Определение оптимального уровня автоматизации нестандартного оборудования

Условием успешной реализации в условиях рынка произведенной продукции, в том числе и машиностроительной, является обеспечение конкурентной цены при достаточном уровне качества. Основным направлением в решении этой двуединой задачи является автоматизация производства, которая позволяет получить конкурентную цену, за счет снижения трудоемкости при увеличении производительности, и повысить качество за счет сведения к минимуму влияния «человеческого фактора». В массовом производстве это достигается за счет применения специальных станков автоматов и автоматических линий, в серийном производстве за счет применения оборудования с программным управлением и промышленных роботов. В настоящее время автоматизация производственных процессов позволила практически полностью исключить ручной труд при производстве изделий в различных отраслях промышленности, в частности:

− производство широкой номенклатуры деталей в машиностроении за счет использования обрабатывающих центров различного назначения для механической обработки и штамповки, оснащенных ПУ и магазинами для выбора инструмента и базовой оснастки,

− производство деталей электроустановочных изделий в электротехнической промышленности (вилки, розетки, выключатели кнопки, реле, пускатели т.п.)

− установка и распайка радиоэлементов на платах печатного монтажа в радиоэлектронной промышленности и приборостроении,

− автоматическая сварка и окраска сложных корпусных конструкций в автомобильной промышленности (кузова автомобилей),

− производство широкого спектра крепежных деталей различной формы и размеров для машиностроения, строительства, производства мебели и т. п, производимых методом штамповки и холодной высадки,

− производство деталей для сборных металлоконструкций из различного вида профильного проката (уголок, швеллер, двутавр) на специальных автоматизированных комплексах оборудования с ПУ,

− упаковка готовой штучной продукции и сыпучих материалов, − полная переработка сельхозпродукции и производство продуктов питания, − автоматизированная деревообработка, − автоматизированное производство кабельной продукции и заготовок для жгутов

проводов, − сборка различных изделий во всех отраслях промышленности, - этот перечень

можно продолжать, но достаточно и его для понимания глобальности процесса автоматизации.

В последние десятилетия, во многих отраслях промышленности, особенно в тех, продукция которых на прямую преобретается потребителем, наблюдается тенденция, заключающаяся в существенном расширении номенклатура выпускаемых изделий. Другими словами, производитель вынужден, чтобы не потерять завоеванный сегмент рынка, переходить от массового производства двух, трех типов выпускаемой продукции к серийному и мелкосерийному – десяти, пятнадцати типов. Этот необратимый процесс существенно влияет на структуру парка технологического оборудования предприятия, заставляя успешно работающие в условиях массового производства специальные станки автоматы и автоматические линии менять на специализированные станки с программным управлением, что позволяет осуществлять быстрый переход с изготовления одной детали на другую. Затраты на такое техническое перевооружение естественно велики и зачастую превышают прибыль предприятия за 2 - 3 года эксплуатации такого оборудования.

Однако, в ряде случаев применение сложного и дорогостоящего оборудования с ПУ не является оптимальным решением и с технической и с экономической точки зрения, поскольку достаточно часто для эффективного производства продукции или

выполнения типовой операции при изготовлении ряда аналогичных деталей не требующих создания больших технологических усилии и применения программируемого перемещения рабочих органов, а целесообразно применение гораздо более простого и дешевого нестандартного оборудования автоматического или полуавтоматического действия. Поэтому очень важно как при модернизации действующего, так и при создании производства нового вида продукции определить оптимальный уровень его автоматизации и на основании этого выбрать тип оборудования. В истории развития техники известны примеры, когда высокий уровень автоматизации процесса не давал оптимального результата. Так в конце 70(х)г. прошлого столетия на одной из европейских выставок, посвященной часовому производству, было представлено два сборочных автомата, один советский, а другой швейцарский. Швейцарский сборочный автомат, оснащенный ПУ, выполнял полную сборку часов, при этом работал медленно и часто давал сбои, связанные с выполнением наиболее сложной и ответственной операции «установка пружины». Советский сборочный автомат выполнял все сборочные операции, кроме установки пружины, которая осуществлялась вручную, при этом работал намного производительнее, стабильнее (сбоев в его работе практически не было) и что немаловажно был в несколько раз дешевле швейцарского аналога. Вряд ли необходимо комментировать этот пример. Можно привести пример и из современной практики создания автоматизированного производства нового вида продукции. В июле 2005 г. БПО «Электросвет» получило от Таганрогского автозавода (ТАГАЗ(а)) заказ на производство гнутых деталей из проволоки диаметром 2 – 3 мм, применяемых в сиденьях автомобилей в качестве каркаса ( эскизы шести типов деталей показаны на Рис 1а – 1е).

Рис 1 Типы деталей получаемых методом гибки из проволоки

 

Анализ технологических возможностей производственного объединения показал, что оборудования для крупносерийного производства этих деталей нет (в соответствии с полученным заказом необходимо было производить 220 – 450 тысяч штук деталей в месяц 15 – 50 наименований и типоразмеров). Универсально - гибочные автоматы с ПУ (общий вид автомата показан на Рис 2), обладающие широкими технологическими возможностями и используемые для таких целей стоили достаточно дорого (около 5,0 млн. руб) и не подходили по следующим причинам:

− по кинематике исполнительного механизма автомат не мог изготавливать детали с загнутыми «ушками» на обоих концах,

− при изготовлении деталей показанный на Рис 1 автомат использовал только 15 – 20% своих технологических возможностей,

− один такой универсально гибочный автомат по производительности не мог обеспечить выполнение месячной программы, даже при трехсменной работе.

Поэтому конструкторским бюро технического отдела объединения были

спроектированы и изготовлены в течении полугода силами ремонтно-инструментального цеха пять типов переналаживаемых полуавтоматов (для изготовления деталей типа а, б и в в количестве шести единиц (см. Рис 3), для изготовления деталей типа г, д и е по одной единице для каждого типа и создан специализированный участок в Таганрогском филиале (см. Рис 4).

Рис 2 Универсально-гибочный автомат с ПУ для проволочных изделий

 

Рис 83 Переналаживаемый гибочный полуавтомат для изготовления деталей из проволоки

 

При этом, величина затрат на создание участка включая изготовление оборудования,

приобретение компрессора производительностью 0,5 и оргоснастки составила 2,1 млн. руб, которые были вложены в течении полугода, а окупились в течении десяти с половиной месяцев. Низкая стоимость и достаточно высокая производительность созданного нестандартного оборудования, позволившие в кратчайший срок окупить вложенные средства, определялись следующими факторами:

− оптимальным уровнем автоматизации процесса, не требующим использования сложного и дорогостоящего оборудования с ПУ,

− правильным выбором конструктивной схемы оборудования, его привода и системы управления (пневмопривод, управляемый системой пневмоавтоматики),

− минимально необходимыми, для изготовления конкретной номенклатуры деталей, технологическими возможностями оборудования, определяющими степень его сложности,

− удобством и быстротой переналадки оборудования, позволившим при большой номенклатуре деталей, свести количество типов оборудования до пяти.

Именно эти факторы и обеспечили возможность создания оптимальной конструкции нестандартного оборудования полуавтоматического действия. Однако без проведения глубокого инженерного анализа и методично проведенного поиска технического решения стоящей задачи не возможно было эффективно использовать вышеперечисленные факторы.

Уровень автоматизации вновь создаваемого нестандартного оборудования зависит

от экономической и технической составляющей задачи на проектирование. Экономическая, а в большей степени коммерческая составляющая определяется тем, какую часть рынка намерено завоевать предприятие, осваивая новый вид продукции, и как долго намерено оставаться в данном сегменте рынка, какими располагает для этого свободными средствами и в какие сроки планирует их окупить. Техническая составляющая уровня автоматизации определяется технологическими возможностями предприятия изготовителя оборудования, опытом и компетентностью инженеров разработчиков (конструкторов) и сроками, отведенными на проектирование и изготовление создаваемого нестандартного оборудования.

Поэтому при выборе уровня автоматизации создаваемого нестандартного оборудования необходимо учитывать:

Рис 4 Специализированный участок для изготовления проволочных изделий

 

− трудоемкость изготовления и объем выпуска детали, или операции для выполнения которой предназначено оборудование,

− ориентировочную стоимость оборудования, которая определяется на основе экономических расчетов, учитывающих прежде всего приемлемый для предприятия срок окупаемости вложенных финансовых средств,

− технологические возможности предприятия в части изготовления деталей и узлов создаваемого оборудования, а также возможность и целесообразность изготовле- ния по кооперации сложных и крупногабаритных деталей (станин, рам, корпусов, ползунов, кареток и т. д.),

− опыт создания аналогичного оборудования, поскольку использование проверенных технических решений существенно сокращает сроки проектирования и изготовления снижает количество ошибок и стоимость оборудования, гарантируя его надежную работу в условиях сложившегося производства,

− субъективные факторы, к которым относятся директивно определенные сроки на создание оборудование и предложения по его внедрению работников конкретного производственного участка (рабочих, мастеров, технологов), которые необходимо всесторонне анализировать на этапе проведения инженерного анализа задачи на проектирование и использовать рациональные зерна при поиске технического решения.

Опыт проектирования нестандартного оборудования автоматического действия свидетельствует о том, что наиболее эффективным и поэтому чаще всего применяемыми являются станки полуавтоматы. Причиной этого является то, что они имеют намного более простую конструкцию, чем автоматы и следовательно более низкую стоимость и при правильно выбранной конструкции исполнительного механизма и типе привода незначительно уступают по производительности автоматам, обладая при этом таким важным преимуществом как простая и быстрая переналадка необходимая при переходе на изготовление другого типоразмера детали, а в ряде случаев могут и превосходить оборудование автоматического действия с ПУ по производительности за счет простоты конструкции и малоинерционности исполнительного механизма.

Статья написана на основе соответствующего раздела справочно –

методического пособия Н. П. Игнатьева «Проектирование нестандартного оборудования» Азов 2013г. В пособии также содержатся вся необходимая информация для выполнения таких важных этапов проектирования, как выбор типа привода, отработка конструкции на технологичность, выполнение компоновки и примеры их выполнения.