1. Niveles de automatización y sus características distintivas

La automatización de los procesos productivos se puede realizar a diferentes niveles.

La automatización tiene el llamado nivel cero, si se excluye la participación humana en la producción sólo cuando se realizan movimientos de trabajo (rotación del husillo, movimiento de avance de la herramienta, etc.). Esta automatización se llamó mecanización. Podemos decir que la mecanización es la automatización de los movimientos de trabajo. De ello se deduce que la automatización implica mecanización.

La automatización de primer nivel se limita a la creación de dispositivos cuyo propósito es eliminar la participación humana al realizar movimientos inactivos en equipos individuales. Esta automatización se denomina automatización del ciclo de trabajo en producción en serie y en flujo.

Los tiempos de ralentí en el tiempo de pieza estándar, que determina la complejidad de la operación, se tienen en cuenta en forma de tiempo auxiliar t in y tiempo de mantenimiento t, de modo que:

donde t o es el tiempo principal, que tiene en cuenta el tiempo de las carreras de trabajo, t o =t p.x ; t durante el tiempo auxiliar, incluye retiro y suministro de herramientas, carga de equipos y control; t significa el tiempo de mantenimiento dedicado a cambios de herramientas, ajustes de equipos, eliminación y gestión de residuos; t org tiempo de mantenimiento del equipo; t departamento – tiempo de descanso del trabajador.

En el primer nivel de automatización, las máquinas en funcionamiento aún no están conectadas entre sí mediante comunicación automática. Por tanto, el transporte y control de las instalaciones de producción se realizan con participación humana. En este nivel se crean y utilizan máquinas automáticas y semiautomáticas. En las máquinas automáticas, el ciclo de trabajo se realiza y repite sin intervención humana. En las máquinas semiautomáticas se requiere la participación humana para realizar y repetir el ciclo de trabajo.

Por ejemplo, un torno multihusillo moderno realiza torneado, taladrado y avellanado. Desenrollar y cortar hilos en una pieza de varilla. Una máquina automática de este tipo puede reemplazar hasta 10 máquinas universales debido a la automatización y la combinación de carreras inactivas y de trabajo, y una alta concentración de operaciones.

La automatización de segundo nivel es la automatización de procesos tecnológicos. En este nivel se resuelven los problemas de automatización del transporte, control de la instalación de producción, eliminación de residuos y control de los sistemas de máquinas. Se crean y utilizan líneas automáticas y sistemas de producción flexibles (GPS) como equipamiento tecnológico.

Una línea automática es un sistema de funcionamiento automático de máquinas instaladas en una secuencia tecnológica y combinadas mediante medios de transporte, carga, control, gestión y eliminación de residuos. Por ejemplo, una línea para procesar el engranaje cónico de transmisión de una caja de cambios de un automóvil libera hasta 20 trabajadores y se amortiza en tres años con un programa de producción adecuado.

Una línea automática consta de equipos tecnológicos que están configurados para un tipo de transporte específico y están conectados a él mediante dispositivos de carga (manipuladores, bandejas, elevadores). Además de los puestos de trabajo, la línea también incluye puestos de inactividad, que son necesarios para la inspección y el mantenimiento de la línea.

Si la línea incluye puestos con participación humana, entonces la línea se llama automatizada.

El tercer nivel de automatización es la automatización integral, que cubre todas las etapas y eslabones del proceso de producción, desde los procesos de adquisición hasta las pruebas y el envío de productos terminados.

La automatización compleja requiere dominar todos los niveles anteriores de automatización. Esto se asocia con un alto equipamiento técnico de producción y grandes costos de capital. Esta automatización es eficaz para programas de producción bastante grandes para productos de diseño estable y gama estrecha (producción de rodamientos, unidades de máquinas individuales, elementos de equipos eléctricos, etc.).

Al mismo tiempo, es la automatización compleja la que permite el desarrollo de la producción en su conjunto, ya que tiene la mayor eficiencia de los costos de capital. Para mostrar las posibilidades de dicha automatización, consideremos como ejemplo 1ZT: una planta mágica para la producción de estructuras de automóviles en Estados Unidos. Con una capacidad de producción de hasta 10.000 cuadros por día, la planta cuenta con una plantilla de 160 personas, compuesta principalmente por ingenieros y ajustadores. Si se trabajara sin el uso de una automatización integral, se necesitarían al menos 12.000 personas para completar el mismo programa de producción.

En el tercer nivel de automatización, las tareas de automatización del almacenamiento y transporte entre tiendas de productos con direccionamiento automático, procesamiento de residuos y gestión de producción se resuelven sobre la base del uso generalizado de computadoras. En este nivel, la participación humana se reduce a dar servicio al equipo y mantenerlo en funcionamiento.

2. Desarrollo de la automatización hacia la flexibilidad tecnológica y el uso generalizado de las computadoras.

Los sistemas de producción flexibles son un conjunto de equipos y sistemas tecnológicos para asegurar su funcionamiento en modo automático durante la fabricación de productos de diversa nomenclatura. El desarrollo del GPS avanza hacia la tecnología no tripulada, asegurando el funcionamiento de los equipos durante un tiempo determinado sin la participación de un operador.

Para cada producto, con determinados requisitos de cantidad y calidad de los productos, se pueden desarrollar varias versiones de GPS, que se diferencian en los métodos y rutas de procesamiento, control y montaje, el grado de diferenciación y concentración de las operaciones del proceso tecnológico, tipos de transporte y sistemas de carga, el número de vehículos de servicio (STV), la naturaleza de las conexiones entre unidades y secciones, soluciones de diseño de mecanismos y dispositivos principales y auxiliares, principios de construcción de un sistema de control.

El nivel técnico y la eficiencia del GPS están determinados por indicadores tales como la calidad de los productos, el rendimiento del GPS y su confiabilidad, y la estructura del flujo de componentes que ingresan a su entrada. Teniendo en cuenta estos criterios, se abordan tareas como la elección del tipo y cantidad de equipos tecnológicos, las instalaciones de almacenamiento interoperativas, su capacidad y ubicación, el número de operadores de servicios, la estructura y parámetros del sistema de transporte y almacén, etc. . debe ser solucionado.

Los sistemas de fabricación flexibles pueden construirse a partir de células intercambiables, de células complementarias o de forma mixta.

La figura muestra un diagrama de un sistema flexible de dos centros de mecanizado intercambiables (MC) idénticos. Los centros de mecanizado cuentan con dos carros de transporte (robocars) que apoyan el movimiento de los flujos de materiales (piezas, piezas de trabajo, herramientas). El control automatizado es común. Si se permiten operaciones manuales, se debe dar al operador cierta libertad de acción. El trabajo conjunto del CO y el sistema de transporte se controla desde la computadora central.

En general, los robocars se controlan desde una computadora central a través de un dispositivo intermedio o desde un sistema de control local (LCS). Los comandos se pueden transmitir a los vehículos robóticos sólo en las paradas que dividen las rutas de tráfico en zonas. La computadora permite que solo un vehículo robótico permanezca en un área específica. La velocidad máxima de movimiento puede alcanzar 1 m/s.

La parte superior del vehículo robótico se puede subir y bajar mediante un accionamiento hidráulico para realizar operaciones de recarga, descarga y carga. Si el control desde la computadora falla o se desconecta, el robotcar puede ser controlado por el LCS.

Existen varias opciones para los robocars utilizados como vehículos en GPS. La opción más común es cuando el vehículo robótico se mueve a lo largo de una pista (ruta, pista) u otra estructura colocada en el suelo o en su superficie. Una de las opciones de rastreo es que se aplica una pista en forma de tira (fluorescente, reflectante, blanca con ribete negro) a la superficie del piso y el seguimiento de la ruta se realiza mediante métodos optoelectrónicos. La desventaja es la necesidad de controlar la limpieza de la tira. Por lo tanto, es más común rastrear robocars con un conductor inductivo colocado en una ranura a poca profundidad (aproximadamente 20 mm). También se conocen otras soluciones interesantes: utilizar, por ejemplo, equipos de navegación por televisión para la libre circulación en el espacio bajo control por ordenador.

La fuente de suministro de flujos de material a los vehículos robóticos es un almacén automático con apiladores que proporcionan acceso específico a cualquier celda del almacén. El almacén en sí es un objeto de gestión bastante complejo.

Como sistema de control se utilizan controladores programables, computadoras o dispositivos especializados.

Los robocars más comunes con seguimiento de ruta inductivo tienen las siguientes características: capacidad de carga - 500 kg; velocidad de movimiento - 70 m/min; aceleración durante la aceleración y el frenado, respectivamente - 0,5 y 0,7 m/s 2 ; aceleración en frenada de emergencia 2,5 m/s 2 ; valor de elevación de paletas - 130 mm; precisión de parada del automóvil robótico: 30 mm; tiempo de ciclo de sobrecarga - 3 s; radio de giro a velocidad máxima: 0,9 m; tiempo de funcionamiento sin recargar baterías: 6 horas; voltaje de la batería - 24V; la potencia de cada uno de los dos motores de accionamiento es de 600 W; El peso propio del robocar es de 425 kg.

Una ventaja importante de los robocars como vehículos es la ausencia de restricciones importantes en la disposición de los equipos, que pueden realizarse por razones de mayor eficiencia según cualquier criterio. La ruta del robocar suele resultar bastante compleja, con bifurcaciones y bucles paralelos.

Etapas y medios de automatización de la producción.

El predecesor de la automatización fue la compleja mecanización de la producción, durante la cual las funciones físicas de una persona en el proceso de producción se realizaban mediante mecanismos controlados manualmente. Al mismo tiempo, el trabajo de una persona se hizo físicamente más fácil y su actividad principal pasó a ser operar maquinaria. La mecanización tiene como objetivo facilitar las condiciones del trabajo humano y aumentar su productividad.

A medida que se desarrolla la mecanización, surge la tarea de automatizar total o parcialmente el control de los mecanismos. Como resultado de la solución de este problema se crean autómatas tecnológicos que son capaces, en mayor o menor medida, de realizar funciones productivas sin intervención humana. La aparición y difusión de las máquinas tecnológicas marcó el inicio de la automatización de la producción.

En el desarrollo de la automatización, se pueden distinguir varias etapas sucesivas, cada una de las cuales se caracteriza por la aparición de nuevas herramientas de automatización y la expansión de la composición de los objetos de automatización de la producción. En general, en relación con la producción industrial, se pueden distinguir las siguientes etapas principales de automatización.

1. Automatización de la producción en masa. Con la producción en masa de productos industriales, la tarea de aumentar la productividad laboral es especialmente grave. Aquí son posibles costes importantes para los equipos de automatización, ya que al atribuirse a una unidad de producción (con un gran número de unidades de producción), conducen a un aumento aceptable de su precio.

Como resultado, resulta conveniente crear y utilizar máquinas automáticas tecnológicas especiales y especializadas en la producción. Cada una de estas máquinas está diseñada para una única operación tecnológica o un conjunto limitado de operaciones tecnológicas en la producción de un producto específico. La tarea de reconstruir la máquina para producir otros productos se plantea de forma limitada o no se plantea en absoluto.

El objetivo principal de la automatización es lograr la máxima productividad. El proceso tecnológico de fabricación de un producto se divide en operaciones sencillas de corta duración, que pueden realizarse en paralelo en diferentes máquinas tecnológicas.

Las líneas de producción se crean a partir de máquinas automáticas tecnológicas de acuerdo con la secuencia de operaciones tecnológicas del proceso de fabricación del producto. Se consigue un mayor aumento del nivel de automatización mediante la automatización del transporte interoperativo y del almacenamiento intermedio (almacenamiento interoperativo de productos semiacabados). El resultado de una automatización tan integral del proceso tecnológico es la creación de líneas automáticas.

Una línea automática implementa automáticamente el proceso tecnológico de fabricación de un producto específico. Para lograr la mayor productividad, la línea automática se construye con equipos especiales y especializados. La creación e implementación de una línea automática requiere mucho tiempo y costos de material, por lo que dichas líneas son rentables solo en la producción en masa de productos, cuando el mismo producto se produce sin cambios en grandes cantidades de forma continua durante varios años. Las líneas automáticas tienen capacidades limitadas para la conversión a la producción de otros productos o no se proporcionan dichas capacidades en absoluto.

Dado que el uso de líneas automáticas y máquinas tecnológicas cíclicas se limita a la producción en masa y a gran escala, los volúmenes de producción automatizada basada en ellas son correspondientemente limitados. Según diversas estimaciones, el volumen de producción en masa y a gran escala oscila entre el 15 y el 20% del volumen de producción total, y esta proporción tiende a disminuir. En consecuencia, el nivel de automatización de la producción mediante líneas automáticas y máquinas de ciclo no puede superar el 15-20%. En realidad, este nivel es aún más bajo.

Las máquinas tecnológicas cíclicas y las líneas automáticas pertenecen a los medios de automatización "dura". Con su ayuda, es posible lograr una productividad laboral muy alta, pero el alcance de uso de tales medios es limitado y solo sobre esta base es imposible la automatización total de la producción.

2. Automatización de operaciones básicas de procesamiento para la producción de múltiples artículos. La producción de artículos múltiples implica la producción de una variedad de productos en lotes de volumen limitado dentro de un período de tiempo limitado. La gama de productos y el tamaño de los lotes pueden variar ampliamente: desde productos individuales hasta lotes de producción de mediana escala.

En la producción de artículos múltiples, el equipo tecnológico debe ser en gran medida universal y proporcionar reajuste y reestructuración para la producción de una variedad de productos (dentro de las capacidades tecnológicas del equipo). En el caso de producción automatizada, dicho reajuste y reestructuración deberá realizarse de forma automática con un mínimo de operaciones manuales o con su completa eliminación.

El cumplimiento de las condiciones anteriores define la automatización "flexible". El principio fundamental de la automatización flexible es el principio de control de programas de equipos tecnológicos. El ciclo de trabajo de una máquina tecnológica se establece mediante un programa de control que contiene una descripción codificada de la secuencia de los elementos del ciclo mediante ciertos símbolos. El programa de control se desarrolla por separado del equipo controlado y está formateado en algún medio informático, lo que permite su lectura por el dispositivo de control automático de la máquina tecnológica.

Por primera vez, este principio (que surgió y se mejoró durante el control por ordenador) se implementó para la automatización de máquinas cortadoras de metales. Las máquinas de control numérico por computadora (CNC) aparecieron y comenzaron a extenderse ampliamente. Los primeros modelos de máquinas CNC, por su falta de perfección, requerían, al cambiar el ciclo de funcionamiento, no sólo la sustitución del programa de control, sino también algunas operaciones manuales de reajuste. Estas máquinas resultaron eficaces al procesar lotes del mismo tipo de piezas con un volumen de al menos 50 a 100 piezas. A medida que los principios del CNC y las soluciones técnicas han mejorado, este límite se ha reducido continuamente y hoy en día las máquinas CNC son efectivas incluso en la producción personalizada.

Inicialmente, las máquinas CNC fueron creadas para determinados tipos de mecanizado. Posteriormente, se generalizaron las máquinas CNC multifuncionales con cambio automático de herramientas de procesamiento (centros de mecanizado).

Las máquinas CNC permiten automatizar el proceso de procesamiento de piezas y son flexibles, ya que pueden adaptarse al procesamiento de piezas de diferentes formas reemplazando el programa de control. Esta circunstancia permite, por ejemplo, automatizar el proceso de cambio de máquina y, por tanto, aumenta el nivel de automatización de la producción.

El principio CNC, debido a su eficiencia, se ha generalizado para otros equipos tecnológicos, lo que permite proporcionar una automatización flexible de diversas operaciones tecnológicas. Los equipos CNC se han generalizado principalmente en la ingeniería mecánica, la fabricación de instrumentos y la metalurgia. Sin embargo, su uso no se limita a las industrias enumeradas.

La principal desventaja de los equipos CNC es la falta de automatización de las operaciones auxiliares y la necesidad de mantenimiento manual del equipo. Esta circunstancia conduce a una disminución en la tasa de utilización del equipo al nivel del 40% al 60%.

3. Robótica industrial. La automatización de las operaciones principales de los procesos tecnológicos ha llevado a un aumento de la contradicción entre el nivel de su automatización y el nivel de automatización de las operaciones auxiliares (principalmente operaciones de carga y descarga de equipos automatizados). Como medio para eliminar esta contradicción, se propuso el concepto de un autómata sintonizable controlado por programa para realizar operaciones auxiliares para dar servicio a equipos automatizados.

Estas máquinas aparecieron en los años sesenta del siglo pasado y se denominaron robots industriales (IR). Los primeros desarrollos de robots industriales tenían como objetivo reemplazar a los humanos en las operaciones de carga de piezas de trabajo en máquinas tecnológicas y descarga de productos procesados. A partir de una máquina tecnológica y un robot que la atiende, se crean complejos tecnológicos robóticos (RTC), que son células tecnológicas completamente automatizadas.

Con la ayuda de RTK, es posible automatizar de manera integral operaciones tecnológicas individuales o un conjunto limitado de operaciones tecnológicas en la producción de varios artículos. Los primeros RTK que utilizaban PR simples con control cíclico fueron efectivos en la producción a mediana escala. A medida que las relaciones públicas mejoran (robots CNC, robots adaptativos, robots inteligentes), aumenta su flexibilidad y la posibilidad de un uso efectivo en la producción individual y a pequeña escala.

Los robots industriales se mejoran constantemente. En el proceso de mejora, se mejoran las características técnicas de los robots, se amplía su funcionalidad y se amplía su ámbito de aplicación. Actualmente, la mayor parte de los equipos de producción fabricados se orientan a realizar operaciones tecnológicas: soldadura, pintura, montaje y algunas otras operaciones tecnológicas básicas. Junto a estos robots se siguen utilizando robots de carga y descarga, han aparecido robots de transporte, etc.

4. Automatización del control. La gestión en cualquier producción requiere resolver un gran volumen de problemas en la recopilación y procesamiento de información, la toma de decisiones y el seguimiento de su ejecución. Importantes recursos humanos están involucrados en la solución de problemas de gestión. La calidad de la resolución de problemas de gestión determina significativamente el resultado de la producción.

La posibilidad de automatizar el control apareció con el desarrollo y uso generalizado de las computadoras, cuando las computadoras estuvieron disponibles para su uso por empresas individuales. Se ha hecho posible automatizar (con la ayuda de una computadora y el software correspondiente) los procesos de recopilación y procesamiento de la información necesaria para tomar decisiones de gestión y monitorear el progreso de la producción. Con el uso de computadoras, se comenzaron a resolver problemas de planificación de la producción, problemas de soporte material, problemas de contabilidad laboral y salarial, así como una serie de otros problemas de gestión de la producción.

La solución a tales problemas no estaba estrictamente ligada en el tiempo a los procesos de producción y podía llevarse a cabo en tiempo de “máquina” informática, es decir, durante el período de tiempo necesario para la ejecución del programa informático correspondiente. Una característica de esta etapa de automatización fue la creación de centros informáticos centralizados en producción para resolver problemas de gestión. La conexión entre el ordenador y la producción se realizó principalmente mediante personal operativo.

Estos sistemas centralizados se denominan sistemas automatizados de control de producción (APS). El sistema de control automático proporciona soluciones a los problemas de control organizativo y de despacho de la producción. El principal efecto de la introducción de sistemas de control automatizados es reducir el tiempo necesario para tomar decisiones de gestión, aumentar la eficiencia de la gestión y su calidad, así como reducir el personal directivo dedicado al procesamiento de información de rutina.

Una parte importante de la gestión en la producción recae en las tareas de gestión operativa y técnica de los equipos de producción y los procesos tecnológicos. Para automatizar la solución de estos problemas, es necesario asegurar la comunicación directa entre la computadora de control y los objetos de control. Además, las tareas de gestión operativa y técnica deben resolverse en tiempo real del proceso controlado.

Por lo tanto, junto con los sistemas de control automatizados, han aparecido los sistemas automatizados de control de procesos (APCS), que brindan soluciones automatizadas a problemas de control operativo, técnico, de despacho y organizativo de los procesos productivos tecnológicos individuales. La integración de sistemas automatizados de control de procesos con un complejo tecnológico automatizado garantiza la implementación del concepto de tecnología no tripulada en la producción.

5. Automatización de trabajos de ingeniería. La producción requiere mano de obra altamente calificada de especialistas: ingenieros. Los ingenieros desarrollan nuevos productos, realizan investigaciones y pruebas científicas, desarrollan nuevos procesos tecnológicos y modernizan los antiguos. Sin trabajos de ingeniería, el progreso de la producción es imposible. Los costos de mano de obra de ingeniería representan una parte importante de los costos de fabricación (según los estándares de los países industrializados).

El deseo de aumentar la eficiencia del trabajo de ingeniería, reducir los costos de material y tiempo para diseñar productos nuevos o modernizados, realizar investigaciones y preparar la producción ha llevado a la aparición de los correspondientes sistemas automatizados. La base de tales sistemas fue el uso de computadoras, ya que el trabajo de ingeniería es un trabajo intelectual. Los problemas típicos de ingeniería son tareas heurísticas que dependen de una cantidad significativa de trabajo rutinario.

El trabajo rutinario (obtener información de referencia, procesar resultados, preparar dibujos y documentos de texto, etc.) en la mayoría de los casos se presta a la algoritmización (descripción en forma de una secuencia determinista de operaciones simples) y, por tanto, se pueden automatizar mediante una computadora. . En principio, cualquier proceso que pueda algorítmicarse puede automatizarse.

Los medios para automatizar el trabajo de ingeniería son los sistemas de software y hardware basados ​​​​en computadora: sistemas de diseño asistido por computadora (CAD), sistemas automatizados de investigación científica (ASNI), sistemas automatizados para la preparación tecnológica de la producción (ASTPP). Los diseñadores e investigadores utilizan los dos primeros sistemas para desarrollar productos nuevos o actualizar productos existentes. El resultado de su trabajo son diseños técnicos y funcionales de nuevos productos.

Para implementar estos proyectos, es necesario prepararse para la producción de los productos diseñados. Esta tarea está asignada a tecnólogos especialistas que diseñan nuevos procesos tecnológicos o modernizan los existentes. Los ASTPP están destinados a automatizar el trabajo de los tecnólogos (aquellos trabajos que pueden ser algorítmicos). El uso de tecnología de procesos automatizados permite aumentar la eficiencia de la preparación de la producción, reducir los costos de material y tiempo para este proceso, mejorar la calidad de los resultados y reducir los costos de mano de obra humana.

6. Integración de sistemas de producción automatizados en una única producción automatizada flexible (GAP). La integración es compartir e interactuar con los sistemas de automatización anteriores para lograr el objetivo de producción final. Al mismo tiempo, los sistemas de automatización de las funciones intelectuales humanas (diseño, gestión, investigación, desarrollo tecnológico) utilizan bases de datos comunes, lo que garantiza el intercambio directo de información entre ellos.

En GAP, el principio fundamental de la gestión de equipos y procesos es el control de programas informáticos, que garantiza la reestructuración de la producción para producir productos nuevos o modernizados mediante software (que reemplaza los programas de control) de forma automatizada. Como resultado, la producción adquiere la propiedad de flexibilidad e implementa el concepto de tecnología flexible. La automatización integral del trabajo humano permite reducir 20 veces la participación del trabajo humano en la producción de gas en comparación con la producción tradicional. Esta producción implementa el concepto de tecnología no tripulada.

En condiciones de GAP, las funciones físicas e intelectuales de una persona están automatizadas. Para automatizar las funciones intelectuales, los principales medios son las computadoras. Por lo tanto, a menudo se denomina a GAP fabricación integrada e informatizada.

La automatización de los procesos de producción es la dirección principal en la que avanza actualmente la producción en todo el mundo. Todo lo que antes realizaba el propio hombre, sus funciones, no sólo físicas, sino también intelectuales, se van transfiriendo paulatinamente a la tecnología, que a su vez realiza los ciclos tecnológicos y los controla. Esta es ahora la dirección general de la tecnología moderna. El papel de una persona en muchas industrias ya se reduce a solo un controlador detrás de un controlador automático.

En general, el concepto de “control tecnológico de procesos” se entiende como un conjunto de operaciones necesarias para iniciar, detener el proceso, así como mantener o cambiar en la dirección requerida cantidades físicas (indicadores de proceso). Las máquinas, unidades, dispositivos, dispositivos, complejos de máquinas y dispositivos individuales que llevan a cabo procesos tecnológicos que necesitan ser controlados se denominan objetos de control u objetos controlados en la automatización. Los objetos gestionados tienen una finalidad muy diversa.

Automatización de procesos tecnológicos.– sustitución del trabajo físico humano dedicado a controlar mecanismos y máquinas por el trabajo de dispositivos especiales que aseguran este control (regulación de diversos parámetros, obtención de una determinada productividad y calidad del producto sin intervención humana).

La automatización de los procesos de producción permite multiplicar la productividad laboral, aumentar su seguridad, respeto al medio ambiente, mejorar la calidad del producto y hacer un uso más eficiente de los recursos de producción, incluido el potencial humano.

Cualquier proceso tecnológico se crea y lleva a cabo para lograr un objetivo específico. Fabricar el producto final, u obtener un resultado intermedio. Por tanto, el objetivo de la producción automatizada puede ser la clasificación, el transporte y el embalaje de un producto. La automatización de la producción puede ser completa, compleja o parcial.

Automatización parcial Ocurre cuando una operación o un ciclo de producción separado se lleva a cabo automáticamente. Al mismo tiempo, se permite una participación humana limitada en él. Muy a menudo, la automatización parcial ocurre cuando el proceso avanza demasiado rápido para que una persona pueda participar plenamente en él, mientras que dispositivos mecánicos bastante primitivos impulsados ​​​​por equipos eléctricos lo manejan perfectamente.

La automatización parcial, por regla general, se utiliza en equipos existentes y es una adición a ellos. Sin embargo, muestra su mayor eficiencia cuando se incluye desde el principio en el sistema de automatización general: se desarrolla, fabrica e instala inmediatamente como componente.

Automatización integral debe cubrir una gran área de producción separada, que podría ser un taller o una planta de energía separada. En este caso, toda la producción funciona como un único complejo automatizado interconectado. No siempre es aconsejable la compleja automatización de los procesos de producción. Su campo de aplicación es la producción moderna y altamente desarrollada, que utilizaequipo confiable.

La avería de una de las máquinas o unidades detiene inmediatamente todo el ciclo de producción. Dicha producción debe tener autorregulación y autoorganización, la cual se realiza según un programa previamente creado. En este caso, una persona participa en el proceso de producción únicamente como controlador permanente, monitoreando el estado de todo el sistema y sus partes individuales, e interviene en la producción para la puesta en marcha y cuando surgen situaciones de emergencia o cuando existe una amenaza. de tal suceso.

El más alto nivel de automatización de los procesos de producción – automatización completa. Con su ayuda, el propio sistema lleva a cabo no solo el proceso de producción, sino también un control total sobre el mismo, que se lleva a cabo mediante sistemas de control automático. La automatización total es aconsejable en una producción rentable y sostenible con procesos tecnológicos establecidos y un modo de funcionamiento constante.

Es necesario prever previamente todas las posibles desviaciones de la norma y desarrollar sistemas de protección contra ellas. La automatización total también es necesaria para trabajos que puedan amenazar la vida humana, su salud o que se realicen en lugares inaccesibles para él: bajo el agua, en un entorno agresivo, en el espacio.

Cada sistema consta de componentes que realizan funciones específicas. En un sistema automatizado, los sensores toman lecturas y las transmiten para tomar una decisión sobre el control del sistema; el comando lo realiza el variador; En la mayoría de los casos se trata de equipos eléctricos, ya que es más conveniente ejecutar comandos con la ayuda de una corriente eléctrica.

Es necesario distinguir entre sistemas de control automatizados y automáticos. En sistema de control automatizado los sensores transmiten las lecturas a la consola del operador y él, una vez tomada una decisión, transmite el comando al equipo ejecutivo. En sistema automático– la señal es analizada por dispositivos electrónicos y, después de tomar una decisión, dan una orden a los dispositivos ejecutores.

La participación humana en los sistemas automáticos sigue siendo necesaria, aunque sea como controlador. Tiene la capacidad de intervenir en el proceso tecnológico en cualquier momento, corregirlo o detenerlo.

Por lo tanto, el sensor de temperatura puede fallar y dar lecturas incorrectas. En este caso, la electrónica percibirá sus datos como fiables sin cuestionarlos.

La mente humana es muchas veces superior a las capacidades de los dispositivos electrónicos, aunque es inferior a ellos en cuanto a velocidad de respuesta. El operador puede comprender que el sensor está defectuoso, evaluar los riesgos y simplemente apagarlo sin interrumpir el proceso. Al mismo tiempo, debe tener plena confianza en que esto no provocará un accidente. La experiencia y la intuición, inaccesibles a las máquinas, le ayudan a tomar una decisión.

Esta intervención selectiva en sistemas automáticos no conlleva riesgos graves si la decisión la toma un profesional. Sin embargo, apagar toda la automatización y cambiar el sistema al modo de control manual tiene graves consecuencias debido al hecho de que una persona no puede responder rápidamente a las condiciones cambiantes.

Un ejemplo clásico es el accidente de la central nuclear de Chernobyl, que se convirtió en el mayor desastre provocado por el hombre del siglo pasado. Esto ocurrió precisamente porque se desactivó el modo automático, cuando los programas ya desarrollados para prevenir situaciones de emergencia no pudieron influir en el desarrollo de la situación en el reactor de la planta.

La automatización de procesos individuales comenzó en la industria en el siglo XIX. Baste recordar el regulador centrífugo automático para máquinas de vapor diseñado por Watt. Pero sólo con el inicio del uso industrial de la electricidad se hizo posible una automatización más amplia, no de procesos individuales, sino de ciclos tecnológicos completos. Esto se debe al hecho de que anteriormente la fuerza mecánica se transmitía a las máquinas mediante transmisiones y accionamientos.

La producción centralizada de electricidad y su uso en la industria, en general, comenzó solo en el siglo XX, antes de la Primera Guerra Mundial, cuando cada máquina estaba equipada con su propio motor eléctrico. Fue esta circunstancia la que permitió mecanizar no solo el proceso de producción en la máquina, sino también mecanizar su control. Este fue el primer paso hacia la creación maquinas automaticas. Las primeras muestras aparecieron a principios de la década de 1930. Entonces surgió el término "producción automatizada".

En Rusia, entonces todavía en la URSS, los primeros pasos en esta dirección se dieron en los años 30 y 40 del siglo pasado. Por primera vez se utilizaron máquinas automáticas en la producción de piezas de rodamientos. Luego vino la primera producción totalmente automatizada de pistones para motores de tractores.

Los ciclos tecnológicos se combinaron en un único proceso automatizado, comenzando con la carga de materias primas y finalizando con el embalaje de piezas terminadas. Esto fue posible gracias al uso generalizado de equipos eléctricos modernos en ese momento, varios relés, interruptores remotos y, por supuesto, accionamientos.

Y sólo la llegada de las primeras computadoras electrónicas permitió alcanzar un nuevo nivel de automatización. Ahora el proceso tecnológico ha dejado de ser considerado simplemente como un conjunto de operaciones individuales que deben realizarse en una secuencia determinada para obtener un resultado. Ahora todo el proceso se ha vuelto uno.

Actualmente, los sistemas de control automático no sólo dirigen el proceso de producción, sino que también lo controlan y monitorean la aparición de situaciones anormales y de emergencia. Ponen en marcha y paran equipos tecnológicos, controlan sobrecargas y elaboran acciones en caso de accidentes.

Recientemente, los sistemas de control automático han facilitado bastante la reconstrucción de equipos para producir nuevos productos. Este ya es un sistema completo, que consta de sistemas multimodo automáticos separados conectados a una computadora central, que los conecta en una sola red y emite tareas para su ejecución.

Cada subsistema es una computadora separada con su propio software diseñado para realizar sus propias tareas. ya esta Módulos de producción flexibles. Se denominan flexibles porque pueden reconfigurarse para otros procesos tecnológicos y así ampliar la producción y diversificarla.

El pináculo de la producción automatizada es. La automatización ha permeado la producción de arriba a abajo. La línea de transporte para la entrega de materias primas para la producción funciona de forma automática. Gestión y diseño automatizados. La experiencia y la inteligencia humanas se utilizan sólo cuando la electrónica no puede reemplazarlas.

Todas las preguntas

Principios básicos de automatización de procesos productivos.

La automatización de los procesos de producción sigue siendo la línea general de desarrollo y modernización en el ámbito de la producción industrial desde hace muchas décadas.

El concepto de "automatización" supone que, además de la función de producción propiamente dicha, las máquinas, instrumentos y máquinas herramienta se transfieren a funciones de gestión y control que antes realizaban los humanos. El desarrollo moderno de la tecnología permite automatizar no solo el trabajo físico, sino también el intelectual, si se basa en procesos formales.

Durante las últimas siete décadas, la automatización empresarial ha avanzado mucho, lo que encaja en 3 etapas:

1. sistemas de control automático (ACS) y sistemas de control automático (ACS)
2. sistemas de automatización de procesos (APS)
3. sistemas automatizados de control de procesos (APCS)

En el nivel moderno, la automatización de los sistemas de gestión de la producción es un esquema de interacción de varios niveles entre personas y máquinas basado en sistemas automáticos de recopilación de datos y sistemas informáticos complejos que se mejoran constantemente.

En las condiciones económicas actuales, las empresas industriales están a la vanguardia; reaccionan con flexibilidad a las condiciones cambiantes, pueden producir una amplia gama de productos, establecer rápidamente la producción de acuerdo con nuevos estándares, cumplir con precisión los plazos y los volúmenes de pedidos, ofreciendo al mismo tiempo un precio competitivo. y mantener la calidad a un alto nivel. Sin herramientas y sistemas modernos de automatización de la producción, es casi imposible cumplir estos requisitos.

Básico Objetivos y beneficios de la automatización empresarial. en condiciones modernas:

• Reducción del número de trabajadores y personal de servicio, especialmente en áreas de producción poco prestigiosas, “sucias”, “calientes”, dañinas y físicamente difíciles.
• mejorar la calidad del producto;
• aumento de la productividad (aumento del volumen de producción);
• creación de producción rítmica con posibilidad de planificación precisa;
• aumentar la eficiencia de la producción, incluido un uso más racional de las materias primas, reducir las pérdidas, aumentar la velocidad de producción, aumentar la eficiencia energética,
• mejorar los indicadores de respeto al medio ambiente y seguridad de la producción, incluida la reducción de las emisiones nocivas a la atmósfera, la reducción de las tasas de lesiones, etc.
• mejorar la calidad de la gestión en la empresa, trabajo coordinado de todos los niveles del sistema productivo.

Por lo tanto, los costos de automatizar la producción y las empresas ciertamente se amortizarán, siempre que exista demanda de los productos.

Para lograr estos objetivos es necesario resolver lo siguiente Tareas para la automatización de procesos productivos.:

• implementación de modernas herramientas de automatización (equipos, programas, sistemas de gestión y control, etc.)
• introducción de métodos de automatización modernos (principios de los sistemas de automatización de edificios)

Como resultado, se mejora la calidad de la regulación, la comodidad del operador y la disponibilidad del equipo. Además, simplifica la recepción, procesamiento y almacenamiento de información sobre los procesos de producción y operación de equipos, así como el control de calidad.

Características del sistema de control de procesos automatizado.

Los sistemas automatizados de control de procesos liberan a los humanos de las funciones de seguimiento y control. Aquí, una máquina, una línea o todo un complejo de producción, utilizando su propio sistema de comunicación, recopila, registra, procesa y transmite información de forma independiente utilizando todo tipo de sensores, instrumentación y módulos procesadores. Una persona sólo necesita establecer los parámetros para realizar el trabajo.

Por ejemplo, así es como funciona el sistema automatizado de soldadura de sujetadores Soyer:

Estos mismos dispositivos de recopilación de información pueden identificar desviaciones de estándares específicos, dar una señal para eliminar la infracción o, en algunos casos, corregirla de forma independiente.

Sistemas de automatización empresarial flexibles

La principal tendencia moderna en la automatización de la producción y las empresas es el uso de tecnologías automatizadas flexibles (FAT) y sistemas de producción flexibles (FPS). Entre los rasgos característicos de tales complejos:

1. Flexibilidad tecnológica: aceleración y desaceleración de la productividad manteniendo la coherencia de todos los elementos del sistema, capacidad de cambio automático de herramientas, etc.
2. Flexibilidad económica: rápida reestructuración del sistema para satisfacer las necesidades de nuevos productos sin costes de producción innecesarios, sin necesidad de sustituir equipos.
3. La estructura del GPS incluye robots industriales, manipuladores, medios de transporte y procesadores, incluidos sistemas de control por microprocesadores.
4. La creación de un sistema GPS implica la automatización integral de una empresa o producción. En este caso, una línea de producción, taller o empresa opera en un único complejo automatizado, que incluye, además de la producción principal, el diseño, transporte y almacenamiento de productos terminados.

Elementos de automatización de producción.

1. Máquinas herramienta con control numérico (CNC);
2. Robots industriales y sistemas robóticos;
3. Sistemas de Fabricación Flexibles (FMS);
4. Sistemas de diseño asistidos por ordenador;
5. Sistemas de almacenamiento automático;
6. Sistemas informáticos de control de calidad;
7. Sistema automatizado de planificación de la producción tecnológica.

En el siguiente vídeo puedes ver cómo los robots de soldadura industrial de Kuka realizan la soldadura automatizada:

Herramientas de automatización de producción de Vector Group

La empresa Vector-group es un proveedor profesional de equipos industriales de los principales fabricantes del mundo. En nuestro catálogo encontrará equipos para la automatización de fábricas de producción y de ingeniería mecánica, producción de soldadura, producción relacionada con el trabajo de metales y otras áreas.

El equipo de automatización incluye:

— robots industriales Kuka (Alemania): permiten automatizar los procesos de soldadura, corte, procesamiento de materiales, manipulación, montaje, paletizado y otros procesos.

— sistemas automáticos de soldadura de sujetadores Soyer (Alemania),

— sistemas automáticos de transporte y pinzas de carga DESTACO (EE.UU.).

La empresa ofrece asistencia en la selección, suministra equipos y brinda servicios. Puede solicitar tanto una solución de producción estándar como una solución diseñada para satisfacer requisitos individuales específicos.

Para todas las preguntas sobre nuestro equipo, los detalles de su funcionamiento, costo, así como cualquier otra pregunta, comuníquese con nuestros especialistas.

La automatización de los procesos productivos radica en que parte de las funciones de gestión, regulación y control de los complejos tecnológicos no la llevan a cabo personas, sino mecanismos robóticos y sistemas de información. De hecho, se la puede llamar la principal idea de producción del siglo XXI.

Principios

En todos los niveles de la empresa, los principios de automatización de los procesos productivos son los mismos y uniformes, aunque difieren en la escala del enfoque para la resolución de problemas tecnológicos y de gestión. Estos principios garantizan que el trabajo requerido se lleve a cabo de manera eficiente y automática.

El principio de coherencia y flexibilidad.

Todas las actividades dentro de un único sistema computarizado deben coordinarse entre sí y con puestos similares en áreas relacionadas. La automatización total de los procesos operativos, productivos y tecnológicos se logra gracias a la comunidad de operaciones realizadas, recetas, cronogramas y la combinación óptima de técnicas. Si no se sigue este principio, se alterará la flexibilidad de la producción y la ejecución integrada de todo el proceso.

Características de las tecnologías automatizadas flexibles.

El uso de sistemas de producción flexibles es una tendencia clave en la automatización moderna. Como parte de su acción, se lleva a cabo la optimización tecnológica gracias al funcionamiento coordinado de todos los elementos del sistema y la capacidad de reemplazar rápidamente las herramientas. Los métodos utilizados permiten reconstruir eficazmente los complejos existentes según nuevos principios sin costes importantes.

Creación y estructura

Dependiendo del nivel de desarrollo productivo, la flexibilidad de la automatización se logra mediante la interacción coordinada e integrada de todos los elementos del sistema: manipuladores, microprocesadores, robots, etc. Además, además de la producción mecanizada de productos, transporte, almacén y otras divisiones de la empresa. están involucrados en estos procesos.

El principio de integridad.

Un sistema de producción automatizado ideal debería ser un proceso cíclico completo sin transferencia intermedia de productos a otros departamentos. La implementación de alta calidad de este principio está garantizada por:

• multifuncionalidad del equipo, que permite procesar varios tipos de materias primas a la vez en una unidad de tiempo;
• la capacidad de fabricación del producto fabricado reduciendo los recursos necesarios;
• unificación de métodos de producción;
• un mínimo de trabajo de ajuste adicional después de la puesta en funcionamiento del equipo.

El principio de integración integral.

El grado de automatización depende de la interacción de los procesos de producción entre sí y con el mundo exterior, así como de la velocidad de integración de una tecnología particular en el entorno organizacional general.

Principio de ejecución independiente

Los sistemas automatizados modernos funcionan según el principio: "No interfieras con el trabajo de la máquina". De hecho, todos los procesos durante el ciclo de producción deben llevarse a cabo sin intervención humana, permitiéndose sólo un control humano mínimo.

Objetos

Puede automatizar la producción en cualquier campo de actividad, pero la informatización funciona más eficazmente en procesos complejos y monótonos. Estas operaciones ocurren en:

• industria ligera y pesada;
• complejo de combustible y energía;
• agricultura;
• comercio;
• medicina, etc

La mecanización ayuda en el diagnóstico técnico, las actividades científicas y de investigación dentro de una empresa separada.

Objetivos

La introducción de herramientas automatizadas en la producción que puedan mejorar los procesos tecnológicos es una garantía clave de un trabajo progresivo y eficiente. Los objetivos clave de la automatización de los procesos de producción incluyen:

• reducción de personal;
• aumentar la productividad laboral debido a la máxima automatización;
• ampliación de la línea de productos;
• crecimiento de los volúmenes de producción;
• mejorar la calidad de los productos;
• reducción del componente de consumo;
• creación de producción respetuosa con el medio ambiente mediante la reducción de emisiones nocivas a la atmósfera;
• introducción de altas tecnologías en el ciclo de producción regular con costos mínimos;
• aumentar la seguridad de los procesos tecnológicos.

Cuando se logran estos objetivos, la empresa recibe muchos beneficios de la implementación de sistemas mecanizados y recupera los costos de la automatización (sujeto a una demanda estable de productos).

La implementación cualitativa de las tareas de mecanización asignadas está determinada por la implementación de:

• herramientas automatizadas modernas;
• métodos de informatización desarrollados individualmente.

El grado de automatización depende de la integración de equipos innovadores en la cadena tecnológica existente. El nivel de implementación se evalúa individualmente dependiendo de las características de una producción en particular.

Componentes

Los siguientes elementos se consideran parte de un entorno de producción automatizado unificado en la empresa:

• sistemas de diseño utilizados para desarrollar nuevos productos y documentación técnica;
• máquinas con control de programas basados ​​en microprocesadores;
• complejos robóticos industriales y robots tecnológicos;
• sistema informatizado de control de calidad en la empresa;
• almacenes tecnológicamente avanzados con equipos especiales de elevación y transporte;
• sistema general automatizado de control de producción (APCS).

Estrategia

El cumplimiento de una estrategia de automatización ayuda a mejorar toda la gama de procesos necesarios y a obtener los máximos beneficios de la implementación de sistemas informáticos en la empresa. Solo se pueden automatizar aquellos procesos que hayan sido completamente estudiados y analizados, ya que el programa desarrollado para el sistema debe incluir diferentes variaciones de una acción dependiendo de los factores ambientales, la cantidad de recursos y la calidad de ejecución de todas las etapas de producción.

Tras definir el concepto, estudiar y analizar los procesos tecnológicos, llega el turno de la optimización. Es necesario simplificar cualitativamente la estructura eliminando del sistema los procesos que no aportan ningún valor. Si es posible, debe reducir la cantidad de acciones realizadas combinando algunas operaciones en una. Cuanto más simple sea el orden estructural, más fácil será informatizarlo. Después de simplificar los sistemas, se puede comenzar a automatizar los procesos de producción.

Diseño

El diseño es una etapa clave en la automatización de los procesos de producción, sin la cual es imposible introducir una mecanización e informatización integrales en la producción. En su marco, se crea un diagrama especial que muestra la estructura, los parámetros y las características clave de los dispositivos utilizados. El esquema normalmente consta de los siguientes puntos:

1. escala de automatización (descrita por separado para toda la empresa y para departamentos de producción individuales);
2. determinación de parámetros de control para el funcionamiento de los dispositivos, que posteriormente actuarán como marcadores de verificación;
3. descripción de sistemas de control;
4. configuración de la ubicación de medios automatizados;
5. información sobre el bloqueo de equipos (en qué casos es aplicable, cómo y quién lo lanzará en caso de emergencia).

Clasificación

Existen varias clasificaciones de procesos de informatización empresarial, pero lo más eficaz es separar estos sistemas según su grado de implementación en el ciclo de producción general. Sobre esta base, la automatización puede ser:

• parcial;
• complejo;
• completo.

Estas variedades son solo niveles de automatización de la producción, que dependen del tamaño de la empresa y del volumen de trabajo tecnológico.

Automatización parcial Es un conjunto de operaciones para mejorar la producción, dentro del cual se mecaniza una acción. No requiere la formación de un complejo de gestión complejo y una integración completa de los sistemas relacionados. En este nivel de informatización, se permite la participación humana (no siempre de forma limitada).

Automatización integral le permite optimizar el trabajo de una gran unidad de producción en un único modo complejo. Su uso se justifica sólo en una gran empresa innovadora, donde se utilizan los equipos más fiables, ya que la avería de incluso una máquina corre el riesgo de detener toda la línea de trabajo.

Automatización completa es un conjunto de procesos que aseguran el funcionamiento independiente de todo el sistema, incl. gestión de producción. Su implementación es la más costosa, por lo que este sistema se utiliza en grandes empresas en condiciones de producción rentable y estable. En esta etapa, la participación humana se minimiza. La mayoría de las veces consiste en monitorear el sistema (por ejemplo, verificar las lecturas de los sensores, solucionar problemas menores, etc.).

Ventajas

Los procesos automatizados aumentan la velocidad de las operaciones cíclicas, garantizan su precisión y seguridad, independientemente de los factores ambientales. Al eliminar el factor humano se reduce el número de posibles errores y se mejora la calidad del trabajo. En situaciones típicas, el programa recuerda el algoritmo de acciones y lo aplica con la máxima eficacia.

La automatización le permite aumentar la precisión de la gestión de los procesos comerciales en producción al cubrir una gran cantidad de información, lo que es simplemente imposible en ausencia de mecanización. Los equipos computarizados pueden realizar varias operaciones tecnológicas simultáneamente sin comprometer la calidad del proceso y la precisión de los cálculos.

El concepto de automatización de procesos está indisolublemente ligado al proceso tecnológico global. Sin la introducción de sistemas informatizados, el desarrollo moderno de los departamentos individuales y de toda la empresa en su conjunto es imposible. La mecanización de la producción permite mejorar de manera más efectiva la calidad de los productos terminados, ampliar la gama de tipos de bienes ofrecidos y aumentar el volumen de producción.

Conferencia sobre automatización de la producción 28 de noviembre de 2017 en Moscú