Ступени_автоматизации (Лекции)

СТУПЕНИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ(из учебного пособия: Волчкевич Л.И. Автоматизация производственныхпроцессов.: Учебное пособие. – М.: Машиностроение, 2007. – 380 с)Современное производство - главным образом машинное, в которомпроцессы (технологические, вспомогательные, управления) выполняются восновном машинами.Машина - это сочетание механизмов и устройств, осуществляющих определенные целесообразные действия по преобразованиюэнергии или информации, выполнению полезной работы.Категории машин:• машины-двигатели (энергетические машины), преобразующиеодин вид энергии в другой, например механическую в электрическуюили наоборот (электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, паровые и водяные турбины и т.д.);• вычислительные машины, передающие и преобразующие информацию; здесь почти исключительно применяются электронные вычислительные машины (ЭВМ);• рабочие машины, выполняющие работы по преобразованию формыи размеров, физико-химических свойств и т.д., объектов производства и ихположения в пространстве.

По последнему признаку различают технологические и транспортные рабочие машины.Все виды машин призваны реализовать определенные технологии(информационные, энергетические, транспортные).Обязательными признаками технологических рабочих машин являются: источник энергии, передаточные, исполнительные, управляющие ибазовые (корпусные) устройства. Если отсутствует хотя бы один из данных компонентов (например, источник движения), то это не машина, апросто механизм, приспособление, устройство.Источник движения (двигательный механизм) и передаточные устройства часто объединяются общим термином "привод машины".Главным в машине является исполнительный механизм, определяющий технологические возможности и диапазон воздействий, которыеона способна осуществлять.

Если эти технологические воздействия однородны, например, только токарная обработка, только вакуумирование ит.д., то именно эти технологии дают название машине. Помимо «машины» эквивалентными обобщенными наименованиями, принятыми в технической литературе, являются: «станок», «агрегат», «установка» (токарный станок, сварочный агрегат, установка вакуумного напыления и т.д.).Технологическое назначение машины, как правило, непосредственно не связано с конкретными объектами производства: так, на универсальном токарном станке можно обточить, расточить, отрезать практически любую деталь в зависимости от габаритных размеров, мощности,точностных возможностей станка.Если в системе машин реализуются разнородные процессы, ее название часто исходит из функционального назначения, например линияизготовления колец подшипников, древесно-стружечных плит и т.п.В процессе эксплуатации машин выполняются следующие функции:• основные технологические, ради которых и создается машина;• вспомогательные, непосредственно относящиеся к работе данной машины (подача изделий, их ориентация и закрепление, подвод иотвод рабочих органов и т.п.);• вспомогательные системные, обеспечивающие нормальную работу машины (обеспечение обрабатываемым материалом, инструментом,вспомогательными средствами; транспортировка полученной продукции,ее межоперационная передача, контроль и складирование);• управляющие по отношению к технологическим и непосредственным вспомогательным процессам (локальное управление);• управляющие системные, связанные со всеми обеспечивающимипроцессами, когда машина работает как часть системы;• обслуживающие - связанные с поддержанием работоспособности машин и их механизмов (наладка и переналадка, устранениеотказов в работе, ремонт и межремонтное обслуживание).Эти функции могут выполняться:• полностью человеком, в том числе с использованием технических средств, облегчающих и ускоряющих его действия;• с частичным участием человека, при распределении обязанностей между ним и механизмами и устройствами;• полностью автоматизировано, без участия человека.Большинство технологических рабочих машин - циклического (дискретного) действия с чередованием во времени основных технологических и вспомогательных функций в течение времени получения одногоизделия или порции изделий, выдаваемых за цикл:Т = tр+tx,(1.1)где Т- длительность цикла;tр - время рабочих ходов;tх - время холостых ходов цикла.Реплика.

В технической литературе часто применяются термины "машинное время" и "вспомогательное время". Они утвердились в эпоху неавтоматизированного производства, когда машина (станок) выполняла лишь непосредственно технологические функции, и это время было действительно "машинным". А во всем остальном человек "вспомогал" машине (загрузка, закрепление идр.). В автоматических машинах и линиях в пределах рабочего цикла нет "немашинного" времени, технологические и вспомогательные процессы с позиций конструктивной реализации и управления равноправны (см. примеры в гл.

8 и 9Учебного пособия).Поэтому далее используются термины "рабочий ход", когда выполняетсяосновная функция рабочей машины, и "холостой ход", когда машина работает,но с позиции функционального назначения время тратится вхолостую.Нулевая ступень автоматизации - это неавтоматизированныерабочие машины, где без участия человека выполняются лишь основныетехнологические функции. Если и непосредственное выполнение технологических операций (покраска, сварка и т.п.) требует участия человека,то это не машина.Функционально неавтоматизированная рабочая машина включает всебя: двигатель как источник энергии, передаточные механизмы, исполнительный механизм.

Последний содержит лишь механизмы рабочихходов.Вспомогательные функции (загрузка и съем изделий, их закрепление и открепление и т.д.) выполняются человеком вручную или с использованием средств механизации. Системы управления в общем виде всегдавключают в себя, как минимум, два компонента: 1) «командоаппарат» какглавный управляющий орган и 2) средства управления (связи с объектом).В данном случае командоаппаратом является сам человек, а средствамиуправления - различные кнопки, рукоятки, лимбы и т.д., которыми он иосуществляет управление.Первая ступень автоматизации - это автоматизация отдельныхмашин, создание машин-автоматов и полуавтоматов.Автоматом называется самоуправляющая рабочая машина, котораясамостоятельно выполняет все рабочие и холостые ходы и нуждается лишьв наладке и контроле функционирования.

В соответствии с этим функциональная схема кроме двигателя, привода и рабочих механизмов (что обязательно для любой машины!) всегда включает в себя комплект механизмовхолостых ходов и управления (рис. 1), что и является конструктивнымипризнаками автоматов.На ранних исторических этапах автоматизации автоматическое управление сводилось к управлению механизмами рабочих и холостых ходов впределах рабочего цикла, а также к блокировке работы машины при неполадках.

Такие простейшие функции могли выполнять устройства на механической или пневмогидравлической основе, которые конструктивно являлисьчастью исполнительно механизма машины (рис. 1, а).Прогресс вычислительной техники позволил перейти к микропроцессорным САУ, где командоаппаратом является управляющая ЭВМ, а всеуправляющие связи реализуются различными блоками управления. САУвыделяется из состава исполнительного механизма (в том числе дистанционно!), машина из трехзвенной (Дв - Пер - Исп) становится четырехзвенной(рис.

1, 6); при этом по сложности и стоимости САУ теперь сопоставим со всемостальным составом машины. Расширяются функциональные возможности машин-автоматов в отношении не только цикловых функций управления, но и обслуживающих (диагностика состояния, переналадка и подналадкаи т.п.).В машинах-автоматах имеется полный комплект механизмов рабочихРис. 1 Структурные схемы машин-автоматов:а - на механической основе; б - с микропроцессорной САУи холостых ходов и САУ, что позволяет полностью устранить участиечеловека в работе машины. Однако не всегда это возможно и целесообразно. В ряде случаев автоматическое выполнение некоторых элементов рабочего цикла, например автоматической загрузки хрупких илисложной формы изделий, их ориентации в пространстве и т.п., весьма затруднительны, и эту функцию предпочитают оставлять за человеком.Полуавтомат - это машина, работающая с автоматическим циклом, для возобновления которого требуется вмешательство человека, конструктивный признак - отсутствие одного из механизмов рабочих ходов (загрузки и т.п.).Вторая ступень автоматизации - это автоматизация в масштабахсистемы машин, создание автоматических и автоматизированных линий,гибких производственных систем (ГПС) и др.Автоматическая линия (АЛ) — это автоматически действующая системамашин, расположенных, как правило, в технологической последовательности и объединенных общими средствами транспортировки изделий, управления, накопления заделов, удаления отходов и т.п.

Именноналичие автоматически действующих межоперационных механизмов иустройств, а также комплексных САУ является конструктивным признакомАЛ.АЛ можно рассматривать как машину-автомат более высокого порядка, где подсистему рабочих ходов составляют встроенные в линиюмашины-автоматы (со своими механизмами рабочих и холостых ходов,САУ и т.п.); функцию холостых ходов выполняют межстаночные механизмы транспортировки, накопления заделов и т.д.; управляющую подсистему образуют разнообразные механизмы и устройства межагрегатногоуправления.АЛ обычно не переналаживаются или могут переналаживаться на узкую номенклатуру однотипной продукции.ГПС - это автоматическая система машин с широкими возможностями переналадки на выпуск разнообразной продукции.При переходе к системам машин становятся невозможными САУ намеханической и пневмогидравлической основе, ведущим здесь являетсямикропроцессорное управление.Третья ступень автоматизации - комплексная автоматизация науровне участков и цехов, предприятий в целом.Автоматическим называется цех, в котором основные производственные процессы выполняются на АЛ или ГПС с автоматическими связямимежду ними.

Структурная схема автоматического цеха приведена на рис.1.6 Учебного пособия. Здесь транспортировка межлинейная, а функцииуправления в основном организационно-экономические - посредствомавтоматизированных систем управления производством (АСУП) на базеЭВМ. Чем выше степень автоматизации, тем выше быстродействие и производительность, но оборудование дороже и менее надежно..