Автоматизация производства: что это такое в промышленности — средства, системы, уровни, принципы и способы механизации производственных процессов

Современное общество, в частности, производственные компании постоянно стремятся улучшить и повысить показатели качества предлагаемых товаров и услуг. Если раньше активно привлекался человеческий труд, то сегодня на большинство компаний отдают предпочтение робототехнике. Такой подход во многом более привлекателен для руководства и на это есть множество причин. Поэтому рассмотрим определение и понятие автоматизации процессов производства: что это такое, для чего нужно, какие средства и системы используются, а также популярные примеры программ и технологий, которые применяют на промышленных предприятиях.

Внедрение в работу организации специального технического оборудования, а также обеспечение обслуживания влечет за собой финансовые и трудовые затраты. Однако именно благодаря установке такого оснащения удается добиться следующих результатов:

В итоге предприятие сможет достичь своей главной цели — увеличение прибыли. Однако даже при таком подходе важно выделить недостатки:

Несмотря на строгие требования, необходимо отметить, что плюсы оказываются гораздо весомее минусов.

Функции, структура

В результате исследования технологических и рабочих этапов выявлена необходимость дополнительной сети обмена информацией, которая выстраивается по иерархичности. Таким образом, можно выделить несколько уровней автоматизации производства:

Процесс комплексной автоматизации предполагает прохождение всех уровней, от самого начального. Такая особенность объясняется сложным техническим оснащением и необходимостью внесения капитала. При этом обновление будет эффективно только при условии разработки объемной программы выпуска товаров.

Источник

Системы автоматики: системы автоматического контроля, управления и регулирования

Все элементы автоматики по характеру и объему выполняемых операций подразделяют на системы: автоматического контроля, автоматического управления, автоматического регулирования.

Система автоматического контроля (рис. 1) предназначена для контроля за ходом какого-либо процесса. Такая система включает датчик В, усилитель А, принимающий сигнал от датчика и передающий его после усиления на специальный элемент Р, который реализует заключительную операцию автоматического контроля — представление контролируемой величины в форме, удобной для наблюдения или регистрации.

Рис. 1. Система автоматического контроля

Независимо от количества элементов системы автоматического контроля являются разомкнутыми и сигнал в них проходит только в одном направлении — от объекта контроля Е к исполнительному элементу Р.

Система автоматического управления предназначена для частичного или полного (без участия человека) управления объектом либо технологическим процессом. Эти системы широко применяют для автоматизации, например, процессов пуска, регулирования частоты вращения и реверсирования электродвигателей в электроприводах всех назначений.

Усилитель А, не изменяющий принципа действия системы, необходим для ее практической реализации, когда мощность сигнала, поступающего от элемента сравнения UN, недостаточна для воздействия на рабочий орган L.

Рис. 2. Система автоматического регулирования

Рис. 3. Автоматическое регулирование по отклонению

Наряду с задающим воздействием на систему могут влиять различные дестабилизирующие факторы Q, которые вызывают отклонение регулируемой величины от заданной. Воздействия дестабилизирующих факторов, один из которых условно обозначен на рисунке буквой Q, могут проявляться в различных местах системы и, как принято говорить, поступать по различным каналам. Так, например, изменение температуры окружающей среды приводит к изменению сопротивления в цепи обмотки возбуждения, что в свою очередь влияет на напряжение генератора.

Однако где бы ни возникали воздействия Q (со стороны потребителя — ток нагрузки, вследствие изменения параметров цепи возбуждения), система регулирования будет реагировать на вызванное ими отклонение регулируемой величины от заданной.

В системе, использующей только такой принцип регулирования (рис. 4 и 5), фактическое значение регулируемой величины не учитывается. Принимают во внимание только одно возмущающее воздействие — ток нагрузки I н. В соответствии с изменением тока нагрузки происходит изменение магнитодвижущей силы (мдс) обмотки возбуждения L2, являющейся измерительным элементом данной системы. Изменение мдс этой обмотки приводит к соответствующему изменению напряжения на выводах генератора.

Рис. 4. Автоматическое регулирование по возмущению

Рис. 5. Принципиальная схема системы автоматики

Система, осуществляющая комбинированное регулирование (по отклонению и возмущению), может быть получена объединением ранее рассмотренных систем в одну (рис. 6)

Рис. 6. Система автоматики комбинированного регулирования

замкнутойтой не имеет замкнутой цепи воздействия по регулируемой величине, поэтому ее называют разомкнутой.

Системы автоматики по принципу действия подразделяют на статические и астатические. В статических системах регулируемая величина не имеет строго постоянного значения и с увеличением нагрузки изменяется на некоторую величину, называемую ошибкой регулирования.

В астатических системах статизм равен нулю и поэтому зависимость регулируемой величины от нагрузки представляет собой линию, параллельную оси нагрузки (рис. 7,6).

Рис. 8. Астатическая система автоматики

Однако существуют системы, называемые дискретными, в которых воздействие на рабочий орган осуществляется с перерывами, например система регулирования температуры подошвы утюга, в которой регулирующее воздействие может принимать только одно из двух фиксированных значений при непрерывном изменении регулируемой величины — температуры.

Рис. 9. Структурная схема системы телемеханики

Телесигнализация, как и телеизмерение, выдает оператору исходные данные для принятия решения по управлению ОК или служит для выработки управляющих воздействий в системах телеуправления и телерегулировки. Основное отличие этих систем от предыдущих заключается в том, что в первой из них используются дискретные сигналы типа «включить», «выключить», а во второй — непрерывные, подобно обычным системам регулирования.

Источник

Тема: «Характеристика машин автоматического действия»

Автоматический процесс — это целенаправленная последовательность действий или операций, выполняемых с использованием источника энергии самостоятельно, без непосредственного участия человека.

Автоматизированный процесс или машина — это определенная последовательность взаимодействия основных исполнительных механизмов или компонентов системы между собой при обработке и преобразовании сырья, изделий, полуфабрикатов, энергии, информации в соответствии с циклограммой работы технического объекта или программой, обусловленной алгоритмом, в которой еще используется труд человека.

Понятия „автоматический» и „автоматизированный» процесс или автоматическая» и „автоматизированная» машина говорят о техническом совершенстве, оцениваемом уровнем автоматизации, которая может быть полная в автоматических системах и частичная в автоматизированных. Комплексная автоматизация швейного производства — это реализация основных технологических процессов подготовки и раскроя текстильных и прикладных материалов, сбо- рочно-соединительных и отделочных операций на автоматизированном оборудовании, объединенном в технологический поток, линию или группу с помощью транспортных систем и средств, а также имеющих централизованное элек- тро-, пневмо-, вакуумили парообеспечение, являющееся основным источником энергии для технологических процессов и машин швейного производства.

Рассмотренные отличия базируются на различии определений автоматики и автоматизации. Первое — это область науки и техники, изучающая и разрабатывающая совокупность теоретических и технических методов и средств для построения автоматических систем и средств, т. е. систем и средств, функционирующих без участия человека. Автоматизация — это проектирование и эксплуатация автоматизированных технических и технологических объектов и систем.

В современном смысле автоматизация — понятие интегрированное, т. е. охватывает не только производственные технологические процессы и оборудование, производящие продукцию и изделия, но и этапы, предшествующие производственному циклу изготовления изделия, а именно этапы научных исследований, проектирования объектов и систем, испытаний и др., что можно отразить в распространенных понятиях и сокращениях автоматизированных систем:

АСНИ — автоматизированная система научных исследований;

САПР — система автоматизированного проектирования; АСИ — автоматизированная система испытаний; ГАП — гибкое автоматизированное производство; ГПС — гибкая производственная система;

АСУП — автоматизированная система управления производством; АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки

производства; АСУ ТП — автоматизированная система управления технологически-

Все приведенные системы функционируют при участии человека, который, как правило, взаимодействует с системой в диалоговом режиме работы. В этом случае говорят, что система работает в интерактивном (смешанном) режиме. Другим общим признаком автоматизированных систем является их функционирование на базе микропроцессорных систем и ЭВМ. В таких автоматизированных системах часто человек и машина, человек и технический процесс могут с помощью микропроцессорной системы управления взаимно адаптироваться (приспосабливаться) друг к другу путем взятия совета или рекомендации у ЭВМ посредством визуального общения через дисплей или акустического общения через звуковой процессор с ЭВМ, а затем выдать указания ЭВМ, а значит, и технической системе, управляемой ею, посредством устройства ввода информации.

В АСУП и АСУ ТП число датчиков, собирающих информацию с рабочих мест и объектов, и число исполнительных механизмов, отрабатывающих yправляющие команды, может быть сотня или тысяча.

Перспективным и более высоким уровнем комплексной автоматизации швейного производства, основанном на применении встроенных в шейное оборудование роботов, технологических машин со встроенными микропроцессорными системами управления и роботизированных швейных комплексов с ЧПУ, является роботизация швейного производства, отличающаяся от автоматизации гибкой переналадкой на различные технологии и виды изготовляемых изделий.

Устойчивость — это способность автоматической системы поддерживать надежный режим работы технической системы с требуемой точностью и восстанавливать его при действии возмущений и управляю^ щих воздействий в течение заданного интервала времени. Этим критерием оценивается качество работы автоматической системы в количественных показателях.

Промышленный робот — это автоматическая машина, состоящая из манипулятора и программируемого устройства управления, предназначенная для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека При перемещении предметов производства и (или) технологической оснастки. Согласно ГОСТ 25686—83 различают промышленные роботы трех видов: универсальные, специализированные, специальные.

Манипулятор — это техническое устройство, выполненное в виде разомкнутой кинематической цепи, которая, с одной стороны, содержит рабочий орган, обычно в виде схвата, а с другой — исполнительные механизмы (приводы) с дистанционным программным управлением для выполнения двигательных функций, заменяющих аналогичные функции руки человека при перемещении объектов.

Задание:

Внимательно прочитайте материал урока.

Выделите главное из прочитанного материала.

3. Сделайте конспект в тетради, отвечая на следующие вопросы:

— Что означает понятие «автоматическая» швейная машина и в каком режиме происходит взаимодействие человека при работе на автоматической швейной машине?

— Назовите примеры машин-автоматов.

Тема 4.1. Виды и назначение швейного оборудования

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Машины автоматического действия с большим успехом применяются также для изготовления песчано-смоляных оболочковых стержней как сплошных, так и пустотелых. При массовом производстве стержней большое значение имеет автоматизация загрузки и выгрузки стержневых сушил. На фиг, 205 показана установка автоматически действующих механизмов для загрузки и выгрузки стержней, применяемых для вертикальных сушил. [1]

Надежность машин автоматического действия обусловливается их безотказностью, ремонтопригодностью, а также долговечностью отдельных элементов. [2]

Ремонтопригодность машин автоматического действия оценивается двумя группами показателей в зависимости от того, находится ли рассматриваемая система в состоянии эксплуатации или в планово-предупредительном ремонте. [3]

К машинам автоматического действия относится новый класс машин, получающий широкое применение в технике. Эти машины позволяют осуществлять самые сложные движения исполнительных органов и тем самым автоматизировать широкий круг технологических операций. Особое значение эти машины и-системы будут иметь в тех случаях, когда необходимо освободить человека от работы в тяжелых, вредных или опасных условиях, как, например, высокая температура, повышенная радиоактивность, наличие вредных газов и химических продуктов. [5]

В машинах автоматического действия все технологические и вспомогательные операции, включая загрузочно-транс-портные и контрольные, выполняются механически. Особое место в этой группе машин занимают так называемые рефлексные машины, которые могут работать автоматически на разнообразном сырье, например, когда размеры каждого поступающего объекта различны. Машина автоматически учитывает отклонения размеров у поступающего объекта и, самонастраиваясь, производит безостановочную его обработку. [6]

Общая надежность машины автоматического действия помимо показателей эксплуатационной надежности должна оценивать также и долговечность системы в целом и ее ремонтопригодность при планово-предупредительном ремонте. [7]

Весьма важной является проблема маневренности машин автоматического действия и автоматических линий: необходимо обеспечить возможность их быстрой переналадки и перевода на выпуск иного вида продукции. Практически это может быть обеспечено путем полного или частичного построения автоматов и автоматических линий из типовых блоков, агрегатов ж узлов. Следовательно, необходимо сравнительное изучение возможных вариантов подобной компановки. [10]

Очень большое значение для развития теории машин автоматического действия имеют исследования в направлении разработки их синтеза. [11]

Источник

Роботы в промышленности — их типы и разновидности

Что это?

Это статья об индустриальном применении робототехники. Применение роботов в промышленности началось, по историческим меркам, не так давно — чуть больше, чем полвека назад, но сейчас уже мало какое производство можно представить себе без автоматических линий, без стальных манипуляторов и зорких стеклянных зрачков роботов — эти железные ребята прочно вошли в большинство производственных процессов и уходить не собираются.

Несмотря на такое обширное, почти повсеместное распространение роботов, лишь специалисты в полной мере представляют себе весь спектр их возможностей. В этой статье мы приоткроем дверь в мир промышленной робототехники для широкого круга читателей: опишем некоторые разновидности производственных роботов и сферы их применения. Нельзя объять необъятное в одной статье, но, если читателям будет интересно, мы обязательно продолжим.

Так какие они бывают — роботы?

Есть несколько классификаций промышленных роботов: по типу управления, по степени мобильности, по области применения и специфике совершаемых операций.

По типу управления:

Управляемые роботы: требуют, чтобы каждым их движением управлял оператор. В силу узости областей применения распространены мало. Да и не совсем роботы.

Автоматы и полуавтономные роботы: действуют строго по заданной программе, зачастую не имеют сенсоров и не способны корректировать свои действия, не могут обойтись без участия рабочего.

Автономные: могут совершать запрограммированный цикл действий без участия человека, согласно заданным алгоритмам и корректируя свои действия по мере необходимости. Такие роботы способны полностью перекрыть поле деятельности на своем участке конвейера, без привлечения живой рабсилы.

По функциям и сфере применения:

Роботы разделяются по назначению и исполняемым функциям, вот лишь некоторые из них: промышленные роботы бывают универсальные, сварочные, машиностроительные, режущие, комплектовочные, сборочные, упаковочные, складские, малярные.

Это далеко не полный перечень: количество всевозможных вариантов постоянно растет и все перечислить невозможно в рамках одной статьи. Можно лишь с уверенностью сказать о том, что вряд ли найдется такая область человеческой деятельности, где роботы не смогли бы сделать труд человека более творческим, взяв всю монотонную и опасную часть работы на себя.

Другие методы классификации

У каждой энциклопедии, каждого справочника и каждого производителя своя классификация и типология роботов. Что и не удивительно — зачастую она определяется сугубо специфическими нуждами и частным подходом того, кто её составляет.

Помешает ли это нам рассмотреть некоторые образцы и понять — что же они умеют? Нет конечно. Поехали.

Рассмотрим образцы

Среди промышленных роботов выделяется продукция таких известных фирм, как Kuka, Fanuc, Universal Robots, некоторые образцы которых мы рассмотрим чуть ниже.

FANUC M-2000iA/1200 — пятиосевой грузоподъемный робот поднимающий до 1200 кг и перемещающий этот груз на расстояние до 3,7 м — идеален в качестве погрузчика, так как работает без участия человека, что практически сводит к нулю опасность травматизма. Работает при температурах 0°C — +45 °C. Стабильность повторяемости — 0,03 мм.

Крайне прочный аппарат.

UR10 — самый крупный из манипуляторов Universal Robots и это коллаборативный робот, проще говоря — он создан для работы с другим оборудованием и помощи в работе человеку.

Манипулятор модели UR10 имеет радиус действия 1,3 м и поднимает груз до 10 кг. Его можно использовать с сельскохозяйственным, фармацевтическим, технологическим и многим другим оборудованием. Компактно размещается на рабочем месте человека, чтобы стать ему “третьей рукой”, легко программируется и быстро настраивается.

UR10 умеет завинчивать, клеить, сваривать и паять, производить литьевые и сборочные работы.

Также роботы Universal Robots применены в проекте Voodoo Manufacturing: Project Skywalker компании Medium Corporation — это фабрика 3D-печати, многие операции на которой выполняют именно роботы-манипуляторы. Такие действия, как замена платформ для печати, сбор и складирование готовых изделий больше не требуют неустанного внимания персонала.

Особенно интересны универсальные роботы, так как именно они, в силу своего назначения, снабжены наиболее адаптивными системами управления.

Это такие роботы, как Baxter и Sawyer производства Rethinkrobotics.

Baxter — многофункциональный робот с двумя манипуляторами и системами обратной связи и самообучения.

Его 7-осевые манипуляторы способны почти на всё, на что способна рука человека, в том числе — имеют обратную связь и могут контролировать прилагаемые усилия. Это, плюс ещё особенности дизайна, делают Бакстера безопасным для живых рабочих — его рабочее место не нуждается в ограждении, да и вообще — места он занимает немного, что здорово экономит пространство в цеху. Пара бакстеров способна успешно работать вместе.

Бакстер интересен еще и тем, что не требует тщательного подробного программирования каждого своего действия — “учить” его можно не только через интуитивно понятное визуальное приложение, но и прямо на рабочем месте — повторяя показанные движения он запоминает их и применяет в дальнейшем.

Sawyer — “младший брат” Бакстера — удивительно компактный и легкий робот-манипулятор, он весит всего 19 килограмм и может быть установлен почти где угодно, не занимая при этом много места.

Точность действий Сойера доходит до 0,1 мм, что позволяет использовать его в сотнях видов комплектовочных, сборочных и других конвейерных работ.

Оба робота легко переобучаются для выполнения новых функций даже без применения традиционного программирования и столь же просто перемещаются с одного рабочего места на другое.

Гибридное производство

Очень интересным представляется подход компании Stratasys, которая создала промышленный аппарат нового типа — гибрид робота и 3D-принтера.

Конечно, любой 3D-принтер обладает признаками робота, но тут — это совершенно традиционной формы роботизированный манипулятор, имеющий в том числе и функцию FDM-печати. Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator предназначен, прежде всего, для авиационного и космического производства, в котором так важна его способность производить печать на вертикальных поверхностях неограниченной площади, в соответствии с концепцией “infinite-build” — “бесконечное построение”. С работой над проектом связаны такие монстры, как аэрокосмический гигант Boeing и автоконцерн Ford, которые предоставили Stratasys спецификации по необходимым характеристикам получаемых изделий.

Восьмиосевой механизм манипулятора, обилие специально разработанных композитных материалов для печати, традиционно высокое качество изготовления — все говорит нам о том, что у этого аппарата и его потомков большое будущее.

Figure 4 компании 3D Systems — модульная робототехническаяя система для автоматизации стереолитографической 3D-печати, ни больше, ни меньше.

Это целый автоматический комплекс, который способен производить новые изделия каждые несколько минут — в отличие от нескольких часов на обычных SLS-принтерах.

Кроме того, в цикл уже включены и такие этапы, как промывка, отделение поддержек и дозасветка, а не только первичная экспозиция. Все это Figure 4 делает сам, без вмешательства оператора в процесс работы.

Благодаря модульности, на основе Figure 4 можно создать достаточно крупные автоматические линии, используя стандартные компоненты.

Этот комплекс был представлен общественности в этом году, на выставке The International Dental Show в Кёльне, как и новый 3D-принтер ProJet CJP 260Plus — полноцветный 3D-принтер предназначенный для анатомического моделирования медицинских изделий и быстрого прототипирования любых промышленных образцов.

Принтер также роботизирован — снабжен системой автоматической загрузки, удаления и переработки печатного порошка.

Можно с уверенностью сказать, что комплексный подход к 3D-печати — часть производственной культуры будущего. Он даст радикально новое сочетание скорости, точности, удобства и снижения себестоимости изделий.

Carbon SpeedCell — технологическое решение от компании Carbon, которое включает в себя новый 3D-принтер The M2, работающий по технологии CLIP, и финишинговый аппарат для стереолитографических распечаток Smart Part Washer.

CLIP — технология бесслойной стереолитографической печати, обеспечивающая скорость от 25 до 100 раз быстрее обычной SLS и новый уровень качества поверхности.

Система CLIP (Continuous Liquid Interface Production) позволяет получить невозможные ранее формы изделий требующие минимальной постобработки. Точных характеристик аппаратного комплекса производитель пока не предоставил, но сам подход уже радует — это почти готовое решение для любой мастерской, в которой требуется стереолитографическая печать.

Аппарат сочетающий в себе несколько разных подходов к обработке деталей: это и классический фрезерный станок с программным управлением — пятиосевой и весьма точный, и лазерный режущий инструмент с теми же степенями свободы, и печатающий металлом 3D-принтер с технологией лазерного напыления. Сложно представить себе операцию, которую не смог бы произвести этот станок с металлической деталью. Гибридный подход: фрезеровка заготовки, наплавление недостающих деталей или печать с нуля и чистовая обработка — все операции могут произведены с деталью за один подход, в рамках одной заданной программы, без прерывания технологического цикла. Размер обрабатываемой и/или печатаемой детали составляет до 600 на 400 мм, а вес может быть до 600 кг.

Такое МФУ для работы по металлу уже многое изменило в культуре производства штучных и мелкосерийных изделий, а в ближайшее время подобный подход может распространиться и на серийное производство.

EOS — Additive Manufacturing

Компания EOS создала манипуляторы, которые способны производить различные операции, где требуется захват и перемещение детали. Разработки EOS в этой области основываются на наблюдениях за поведением животных, в частности — этот манипулятор создан по примеру хобота слона.

Такой робот-манипулятор может быть использован во множестве промышленных операций, как то: в транспортировке и упаковке, в перемещении деталей из одной рабочей зоны в другую, например — из 3D-принтера в камеру пост-обработки, чтобы исключить участие человека на этом этапе.

Вот так он устроен:

Также компания спонсирует и представляет проект Roboy — это мобильный гуманоидный робот, который способен выполнять любые движения свойственные человеку и служить помощником на производстве.

Известный производитель печатающих металлом 3D-принтеров, Concept Laser заключил соглашение с компанией Swisslog, их общий проект — M Line Factory, это система перемещения металлических 3D-печатных деталей между станками Concept Laser с помощью роботов Swisslog.

Компании продолжают совершенствование аппаратных комплексов для 3D-печати металлом. Роботизированные составляющие этих машин способны провести деталь через весь цикл — от загрузки проекта в память, до выхода готового изделия на склад, — без необходимости вмешательства оператора.

Единственная в своем роде установка — единая система для печати, транспортировки из рабочей камеры и хранения готовых деталей. Фактически — готовый цех металлической 3D-печати в одном корпусе.

Существуют роботы, которые способны выполнять функции сварочных и фрезерных станков c программным управлением.

А также такие, которые обслуживают традиционные фрезерные ЧПУ-станки, увеличивая их производительность.

Например, вот так это делает упомянутый выше Sawyer:

Выводы

Роботы в современной промышленности везде. Они в любом цеху и в любой области производства. И это нормально: роботы экономят деньги работодателей, а рабочих спасают от вредной и монотонно-отупляющей работы; роботы работают круглосуточно и безостановочно; роботы намного точнее живых рабочих — они не устают, у них не “замыливается глаз”, их сенсоры и системы позиционирования способны сохранять точность до сотых долей миллиметра.

Пока мы видим их еще не везде — многие производственные процессы скрыты от рядового пользователя, да и не особо интересны обычно, — но совсем скоро невозможно будет не замечать того, что подавляющая часть всех материальных благ производится умными машинами.

Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?

Источник