Автоматизация производства — это процесс, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация — это основа развития современной промышленности, генеральное направление научно-технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают автоматизацию производства: частичную, комплексную и полную.
При частичной автоматизации часть функций управления производством автоматизирована, а часть выполняется рабочими-операторами (полуавтоматические комплексы). Как правило, такая автоматизация осуществляется в тех случаях, когда управление процессами в следствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку.
При комплексной автоматизации все функции управления автоматизированы, рабочие-операторы только налаживают технику и контролируют её работу (автоматические комплексы). Комплексная автоматизация требует применения таких систем машин, оборудования, вспомогательной техники, работа которых превращает исходные материалы в готовый продукт без физического вмешательства человека.
Полная автоматизация производства — высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления.
Развитие автоматизации производства можно условно подразделить на три этапа.
Первый этап автоматизации охватывает период времени с начала XVIII до конца XIX столетия. В 20-е годы XVIII столетия в России А.Нартовым был разработан автоматический суппорт для токарно-копировального станка. В 1765 г. русским механиком И.И. Ползуновым — творцом первой паровой машины универсального назначения — был создан первый в мире промышленный автоматический регулятор для поддержания постоянного уровня воды в котле паровой машины. Измерительный орган — поплавок, находящийся на поверхности воды, перемещаясь, изменял подачу жидкости, идущей по трубе в котёл через отверстие клапана. Если уровень воды поднимался выше положенного, то поплавок, перемещаясь вверх, закрывал клапан и подача воды прекращалась. В регуляторе Ползунова была реализована идея, являющаяся и поныне центральной в устройствах автоматического регулирования. В 1784 г. английским механиком Дж. Уаттом также для паровой машины был разработан центробежный регулятор скорости. В течение всего XIX столетия происходило совершенствование регуляторов для паровых машин. На первом этапе развития автоматизации были попытки создания автоматических станков и линий с жёсткой кинематической связью.
Следует отметить, что развитие автоматизации производства в этот период времени основывалось на принципах и методах классической механики.
Второй этап развития автоматизации производства охватывает период времени конец XIX и середина XX столетия. Этот этап связан с развитием электротехники и практическим использованием электричества в средствах автоматизации. В частности, важное значение имеет изобретение П.Л. Шиллнгом магнитоэлектрического реле (1850 г.) — одного из основных элементов электроавтоматики, разработка Ф.М.Балюкевичем и др. в 80-х г.г. XIX столетия ряда устройств автоматической сигнализации на ж.-д. транспорте, создание С.Н.Апостоловым-Бердичевским и др. первой в мире автоматической телефонной станции.
К началу XX века относится широкое развитие и использование электрических систем автоматического регулирования. Индивидуальный привод отдельных рабочих органов машин и введение между ними электрических связей существенно упростили кинематику машин, сделали их менее громоздкими и более надёжными. Будучи более гибкими и удобными в эксплуатации, электрические связи позволили создать комбинированное электрическое и механическое программное управление, обеспечивающее автоматическое выполнение неизмеримо более сложных операций, чем на машинах-автоматах с механическим программным устройством. Для второго этапа развития автоматизации характерно появление электронно-программного управления: были созданы станки с числовым программным управлением, обрабатывающие центры и автоматические линии, содержащие в качестве компонента оборудование с программным управлением.
Сороковые-пятидесятые годы XX столетия ознаменовались началом бурного развития радиоэлектроники. Электронные устройства обеспечивают более высокие быстродействия, чувствительность, точность и надежность автоматических систем. Наступил третий этап развития автоматизации с широким использованием управляющих ЭВМ, которые для каждого момента времени рассчитывают оптимальные режимы технологического процесса и вырабатывают управляющие команды по всем автоматизируемым операциям.
Переходом к третьему этапу развития автоматизации послужили новые возможности ЧПУ, основанные на применении микропроцессорной техники, что позволило создавать принципиально новую систему машин, в которой сочетались бы высокая производительность автоматических линий с требованиями гибкости производственного процесса. Современные микроэлектроника и ЭВМ позволяют достичь высшего уровня автоматизации.
электроавтоматика дискретная микропроцессорная микроэлектроника
Для того, чтобы оценить ресурс, необходимо авторизоваться.
Методический комплекс разработан на основе государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 657900 специальность 210200 — "Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)", специализация 210233 — "Компьютерные системы управления в производстве и бизнесе". Методический комплекс дает общее представление о специальности 210200 — "Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)" и специализации 210233 — "Компьютерные системы управления в производстве и бизнесе". Приведены образовательные программы с перечнем учебных дисциплин и последовательностью их изучения, разъясняются концепции инженерной подготовки и требования к итоговой государственной аттестации. Комплекс содержит методические указания по дистанционному обучению и перечень требований к знаниям, умениям и навыкам студента при сдаче зачета по дисциплине "Введение в специальность".
Автоматизация производства — это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.
Просмотр содержимого документа
«Лекция №1. Автоматизация производства. Введение.»
Лекция №1. Автоматизация производства. Введение.
Автоматизация производства — это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства.
До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался не механизированным (ручным). В настоящее время операции физического и интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации.
История развития автоматизации производства
Элементы автоматизации производства
Принципы организации автоматизации
История развития автоматизации производства
1. Самодействующие устройства — прообразы современных автоматов — появились в глубокой древности. Однако в условиях мелкого кустарного и полукустарного производства вплоть до XVIII в. практического применения они не получили и, оставаясь занимательными «игрушками», свидетельствовали лишь о высоком искусстве древних мастеров. Совершенствование орудий и приёмов труда, приспособление машин и механизмов для замены человека в производственных процессах вызвали в конце XVIII в. — начале XIX в. резкий скачок уровня и масштабов производства, известный как промышленная революция XVIII—XIX вв.
2. Промышленная революция создала необходимые условия для механизации производства, в первую очередь, прядильного, ткацкого, металло — и деревообрабатывающего. К. Маркс увидел в этом процессе принципиально новое направление технического прогресса и подсказал переход от применения отдельных машин к «автоматической системе машин», в которой за человеком остаются сознательные функции управления: человек становится рядом с процессом производства в качестве его контролёра и регулировщика. Важнейшими изобретениями этого периода стали изобретения русским механиком П. И. Ползуновым автоматического регулятора скорости паровой машины (1765) и английским изобретателем Дж. Уаттом центробежного регулятора скорости паровой машины (1784), ставшей после этого основным источником механической энергии для привода станков, машин и механизмов.
3. С 60-х годов XIX века в связи с быстрым развитием железных дорог, стала очевидна необходимость автоматизации железнодорожного транспорта и, прежде всего, создания автоматических приборов контроля скорости для обеспечения безопасности движения поездов. В России одним из первых изобретений в этом направлении были автоматический указатель скорости инженера-механика С. Прауса (1868) и прибор для автоматической регистрации скорости движения поезда, времени его прибытия, продолжительности остановки, времени отправления и местонахождения поезда, созданный инженером В. Зальманом и механиком О. Графтио (1878). О степени распространения автоматических устройств в практике железнодорожного транспорта свидетельствует то, что на Московско-Брестской железной дороге уже в 1892 существовал отдел «механического контроля поездов».
4. Учение об автоматических устройствах в XIX в. замыкалось в рамки классической прикладной механики, рассмативавшей их как обособленные механизмы. Основы науки об автоматическом управлении по существу впервые были изложены в статье английского физика Дж.К. максвелла «О регулировании» (1868) и труде русского учёного И.А. Вышнеградского «О регуляторах прямого действия» (1877), в котором впервые регулятор и машина рассматривались как единая система. А. Стодола., Я. И. Грдина и Н. Е. Жуковский, развивая эти работы, дали систематическое изложение теории автоматического регулирования.
5. С появлением механических источников электрической энергии — электромашинных генераторов постоянного и переменного тока (динамомашин, альтернаторов) — и электродвигателей оказалась возможной централизованная выработка энергии, передача её на значительные расстояния и дифференцированное использование на местах потребления. Тогда же возникла необходимость в автоматической стабилизации напряжения генераторов, без которой их промышленное применение было ограниченным.
Лишь после изобретения регуляторов напряжения с начала XX века электроэнергия стала использоваться для привода производственного оборудования. Наряду с паровыми машинами, энергия которых распределялась трансмиссионными валами и ремёнными передачами по станкам, постепенно распространялся и электропривод, вначале вытеснивший паровые машины для вращения трансмиссий, а затем получивший и индивидуальное применение, то есть станки начали оснащать индивидуальными электродвигателями.
Переход от центрального трансмиссионного привода к индивидуальному в 20-х годах XX века чрезвычайно расширил возможности совершенствования технологии механической обработки и повышения экономического эффекта. Простота и надёжность индивидуального электропривода позволили механизировать не только энергетику станков, но и управление ими. На этой основе возникли и получили развитие разнообразные станки-автоматы, многопозиционные агрегатные станки и автоматические линии. Широкое применение автоматизированного электропривода в 30-е годы XX века не только способствовало механизации многих отраслей промышленности, но по существу положило начало современной автоматизации производства. Тогда же возник и сам термин «Автоматизация производства».
В СССР освоение автоматизированных средств управления и регулирования производственных процессов началось одновременно с созданием тяжёлой промышленности и машиностроения и проводилось в соответствии с решениями Коммунистической партии и Советского правительства об индустриализации и механизации производства. В 1930 году по инициативе Г. М. Кржижановского в Главэнергоцентре ВСНХ СССР был организован комитет по автоматике для руководства работами по автоматизации в энергетике. В правлении Всесоюзного электротехнического объединения (ВЭО) в 1932 г. было создано бюро автоматизации и механизации заводов электропромышленности. Началось применение автоматизированного оборудования в тяжёлой, лёгкой и пищевой промышленности, совершенствовалась транспортная автоматика. В специальном машиностроении наряду с отдельными автоматами были введены в действие конвейеры с принудительным ритмом движения. Организовано Всесоюзное объединение точной индустрии (BOTH) по производству и монтажу приборов контроля и регулирования.
В научно-исследовательских институтах энергетики, металлургии, химии, машиностроения, коммунального хозяйства создавались лаборатории автоматики. Проводились отраслевые и всесоюзные совещания и конференции по перспективам ее применения. Начались технико- экономические исследования значения автоматизации производства для развития промышленности в различных социальных условиях. В 1935 году в АН СССР стала работать Комиссия телемеханики и автоматики для обобщения и координации научно-исследовательских работ в этой области. Началось издание журнала «Автоматика и телемеханика».
В 1936 Д. С. Хардер (США) определял автоматизацию кате «автоматическое манипулирование деталями между отдельными стадиями производственного процесса». По-видимому, вначале этим термином обозначали связывание станков с автоматическим оборудованием передачи и подготовки материалов. Позднее Хардер распространил значение этого термина на каждую операцию производственного процесса.
Высокая экономическая эффективность, технологическая целесообразность и часто эксплуатационная необходимость способствовали широкому распространению автоматизации в промышленности, на транспорте, в технике связи, в торговле и различных сферах обслуживания. Её основные предпосылки: более эффективное использование экономических ресурсов — энергии, сырья, оборудования, рабочей силы и капиталовложений. При этом улучшается качество, и обеспечивается однородность выпускаемой продукции, повышается надёжность эксплуатации установок и сооружений.
11. Социалистическое государство, рассматривая автоматизацию производства как один из наиболее мощных факторов развития народного хозяйства, осуществляет её по единому комплексному плану, увязанному с соответствующими ассигнованиями и материально-техническим обеспечением.
В ходе выполнения первых трех пятилетних планов развития народного хозяйства (1928-1941) были созданы первые заводы, производящие приборы и аппаратуру автоматики и телемеханики для автоматизации производства. Во время Великой Отечественной войны автоматизация производства имела огромное значение в материально-техническом обеспечении фронта и удовлетворения нужд оборонной промышленности СССР. В первом послевоенном плане востановления и развития народного хозяйства (1946 1950) была предусмотрена дальнейшая автоматизация в энергетике, химической, нефтяной и нефтехимической промышленности, широкое внедрение в производство автоматизированного электропривода. Программа дальнейшего развития автоматизации производства в период 1953—1958, принятая на XIX съезде КПСС, предусматривала, в частности, механизацию работ и автоматизацию производства на предприятиях чёрной металлургии, в горной промышленности, в машиностроении, а также полную автоматизацию ГЭС.
12. Практически 50-е годы явились периодом, когда автоматизация производства наша внедряться во все имеющие значительный удельный вес отрасли народного хозяйства СССР. В машиностроении— производстве тракторов, автомобилей и сельскохозяйственных машин— были пущены автоматические линии; начал работать автоматизированный завод по производству поршней для. автомобильных двигателей. Закончен перевод на автоматическое управление агрегатов ГЭС, многие из них были полностью автоматизированы. На ряде крупнейших ТЭЦ были автоматизированы котельные цехи.
13. В металлургической промышленности около 95 % чугуна и 90 % стали выплавлялось в автоматизированных печах; были введены в эксплуатацию первые автоматизированные прокатные станы. Пущены автоматические установки на нефтеперерабатывающих предприятиях. Осуществлено телемеханическое управление газопроводами. Автоматизированы многие системы водоснабжения. Начали действовать автоматические бетонные заводы. Лёгкая и пищевая промышленность стала широко оснащаться автоматами и полуавтоматами для расфасовки, дозировки и упаковки продукции и автоматическими линиями по производству продуктов.
Парк автоматизированного оборудования в 1953 году вырос в 10 раз (по сравнению с 1940 годом). В металлообрабатывающей промышленности появились станки с программным управлением. Для производства массовой продукции были применены роторные автоматические линии. Во взрывоопасных химических производствах получило широкое распространение телемеханическое управление процессами.
АЛ — Автоматизированная линия.
АСИО —Автоматизированная система инструментального обеспечения.
АРМ — Автоматизированное рабочее место.
АСК — Автоматизированная система контроля.
АСНИ — Автоматизированная система научных исследований.
АСТПП — Автоматизированная система технологической подготовки производства.
АСУ — Автоматизированная система управления.
АСУП — Автоматизированная система управления производством.
АСУТП — Автоматизированная система управления технологическими процессами.
АСС — Автоматизированная складская система.
АТНС — Автоматизированная транспортно-накопительная система.
АТСС — Автоматизированная транспортно-складская система.
АЭСП— Автоматизированная энергетическая система производства.
ГАП — Гибкое автоматизированное производство.
ГАУ — Гибкий автоматизированный участок.
ГАЦ — Гибкий автоматизированный цех.
ГПК — Гибкий паллетный контейнер (FPC — Flexible Pallet Container).
ГПМ — Гибкий паллетный магазин (FPM — Flexible Pallet Magazin).
ГПС — Гибкая производственная система (TMS — Flexible Manufacturing System).
ГПЯ — Гибкая производственная ячейка.
МС — Многоуровневая система (MLS — Multi-level System).
ПР — Промышленный робот.
РПМ — Роботизированный производственный модуль (RPC — Robotic Production Cell).
РТК — Роботизированный технологический комплекс (RoboFMS — Robotic 1 Flexible Manufacturing System).
РТЛ — Роботизированная технологическая линия.
РТУ — Роботизированный технологический участок.
РТЯ — Роботизированная технологическая ячейка
РО— Роторная линия.
САК — Система автоматизированного контроля.
САПР — Система автоматизированного проектирования.
СОРО — Система обслуживания и ремонта оборудования.
СПО — Система программного обеспечения.
ТМ— Технологическая машина.
ТР — Транспортный робот.
Элементы автоматизации производства
Современные производственные системы, обеспечивающие гибкость при автоматизированном производстве, включают:
Станки с ЧПУ (числовое программное управление), впервые появившиеся на рынке ещё в 1955 году. Массовое распространение началось лишь с применением микропроцессоров.
Промышленные роботы, впервые появившиеся в 1962 году. Массовое распространение связано с развитием микроэлектроники.
Роботизированный технологический комплекс (НТК), впервые появившиеся на рынке ещё в 1970- 80 годы. Массовое распространение началось с применением программируемых систем управления.
Гибкие производственные системы, характеризуемые сочетанием технологических единиц
и роботов, управляемые ЭВМ, имеющие оборудование для перемещения обрабатываемых деталей и смены инструмента.
Автоматизированные складские системы (англ. Automated Storage, and Retrieval Systems, AS/RS). Предусматривают использование управляемых компьютером подъемно-транспортных устройств, которые закладывают изделия на склад и извлекают их оттуда по команде.
Системы контроля качества на базе ЭВМ (англ. Computer—aided Quality Control, CAQ) — техническое приложение компьютеров и управляемых компьютерами машин для проверки качества продуктов.
Система автоматизированного проектирования (англ. Computer—aided Design, CAD) используется проектировщиками при разработке новых изделий и технико-экономической документации.
Планирование и увязка отдельных элементов плана с использованием ЭВМ (англ. Computer-aided
Planning, CAP). CAP — разделяется по различным характеристикам и назначениям, по состоянию примерно одинаковых элементов. Соединенная между собой отдельных элементов происходит по следующим правилам:
Физическая однородность измеряемых величин
Однотипные канаты связей между этими элементами
Совместимость соединений элементов.
Принципы организации автоматизации
В основе организации производственного процесса на каждом предприятии и в любом его цехе лежит рациональное сочетание в пространстве и во времени всех основных, вспомогательных и обслуживающих процессов. Особенности и методы этих сочетаний различны в разных производственных условиях, однако есть и общие принципы:
