Оценка экономического эффекта от использования средств автоматизации производства

Организационно-технические особенности создания и эксплуатации гибких производственных систем

Организационно-технические особенности создания и эксплуатации роторных линий

Виды и организационно-технические особенности создания и эксплуатации автоматических линий

Организация автоматизированного производства

Дальнейшим развитием поточного производства является его автоматизация, в которой сочетаются непрерывность производственных процессов с автоматическим выполнением. Автоматизация производства в машиностроении и радиоэлектронном приборостроении развивается в направлении создания автоматических станков и агрегатов, автоматических поточных линий, автоматических участков, цехов и даже заводов.

Степень автоматизации производственных процессов может быть различной. При частичной автоматизации часть функций по управлению оборудования автоматизирована, а часть – выполняется рабочими–операторами (полуавтоматические комплексы). При комплексной автоматизации все функции управления автоматизированы, рабочие только налаживают технику и контролируют ее работу (автоматические комплексы).

При комплексной автоматизации производственных процессов должна применяться такая система автоматических машин, при которой процесс превращения исходного материала в готовый продукт происходит от начала до конца без физического вмешательства человека. Для этого требуется автоматизация не только технологических, но и всех вспомогательных и обслуживающих операций.

Комплексная автоматизация производственных процессов является главным направлением технического прогресса, обеспечивающим дальнейший рост производительности труда, снижение себестоимости и улучшение качества продукции. Этапы развития автоматизации производства определяются развитием средств производства, электронно-вычислитель­ной техники, научных методов технологии и организации производства.

На первом этапе были созданы автоматические линии с жесткой кинематической связью. Для второго этапа развития автоматизации характерно появление электронно-программного управления: были созданы станки с ЧПУ, обрабатывающие центры и автоматические линии, содержащие в качестве компонента оборудование с программным управлением.

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. Более высокий уровень автоматизации характеризуется созданием автоматических заводов будущего, оснащенных оборудованием с искусственным интеллектом. Типичным примером комплексной автоматизации является автоматическая линия (АЛ).

Автоматическая линия - это система согласованно работающих и автоматически управляемых станков (агрегатов), транспортных средств и контрольных механизмов, размещенных по ходу технологического процесса, с помощью которых обрабатываются детали или собираются изделия по заранее заданному технологическому процессу в строго определенно время (такт АЛ).

Роль рабочего на АЛ сводится лишь к наблюдению за работой линии, к наладке и подналадке отдельных механизмов, иногда к подаче заготовки на первую операцию и снятию готового изделия на последней операции. Это позволяет рабочему управлять значительным числом машин и механизмов. Характер труда рабочего меняется коренным образом и все более и более приближается к труду техника и инженера.

Основным параметром (нормативом) АЛ является производительность. Производительность линии считают по производительности последнего выпускного станка. Различают: технологическую, цикловую, фактическую, потенциальную производительность линии.

Технологическую производительность определяем по формуле:

где t_м - время непосредственной обработки детали (рабочих ходов станка, автомата, линии), т. е. основное время (t_o).

Цикловая производительность рассчитывается по формуле:

где Т_ц - продолжительность рабочего цикла (Т_ц = t_м + t_х = t₀ + t_в = t_on),

мин.;

t_х - время холостых ходов рабочей машины, связанных с загрузкой и разгрузкой, межстаночным транспортированием, зажимом и разжимом деталей, т.е. вспомогательное время (t_в).

Для большинства автоматических линий продолжительность рабочего цикла и всех его элементов остается неизменной в процессе работы машины, поэтому значения технологической и цикловой производительности являются постоянными величинами. В реальных условиях периоды бесперебойной работы рабочей машины АЛ чередуются с простоями, вызванными различными организационными причинами. Вследствие этого фактическую производительность автоматической линии определяем по формуле:

где К_ис.в - коэффициент использования рабочей машины (станка, автомата, линии) во времени;

ρ_ц - цикловая производительность рабочей машины.

Коэффициент К_ис._в (организационно-технический уровень) может быть рассчитан по формуле:

где F_эф - время работы рабочей машины за плановый период (эффективный фонд времени);

Т_пр - время простоя рабочей машины за тот же период;

Т_ом - время внецикловых простоев, приходящихся на единицу продукции (t_ом = t _т.о+ t_о.о).

Все простои оборудования делятся на собственные (t_то) и организационно-технические (t_o.o).

Собственные простои функционально связаны с конструкцией и режимом работы линии. Их величина определяется конструктивным совершенством линии, ее надежностью в работе, квалификацией обслуживающего персонала и др. К ним относятся простои, связанные с регулировкой механизмов, подналадкой и текущим ремонтом оборудования, сменой инструмента и т. д. Организационно-технические простои обусловлены внешними причинами, функционально не связанными и не зависящими от конструкции АЛ и системы её обслуживания. Это - отсутствие заготовок, несвоевременный приход и уход рабочего, брак на предыдущих операциях и другие виды организационного обслуживания (t_o.o).

С учетом потерь времени только по причинам технического обслуживания определяется потенциальная производительность автоматической линии

.

Технический уровень этой линии (коэффициент технического использования)

.

Организационно-технический уровень (коэффициент общего использования)

.

Важнейшим календарно-плановым нормативом автоматической линии, характеризующим равномерность выпуска продукции является такт (или ритм потока). Он определяется суммарным временем обработки изделия (t_м), временем установки, закрепления, раскрепления и снятия, а также транспорти-ровки его с одной операции на другую (t_x)

.

Автоматические линии с гибкой связью оснащаются, как правило, независимым межоперационным транспортом, позволяющим передавать детали с операции на операцию независимо друг от друга. После каждой операции на линии создается бункерное устройство (магазин) для накопления межоперационного задела, за счет которого осуществляется непрерывная работа станков.

Разновидностью комплексных автоматических линий являются роторные автоматические линии (РЛ), разработанные инженером Л. Н.Кошкиным.

Автоматическая роторная линия представляет собой комплекс рабочих машин (роторов), транспортных машин (роторов), приборов, объединенных единой системой автоматического управления, в котором одновременно с обработкой заготовки перемещаются по дугам окружностей рабочих роторов совместно с воздействующими на них рабочими инструментами.

Рабочие и транспортные роторы находятся в жесткой кинематической связи и имеют синхронное вращение.

Рабочий ротор представляет собой жесткую систему, на периферии которого на равном расстоянии друг от друга монтируются рабочие инструменты в быстросъемных блоках и рабочие органы, сообщающие инструментам необходимые движения. Каждый инструмент на различных участках своего пути совершает все необходимые элементы движения для выполнения операции. Для малых усилий применяются механические исполнительные органы, для больших - гидравлические (например, штоки гидравлических силовых цилиндров).

Инструмент, как правило, монтируется комплексно в предварительно налаживаемых (вне рабочих машин) блоках, сопрягаемых с исполнительными органами рабочего ротора преимущественно только осевой связью, что обеспечивает возможность быстрой замены блоков.

На периферии транспортных роторов на равном расстоянии друг от друга устанавливаются заготовки для изготовления деталей или сборочные единицы для сборки изделий. Транспортные роторы принимают, транспортируют и передают изделия (заготовки) на рабочие роторы. Они представляют собой барабаны или диски, оснащенные несущими органами. Часто применяются простые транспортные роторы, имеющие одинаковую транспортную скорость, общую плоскость транспортирования и одинаковую ориентацию предметов обработки.

Для передачи изделий между рабочими роторами с различными шаговыми расстояниями или различным положением предметов обработки транспортные роторы могут изменять угловую скорость и положение в пространстве транспортируемых предметов.

Рабочие и транспортные роторы соединяются в линии общим синхронным приводом, перемещающим каждый ротор на один шаг за время, соответствующее такту линии.

11.2.3 Организационно-технические особенности создания и эксплуатации робототехнических комплексов

В современных условиях развития автоматизации производства особое место отводится использованию промышленных роботов.

Промышленный робот - это механическая система, включающая манипуляционные устройства, систему управления, чувствительные элементы и средства передвижения. С помощью промышленных роботов можно объединять технологическое оборудование в отдельные робототехнические комплексы различного масштаба, не связанные жестко планировкой и числом комплектующих агрегатов. Принципиальными отличиями робототехники от традиционных средств автоматизации являются их широкая универсальность (многофункциональность) и гибкость (мобильность) при переходе на выполнение принципиально новых операций.

Промышленные роботы находят применение во всех сферах производственно-хозяйственной деятельности. Они успешно заменяют тяжелый, утомительный и однообразный труд человека, особенно при работе в условиях вредной и опасной для здоровья производственной среды. Они способны воспроизводить некоторые двигательные и умственные функции че­ловека при выполнении ими основных и вспомогательных производственных операций без непосредственного участия рабочих. Для этого их наделяют некоторыми способностями: слухом, зрением, осязанием, памятью и т. д., а также способностью к самоорганизации, самообучению и адаптации к внешней среде.

Промышленный робот - это перепрограммируемая автоматическая машина, применяемая в производственном процессе для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям человека, при перемещении предметов труда или технологической оснастки.

Роботы первого поколения (автоматические манипуляторы), как правило, работают по заранее заданной «жесткой» программе. Например, в жесткой связи со станками, оснащенными ЧПУ.

Роботы второго поколения оснащены системами адаптивного управления, представленными различными сенсорными устройствами (например, техническим зрением, очувствленными схватами и т.д.) и программами обработки сенсорной информации.

Роботы третьего поколения обладают искусственным интеллектом, позволяющим выполнять самые сложные функции при замене в производстве человека.

Разнообразие производственных процессов и условий производства предопределяют наличие различных типов роботизированных технологических комплексов (РТК) - ячеек, участков, линий и т. д.

Повышение надежности РТК позволяет снизить потери времени на планово-предупредительные ремонты и ликвидацию аварийных отказов, а также уменьшить затраты на ремонт всех видов и техническое обслуживание оборудования. Обеспечение ритмичности производственного процесса в условиях РТК и синхронизация операций являются одной из сложных организационных задач. Для РТК устанавливают величину усредненного такта или ритма r_ус и за счет группировки и подбора операций обеспечивают равенство или кратность между продолжительностью операций и тактом. Такт определяется по формуле:

где t_шті - штучное время на і-й операции;

С_ртя - число роботизированных технологических ячеек.

За счет синхронизации простои основного оборудования РТК сводятся к минимуму, при этом повышаются его производительность и эффективность. Социально-экономическая эффективность определяется на основе суммы приведенных затрат по базовой технике и РТК с учетом социальных факторов.

В современных условиях сфера распространения поточных форм организации производства и соответствующих видов поточных линий (ОНПЛ, ОППЛ, МНПЛ, МППЛ, АЛ, РЛ) ограничена в основном массовым и крупносерийным типами производства, доля которых в общем объеме производства не столь значительна и постоянно уменьшается под воздействием ряда факторов, порождаемых научно-техническим прогрессом. К таким факторам относятся: увеличение многообразия разработки объектов новой продукции; частая сменяемость выпускаемых изделий; возрастание многономенклатурности производства изделий, сборочных единиц, деталей; снижение объема выпуска отдельных изделий при увеличении объема других и т. д. Развитие радиоэлектроники, вычислительной техники и программирования, серийное производство высокопроизводительных многоцелевых станков с ЧПУ (обрабатывающих центров), робототехника и использование групповой технологии обусловили создание базы для автоматизации серийного, мелкосерийного и единичного производств, а также для перехода к гибкому автоматизированному производству и к массовому внедрению гибких производственных систем (ГПС).

Создание ГПС направлено на обеспечение выпуска серийных и мелкосерийных изделий дискретными партиями, номенклатура и размеры которых могут меняться во времени. При этом использование ГПС должно способствовать сохранению для многономенклатурного производства отличительных особенностей и преимуществ массового производства (непрерывности и ритмичности) и существенному повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции при сокращении численности рабочих-операторов.

Гибкие производственные системы отличаются от технических систем, состоящих из универсального оборудования и автономно работающих станков с ЧПУ и от производств, оборудованных станками-автоматами и полуавтоматами на линии с механической связью. От производств, оснащенных универсальным оборудованием и станками с ЧПУ, ГПС отличаются высокой производительностью оборудования и труда как за счет одновременного выполнения многих операций производственного процесса с одной установки обрабатываемого предмета труда, так и за счет того, что ГПС может работать в автоматическом режиме круглосуточно. От автоматической линии ГПС отличается гибкостью в широком смысле слова, что позволяет обрабатывать в нем широкую номенклатуру изделий и быструю смену объектов производства.

Обладая широкой гибкостью, ГПС обеспечивает высокую производительность оборудования, приближающуюся к уровню производительности автоматических линий и линий, скомпонованных из специализированных станков. Основной показатель ГПС – степень гибкости – может быть определен величиной затрачиваемого времени, количеством необходимых дополнительных расходов, широтой номенклатуры выпускаемой продукции.

Понятие степень гибкости производственной системы – это не однозначный, а многокритериальный показатель. В зависимости от конкретной решаемой задачи ГПС выдвигаются различные аспекты гибкости:

1. машинная гибкость;

2. технологическая гибкость;

3. структурная гибкость;

4. гибкость по объему выпуска;

5. гибкость по номенклатуре.

Перечисленные виды гибкости тесно связаны между собой.

При проведении работ на конкретном предприятии с целью перехода на автоматизированное производство возникает вопрос об оценке капитальных затрат на внедрение средств автоматизации и определении эффективности этих затрат. Для этого необходимо выяснить структуру затрат на создание автоматизированного производства (АЛ, РЛ, РТК, ГПС) и процедуру определения эффективности этих затрат.

Соизмерение затрат и результатов при создании автоматизированного производства является частью общей проблемы, рассматриваемой в теории экономической эффективности капитальных вложений.

Технический уровень современного производства позволяет автоматизировать почти любую технологическую операцию. Однако далеко не всегда автоматизация при этом будет экономически эффективной. Автоматизация производства может осуществляться с применением различного оборудования, разных средств автоматизации, транспортных и контрольных устройств, любой компоновки технологического оборудования и т. д. Поэтому необходимо производить правильный выбор и комплексную оценку экономической эффективности вариантов автоматизации производства.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что целесообразность применения того или иного технологического оборудования с различной степенью гибкости и автоматизации в основном определяется объемом годового выпуска продукции и номенклатурой или числом типоразмеров. Так, если надо выпускать один-два типоразмера в количестве 2-5 тыс. шт. в год, целесообразно выбрать АЛ с жесткой кинематической связью или РЛ; при двух-восьми типоразмерах с объемом выпуска 1-15 тыс. шт. в год можно принять перенала­живаемую АЛ с ограниченной жесткостью; при пяти-ста типоразмерах с объемом 50-1000 шт. в год выбирают ГПМ или ГПК (ГПС). Экономическая эффективность автоматизации производства оценивается стоимостными и натуральными показателями. К основным стоимостным показателям относятся себестоимость продукции, капитальные затраты, приведенные затраты и срок окупаемости дополнительных капитальных вложений в средства автоматизации.

При обосновании экономической целесообразности создания и эксплуатации автоматической или автоматизированной производственной системы необходимо исходить из следующих основных принципов теории экономической эффективности капитальных вложений:

1. Экономический эффект от использования средств автоматизации - это экономия общественного труда при производстве каких-либо видов продукции. Экономия труда или экономия времени коренным образом определяет направленность капитальных вложений.

2. Целесообразность использования средств автоматизации на конкретном предприятии (в цехе) обосновывается соотношением хозяйственного эффекта и затратами по каждому варианту.

3. В качестве критерия сравнения вариантов принимаются приведенные затраты, отражающие текущие затраты и капитальные вложения.

При экономическом обосновании целесообразности использования средств автоматизации в конкретном производстве следует учитывать экономический эффект в сфере производства продукции, производимой в условиях автоматизации. Кроме того, необходимо принимать во внимание следующее.

1. Сравниваемые варианты, предлагаемые для организации производства продукции, приводятся к тождественному эффекту.

2. Цель внедрения средств автоматизации – увеличение объема и качества выпускаемой продукции на базе интенсификации.

3. При рассмотрении двух вариантов тот вариант является наилучшим, которому соответствует минимум приведенных затрат.

Дата добавления: 2014-01-04