Механизацией производственного процесса называют применение энергии неживой природы в производственном процессе или его составных частях, полностью управляемых людьми, и осуществляемое в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства.
Автоматизацией производственного процесса называют применение энергии неживой природы в производственном процессе или его составных частях для их выполнения и управления ими без непосредственного участия людей.
Различают автоматизацию производства трех уровней: частичную, комплексную и полную. Частичная автоматизация ограничивается автоматизацией отдельных операций технологического процесса, например, с использованием станков с автоматическим управлением, в том числе станков с ЧПУ. Комплексная автоматизация — это автоматизация производственных процессов изготовления деталей и сборки с использованием автоматических систем машин: автоматических линий, гибких производственных систем (ГПС). Полная автоматизация — высшая ступень автоматизации, при которой все функции контроля и управления производством выполняются автоматами.
Автомат (от греческого automates — самодействующий) — самостоятельно действующее устройство или совокупность устройств, выполняющих по заданной программе без непосредственного участия человека процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации.
Современное автоматическое технологические оборудование, предназначенное для преобразования формы, размеров и свойств заготовок, также преобразует информацию, (программу обработки, результаты измерения размеров заготовок и т.п.). С повышением уровня автоматизации роль информационных процессов в производстве все более повышается, чем объясняется возрастающее применение ЭВМ как для проектирования, так и для управления производством.
Последовательность выполняемых автоматом запрограммированных действий называют рабочим циклом. Если для возобновления рабочего цикла требуется вмешательство рабочего, то такое устройство называют полуавтоматом.
Процесс, оборудование или производство, не требующие присутствия человека в течение определенного промежутка времени для выполнения ряда повторяющихся рабочих циклов, называют автоматическим. Если часть процесса выполняется автоматически, а другая часть требует присутствия оператора, то такой процесс называют автоматизированным.
Степень автоматизации производственного процесса определяется необходимой долей участия оператора в управлении этим процессом. При полной автоматизации присутствия человека в течение определенного периода времени вообще не требуется. Чем больше это время, тем выше степень автоматизации.
Под безлюдным режимом работы понимают такую степень автоматизации, при которой станок, производственный участок, цех или весь завод могут работать автоматически в течение по крайней мере одной производственной смены (8 ч) в отсутствие человека.
Технические преимущества автоматически управляемых производственных систем по сравнению с аналогичными системами с ручным управлением следующие: более высокое быстродействие, позволяющее повышать скорости протекания процессов, а следовательно, и производительность производственного оборудования; более высокое и стабильное качество управления процессами, обеспечивающее высокое качество продукции при более экономном расходовании материалов и энергии; возможность работы автоматов в тяжелых, вредных и опасных для человека условиях; стабильность ритма работы, возможность длительной работы без перерывов вследствие отсутствия утомляемости, свойственной человеку.
Человек, управляющий оборудованием, обладает определенной инерционностью. Время инерционности человека определяется задержкой его реакции от момента появления сигнала до момента окончания ответного воздействия. При управлении промышленным оборудованием время инерционности человека порядка 0,8 — 1 с, а, например, такт выпуска аэрозольного клапана, собираемого на автоматической роторно-конвейерной линии, составляет всего 0,06 с. Так как скорость протекания производственных процессов велика и имеет постоянную тенденцию к увеличению, время запаздывания оператора становится лимитирующим фактором в дальнейшем повышении производительности.
Высокое быстродействие автоматических систем объясняется отсутствием столь большого времени запаздывания, которое свойственно оператору, управляющему процессом.
Автоматы могут работать в тяжелых, вредных и опасных для здоровья человека условиях. При автоматизации производства исключаются или существенно снижаются отрицательные воздействия производственного процесса на человека, поскольку человек заменяется автоматом.
Экономические преимущества, достигаемые при использовании автоматических систем в производстве, являются следствием технических преимуществ. К ним можно отнести: возможность значительного повышения производительности труда; более экономичное использование ресурсов (труда, материалов, энергии); более высокое и стабильное качество продукции; сокращение периода времени от начала проектирования до получения изделия; возможность расширения производства без увеличения трудовых ресурсов.
Повышение производительности труда при автоматизации производства может быть достигнуто следующим образом: во-первых, благодаря более полному использованию календарного времени при круглосуточной автоматической работе оборудования; во-вторых, вследствие повышения скорости протекания процессов, которая не ограничивается возможностями человека; в-третьих, вследствие высвобождения обслуживающего персонала.
Рассмотрим эти факторы подробнее. В течение года автоматическое оборудование может работать 365 дней х 24 ч = 8760 ч без учета простоев на замену режущих инструментов, переналадку и ремонт. При работе в две смены производительное время оборудования составляет всего лишь 2550 ч, что составляет лишь 30 % от годового фонда времени (рис. 1.1.). Столько же времени приблизительно занимают праздники и выходные дни. Остальное время составляют неиспользованная третья смена и потери времени по организационным и техническим причинам. Автоматизация производства может обеспечить работу оборудования в течение третьей смены в отсутствие людей, что соответствует безлюдному режиму работы.
Автоматизация производства позволяет более экономично использовать труд, материалы, энергию. Автоматическое планирование и оперативное управление производством обеспечивают оптимальные организационные решения, сокращают запасы незавершенного производства. Автоматическое регулирование процесса предотвращает потери вследствие поломок инструментов и вынужденных простоев оборудования. Автоматизация проектирования и изготовления продукции с использованием ЭВМ позволяет значительно сократить количество бумажных документов: чертежей, схем, графиков, описания и других, необходимых в неавтоматизированном производстве и отнимающие на их составление, хранение, передачу и использование много времени.
В социальном аспекте преимущества автоматизации производства следующие: рост благосостояния членов общества благодаря увеличению производительности труда, увеличению выпуска высококачественной продукции в необходимых для общества количествах при более экономичном использовании труда, материалов, энергии; высвобождение человека от тяжелой и монотонной физической и умственной работы, работы в опасных и вредных для здоровья условиях; возможность сокращения рабочего времени при соответствующем росте производительности труда; высвобождение времени для всестороннего и гармоничного развития; стимулирование повышения интеллекта человека, занятого в современном автоматизированном производстве; повышение заинтересованности в работе, наиболее полно удовлетворяющей потребности человека в квалифицированном, творческом труде.
Третья смена ночная наиболее тяжела для работы, так как ночью человеку хочется спать. При постоянном нарушении этой врожденной потребности могут возникать различные заболевания. Необходимость работы в третью смену возникает в непрерывных производствах, которые невозможно останавливать, например в металлургии. Работа в три смены всегда экономически более выгодна благодаря более эффективному использованию оборудования. С повышением сложности и стоимости оборудования, сокращением периода его морального изнашивания организация работы в третью смену может быть единственно приемлемым с экономической точки зрения решением. Многоцелевые станки должны эксплуатироваться не менее чем в две смены, а ГПС — в три, чтобы окупились затраты. Таким образом, возникает противоречие между стремлением экономично использовать оборудование в круглосуточном производстве и нежелательностью работы людей в ночную смену. Кроме того, не всегда можно организовать многосменную работу из-за недостатка рабочей силы. Выходом из этого положения может стать организация третьей смены в автоматическом режиме работы.
Автоматическое производство нуждается в более квалифицированном технически грамотном обслуживании. При этом значительно меняется сам характер труда, связанного с наладкой, ремонтом, программированием и организацией работ в автоматизированном производстве. Эта работа требует более глубоких и разносторонних знаний, более разнообразна и интересна.
От уровня развития машиностроения зависит, прогресс всех отраслей промышленности. Поэтому повышению эффективности машиностроения и уровня автоматизации машиностроения должна отводиться приоритетная роль.