2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 3
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПОСОБОВ
АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ............................ 6
1.1 Основные понятия автоматизации технологических процессов ................. 6
1.2 Особенности автоматизации процессов за счет внедрения
станков ЧПУ .......................................................................................................... 12
1.3 Автоматизация технологических процессов за счет внедрения SCADA-
систем ..................................................................................................................... 18
Выводы по главе 1 ................................................................................................. 24
ГЛАВА 2. ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ООО
«ПРОМЕТЕЙ» ....................................................................................................... 26
2.1 Краткая характеристика деятельности предприятия ................................... 26
2.2 Описание технологических процессов предприятия .................................. 33
Выводы по главе 2 ................................................................................................. 43
ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА ООО «ПРОМЕТЕЙ»
................................................................................................................................. 44
3.1 Выбор оборудования для автоматизации ..................................................... 44
3.2 Программирование станка ЧПУ GEORG GTD 4000 ................................... 50
3.3 Оценка эффективности автоматизации технологических процессов ....... 56
Выводы по главе 3 ................................................................................................. 62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 66
ПРИЛОЖЕНИЯ ..................................................................................................... 72
3
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность выбранной темы исследования заключается в том, что
комплексная автоматизация предприятия создает возможности заменить
ручной труд, снизить производственные расходы предприятия, повысить
эффективность деятельности и упростить технологические процессы.
Для осуществления автоматизации производственных процессов
внедряется современное оборудование, решаются задачи по использованию
первичных датчиков, контроллеров, исполнительных механизмов.
Автоматизация производственных процессов позволяет реализовать
мероприятия, связанные с разработкой новых технологических процессов,
созданием и внедрением высокопроизводительных автоматических
комплексов, позволяющих обеспечить предприятию непрерывный рост
производительности труда.
В настоящее время достаточно много внимания уделяется
автоматизация машиностроительных предприятий. За счет автоматизации
ускоряются процессы решения конструкторско-технологических задач, а
внедрение автоматических числовых управляемых станков, основанных на
современных технологиях, позволяют автоматизировать процессы
фрезерной, токарной обработки металлов, ускорить процессы прессования и
другие технологические процессы.
Следовательно, рассмотрение вопросов комплексной автоматизации
технологических процессов металлообрабатывающего производства
обосновывает выбор темы выпускной квалификационной работы.
Предметом исследования является автоматизация технологических
процессов. Объектом исследования является металлообрабатывающее
производства товарищества с ограниченной ответственностью «Мэйкер»
(далее в работе ООО «ПРОМЕТЕЙ»).
4
Цель работы: автоматизировать технологические процессы
металлообрабатывающего производства ООО «ПРОМЕТЕЙ».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- проанализировать способы автоматизации технологических
процессов;
- проанализировать деятельность ООО «ПРОМЕТЕЙ»;
- проанализировать технологические процессы ООО «ПРОМЕТЕЙ»;
- на основе проведенного анализа автоматизировать технологические
процессы металлообрабатывающего производства ООО «ПРОМЕТЕЙ»;
- оценить автоматизированные технологические процессы
металлообрабатывающего производства ООО «ПРОМЕТЕЙ».
Практическая значимость исследования заключается в том, что
предложенный к внедрению ЧПУ станок GEORG GTD 4000 позволит
реализовать комплексную автоматизацию металлообрабатывающего
производства за счет автоматизации процессов токарно-шлифовальной и
фрезерно-сверлильной обработки металла, а SCADA-система КРУГ ускорит
процессы его программирования.
Вопросы комплексной автоматизации технологических процессов
металлообрабатывающего производства достаточно часто обсуждаются
многими отечественными и зарубежными авторами, среди которых следует
выделить работы Акуловича Л. М. [1], Афонина А. М. [2], Балюбаша В. А.
[3], Беккера В. Ф. [4], Болотина М. М. [5] и других.
Выпускная квалификационная работа включает три части:
теоретическую, аналитическую и проектную.
В теоретической части были рассмотрены основные понятия
автоматизации технологических процессов, выявлены особенности
автоматизации процессов за счет внедрения станков ЧПУ, рассмотрены
особенности автоматизации технологических процессов за счет внедрения
SCADA-систем.
5
В аналитической части работы была выполнена оценка
технологических процессов предприятия, приведена краткая характеристика
деятельности, описаны технологические процессы предприятия.
В третьей части работы выполнена автоматизация технологических
процессов предприятия, выбрано оборудование, разработаны алгоритмы для
программирования станка ЧПУ, произведена оценка эффективности
автоматизации технологических процессов.
Выпускная квалификационная работа изложена на 72 листах, из
которых 6 таблиц, 26 рисунков, 40 источников используемой литературы, 2
приложения.
6
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПОСОБОВ
АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
1.1 Основные понятия автоматизации технологических процессов
В настоящее время промышленное производство направлено на
удовлетворение потребностей предприятий и общества в получении
промышленной продукции.
В производственных процессах выпуска продукции на первоначальном
этапе выполняется проектирование продукции, на основе которого
формируется пакет технической документации на продукцию, а также
выполняются исследования для получения необходимого уровня качества.
На основании полученной технической и рабочей документации, на
следующем этапе проектируются технологии, которые будут использоваться
в производственных процессах получения продукции [10, c.40].
После завершения пусконаладочных работ, а также приемо-сдаточных
испытаний непосредственно начинается производство продукции и
реализация готовой продукции потребителям.
Каждый из этапов производственных процессов предусматривает
выделение большого количества времени, привлечение значительных
капитальных вложений. При этом необходимо учитывать, что производство
может развиваться только тогда, когда цена реализации готовой продукции
выше затрат на производство и производитель может получить необходимый
уровень прибыли [25, c.66].
Для сокращения времени на выпуск продукции производственные
предприятия привлекают дополнительные трудовые и материальные ресурсы
или производят интенсификацию технологических процессов на всех этапах
производства. Для увеличения прибыли, производственные предприятия
выполняют мероприятия, приведенные на рисунке 1.
7
Рисунок 1 – Мероприятия, выполняемые производственными
предприятиями для повышения прибыли
Как видно из рисунка 1, для повышения производительности труда
производственными предприятиями осуществляется автоматизация.
Автоматизация также позволяет сократить производственные затраты и
снизить трудоемкость решаемых задач.
За счет автоматизации сокращаются временные затраты на проведение
исследований, работ по доведению продукции до необходимого уровня
качества, оптимизация технологических процессов [3, c.22].
Основным направлением повышения эффективности
производственных процессов выступает комплексная автоматизация,
основанная на автоматизации человеческого труда, а также технологических
процессов. При этом выбранные способы автоматизации производственных
процессов определяются масштабами производства, а также спецификой
выпускаемой продукции.
В настоящее время выделяют два основных вида производства – это
многономенклатурное (серийное) и массовое производство.
8
В случае массового производства, продукция определенного вида
получается в больших объемах, а серийное производство основано на
выпуске большой номенклатуры продукции или партий [14, c.58].
Автоматизация массового производства предусматривает
использование специализированных средств автоматизации,
предназначенных для получения определенного вида продукции. В качестве
примера массового производства можно привести автоматизацию процессов
получения подшипников качения, выпуска медицинского оборудования.
Пример автоматизации массового производства приведен на рисунке 2.
Рисунок 2 – Пример автоматизации массового производства
К основным средствам автоматизации массового производства можно
отнести автоматические линии, имеющие жесткий рабочий цикл и цикловые
автоматы. Технологические автоматы специального назначения применяют
для автоматизации различных технологических процессов. В области
металлообработки и машиностроения свое применение получили токарные
кулачковые автоматы, позволяющие изготавливать фасонные детали,
9
шлифовальные станки, копировальные автоматические станки,
многошпиндельные станки автоматы [29, c.37].
В случае многоступенчатого производства необходимо учитывать
большие затраты на автоматизацию определенного вида продукции. В этом
случае применяется универсальное технологическое оборудование,
поскольку перенастройка технологических процессов должна
осуществляться автоматически или в автоматизированном режиме. Пример
автоматизации многоступенчатого производства приведен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Пример автоматизации многоступенчатого
производства
Следовательно, автоматизация многономенклатурного производства
имеет отличия от автоматизации массового производства и предусматривает
более сложные технологические процессы в сравнении с массовым
производством.
В основе современного автоматизированного производства находится
концепция гибких технологий. Гибкие технологии направлены на получение
10
высокого уровня автоматизации производственных процессов и позволяют
совершенствовать основные технологические процессы [22, c.69].
Гибкая технология может применяться для производств, имеющих
большую номенклатуру продукции и выполняющих частое ее обновление. В
основе гибкой технологии находится принципы программного управления,
предусматривающие использование управляющей программы.
В развитии автоматизации можно выделить последовательные этапы,
для которых характерно появление новых средств автоматизации, а также
расширение состава объектов автоматизации [1, c.23].
В случае развития массового производства продукции, задачи
повышения производительности труда были одними из первоочередных
задач. В этом случае проблемы создавали значительные затраты на
приобретение средств автоматизации, поскольку для того чтобы получить
единицу продукции необходимо учитывать ее технологические особенности.
Это привело к тому, что для автоматизации производства начали применять
специальные и специализированные технологические автоматы.
Каждый из этих автоматов позволял получать и выполнять одну
технологическую операцию или небольшой ограниченный набор операции
по получению определенного вида готовой продукции. Задача настройки
автомата для получения другого вида продукции создавала сложности.
Основной целью автоматизации было ускорение производительности
технологических процессов для получения готовой продукции. В этом случае
технологический процесс получения изделия разбивается на более простые
технологические операции, имеющие небольшую продолжительность. При
этом операции можно выполнять параллельно с привлечением других
технологических автоматов [12, c.48].
С развитием автоматизации на основании технологических автоматов
стали создавать поточные линии, которые выполняют заданную
последовательность технологических операций определенного
11
производственного процесса. Дальнейшее повышение уровня автоматизации
появлению межоперационных накопителей полуфабрикатов.
В результате комплексной автоматизации процессов стали применяться
автоматические линии. Автоматическая линия позволяет в автоматическом
режиме реализовать определенный технологический процесс по получению
готовой продукции. В состав автоматической линии входит
специализированное и специальное оборудование. За счет внедрения
автоматических линий в производственные процессы повысилась
эффективность массового производства [18, c.44].
Недостатком использования автоматических линий является то, что
они имеют ограниченные возможности в области переналадки и получении
другого вида продукции.
В области многономенклатурного производства, используемое
оборудование должно быть универсальным и создавать возможности
быстрой переналадки и перенастройки для получения различных видов
изделий.
Выполнение таких условий создает необходимость использования
гибкой автоматизации, в основе которой находится принцип программного
управления.
Следует отметить, что первые принципы гибкой автоматизации были
реализованы в металлорежущих станках. Это привело к появлению станков с
числовым управлением ЧПУ. Первые модели станков ЧПУ были
несовершенными и создавали необходимость постоянного изменения
рабочего цикла, внесения изменений в управляющую программу [32, c.81].
С течением времени принципы работы станков ЧПУ
совершенствовались и в настоящее время их применяют даже в
индивидуальном производстве. С помощью станков ЧПУ можно
автоматизировать процесс обработки деталей, поскольку они автоматически
перестраиваются и имеют необходимый уровень гибкости. Среди