7.ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ.
Исторически в развитии техники можно выделить следующие этапы по характеру воздействия человека с орудиями труда:
1) использование орудий ручного труда:
2) использование машин, обеспечивающих механизацию производственных процессов;
3) применение автоматов и автоматических комплексов.
Механизация – применение в производственном процессе машин и механизмов, заменяющих мускульный труд рабочих.
Автоматизация – это освобождение человека не только от ручного труда, но и от оперативного управления машинами и механизмами.
Различают стадии частичной, комплексной и полной автоматизации.
Частичная (начальная) обеспечивает автоматизацию рабочего цикла машин или использование автомата в автономном режиме.
Комплексная – характеризуется автоматическим выполнением всех производственных операций, включая вспомогательные, транспортные, однако за человеком остаются функции управления и контроля.
Полная – предусматривает передачу функций управления и контроля системам автоматического управления.
Большой удельный вес сборочно-монтажных работ (до 30-40%) в общем объеме производства ЭА делают жизненно необходимой комплексную механизацию и автоматизацию этих процессов, которая должна основываться на новейших достижениях науки и техники и учитывать особенности производства ЭА.
Историческое развитие технологии ЭА показало, что автоматизация производства прошла через следующие этапы:
1. Станки, агрегаты с ручным управлением, имеющие универсальное назначение.
2. Универсальные полуавтоматы и автоматы с большей производительностью, но меньшей мобильностью.
3. Специализированные полуавтоматы и автоматы, используемые для строго определенных видов продукции, имеющие высокую производительность, но полностью лишенные мобильности.
4 Агрегатные станки и машины, создаваемые путем компоновки унифицированных механизмов, обладающие достоинствами 3-й группы и повышенной универсальностью, за счет быстрой переналадки.
5. Автоматические линии из агрегатных станков и машин, имеющие большую производительность и используемые в массовом производстве.
6. Автоматические линии из универсального оборудования, обладающие высокой производительностью и возможностью переналадки.
7. Автоматические линии из специального оборудования узкого профиля для выпуска массовой однотипной продукции.
8. Станки, машины с цифровым программным управлением, позволяющие автоматизировать производственные процессы с возможностью быстрой переналадки.
9. Участки и линии ГАП, обладающие комплексной автоматизацией всех производственных процессов, единой системой управления с применением ЭВМ и гибкой переналадкой на выпуск новых изделий.
Для мелкосерийного производства ЭА характерны 1, 2 и 4 группы. Для серийного и массового – 3. 5, 6, 7, 8. 9 этап является наиболее перспективным в настоящее время.
Автоматизация производственных процессов является новым этапом технического прогресса. Критериями автоматизации являются:
1) рост производительности труда,
2) степень охвата рабочих механизированным и автоматизированным трудом,
3) уровень механизации и автоматизации.
Производительность труда П – это количество выпущенной продукции N (в шт.), отнесенное к прудовым затратам:
где 3 – трудовые затраты (время, денежное исчисление).
Общие трудовые затраты складываются из следующих составляющих:
где Зп – средства на оборудование, монтаж, на производственные здания (единовременные затраты прошлого груда);
Зv – годовые текущие затраты прошлого труда на материалы, энергию, инструмент, ремонт и эксплуатацию оборудования;
Зж – годовые текущие затраты живого труда на обслуживание машин;
t – календарное текущее время эксплуатации новой техники.
Тогда:
(7.3)
Количество выпущенной продукции зависит от времени эксплуатации новой техники t и годового выпуска продукции Qг;
Из уравнения видно, что производительность труда является переменной величиной, в момент пуска новой техники при t -> 0; когда имели место затраты прошлого труда Зп > 0; а отдачи еще нет N= 0; П- мало.
По мере эксплуатации новой техники производительность труда растет.
Обозначим через коэффициент К степень технической вооруженности производства:
через m – отношение текущих затрат прошлого труда к затратам живого труда:
Подставляя К и m – в выражение для П получим:
Чем выше техническая оснащенность труда, (выше Кит), тем ниже рост автоматизации, тем больше рабочих незримо присутствует в процессе производства, обеспечивая его прошлым трудом.
Маркс сформулировал эту закономерность так: "Повышение производительности труда заключается в том, что доля живого труда уменьшается, а доля прошлого труда увеличивается, но увеличивается таким образом, что общая сумма труда, заключающаяся в товаре, уменьшается таким образом, что количество живого труда уменьшается больше, чем увеличивается количество прошлого труда".
Коэффициент роста производительности труда:
где П1 и П2 – соответственно производительности труда по исходному и новому вариантам.
Степень охвата рабочих механизированным и автоматизированным трудом (в %) определяется как:
где Рр, Рм, РА – количество рабочих, занятых ручным, механизированным и автоматическим трудом соответственно.
Уровень механизации и автоматизации производственного процесса:
где Тм, ТА -трудоемкость механизированных и автоматизированных операций, Н/час,
Тi – трудоемкость i-ой операции,
n – количество операций.
Для современного этапа развития техники характерны следующие тенденции в автоматизации производственных процессов и пути роста производительности труда:
1, Уменьшение затрат живого труда, сокращение числа рабочих, непосредственно занятых в процессе производства путем использования автоматов или автоматических линий. Такая автоматизация имеет ограниченные возможности, т.к. с ростом числа оборудования растут капиталовложения и потери производительности оборудования (рис.7.1). Так, если один рабочий будет обслуживать 2 станка, то экономия фонда заработной платы (Э) составляет 50%, если 10 – 90 %. Дальнейшее увеличение количества обслуживаемых автоматов требует дорогостоящих затрат на применение автоматических систем управления, накопителей, автоматического транспорта. Такая автоматизация эффективна для производств с малым К, где еще велики затраты ручного труда (рис. 7.2).
Рис. 7.1. Зависимость экономии от количества автоматизированного оборудования
Рис. 7.2. Зависимость роста производительности труда от технической оснащенности производства
2. Второй путь технического прогресса предполагает уменьшение затрат живого и прошлого труда путем повышения производительности средств производства. Он достигается за счет разработки новых прогрессивных технологических процессов и создания высокопроизводительных машин. На рис.7.3. кривая 1 характеризует рост производительности X вследствие объединения машин и станков в автоматические системы при неизменном уровне их производительности:
При этом источником экономии служит лишь сокращение фонда заработной платы обслуживающих рабочих.
Рис. Зависимость роста производительности труда от коэффициента многостаночного обслуживания
Кривая 2 характеризует рост производительности при автоматизации, которой она сочетается с ростом производительности машин и с сокращением затрат живого труда λ > 1. Здесь потенциальная возможность роста П намного больше и автоматизация заведомо является эффективной.
3. Третий путь технического прогресса – предполагает сокращение затрат прошлого труда путем снижения стоимости средств производства. Достигается непрерывным совершенствованием технологии и средств производства, стандартизации и унификации рабочих машин и оборудования. Этот путь требует агрегатного метода создания средств производства: автоматических линий. На рис.7.4 показана динамика роста производительности труда при различной производительности каждого варианта.
Рис.7.4. Зависимость уровня производительности от времени эксплуатации новой техники
Производительность труда каждого варианта постепенно увеличивается, достигая максимума и далее сохраняя максимальную величину. Чем быстрее он достигается, тем выше эффективность новой техники.
Производительность рабочих машин или оборудования зависит от временной длительности рабочих t р и холостых ходов t x;
где t – период рабочего цикла.
Если у машины отсутствуют холостые ходы:
Коэффициент производительности характеризует степень непрерывности использования оборудования во времени:
Смысл автоматизации заключается в дальнейшем совершенствовании технологического оборудования, когда tX→0; η→1
Фактическая производительность оборудования часто отличается от цикловой:
где Nср – количество выпущенной продукции, tпл плановый период времени с учетом внецикловых потерь времени из-за простоя машин.
Потери времени различаются следующим образом:
1) подача материала, транспортировка объекта обработки, зажим и освобождение заготовки;
2) установка и смена инструмента, заточка, правка инструмента;
3) регулировка и ремонт механизмов, получение запасных частей;
4) уборка отходов, сдача готовых изделий;
5) передача смены, простои, поломки, брак в производстве;
6) переналадка, связанная с заменой технологической оснастки и т.д.
Все эти потери рабочего времени делятся на две группы:
1) собственные потери, связанные с режимом работы оборудования;
2) организационные , которые необходимо свести до минимума. Пути решения этих проблем:
1) создание машин непрерывного действия (роторные автоматические линии), где потери 1 группы устраняются;
2) автоматизация смены и регулировки инструмента (станки ЧПУ);
3) повышение долговечности и надежности автоматических линий. Увеличение коэффициента надежности:
где λ(t) – интенсивность отказов.
Коэффициент надежности 1 < К < ∞. Высокий уровень автоматизации требует безотказности работы оборудования;
4) автоматизация управлением производства путем применения информационно-управляемых комплексов на основе ЭВМ ,создание эффективных АСУТП;
5) повышение качества продукции и ликвидация брака путем автоматизации контроля качества изделия;
6) механизация и автоматизация вспомогательных работ (транспортировки, складирования, погрузочно-разгрузочных работ) путем введения в АСУТП систем механизации и автоматизации складских работ (автооператоры, транспортные работы и т.д.);
7) повышение мобильности автоматизированного производства.
Бурное развитие электронной техники приводит в настоящее время к чрезвычайно быстрой смене объектов производства. Это вызывает потери, связанные с переналадкой и заменой специального оборудования, что подчас вынуждает отказываться от механизированных систем, а использовать ручной труд при сборочно-монтажных работах.
Решение этой проблемы возможно путем создания участков или линий гибкого автоматизированного производства (ГАП).
Экономическая эффективность или рентабельность новой техники определяются следующими критериями:
1) сроком окупаемости дополнительных капиталовложений:
где К1 и К2- капиталовложения по двум сравниваемым вариантам;
С1 и С2 себестоимость годовая продукции по 2-м вариантам;
2) коэффициентом эффективности капиталовложений;
это прибыль на дополнительные вложения;
3) удельными капиталовложениями – выбирается тот вариант, который требует минимальных капитальных вложений в создание одинаковых производственных мощностей