по нормам занимает 300 тысяч часов, создание листопрокатного стана «2000» — 5, 2 миллиона часов. Во-вторых, из 10 миллионов рабочих-машиностроителей около половины занято ручным трудом.

Автоматизация машиностроения не только увеличивает производительность труда, устраняет ручной тяжелый и монотонный труд, но и повышает качество и надежность изготовляемых изделий, улучшает коэффициент использования оборудования, сокращает цикл производства.

В чем суть автоматизации любого технологического процесса? Автоматизация должна обеспечить без участия человека заданные кинематику и параметры рабочего процесса с требуемой последовательностью и точностью.

Сложность автоматизации машиностроения заключается в том, что технология здесь не непрерывная, а дискретная и к тому же чрезвычайно разнообразная. Машиностроительное производство делает миллионы разных деталей, причем изготовление каждой детали связано с выполнением большого количества технологических операций. Литье, ковка, сварка, термообработка, механическая обработка, упрочнение, нанесение покрытий, неразрушающий контроль, сборка, испытание... И каждый из этих и многих других не упомянутых здесь технологических процессов имеет еще и различные варианты в зависимости от используемых материалов, формы, размеров и серийности деталей, требований к точности, эксплуатационным свойствам и т. д.

В машиностроении массовое производство составляет лишь 12%, и даже вместе с крупносерийным — всего 29%, а на долю серийного и индивидуального производств приходится 71%. Это осложняет решение проблемы автоматизации, так как при мелкосерийном производстве нужна гибкая, быстро перестраиваемая система автоматического управления технологическими процессами. Наиболее целесообразна здесь двухиерархическая система управления: непосредственно каждым технологическим процессом управляет своя малая ЭВМ, а управление всем производством с учетом получаемой от них информации осуществляют уже обычные ЭВМ.

Такой путь весьма перспективен для автоматизации машиностроения. Но, конечно, и для его реализации необходимо совершенствовать технологическое оборудование и технологические процессы.

До настоящего времени закономерности многих технологических процессов машиностроения недостаточно раскрыты, и рабочие параметры регулируются эмпирическими приемами. На заводах из-за влияния масштабного фактора и других производственных условий недостаточно изученную технологию приходится отрабатывать заново.

Проблемы эти становятся все более актуальными, так как создание новой техники связано с усложнением конструкций, применением труднообрабатываемых материалов, повышением требований к качеству, надежности, эксплуатационным характеристикам.

В заготовительном производстве наиболее эффективны непрерывные технологические процессы, например, непрерывная разливка стали, прокатка заготовок, гибка пространственных пустотелых заготовок из листа и бунтовой ленты. Непрерывные процессы, наиболее благоприятные для автоматизации, обеспечивают наибольшую производительность и экономию металла.

Для улучшения условий автоматизации и механизации сборочных работ, которые очень трудоемки и в серийном производстве в основном выполняются вручную, необходимо совершенствовать конструкции деталей и компоновку машин, повышать точность размерной обработки, оптимизировать допуски и размерные цепи машин.

Автоматизация отдельных технологических операций, конечно, повышает производительность и качество продукции. Но наиболее эффективна комплексная автоматизация последовательно связанных технологических операций. При этом устраняются неточности предыдущих операций, которые могут нарушать работу автомата на последующей операции, обеспечивается синхронизация потока технологических операций, устраняющая простои автоматов.

При мелкосерийном производстве подготовка производства, проектирование и изготовление оснастки, наладка оборудования, установка, выверка изделий, контроль, транспортировка и складирование связаны с большими затратами труда и времени. Поэтому наибольший эффект в машиностроении дает интегральная автоматизация: основные технологические операции автоматизируются совместно с вспомогательными, контрольными и транспортными работами.

Опыт применения интегрально автоматизированных поточных линий в производстве показывает, что производительность труда повышается до четырех раз.

Чтобы комплексные автоматические системы обеспечивали высокую работоспособность и исключали труд наладчиков, управление должно базироваться на принципах адаптации и корректировки рабочих процессов. В этом случае параметры технологического процесса, состояние инструмента, заготовки, ее установка, координация, точность обработки должны контролироваться датчиками, передающими необходимую информацию, на основе переработки которой регулируются параметры рабочих процессов, перемещаются или заменяются инструменты и т. д.

Поточные автоматические линии надо укомплектовывать автоматически управляемым технологическим оборудованием, транспортными средствами, контрольными приборами, кантующими, установочными, съемочными манипуляторами. В ряде случаев требуются точные манипуляторы с большими кинематическими возможностями, а иногда и со слежением и автоматической корректировкой операций. Такие сложные и автоматизированные манипуляторы, заменяющие далеко не простой ручной труд, обычно называют роботами.

Практика показывает, что роботы должны использоваться не только для вспомогательных операций, но также для автоматизации сложных, разнообразных технологических операций, например, пространственной сварки, сборки, обрубки, зачистки, упаковки. Такие операции требуют автоматического слежения и пространственной ориентации, и для их автоматизации роботы должны иметь адаптивное управление.

Большое значение имеет также автоматизация систем технологической подготовки производства, которая должна обеспечивать автоматическое проектирование технологических процессов, анализ технологичности конструкций, определение номенклатуры оснастки, инструмента, разработку программ управления и т. п.

Автоматическое управление технологией не только исключает субъективные ошибки, свойственные ручному труду, но и обеспечивает высокую стабилизацию технологических процессов, корректировку их параметров в связи с колебаниями размеров и свойств заготовок исходных материалов, изменениями состояния оборудования и инструмента.

Даже в тех случаях, когда технологический процесс полностью автоматизирован и обеспечивается его стабильность, проблема автоматизации контроля полностью не устраняется. Поэтому надо развивать автоматические методы и средства анализа химического состава материалов, неразрушающего и метрологического контроля, механических испытаний.

И в заключение отмечу, что автоматизация производства значительно упрощается и дает наибольший экономический эффект с повышением серийности производства. Вот почему важнейшее условие расширения автоматизации — специализация производства и максимальная унификация изделий. Этому принципу технической политики необходимо уделять большое внимание.

Член-корреспондент Академии наук СССР Н. Зорев, директор Центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения (ЦНИИТМАШ).

Основные аспекты автоматизации машиностроения
При этом, автоматизация машиностроения позволяет значительно повысить качество и надежность всех изготовляемых изделий, а также улучшить коэффициент использования данного оборудования, что позволяет значительно сократить цикл производства