7.5 Автоматизация производственных процессов

Одним из мощных средств увеличения производительности труда является автоматизация производства. Известно, что механизация, процесса труда человека облегчает труд, не освобождая, однако, человека от непосредственного участия в выполнении механизированного процесса. Например, механизация подъема деталей при их установке и съеме со станка или при сборке машины, путем использования электрических тельферов или кранов, значительно сокращает затраты физического труда, не освобождая человека от управления тельфером или краном при подъеме, опускании и перемещении деталей. Автоматизация орудий производства освобождает человека от непосредственного участия в выполнении той части (или целого) технологического процесса, которая выполняется на автоматизированном или на автоматическом оборудовании. Труд человека при автоматизации качественно меняется, так как за человеком сохраняются функции наблюдения за правильностью действия автоматизированного оборудования по различного рода приборам, показывающим ход процесса. Рабочий превращается в наладчика оборудования.

Таким образом, автоматизация орудий труда позволяет не только облегчить труд и увеличить его производительность, но и качественно изменяет труд, делая его более квалифицированным.

Автоматизация технологических процессов обработки деталей началась с замены тяжелого физического труда человека по изменению формы обрабатываемого объекта механической обработкой, осуществляемой станком. Следующим шагом в этом направлении была автоматизация управления станком; появились станки-полуавтоматы, на которых все движения инструмента, необходимые для обработки детали, а также и управления станком, выполнялись автоматически. В дальнейшем, на ряде станков была автоматизирована загрузка заготовок и материала, из которых изготовлялись детали, и, таким образом, станок превратился в автомат. Примерами могут служить одно- и многошпиндельные прутковые токарные автоматы.

Однако смена обрабатываемых деталей на большинстве станков оставалась долгое время неавтоматизированной. Эта задача приобрела особую актуальность, когда введение режущих инструментов, армированных твердыми сплавами, позволило перейти на обработку деталей с высокими режимами. Результатом было резкое сокращение удельного значения машинного времени в штучном, что привело к увеличению доли вспомогательного времени, затрачиваемого главным образом на смену обрабатываемых деталей, и времени, затрачиваемого рабочим на обслуживание станка. В связи с этим дальнейшее увеличение производительности труда потребовало проведения ряда мероприятий, направленных на сокращение вспомогательного времени, и, в первую очередь, обеспечивающих автоматизацию смены обрабатываемых деталей. Был создан ряд станков различного назначения с автоматической сменой обрабатываемых деталей, примерами которых могут служить зуборезные и зубоотделочные станки, токарные многошпиндельные станки для обработки деталей из штучных заготовок и т. д.

Параллельно с созданием новых станков возникла необходимость автоматизации парка действующих станков, что было особенно важно в связи с переходом на поточное производство. Было создано значительное количество различного рода специальных приспособлений, предназначенных для смены обрабатываемых изделий.

Одним из радикальных решений задачи автоматизации орудий производства было создание автоматических поточных линий, предназначенных для обработки одной детали или группы деталей. В последнем случае автоматические линии получили название переналаживаемых. Сначала такие автоматические линии начали создаваться на базе действующего оборудования, соединяемого с помощью различного рода транспортных и загрузочных устройств.

Наряду с созданием автоматических линий, на базе имеющегося на заводах оборудования проектируют и строят автоматические линии на базе новых агрегатных и универсальных станков. В конструкции последних закладывают возможности включения их в автоматические линии.

Замена автоматическими линиями отдельных работающих станков позволяет в несколько раз снизить себестоимость обработки, повысить производительность труда и другие технико-экономические показатели. Например, при выпуске блоков автомобильного двигателя с тактом 2,4 мин (~400 шт. в две смены) для обработки отверстий на обычных станках требуются 32 станка, занимающих площадь 480 м², и 64 рабочих. На обработку отверстий затрачивается 75,2 мин. При обработке тех же отверстий на автоматических линиях требуются четыре автоматические линии с 47 силовыми головками, занимающие площадь 250 м² (т. е. на 48 % меньше), и восемь рабочих (в 8 раз меньше); затраты времени на обработку составляют 9,4 мин, т. е. в 8 раз меньше.

Себестоимость операций по обработке других деталей, выполняемых на автоматических линиях, снижается в несколько раз по сравнению с себестоимостью аналогичных операций, выполняемых на неавтоматизированных линиях. Например, себестоимость обработки толкателя клапана двигателя сокращается в 3,5 раза, клапана – в 3,7 раза, направляющей втулки клапана – в 4,4 раза, седла клапана – в 13,7 раза.

Таким образом, основными преимуществами автоматических линий являются: увеличение производительности труда и высвобождение в связи с этим значительного числа рабочих для использования их на других работах; более низкая себестоимость изделия (при достаточной загрузке и использовании линии) по сравнению с обработкой такого же числа деталей на обычных высокопроизводительных станках; увеличение выпуска с 1 м² площади или уменьшение потребности в площадях; сокращение цикла производства.

Одним из недостатков автоматических линий являются трудности перевода линии на изготовление детали по новому чертежу. Все эти работы связаны со значительными расходами. Поэтому автоматические линии экономичны при выпуске на них достаточного количества изделий по одному неизменяемому чертежу. Это, в свою очередь, требует сохранения устойчивости конструкции изделия во времени.

От разрешения проблемы быстрого и экономичного перевода линий с обработки одного изделия на обработку другого зависит расширение области их применения.

Другим недостатком автоматических линий является более низкий коэффициент использования оборудования, обусловленный случаями простоев всех или части станков и машин, вследствие остановки какого-либо одного из них, и трудностями синхронизации операций, выполняемых на отдельных станках на уровне наибольшей производительности каждого из них. Непрерывное улучшение конструкций станков и других устройств автоматических линий способствует сокращению количества и продолжительности простоев линий и тем самым повышению их производительности и лучшего использования оборудования.

На автоматических линиях обрабатывают корпусные детали (блоки двигателей, корпусы коробок скоростей, станины, рамы), валы (электродвигателей, автомобильных двигателей), зубчатые колеса, втулки, рычаги, рессоры и другие детали.

Автоматические линии используют как для выполнения всех операций изготовления заготовок и обработки различных деталей, так и для выполнения лишь части операций. Автоматические линии находят применение при получении заготовок ряда деталей, изготовляемых в большом количестве.

Широкое внедрение автоматических линий является одним из основных путей дальнейшего увеличения производительности труда, снижения себестоимости и увеличения выпуска изделий на тех же производственных площадях. Автоматизируются процессы получения заготовок: литых, кованых, штампованных, сварных, из пластмасс. Автоматизируются процессы обработки резанием, термической обработки, химических и других видов покрытий.