No Image

Технологические процессы автоматизированных производств

0 просмотров
10 марта 2020

Автоматизация производственных процессов – основное направление, по которому в настоящее время продвигается производство во всем мире. Все, что раньше выполнялось самим человеком, его функции, не только физические, но и интеллектуальные, постепенно переходят к технике, которая сама выполняет технологические циклы и осуществляет контроль за ними. Вот такое теперь генеральное русло современных технологий. Роль человека во многих отраслях уже сводится лишь к контролеру за автоматическим контролером.

В общем случае под понятием «управление технологическим процессом» понимают совокупность операций, необходимых для пуска, остановки процесса, а также поддержания или изменения в требуемом направлении физических величин (показателей процесса). Осуществляющие технологические процессы отдельные машины, агрегаты, аппараты, устройства, комплексы машин и аппаратов, которыми необходимо управлять, в автоматике называют объектами управления или управляемыми объектами. Управляемые объекты весьма разнообразны по своему назначению.

Автоматизация технологических процессов – замена физического труда человека, затрачиваемого на управление механизмами и машинами, работой специальных устройств, обеспечивающих это управление (регулирование различных параметров, получение заданной производительности и качества продукта без вмешательства человека).

Автоматизация производственных процессов позволяет во много раз увеличивать производительность труда, повышать его безопасность, экологичность, улучшать качество продукции и более рационально использовать производственные ресурсы, в том числе, и человеческий потенциал.

Любой технологический процесс создается и осуществляется для получения конкретной цели. Изготовления конечной продукции, или же для получения промежуточного результата. Так целью автоматизированного производства может быть сортировка, транспортировка, упаковка изделия. Автоматизация производства может быть полной, комплексной и частичной.

Частичная автоматизация имеет место, когда в автоматическом режиме осуществляется одна операция или отдельный цикл производства. При этом допускается ограниченное участие в нем человека. Чаще всего частичная автоматизация имеет место, когда процесс протекает слишком быстро для того, чтобы сам человек мог в нем полноценно участвовать, при этом достаточно примитивные механические устройства, приводящиеся в движение при помощи электрического оборудования, отлично с ним справляются.

Частичная автоматизация, как правило, применяется на уже действующем оборудовании, является дополнением к нему. Однако, наибольшую эффективность оно показывает, когда включено в общую систему автоматизации изначально – сразу же разрабатывается, изготовляется и устанавливается как ее составная часть.

Комплексная автоматизация должна охватывать отдельный крупный участок производства, это может быть отдельный цех, электростанция. В этом случае все производство действует в режиме единого взаимосвязанного автоматизированного комплекса. Комплексная автоматизация производственных процессов целесообразна не всегда. Ее область применения – современное высокоразвитое производство, на котором используется чрезвычайно надежное оборудование.

Поломка одного из станков или агрегата тут же останавливает весь производственный цикл. Такое производство должно обладать саморегуляцией и самоорганизацией, которая осуществляется по предварительно созданной программе. При этом человек принимает участие в производственном процессе лишь в качестве постоянного контролера, отслеживающего состояние всей системы и отдельных ее частей, вмешивается в производство для пуска-запуска и при возникновении внештатных ситуаций, или при угрозе такого возникновения.

Наивысшая ступень автоматизации производственных процессов – полная автоматизация . При ней сама система осуществляет не только процесс производства, но и полный контроль над ним, который проводят автоматические системы управления. Полная автоматизация целесообразна на рентабельном, устойчивом производстве с устоявшимися технологическими процессами с неизменным режимом работы.

Все возможные отклонения от нормы должны быть предварительно предусмотрены, и разработаны системы защиты от них. Также полная автоматизация необходима для работ, которые могут угрожать жизни человека, его здоровью или же проводятся в недоступных для него местах – под водой, в агрессивной среде, в космосе.

Каждая система состоит из компонентов, которые выполняют определенные функции. В автоматизированной системе датчики снимают показания и передают для принятия решения по управлению системой, команду выполняет уже привод. Чаще всего это электрическое оборудование, так как именно при помощи электрического тока целесообразнее выполнять команды.

Следует разделять автоматизированные систему управления и автоматические. При автоматизированной системе управления датчики передают показания на пульт оператору, а он уже, приняв решение, передает команду исполнительному оборудованию. При автоматической системе – сигнал анализируется уже электронными устройствами, они же, приняв решение, дают команду устройствам-исполнителям.

Участие человека в автоматических системах все же необходимо, пусть и в качестве контролера. Он имеет возможность вмешаться в технологический процесс в любой момент, откорректировать его или же остановить.

Так, может выйти из строя датчик температуры и подавать неправильные показания. Электроника в таком случае, будет воспринимать его данные, как достоверные, не подвергая их сомнению.

Человеческий разум во много раз превосходит возможности электронных устройств, хотя по быстроте реагирования уступает им. Оператор, может понять, что датчик неисправен, оценить риски, и просто отключить его, не прерывая процесс. При этом он должен быть полностью уверен в том, что это не приведет к аварии. Принять решение ему помогает опыт и интуиция, недоступные машинам.

Такое точечное вмешательство в автоматические системы не несет с собой серьезных рисков, если решение принимает профессионал. Однако, отключение всей автоматики и перевод системы в режим ручного управления чреват серьезными последствиями из-за того, что человек не может быстро реагировать на изменение обстановки.

Классический пример – авария на Чернобыльской атомной электростанции, ставшая самой масштабной техногенной катастрофой прошлого века. Она произошла именно из-за отключения автоматического режима, когда уже разработанные программы по предотвращению аварийных ситуаций не могли влиять на развитие обстановки в реакторе станции.

Автоматизация отдельных процессов началась в промышленности еще в девятнадцатом веке. Достаточно вспомнить автоматический центробежный регулятор для паровых машин конструкции Уатта. Но лишь с началом промышленного использования электричества стала возможной более широкая автоматизация уже не отдельных процессов, а целых технологических циклов. Связано это с тем, что до этого механическое усилие на станки передавалось с помощью трансмиссий и приводов.

Читайте также:  Герметики для системы отопления дома

Централизованное производство электроэнергии и использование ее в промышленности по большому счету, началось лишь с двадцатого века – перед Первой мировой войной, когда каждый станок был оснащен собственным электродвигателем. Именно это обстоятельство дало возможность механизировать не только сам производственный процесс на станке, но механизировать и его управление. Это был первый шаг к созданию станков-автоматов . Первые образцы которых появились уже в начале 1930-х годов. Тогда и возник сам термин «автоматизированное производство».

В России – тогда еще в СССР, первые шаги в этом направлении были сделаны в 30-40-е годы прошлого века. Впервые автоматические станки были использованы в производстве деталей для подшипников. Затем появилось первое в мире полностью автоматизированное производство поршней для тракторных двигателей.

Технологические циклы соединились в единый автоматизированный процесс, начинавшийся с загрузки сырья и заканчивающийся упаковкой готовых деталей. Это стало возможно, благодаря широкому применению современного на то время электрооборудования, различных реле, дистанционных выключателей, и конечно же, приводов.

И только появление первых электронно-вычислительных машин позволило выйти на новый уровень автоматизации. Теперь уже технологический процесс перестал рассматриваться, как просто совокупность отдельных операций, которые нужно совершать в определенной последовательности для получения результата. Теперь весь процесс стал единым целым.

В настоящее время автоматические системы управления не только ведут производственный процесс, но также контролируют его, отслеживают возникновение внештатных и аварийных ситуаций. Они запускают и останавливают технологическое оборудование, отслеживают перегрузки, отрабатывают действия в случае аварий.

В последнее время автоматические системы управления позволяют достаточно легко перестраивать оборудование на производство новой продукции. Это уже целая система, состоящая из отдельных автоматических многорежимных систем, соединенных с центральным компьютером, который увязывает их в единую сеть, и выдает задания для исполнения.

Каждая подсистема является отдельным компьютером со своим программным обеспечением, предназначенным для выполнения собственных задач. Это уже гибкие производственные модули. Гибкими их называют потому, что их можно перенастроить на другие технологические процессы и тем самым расширять производство, версифицировать его.

Вершиной автоматизированного производства являются промышленные роботы. Автоматизация пронизало производство сверху донизу. Автоматически работают транспортная линия по доставке сырья для производства. Автоматизировано управление и проектирование. Человеческий опыт и интеллект используется лишь там, где его не может заменить электроника.

для студентов по направлению подготовки бакалавра 220700.62 – «Автоматизация технологических процессов и производств»

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол №………от …………..2012 г.)

Рецензенты: д.т.н., профессор, зав. кафедрой электротехники и автоматики

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный

университет имени Петра I»

Начальник производства деревообрабатывающего предприятия

ЗАО фирма "Гранд" С.К. Ненашев

П… Технологические процессы автоматизированного производств [Текст] : учеб. пособие /Л.В. Пономаренко, Т.В. Ефимова; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» – Воронеж, 2012. – 159 с.

В учебном пособии излагаются технологические процессы основных деревообрабатывающих производств: лесопильного, клееных материалов и плит, изделий из древесины. Расширенное внимание уделено параметрам и режимам технологических процессов, современному оборудованию и применяемым материалам.

Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки бакалавра 220700.62 – «Автоматизация технологических процессов и производств».

Табл. 4. Ил. 125. Библиогр.: 14 наим.

 Пономаренко Л.В., Ефимова Т.В., 2012

 ФГБОУ ВПО «Воронежская

лесотехническая академия», 2012

1. Производственный и технологический процессы……………………….

3. Лесопильное производство………………………………………………..

3.1 Понятие о пиловочном сырье……………………………………….

3.2 Продукция лесопильного производства……………………………..

3.3 Способы раскроя бревен на пиломатериалы……………………….

3.4 Основы теории раскроя пиловочного сырья. Поставы………….

3.5 Подготовка сырья к распиловке…………………………………….

3.6 Структура производственных процессов лесопильных цехов……..

4. Технология клееных материалов………………………………………….

4.1 Виды клееных материалов……………………………………………

4.3 Технология изготовления лущеного шпона. Оборудование……….

4.4 Технология изготовления строганого шпона………………………..

4.5 Технология изготовления фанеры……………………………………

4.6 Технология производства древесностружечных плит…………….

5. Технология изделий из древесины…………………………………….

5.2 Требования к изделиям из древесины……………………………….

5.3. Структурные элементы изделий……………………………………..

5.4. Правила конструирования изделий из древесины………………….

5.5 Взаимозаменяемость деталей и сборочных единиц……………….

5.6 Основные понятия о допусках и посадках…………………………..

5.7 Шероховатость поверхности…………………………………………

5.8 Технологический процесс и оборудование………………………….

5.8.1 Раскрой досок на черновые заготовки…………………………

5.8.2 Раскрой плитных материалов…………………………………..

5.8.3 Изготовление облицовок из шпона строганого………………..

5.8.4 Обработка черновых заготовок…………………………………

5.8.5 Калибрование заготовок щитов из древесностружечных плит

5.9 Склеивание в технологии изделий из древесины……………….

5.9.1 Способы склеивания и методы нагрева клеевого шва……….

5.9.2 Облицовывание пластей щитовых деталей……………………

5.9.3 Облицовывание кромок щитовых элементов…………………

5.10 Механическая обработка чистовых заготовок…………………

5.10.1 Формирование шипов и проушин…………………………….

5.10.2 Фрезерование древесины………………………………………

5.10.3 Формирование гнезд и отверстий……………………………..

6. Охрана окружающей среды на деревообрабатывающих предприятиях…………………………………………………………………………

Древесина как строительный и поделочный материал известна с глубокой древности. Благодаря высокой механической прочности, лёгкой обрабатываемости режущими инструментами, способности удерживать гвозди и шурупы, способности к склеиванию и отделке, небольшому объёмному весу, низкой теплопроводности, хорошим тепло- и звукоизолирующим свойствам, а также природному цвету и рисунку текстуры древесину широко применяют как конструкционный материал в деревообрабатывающей промышленности.

К достоинствам древесины следует также отнести и то, что ресурсы её постоянно восстанавливаются как благодаря деятельности человека, так и самопроизвольно.

Отметим некоторые недостатки древесины как материала деревообрабатывающей промышленности. Это горючесть, низкая биоустойчивость, гигроскопичность и некоторые другие свойства, зависящие от породы древесины, условий произрастания и т.д.

Читайте также:  Холодильник самсунг двухкамерный как выставить температуру

В царской России деревообрабатывающая промышленность развивалась в основном как кустарная. Продукция таких деревообрабатывающих производств превосходила продукцию промышленных предприятий в 3-4 раза. Удельный вес лесопиления в валовой продукции в 1912 г. составил 80,2 %; фанерного производства 2,9 % и продукции прочих деревообрабатывающих производств – 16,9 %.

Современная деревообрабатывающая промышленность перерабатывает основную долю лесозаготовительной промышленности.

Среди всех производств, занятых механической и химико-механической обработкой древесины, можно выделить две большие группы. Группу производств первичной обработки древесины (производство пиломатериалов, плит, фанеры, шпона) и группу производств вторичной обработки (производство изделий из древесины, деталей машин, столярных деталей и др.).

Характерным для производств первой группы является потребление в качестве сырья продукции лесозаготовительной промышленности, то есть брёвен, кряжей, дров и выпуск в качестве продукции полуфабрикатов в виде пиломатериалов (досок, брусьев), древесностружечных и древесноволокнистых плит, лущёного и строганого шпона, фанеры и т.д.

Для группы производств вторичной обработки древесины характерны использование в качестве сырья продукции предприятий первичной обработки и выпуск в качестве продукции готовых изделий.

Отметим, что в настоящее время, с развитием переработки отходов от основных производств, можно выделить отдельную группу производств по обработке отходов и неделовой древесины. Это производства, вырабатывающие различные древесные плиты (древесностружечные, древесноволокнистые и фиброцементные), древесную муку и др.

На всех этапах механической обработки древесины образуется значительное количество отходов. В среднем, в общем процессе механической обработки древесины окончательно готовая продукция содержит не более 15…30 % древесины, считая от объёма бревна. Следовательно, 70…75 % составляют отходы и рациональное их использование – одна из главных задач современных деревообрабатывающих предприятий. Развитие научно-технического процесса должно быть направлено на создание и внедрение ресурсосберегающих технологий.

Большие потери связаны не только с ухудшением качественных характеристик перерабатываемого сырья, но и с несовершенством схем и технологий новых производств, а также производством, например, в лесопилении, значительного (более 50 %) количества пиломатериалов нецелевого назначения.

Основой проектирования любого автомата или линии является технологический процесс, задачей которого является получение готовых изделий заданного качества с помощью рабочих инструментов. При этом под комплектом инструмента понимают то минимально необходимое и достаточное количество орудий обработки, которые обеспечивают выполнение данного технологического процесса. Величину комплекта определяют объемом и методами обработки. Комплектом инструмента являются, например, пуансон и матрица — при штамповке; сверло, зенкер и метчик — при обработке резьбовых отверстий и др.

Таким образом, в любой технологический процесс входят, с одной стороны, изделие, заключающее в себе материал, требуемую форму, размеры, показатели качества и т. д., с другой стороны, методы обработки, способы технологического воздействия на обрабатываемый материал.

В этом заключается сходство технологических процессов и автоматизированного, и неавтоматизированного производства.

Их основное отличие состоит в том, что технологические процессы неавтоматизированного производства проектируют из обеспечения главным образом качества обработки. Технологические процессы автоматизированного производства проектируют исходя из обеспечения не только качества, но и количества обрабатываемых изделий, с широким использованием принципа совмещения операций.

Простейшим вариантом построения любого технологического процесса неавтоматизированного производства при выбранных методах, технологическом маршруте и режимах обработки является полная обработка изделия в одной позиции при последовательном выполнении всех составных операций.

В этом случае легко определить итоговую, суммарную длительность протекания технологического процесса t ’ po, которая зависит, с одной стороны, от характера детали, ее сложности и т. д., с другой – от прогрессивности выбранных методов и режимов обработки. Таким образом, производительности К ’ o является характеристикой технологического процесса обработки изделия, безотносительного к структуре машины.

Для примера на рис. V-1 показан чертеж ступенчатого вала. Технологический маршрут обработки складывается из фрезерования торцов, их зацентровки, черновой и чистовой обточки всех ступеней, обработки фасок и канавок. Общее время обработки равно суммарной длительности всех операций. Время каждой операции определяется объемом обработки (длина l и диаметр d обрабатываемой поверхности, ширина обработки и др.) и выбранным методом обработки, а также его режимами – скоростью резания v и подачей s; для операций обточки это время можно подсчитать по формуле

,

где np – число оборотов шпинделя на выполнение операции; nш – частота вращения шпинделя, об/мин; v – скорость резания, м/мин, l – длина хода инструмента, мм; s – подача, мм/об

Длительность обработки равна суммарному времени всех операций:

.

.

Величина К ’ o характеризует возможности данного технологического процесса по выпуску продукции в его простейшем варианте, который, как правило, и реализуется в неавтоматизированном производстве. Так, вал, показанный на рис. V-1, можно полностью обработать на универсальном токарном станке. Такой вариант обеспечивает требуемое качество обработки, однако является наименее производительным, так как в любой момент в работе находится не более одного инструмента (одноинструментная обработка). Последовательно, без совмещения во времени совершенствуются и холостые (вспомогательные) операции (установка заготовок, их зажим и разжим, подвод инструментов, съем готовых деталей и т. д.).

Однако, если для полной обработки тех же изделий спроектировать однопозиционный автомат или полуавтомат (рис V-2,a), суммарное время обработки значительно сократится за счет совмещения между собой рабочих и холостых ходов. Так, в автоматическом цикле можно одновременно производить обработку обоих торцов, обточку нескольких шеек, прорезку всех канавок и снятие фасок (многоинструментная обработка). Время рабочего хода tp, определится уже суммарной длительностью только цепочки несовмещенных операций: обработка одного торца, черновая и чистовая обточка одной шейки, прорезка одной канавки.

Читайте также:  Размеры обложки на паспорт из кожи

Рис.V-2. Структурные варианты построения машин, выполняющих одинаковый объем обработки:

а – однопозиционный автомат с многоинструментной обработкой; b – группа автоматов с дифференицированнымтехнологическим процессом; с – многопозиционный автомат с дифференцированным и концентрированным технологическим прцессом

, (V-1)

где U — количество одновременно работающих инструментов.

Величина Ко характеризует не только прогрессивность технологии, но степень совмещения операций в машине. Тем самым производительность однопозиционного автомата значительно выше, чем универсального станка, даже при тех же методах, технологических маршрутах и режимах обработки.

Широкое использование метода совмещения операций является важнейшей особенностью технологических процессов автоматизированного производства, основой построения всех многопозиционных машин и автоматических линий.

Возможность повышения производительности машин благодаря только многоинструментной обработке, как правило, невелика. Стремление применить многоинструментную работу часто приводит к чрезмерному увеличению числа суппортов на станке с несоразмерно большим количеством одновременно работающих инструментов. В этих случаях ограничиваются геометрическим решением задачи, находя возможности для размещения суппортов, механизмов их привода и резцовых державок. Большое количество инструментов на рабочей позиции, перегружая рабочее место, затрудняет сход стружки, ухудшает охлаждение инструмента, увеличивает усилия, действующие на деталь, и т. д. Все это обнаруживается уже в процессе эксплуатации станка и нередко приводит к сокращению числа одновременно, работающих инструментов.

Повышение производительности можно обеспечить путем дальнейшего развития принципа совмещения — дифференциации технологического процесса и концентрации операций, что приводит к созданию многопозиционных машин.

Любой технологический процесс автоматизированного производства состоит из отдельных элементов — операций, выполняемых целевыми механизмами рабочих и холостых ходов. Дифференциация технологического процесса заключается в том, что технологический процесс расчленяется на операции, выполняемые на различных рабочих позициях машины или линии, через которые последовательно проходит обрабатываемое изделие, пока не получит полного объема технологического воздействия.

При дифференциации любой технологический процесс расчленяется прежде всего на составные операции, поэтому объем обработки, выполняемый каждым конкретным механизмом, может быть различным.

Составная рабочая операция — это часть технологического процесса, которая может быть выполнена одним целевым механизмом и одним инструментом в соответствии с требованиями качества.

Если дифференциацию ограничить делением на составные операции, то для осуществления всего технологического процесса необходимы минимальный комплект инструмента и система последовательно расположенных однопозиционных машин, число которых равно числу составных операций (рис. V-2,б).

Например, технологический объем обработки вала (см. рис. V-l) можно дифференцировать на шесть частей: 1) фрезерование и зацентровка торцов; 2) черновая обточка с одной стороны; 3) черновая обточка с другой стороны; 4) чистовая обточка с одной стороны, 5) чистовая обточка с другой стороны; 6) обточка фасок и канавок.

Если каждую часть технологического процесса осуществлять на однопозиционной машине, получим поточную линию из шести автоматов или полуавтоматов (одного фрезерно-центровального, четырех токарно-копировальных и одного токарно-отделочного).

Если дифференциацию объема обработки продолжить дальше, разделяя составные операции на более элементарные части, то, процесс обработки даже в пределах одной операции становится дискретным, требуя одновременно дополнительного количества одноименных инструментов, которые выполняют уже не составную операцию, а только часть ее — с неизбежными перерывами в обработке одной детали. Так, если выполняется операция сверления отверстия на всю глубину или обработка одним резцом на всю длину согласно чертежу изделия, то это означает выполнение составной операции одним инструментом. Если дробить процессы сверления, резания и другие на более элементарные части (несколько однородных элементарных операций), то потребуется не один инструмент, а несколько однотипных. При этом комплект инструмента возрастает по сравнению с технологически необходимым. К такому дроблению прибегают, чтобы сделать все операции во времени равновеликими и соизмеримыми.

Последовательное выполнение дифференцированного технологического процесса — составных или раздробленных операций на группе операционных автоматов (рис. V-2, б) обеспечивает полный объем обработки за время, равное времени одной операции, выполняемой каждым автоматом. При этом в обработке одновременно находится число изделий, равное числу операций, т. е. числу операционных автоматов, и готовые изделия выдаются через промежуток времени, равный рабочему циклу однопозиционного автомата.

Дифференцируя общий объем обработки в различной степени, т. е. варьируя число последовательных позиций обработки q, получаем различную длительность обработки на одной позиции tp, а следовательно, различную технологическую производительность К. Если возможно дифференцировать весь объем обработки на равные части, то

; (V-2)

Концентрация операций заключается в том, что отдельные операции, выполняемые так же одновременно, как и в группе однопозиционных автоматов, концентрируются в одном автомате (рис. V-2, в). Так появились многопозиционные автоматы, а затем и автоматические линии последовательного, параллельного и параллельно-последовательного действия. Наиболее характерными для технологии автоматизированного производства являются сложные технологические процессы, состоящие из множества разнородных видов обработки. Для таких процессов концентрация операций выражается сосредоточением в одной машине последовательно выполняемых разнородных операций дифференцированного технологического процесса. При этом один технологический комплект инструмента, который необходим в машине, рассредоточен по позициям, как в группе однопозиционных машин, работающих последовательно. В этом случае длительность рабочего цикла автомата или линии определяется продолжительностью наиболее длительной операции, а также холостыми ходами цикла — подачей, зажимом, транспортированием изделий из позиции в позицию.

Если принцип дифференциации технологического процесса, открытый еще в эпоху мануфактурного производства, характерен для любых форм современного поточного производства, то применение принципа концентрации операций — неотъемлемое свойство автоматизированного производства.

Дата добавления: 2014-11-25 ; Просмотров: 1980 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector