APMA1-w02znaczenie04APMA1-w02znaczenie04, WiP PW, Automatyka i robotyka, APMA1
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Instytut Technik Wytwarzania P.W. Zakład Obróbki Plastycznej i Odlewnictwa APMA1 W15 + L15 Automatyzacja procesów materiałowych Automatyka i Robotyka ( AiR ) sem. 6 , kod w siatce studiów 51 Blok przedmiotów: Automatyzacja i komputeryzacja wytwarzania Kierunek: Dr inż. Lech Olejnik Prowadzący: pok.NT17, tel.8425 ------------------- Motto: Automatyzacja procesów produkcyjnych stanowi podstawę nowoczesnej produkcji ------------------- Temat 2 : Znaczenie technologii materiałowych APMA1-w02znaczenie04.doc APMA1- W 15 Automatyzacja procesów materiałowych Temat 2 : Znaczenie technologii materiałowych Typy automatyzowanych procesów Automatyzacja może być rozpatrywana zarówno w odniesieniu do ciągłych jak i dyskretnych (nieciągłych) procesów produkcji. Procesy ciągłe charakteryzują się nieprzerwanym przepływem materiału i energii w poszczególnych fazach procesu technologicznego. Ten typ procesów jest typowy dla przemysłu chemicznego, spożywczego, energetyki, a częściowo także i metalurgii. Procesy dyskretne charakteryzują się wyraźnie oddzielonym w czasie i przestrzeni przepływem materiału i energii w poszczególnych fazach procesu technologicznego, z cyklicznym występowaniem operacji. Oba skrajne typy procesów scharakteryzowano na rys.2.1. Należy zaznaczyć, że w wielu przypadkach procesy produkcyjne mają charakter mieszany : pewną część procesu stanowią podprocesy ciągłe, inną - procesy dyskretne. Proces produkcyjny to całokształt czynności związanych z wytwarzaniem. Interesując się przede wszystkim działalnością inżynierską w produkcji, skoncentrujemy swoje zainteresowanie tylko na części procesu produkcyjnego - na procesie technologicznym (rys.2.2). W tym podprocesie ulega zmianie kształt, własności i wygląd przerabianego materiału oraz ewentualnie gotowa część otrzymuje określone położenie w mechanizmie [ 1 ]. Proces technologiczny jest przeprowadzany zazwyczaj na wielu stanowiskach pracy. Proces dzieli się na wiele zamkniętych części składowych, które nazywamy operacjami. Operacja technologiczna wykonywana jest na określonym wytwarzanym przedmiocie na jednym stanowisku pracy bez przerwy na wykonywanie innej pracy. Oprócz operacji technologicznych występują jeszcze operacje pomocnicze , związane np. z przygotowaniem przedmiotu, jego transportem, czy kontrolą techniczną. Operacje bywają rozbijane na dalsze elementy takie, jak: zabieg, czynność, chwyt czy ruch elementarny [ 2 ]. Rys. 2.1. Podział procesów produkcyjnych ze względu na charakter zmiennych wejściowych i wyjściowych Rys. 2.2. Proces technologiczny i operacja Domeną naszych rozważań będą mechaniczne procesy technologiczne , stosowane w przemyśle maszynowym do produkcji części maszyn. W celu wykonania pojedynczego wyrobu wykorzystują one cały szereg technik wytwarzania. Jedne z tych technik służą tylko do nadania kształtu inne formułują również własności produkowanego przedmiotu. Biorąc to pod uwagę można mechaniczne procesy wytwarzania części maszyn rozważać w dwóch grupach technologicznych, które pokazano na rys.2.3. [ 3 ]. Warto zwrócić uwagę, że obróbki ubytkowe stanowią podzbiór obróbek mechanicznych. 1 APMA1-w02znaczenie04.doc L.Olejnik APMA1- W 15 Automatyzacja procesów materiałowych Temat 2 : Znaczenie technologii materiałowych W procesie zastępowania wysiłku ludzkiego pracą maszyn przy produkowaniu obiektów mechanicznych można wyróżnić szereg etapów. Dla dyskretnych procesów materiałowych kluczowe jest rozróżnienie mechanizacji od automatyzacji. Przypomnijmy podstawowe definicje: Mechanizacja polega na częściowym eliminowaniu wysiłku fizycznego poprzez zastępowanie czynności wykonywanych ręcznie czynnościami spełnianymi przy zastosowaniu energii obcej - pracą maszyny. W dalszym ciągu wymagany jest jednak udział człowieka, który kieruje pracą maszyny. Mechanizacja jest najprostszym, a jednocześnie podstawowym czynnikiem postępu technicznego w procesach produkcyjnych. (Jeżeli maszyna realizuje wyłącznie funkcje fizyczne, wymagające użycia siły mięśni lub innego rodzaju energii do wykonania danej operacji - to powinniśmy mówić o stanowisku zmechanizowanym). Automatyzacja jest to zastępowanie ręcznych i umysłowych czynności kierowania (sterowania) zmechanizowanych procesów działaniami samoczynnymi, nie wymagającymi bezpośredniego udziału obsługi, przy sprowadzeniu roli człowieka do ogólnego nadzoru (Jeżeli maszyna oprócz funkcji fizycznych realizuje funkcje mające charakter funkcji umysłowych mamy do czynienia ze stanowiskiem automatycznym, a wykonywane na nim operacje noszą nazwę automatycznych). Mechanizacja i Automatyzacja wytwarzania to wprowadzanie do procesu wytwarzania, odpowiednio mechanicznych i automatycznych środków technicznych, wspomagających działanie człowieka oraz samoczynnie sterujących i kontrolujących (gdy sterowanie w odbywa się układzie zamkniętym) wykonywanie czynności produkcyjnych bez udziału człowieka. Rys. 2.3. Technologie stosowane w technikach wytwarzania Cechą współczesnego przemysłu maszynowego, produkującego części maszyn mechanicznymi technikami wytwarzania, jest znaczny udział technologii materiałowych w procesach produkcyjnych. Przypomnijmy motto naszego wykładu: "Automatyzacja procesów produkcyjnych stanowi podstawę nowoczesnej produkcji". Nie będzie więc dla słuchaczy zaskoczeniem, że zagadnienie automatyzacji będziemy omawiali w odniesieniu do technologii materiałowych . Te bowiem technologie cechują się wyjątkowo wysoką produktywnością (określającą wielkość efektu produkcyjnego uzyskanego z danych nakładów, obliczaną jako iloraz wielkości produkcji do nakładów ponoszonych na prowadzenie produkcji). Dzieje się tak dlatego, ponieważ są to technologie materiałooszczędne i energooszczędne , a przede wszystkim wydajne . Łatwo to wykazać rozpatrując czas, który jest potrzebny do wykonania tego samego przedmiotu przy użyciu różnych technik wytwarzania. Rozważmy w tym celu przedmiot, który jest często używany w technice. Może nim być element złączny. Wybierzemy śrubę z łbem sześciokątnym o własnościach mechanicznych odpowiadających klasie 3.6 wg PN-70/M-82054 z gwintem na całej długości. Wymiary rozpatrywanej śruby pokazano na rys.2.4. Alternatywne procesy technologiczne dla tego przedmiotu scharakteryzowano w tablicy 1. Rys. 2.4. Śruba z łbem sześciokątnym wg PN-70/M-82054 Na potrzeby porównania w obu przeanalizowanych w tablicy 1 przypadkach przyjęto najprostsze warianty technologiczne. Przebieg kształtowania zależy nie tylko od kształtu i wymiarów żądanego przedmiotu ale również od własności materiału użytego do jego wykonania. Na rys.2.5 pokazano poszczególne stadia wykonania śruby specjalnej za pomocą technologii obróbki plastycznej. W przypadku tej śruby, z uwagi na występowanie kołnierza w dolnej części sześciokątnego łba, należało zastosować większą liczbę operacji spęczania. Porównanie czasu wykonania i stopnia wykorzystania materiału wypada zdecydowanie na korzyść obróbki plastycznej. W dalszej części wykładu dowiemy się jakie środki techniczne są zaangażowane, aby umożliwić tak szybkie wykonanie śruby. 2 APMA1-w02znaczenie04.doc L.Olejnik APMA1- W 15 Automatyzacja procesów materiałowych Temat 2 : Znaczenie technologii materiałowych Tablica 1. Alternatywne procesy technologiczne wykonania śruby M8 Cecha Technologia 1 Technologia 2 Technika wytwarzania Obróbka skrawaniem Obróbka plastyczna Gatunek A10 10YA Stan Normalizowany Rekrystalizowany Postać Pręt sześciokątny Drut walcowy w kręgu Przygotowanie - Fosforanowanie Maszyna Automat tokarski Automat wielopozycyjny Podstawowe operacje procesu technologicznego 1. Toczenie trzonka w kilku przejściach 1. Prostowanie 2. Nacinanie gwintu 2. Odcinanie wstępniaka 3. Podtaczanie łba 3. Spęczanie łba 4. Odcinanie śruby 4. Kształtowanie łba 5. Przepychanie kalibrujące 6. Okrawanie 7. Walcowanie gwintu Czas maszynowy 20 sek. 0,1 sek. Czas przygotowawczo-zakończeniowy ~5 min. 3 - 30 min. w zależności od stopnia automatyzacji Masa materiału Masa wyrobu Twardość Jak materiału wyjściowego 1,5 do 2 razy większa wskutek umocnienia Rys. 2.5. Proces kształtowania plastycznego śruby specjalnej W tym miejscu poprzestańmy na ogólnym wniosku z przedstawionej analizy. Zwiększenie udziału technologii materiałowych pozwala uzyskać większą wydajność produkcji. Jak mierzymy wydajność ? Ogólna definicja mówi, że wydajność to stosunek między wartością uzyskaną a wartością wydatkowaną, czyli wydajność pracy może być scharakteryzowana poprzez wielkość produkcji wytworzonej przez jednego pracownika w jednostce czasu. Wydajność zależy od skali produkcji. Spróbujmy oszacować wydajność produkcji przemysłowej . Możemy ją liczyć jako stosunek wypracowanej w określonych gałęziach wartości do liczby tam zatrudnionych pracowników. Pouczające są dla przemysłu elektromaszynowego i chemicznego pobrane z opracowań statystycznych GUS. Pozwalają one na przeanalizowanie jak kształtuje się wskaźnik wydajności w różnych państwach. Zwróćmy baczniejszą uwagę na Polskę, Niemcy i Hiszpanię. W Polsce w porównaniu z Niemcami na początku lat dziewięćdziesiątych w wymienionych branżach pracowało o połowę mniej ludzi zdolnych do pracy (w Niemczech 65%, a w Polsce 39% ogółu zatrudnionych). Mimo, że w Niemczech jest dużo zatrudnionych w porównywanych branżach, to wydajność – mierzona jako stosunek wartości dodanej wypracowanej w tej branży do liczby w niej zatrudnionych - jest duża. Panuje pogląd, że niska wartość wskaźnika jest wynikiem złej organizacji i przestarzałych technologii . Jakie to jednak są te przestarzałe technologie. Czyżby zautomatyzowane? Co stanie się gdy przyjmiemy już formy organizacyjne znane z krajów wysoko uprzemysłowionych oraz zautomatyzujemy istniejące u nas procesy technologiczne? Czy w ten sposób dogonimy tych, którzy w wydajności przodują? Wniosek nie jest oczywisty. Wręcz popełniamy błąd przyjmując taki scenariusz. A to dlatego, że zaprezentowana statystyka świadczy o nieefektywnych technologiach, które królują w polskim przemyśle elektromaszynowym i chemicznym (w tym przypadku mamy niestety wspólne dane). Na kolejnych rysunkach podano procentowy udział dwóch typów technik wytwarzania stosowanych w procesach technologicznych w przemyśle elektromaszynowym oraz wiodącej jego branży – samochodowej. Wybrano obróbkę 3 APMA1-w02znaczenie04.doc L.Olejnik APMA1- W 15 Automatyzacja procesów materiałowych Temat 2 : Znaczenie technologii materiałowych wiórową reprezentującą technologie ubytkowe i obróbkę plastyczną jako przedstawiciele technologii materiałowych Miernikiem udziału jest pracochłonność. Porównanie dla Polski wypada bardzo niekorzystnie. Polska Niemcy Hiszpania % 25 20 19 20 17 15 15 12 10 10 5 0 Obróbka wiórowa Obróbka plastyczna Rys. 2.6. Udział wybranych technik wytwarzania w procesach technologicznych przmysłu elektromechanicznego wg pracochłonności (źródło: opracowanie GUS i OECD) Polska Niemcy Hiszpania % 30 30 25 24 25 20 20 20 12 15 10 5 0 Obróbka wiórowa Obróbka plastyczna Rys. 2.7. Udział wybranych technik wytwarzania w procesach technologicznych stosowanych w branży samochodowej - produkcja samochodów osobowych (źródło: opracowanie GUS i OECD) Zarówno w przypadku przemysłu elektromaszynowego jak i przemysłu motoryzacyjnego , który jest współcześnie motorem postępu technicznego i gospodarczego, zauważymy ogromne dysproporcje w obróbce skrawaniem i obróbce plastycznej występujące między Polską a Niemcami. Nasuwa się wniosek, że stosowanie nieefektywnych technologii jest przyczyną niepożądanej wartości wskaźników wydajnościowych dla Polski. Czy mamy także zapóźnienia w zakresie automatyzacji. Nie, tu raczej nie mamy się czego wstydzić. Tam, gdzie procesy są zautomatyzowane, zazwyczaj jest to wykonywane na najwyższym poziomie. Problem ma raczej charakter strukturalny. Z powyższych rozważań wynika, że nie powinniśmy automatyzować technologii obecnie dominujących w naszych fabrykach. Raczej śmielej należy „przechodzić” na technologie materiałowe. Niestety wokół słyszymy o rozwoju obróbki skrawaniem, której postępy paradoksalnie hamują wzrost wydajności. 4 APMA1-w02znaczenie04.doc L.Olejnik [ Pobierz całość w formacie PDF ] |
Podobne
|