Механизация и автоматизация производственных процессов

Важным направление сокращения длительности производственного цикла, а следовательно, индустриализации судостроения и судоремонта, является применение высокопроизводительного оборудования и инструмента там, где ранее работы (операции) выполнялись вручную.

Все эти мероприятия связаны с механизацией и автоматизацией производственных процессов. Под механизацией производства понимается процесс замены ручного труда механизированным, к которому относят труд с применением орудий труда, имеющих любой привод, кроме ручного. К механизированным относят также работы по управлению и наблюдению за действием автоматических станков и машин.

Для механизированного труда характерно использование средств механизации, к которым относится стандартное и нестандартное оборудование, приспособления и инструмент с приводами электрическим, пневматическим, паровым, гидравлическим. К ручным относят работы, выполняемые при помощи простейших орудий труда (ключ, напильник, ножовка и т.п.) или при помощи немеханизированных приспособлений к орудию (валиковая кисть, газовая горелка и т.п.).

Кроме того, ручными работами считаются и вспомогательные операции при выполнении работ с использованием средств механизации (установка деталей в патрон, загрузка вручную машин и аппаратов).

Рассмотрим процесс механизации на графическом примере. Предположим, что при выполнении работы ручным (базовым) способом затрачивалась трудоемкость Т_Σ:

Рис. 14 Схема, иллюстрирующая процесс замены ручного труда

механизированным

После применения средства механизации трудоемкости разделились следующим образом:

Тр – трудоемкость работ, которые по-прежнему выполняются вручную;

Тм – трудоемкость механизированной работы;

Тэ – экономия трудоемкости, которая получилась в результате механизации работы;

То=Тм+Тэ – трудоемкость работ, выполняемых механизированным способом, приведенная к исполнению их базовым (ручным) способом.

Трудоемкость механизированных работ Тм включает в себя две составляющие:

Т_м^м – трудоемкость той части механизированных работ, которая связана с функционированием средства механизации (трудоемкость обработки на станке);

Т_м^р – трудоемкость той части механизированных работ, которая связана с ручными операциями (установка деталей на станок).

Можно выделить еще одну составляющую:

Т_о^м=Тэ+ Т_м^м – трудоемкость механизированной части механизированной работы, пересчитанная на ее исполнение ручным (базовым) способом.

Исходя, из распределения трудоемкостей для каждого средства механизации, устанавливаются два характеризующих его коэффициента: производительности и механизации.

Коэффициент производительности средства механизации:

(5.23)

показывает, во сколько раз механизированный труд с помощью данного конкретного средства механизации производительнее ручного труда (при котором k_п=1).

Коэффициент механизации средства механизации:

(5.24)

показывает, какая доля ручного труда То механизирована при использовании конкретного средства механизации; он всегда меньше 1 и равен 0, если работа не механизирована.

Численное значение kп и kм для каждого конкретного станка, инструмента и приспособления приводится в специальных таблицах.

Из определения коэффициентов производительности и механизации следует:

Т_о^м=Т_о*k_м=Т_м*k_п*k_м . (5.25)

Различают несколько показателей, характеризующих процесс замены ручного труда механизированным.

1. Степень охвата рабочих механизированным и автоматизированным трудом (не учитывает удельный вес машинной работы):

(5.26)

Рм – количество рабочих, занятых механизированным трудом;

Р – общее количество рабочих;

2. Уровень механизации работы либо комплекса работ:

(5.27)

который показывает удельный вес (в %) трудоемкости механизированной части работы (удельный вес машинной работы) в составе всей трудоемкости при исчислении их по базовой технологии.

Для комплекса работ:

(5.28)

3. Уровень относительной экономии трудоемкости:

(5.29)

(5.30)

4. Прирост производительности труда в результате использования средства механизации:

(5.31)

Особое место среди средств механизации в настоящее время занимают промышленные роботы (ПР). Это связано с тем, что промышленные роботы позволяют, во-первых, автоматизировать технологические процессы в мелкосерийном и единичном производствах за счет возможности быстро перестраивать системы на выпуск широкой и быстроменяющейся номенклатуры изделий и, во-вторых, объединять технологическое оборудование в комплексно-автоматизированные или гибкие системы.

Промышленный робот – это автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней свободы, и перепрограммируемого устройства программного управления, и предназначенная для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций человека при перемещении предметов труда и (или) технологической оснастки.

Манипуляторы, обеспечивающие движение рабочего органа аналогично движениям руки человека, известны давно. Они нашли достаточно широкое применение в тех областях, где необходимо совершать какие-либо манипуляции с объектом (или в среде, где находится этот объект), непосредственный контакт с которым является вредным и опасным для человека. Но эти манипуляторы имеют, как правило, ручное управление и просто копируют действия оператора либо представляют собой класс простейших автоматических манипуляторов (автооператоров), работающих по одной единственной программе.

Отличительной особенностью промышленных роботов является перепрограммируемость, т.е. возможность заменять управляющую программу автоматически или при помощи человека-оператора.

Промышленные роботы имеют в своем составе устройство управления, включающее в свою очередь чувствительные устройства для восприятия сигналов от внешней среды (в том числе от предметов труда, над которыми выполняются операции) и вычислительное устройство, воспринимающее информацию от чувствительного устройства и вырабатывающее управляющие команды. Управляющие команды поступают к исполнительным устройствам, к которым относятся устройства передвижения (если робот передвижной) и манипуляторы.

Манипулятор обычно состоит из нескольких кинематических пар, обеспечивающих рабочему органу несколько степеней свободы перемещения в пространстве. Для фиксации положения какого-либо объекта достаточно задать 3 независимые координаты его, но чтобы сориентировать перемещаемый объект, необходимо еще 3 степени свободы. Наиболее распространенные промышленные роботы имеют 4 степени свободы (к примеру, человеческая рука имеет 27 степеней свободы), т.к. их увеличение, хотя и повышает маневренность робота, но значительно усложняет их конструкцию, снижает надежность, увеличивает затраты на разработку и изготовление.

Характер перемещения исполнительного устройства и его рабочего органа определяется системой управления, среди которых различают программные, адаптивные и интеллектуальные системы.

Среди роботов существует много разновидностей, которые могут быть классифицированы по ряду признаков.

По назначению промышленные роботы подразделяются на:

· универсальные, предназначенные для выполнения различных операций;

· специализированные, выполняющие определенные операции, например сварочные, окрасочные и т.п.;

· специальные, выполняющие одну закрепленную за ними операцию, например подача конкретной детали.

Роботы различают и по конструктивным признакам, в качестве которых принимаются: тип привода, грузоподъемность, количество манипуляторов и другим.

Применение роботов на промышленных предприятиях резко повышает производительность труда, улучшает условия труда на тех операциях, которые выполняются роботом. Наибольшая отдача от роботов получается в тех случаях, когда они применяются совместно с оборудованием, которое по своим характеристикам соответствует возможностям роботов. Таким оборудованием являются станки с числовым программным управлением (ЧПУ) или станки типа обрабатывающих центров. Соединение этих двух элементов в единый комплекс с последующим добавлением других необходимых компонентов привело к созданию гибких производственных систем.