Комплексная механизация и автоматизация производства

 

1. Понятие и сущность комплексной  механизации и  автоматизации производства

     Комплексно  механизированная (автоматизированная) поточная линия в которых

все операции производственного процесса изготовления продукции или

полуфабрикатов, узловой или общей сборки выполняются механизмами,

автоматизированными видами оборудования с взаимоувязанной  производительностью,

и кроме  того механизированы все процессы перемещения  продукции или

полуфабрикатов  от одного рабочего места к другому. При этом рабочие выполняют

функции только наладки, наблюдения, управления за механизмами.

       Широкое распространение получили  роторные автоматические линии,

робототехнике, обрабатывающие центры.

     Роторные  машины получили распространение в  процессах обработки давлением,

термическая и химическая обработка, в добыче полезных ископаемых.

     Преимущество  роторных линий: простота получения  синхронного продукта,

высокая производительность.

      Робототехника -это новая прогрессивная  область техники, решающая задачи

создания  отдельных промышленных роботов  и роботизированных линий.

     Промышленные  роботы и линии нашли применение во всех производственных

процессах благодаря их универсальности и  гибкости при переходе без больших

затрат  на выполнение принципиально новых  операций.

            Промышленные роботы первого поколения (автоматические манипуляторы) работают по заранее заданной жёсткой программе. Второго поколения -оснащены системами адаптивного управления. Третьего поколения -обладают искусственным технич. интеллектом, позволяющим им выполнять самые важные функции при замене в производстве человека.

     Для оценки поведения автоматической системы  в эксплуатационных условиях используется понятие надежности системы. При эксплуатации автоматическая система может подвергаться воздействию: механических нагрузок (вибраций, ударов, постоянного ускорения); электрических нагрузок (напряжения, электрического тока, мощности); окружающих условий (температура, влажность, давление).

     Влияние указанных факторов проявляется  в виде отклонений параметров системы  от номинальных (расчетных) значений. Эти отклонения могут быть настолько значительными, что система становится непригодной к использованию, так как возникновение больших отклонений параметров от расчетных значений при эксплуатации системы приводит к аварии или к появлению брака в выпускаемой продукции.

     Когда система перестает удовлетворять  предъявляемым к ней требованиям, систему считают отказавшей. Следовательно, надежность является одной из характеристик качества системы, поэтому она, как и другие характеристики системы (точность, быстродействие), должна оцениваться количественно на основе анализа технических параметров системы в эксплуатационных условиях.

     Так как на отдельные технические  параметры системы оказывают влияние различные факторы (схемные, конструктивные, производственные и эксплуатационные) и учесть их аналитически при детерминированном подходе к анализу системы невозможно, то количественная оценка надежности системы возможна только на основе теории вероятностей или ее специальных разделов (теории случайных процессов и математической статистики).

     Надежность – свойство системы сохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации.

     Функции системы определяются целевым ее назначением. Автоматизированная система  управления – это многофункциональная  система. Вследствие воздействия возмущающих  воздействий система может находиться в разных состояниях, обеспечивающих выполнение заданных ей функций.  Однако, в каждом таком состоянии качество выполнения системой функций не будет одинаковым. Например, чем больше отклонение выходных параметров, характеризующих выполняемую функцию от заданных, тем менее качественно работает система, т.е. система менее эффективна. Под эффективностью системы понимают вероятность выполнения системой заданных функций при определенном значении параметра.

     В некоторых работах оценка качества автоматической системы разделяется  на две задачи — исследование точности и надежности. Ту или иную задачу можно решить соответствующим выбором функции эффективности состояния системы.

       Надежность, в сущности, является  характеристикой эффективности системы. Если для оценки качества автоматической системы достаточно характеризовать ее надежностью выполнения системой функций в различных состояниях, то надежность совпадает с эффективностью системы.

     Обобщенное  количественное значение надежности системы  в большинстве случаев трудно непосредственно получить из первичной информации, кроме того, она не позволяет оценить влияние различных этапов разработки и эксплуатации системы, поэтому надежность целесообразно рассматривать по трем главным составляющим, которые являются свойствами системы и могут характеризоваться как качественно, так и количественно:

-безотказность; 

-восстанавливаемость  (ремонтопригодность);

-готовность;

     Безотказность – свойство системы сохранять работоспособность в течение требуемого интервала времени непрерывно без вынужденных перерывов.

     Безотказность системы является одной из главных и определяющих составных частей надежности автоматической системы.

       Для фиксированного интервала  времени безотказной работы и  заданных условий эксплуатации  автоматическая система может  находиться в одном из двух  состояний: работоспособном (состояние, при котором значения параметров, характеризующих способность системы выполнять заданные функции, находятся в пределах, установленных нормативно-технической документацией) и неработоспособном (состояние системы, при котором значение хотя бы одного параметра не находится в указанных пределах).

     Как известно, автоматическая система представляет собой комплекс отдельных приборов, не связанных между собой на заводе-изготовителе сборочными и монтажными операциями, но имеющих общее эксплуатационное назначение. Систему в целом можно представить рядом более простых  подсистем.

     Безотказность автоматической системы может служить  лишь общей характеристикой системы, не позволяющей проследить влияние безотказности отдельных ее частей на безотказность автоматической системы в целом. Для того чтобы иметь возможность проводить такой анализ, введем понятия элемента и системы.

     Элемент -  составная часть системы, имеющая определенное назначение и выполняющая требуемые функции и которая рассматривается без дальнейшего разделения как единое целое.

     Система – совокупность элементов, взаимодействующих между собой в процессе выполнения заданных функций.

     Понятия «система» и «элемент» выражены одно через другое и условны: то, что является системой для одних задач, для других принимается элементом в зависимости от целей изучения, требуемой точности, уровня знаний о надежности и т.д. Даже такая сложная система, как АСУ ТП, может рассматриваться как элемент более сложной системы управления предприятием.

     Разделение автоматической системы на элементы зависит от решения конкретной задачи при оценке ее надежности. После того как система или прибор разделены на элементы, в качестве основной характеристики элемента, при анализе надежности, можно считать его безотказность. Это позволяет в большинстве случаев при оценке безотказности прибора практически непосредственно не интересоваться функциональными характеристиками элементов, их конструктивным оформлением и т. д.

Для  определения безотказности элементов  справедливо равенство (2.1). При получении расчетных формул можно пользоваться как характеристикой безотказности, так и ее противоположной величиной - вероятностью отказа. В зависимости от конкретной задачи та или другая характеристика является более удобной. Иногда при получении расчетных формул, а также при оценке степени улучшения системы, приборов или элементов наиболее удобной характеристикой является величина, противоположная безотказности — вероятность  отказа.  

     Наряду с методами оценки безотказности автоматических систем по выходным параметрам системы, можно также применять методы оценки безотказности системы по ее входным воздействиям, которыми в частном случае являются возмущения или нагрузки, характеризующие условия эксплуатации.

     Восстанавливаемость – свойство системы, заключающееся в ее приспособленности к предупреждению, обнаружению и  устранению причин возникновения отказов, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

     Восстановлением называется событие, заключающееся в переходе системы из неработоспособного состояния в работоспособное, вследствие не только корректировки, настройки, ремонта, но и вследствие замены отказавшего оборудования или элемента на работоспособный. Соответственно, к невосстанавливаемым относят системы, восстановление которых непосредственно после отказа  считается нецелесообразным или невозможным, а к восстанавливаемым – системы в которых производится восстановление непосредственно после отказа.

     Одна  и та же система в различных условиях применения может быть отнесена к невосстанавливаемым (например, если она расположена в необслуживаемом помещении, куда запрещен доступ персонала во время работы технологического агрегата) и к восстанавливаемым, если персонал сразу же после отказа может начать восстановление.

     Восстанавливаемость автоматической системы является характеристикой ее качества, поэтому  восстанавливаемость можно определить как свойство системы, позволяющее обслуживающему персоналу определенной квалификации восстановить систему при заданных окружающих условиях.

     Под количественным значением восстанавливаемости  системы понимается вероятность  того, что параметры ее будут восстановлены до требуемых значений за данный интервал времени обслуживающим персоналом определенной квалификации при заданных окружающих условиях.

     Низкая  восстанавливаемость автоматических систем даже при сравнительно приемлемых характеристиках безотказности приводит к значительным расходам на эксплуатацию систем.

     Восстанавливаемость систем в значительной степени влияет на готовность системы к выполнению заданных ей функций, что имеет важное значение при подготовке системы к началу рабочего цикла или смены, в системах автоматической блокировки и др.

     Восстановление  системы может быть двух типов:

• профилактическое,
• корректирующее.

     Профилактическое, или плановое восстановление, предупреждает отказы или неправильное функционирование системы настройкой, регулировкой, а также чисткой, смазкой системы и т. п. Профилактическое восстановление с целью предупреждения отказов системы при работе включает также замену узлов или деталей системы, которые имеют критические значения параметров.

     Корректирующее, или неплановое восстановление, требуется при отказах системы. При этом регулируют параметры системы или заменяют детали вследствие их отказа, или в результате недопустимого изменения параметров системы в рабочий период.

     Восстанавливаемость системы определяется двумя группами основных факторов.

     Первую  группу составляют факторы, относящиеся к схеме и конструкции системы (сложность системы, взаимозаменяемость отдельных узлов и блоков, конструктивное оформление системы для удобства обслуживания, доступность к отдельным элементам и некоторые другие). Анализ каждого из этих факторов представляет сложную задачу.

     Вторую  группу составляют эксплуатационные факторы (опыт, подготовка и мастерство обслуживающего персонала, а также степень совершенства руководства обслуживающим персоналом, методика проверочных испытаний системы, совершенство снабжения запасными частями и др).