ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

ПУТИ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

Комплексная механизация и автоматизация производ­ственного процесса изготовления сварных изделий представляет собой одну из основных задач современного сварочного произ­водства, решение которой резко повышает производительность труда. При разработке проектов сварочных производств, в част­ности сборочно-сварочных цехов, необходимо уделять максималь­ное внимание решению указанной задачи на уровне современных достижений науки и техники.

Различают разные последовательные ступени механизации и автоматизации производства. Частичная механизация, т. е. механизация некоторых рабочих операций процесса производ­ства, представляет собой начальный этап полной механизации, наступающей после механизации всех операций процесса произ­водства: технологических (основных и вспомогательных), кон­трольно-приемочных н подъемнотранспортных. При этом наряду с механизацией отдельные операции производственного процесса обычно выполняются автоматическими способами, вследствие чего такую ступень механизации называют частичной автомати­зацией производственного процесса.

Осуществление организационно-технических мероприятий по достижению одинаковой и согласованной во времени производи­тельности всех звеньев полностью механизированного и частично автоматизированного процесса производства приводит к его комплексной механизации, обусловливающей весьма значитель­ное увеличение его производительности. При высокой загрузке оборудования и оснастки комплексная механизация производ­ства' обеспечивает достаточную его экономическую эффективность. Наибольшая производительность и экономическая эффективность процесса производства достигаются при переходе от комплексной механизации к ее высшей ступени —'комплексной автоматизации, когда выполнение всех операций процесса комплексно механи­зированного производства, включая его регулирование и управ­ление, выполняется автоматически. В этом случае на долю обслу­живающего персонала> остаются лишь функции наблюдения за работой приборов и систем управления, а также наладки автома­тических линий при нарушениях их нормальной работы.

Зависимость возможного общего повышения производитель­ности труда в сварочном производстве от принадлежности послед­него к какой-либо из описанных выше ступеней его механизации и автоматизации выявляется по следующим данным. Согласно статистическим сведениям, на машиностроительных заводах (котлостроение, турбостроение, вагоностроение, металлургиче­ское, нефтяное и угольное машиностроение) состав общей трудо­емкости изготовления сварных конструкций включает следующие работы: заготовительные (изготовление деталей сварных кон­струкций) 20%, сборочные 30%, сварочные 25% и транспорт­ные 25%. Отсюда можно заключить, что наибольшее повышение производительности труда за счет уменьшения трудоемкости про­изводственного процесса может быть достигнуто только при ком­плексной его механизации и автоматизации. В то же время меха­низация и автоматизация только отдельных указанных видов работ может обеспечить лишь относительно незначительное по­вышение общей производительности труда в общем комплексе работ, выполняемых в сварочном производстве.

Широкое применение механизации и автоматизации трудоем­ких процессов решает следующие неразрывно связанные техни­ческие и экономические задачи.

1. Увеличение производительности труда за счет облег­чения его условий путем замены ручного труда работой меха­низмов.

2. Сокращение общего количества технологических (основных и вспомогательных) операций за счет устранения некоторых из них либо совмещения их во времени с другими при механизации ручного труда.

3. Сокращение числа контрольно-приемочных операций путем замены системы сплошного контроля продукции системой выбо­рочного контроля, возможной только при механизации либо авто­матизации технологических операций, обеспечивающей высокую степень однородности качества выполняемых работ.

4. Уменьшение трудоемкости процесса производства в целом за счет облегчения условий труда и сокращения общего числа ра­бочих операций.

5. Повышение качества продукции путем обеспечения высокой степени ее однородности и устранения в механизированном про­изводстве зависимости качества изделий от различной квалифи­кации рабочих.

6. Сокращение необходимого состава производственных ра­бочих при механизации и автоматизации операций, в особенности с применением совмещения профессий и многостаночного обслу­живания.

7. Значительное уменьшение требуемых площадей для разме­щения производственного процесса за счет сокращения числа рабочих мест при замене ручного труда более производительной работой механизмов.

8. Сокращение длительности производственного цикла изго­товления изделий путем ускорения выполнения рабочих опера­ций при их механизации и за счет уменьшения общего их числа.

9. Снижение стоимости продукции путем уменьшения прямых производственных затрат при увеличении производительности труда и за счет уменьшения удельных цеховых эксплуатационных расходов.

10. Ускорение оборачиваемости оборотных средств и умень­шение необходимой для производства суммы этих средств вслед­ствие сокращения длительности производственного цикла изго­товления изделий.

Суммарные результаты решений перечисленных выше задач оказывают большое влияние на уменьшение требуемой площади цеха для размещения в нем необходимых производственных процессов и на их экономическую эффективность. При этом до­стигается наиболее рациональная уплотненная планировка всех рабочих мест и производственного оборудования в пролетах цеха, существенное увеличение пропускной способности всех его рабочих участков и съема продукции с каждого квадратного метра площади цеха, а также значительное улучшение всех осталь­ных его технико-экономических показателей.

Поскольку для осуществления механизации и особенно авто­матизации производства требуются обычно немалые капитальные затраты, то необходимая экономическая эффективность последних и вполне удовлетворительное решение перечисленных выше тех­нических и экономических задач достигаются только в условиях достаточно высокой загрузки всего оборудования и производст­венной оснастки. Такие условия обеспечиваются в тем большей степени, чем ближе проектируемое производство к типу массового. Поэтому при проектировании наиболее совершенных форм орга­низации сварочного производства — поточных методов работ — следует предусматривать обязательное применение комплексной, а в остальных случаях частичной механизации и автоматизации производственных процессов.

Современные пути механизации и автоматизации сварочного производства включают следующие главные направления, ко­торые необходимо использовать в разработке проектов.

Механизация и автоматизация основных технологических опе­раций производственного процесса. Это направление включает, прежде всего, операции резки, сварки, наплавки и нанесения покрытий с особыми свойствами, выполняемые разнообразными способами сварочной техники. Для осуществления их механи­зации и автоматизации необходимо применение специального оборудования с автоматическим регулированием режима работы, следящими системами, фотокопировальными устройствами или металлическими копирами, цифровой системой либо иным програм­мным и дистанционным управлением. Отдельные виды устройств для подобного рода оснастки технологического оборудования раз­работали, постоянно совершенствуются и планомерно внедряются в конструкции новых типов различного газорезательного и сва­рочного оборудования.

Кроме того, рассматриваемое направление охватывает опера­ции установки и сборки деталей (и сборочных единиц) изготовляе­мых изделий для последующей их сварки. Это достигается приме­нением разных типов механизированной оснастки (прижимы, зажимные устройства и т. д.) для закрепления деталей изготовляе­мого изделия в сборочных приспособлениях.

Необходимо упомянуть о технологических операциях, выпол­няемых в заготовительных отделениях сборочно-сварочных це­хов при изготовлении деталей. Эти операции, как правило, вы­полняют на соответствующих станках. Поэтому они в большин­стве случаев являются механизированными и в ряде случаев под­даются автоматизации. Исключение до последнего времени состав­ляли операции разметки и наметки металла для последующего его раскроя на заготовки и для вырезки из него деталей. В настоя­щее время при изготовлении относительно крупных деталей (на­пример, в судостроении) своеобразная механизация этих опера­ций достигается применением фотопроектора и переносного меха­низированного кернера с пневматическим приводом. В таких случаях фотопроектор проектирует на металл в течение необхо­димого времени контур детали в натуральную величину, а пневма­тический привод кернера значительно уменьшает трудоемкость накернивания контура детали на поверхности металла.

Механизация и автоматизация вспомогательных операций при выполнении технологии производственного процесса. Это направле­ние включает осуществляемую на рабочих местах механизацию относительных перемещений следующих элементов производства: обрабатываемых либо свариваемых деталей и сборочных единиц изготовляемого изделия; обрабатывающего оборудования (инстру­мента), либо сварочной аппаратуры; рабочего-оператора либо сварщика. Примерами механизации и автоматизации подобного рода перемещений перечисленных трех основных элементов про­изводства могут служить следующие типичные случаи:

перемещение с постоянной заданной скоростью (посредством электродвигателя) головки дугового сварочного автомата вдоль стыка продольных кромок неподвижно установленной обечайки в процессе сварки;

вращение на роликовом стенде (с помощью электропривода) двух собранных встык цилиндрических барабанов котла в про­цессе сварки кольцевого стыка шва неподвижно установленной головкой дугового сварочного автомата;

автоматическое выполнение посредством специальных устрой­ств и механизмов следующих вспомогательных операций: подачи собранной для сварки сборочной единицы с первого конвейера на сварочный автомат, перемещение ее в процессе сварки и после­дующее удаление на второй конвейер;

перемещение сварщика на различную необходимую высоту посредством механизированной (с электроприводом) подъемной площадки для удобного выполнения вертикальных и горизон­тальных швов при ручной либо полуавтоматической дуговой сварке крупногабаритных конструкций.

Кроме перечисленных выше, рассматриваемое направление охватывает механизацию и автоматизацию таких вспомогательных операций, как повороты свариваемых сборочных единиц в удобное для сварки положение, осуществляемое посредством описанных в специальной литературе разнообразных конструкций роботов, позиционеров, манипуляторов, кантователей, роликовых опор и т. п. Это направление включает также механизацию с помощью наклонных желобов, трубопроводов, склизов и других несложных средств операций подачи на рабочее место вспомогательных ма­териалов (например, флюсов) и удаления с рабочего места отхо­дов (стружки, шлаков, грата и т. п.).

Механизация и автоматизация контрольно-приемочных опе­раций. Это направление предусматривает осуществление эффек­тивного, высокопроизводительного и по возможности непрерыв­ного контроля качества изготовляемой продукции на различных этапах ее производства путем использования современных механи­зированных и автоматизированных средств технического контроля. В частности, для контроля качества сварных соединений следует широко применять автоматические рентгеновские аппараты с элек­тронно-оптическим преобразованием и телевизионной установкой, либо ультразвуковые или магнитографические дефектоскопы с устройствами для обнаружения пороков как в продольном, так и в поперечном сечениях шва, с автоматическим нанесением на контролируемое изделие отметок месторасположения дефектов либо с демонстрацией их на экране. Возможно также использо­вание других современных и целесообразных механизированных и автоматизированных способов контроля.

Механизация и автоматизация подъемно-транспортных опе­раций. Это направление охватывает межоперационное транспорти­рование заготовок, деталей, сборочных единиц и собранных из­делий между последовательно расположенными станками и ра­бочими местами производственного потока. Средствами для осу­ществления механизации и автоматизации таких подъемно-транс­портных операций обычно служат электрофицированные краны — портальные, козловые, мостовые, велосипедные и стационарные консольные с механизированным поворотом стрелы, снабженные быстродействующими механическими, электромагнитными, либо пневматическими захватами и выносными пультами управления; монорельсовые подвесные тележки с талями; механизированные либо электрифицированные напольные тележки с поворотным консольным краном; электрокары и автокары с подъемными плат­формами; автопогрузчики; механизированные подъемные столы; склизы; неприводные горизонтальные и наклонные рольганги;

приводные рольганги; механизированные конвейеры разных ти­пов (цепные, пластинчатые, ленточные), снабженные автоматиче­скими адресными устройствами и сбрасывателями и др.

В проектируемом сварочном производстве комплексная меха­низация всех операций с частичной их автоматизацией может быть достигнута только при одновременном использовании всех опи­санных выше главных ее направлений.

Автоматизация управления производственным потоком. Это направление предусматривает применение относительно сложных систем автоматического регулирования выполняемых технологи­ческих процессов (в соответствии с заданной программой соблю­дения во времени режимов работы технологического оборудова­ния) и систем функционального управления производственным процессом в целом. Последние осуществляют автоматическое вы­ключение отдельных участков производственного потока в слу­чаях отклонения их от нормальной работы либо при временном сокращении или прекращении пропускной способности последую­щего участка, а также автоматическое включение тех же участков после устранения (по возможности автоматического) причин, выз­вавших их выключение. Как правило, для осуществления такого регулирования и управления недостаточно применять только сред­ства механизации производства, а необходимо прибегать к исполь­зованию средств частичной либо полной его автоматизации. При этом переход от частичной к полной автоматизации производ­ственного процесса и управления им характеризуется существен­ным уменьшением числа обслуживающего производство персо­нала — дежурных операторов и наладчиков.

Комплектная аппаратура для осуществления систем автомати­ческого регулирования и управления применительно к отдельным участкам специализированного сварочного производства разра­ботана и внедрена на некоторых машиностроительных заводах. Планами дальнейшего развития сварочной техники в нашей стране предусмотрены углубленные разработки подобной совершенной аппаратуры для более широкого ее применения в различных отраслях машиностроения и металлообработки.

Описанным выше главным направлениям механизации и авто­матизации сварочного производства обычно сопутствует следующее направление.

Агрегатирование средств механизации и автоматизации про­изводства. Разработки в этом направлении выполняются техноло­гами совместно с конструкторами при составлении проекта в ста­дии «рабочие чертежи». Такие разработки являются неотъемле­мой частью рабочего проекта производственного процесса поточно­массового выпуска продукции. Они осуществляются в виде про­ектов специализированного комплексного оборудования с целью максимального сокращения разрывов (расстояний) между последо­вательно расположенными рабочими местами поточной линии. При этом может быть достигнуто в одном агрегате совмещение ныгюлнения всех последовательных операций по изготовлению заданной продукции. В таком случае отпадает необходимость в ее транспортировке между рабочими местами производственного потока. Кроме того, при агрегатировании поточных линий нередко совмещают во времени технологические и транспортные операции производственного процесса в пределах одного агрегата.

Агрегатирование средств механизации и автоматизации произ­водства, благодаря достигаемому их сосредоточению, в большин­стве случаев значительно облегчает решение задачи "автомати­зации управления производственным потоком, сокращает необ­ходимые площади для размещения поточных линий и резко повы­шает их производительность. Примеры рациональных разрабо­ток агрегатного оборудования для производства отдельных ви­дов сварной продукции в качестве типовых решений задачи ком­плексной механизации и автоматизации сварочного производства следует использовать при составлении проектов в стадиях «тех­нический проект» и «рабочие чертежи».

В заключение следует отметить, что все рассмотренные выше направления механизации и автоматизации производственного процесса представляют собой различные формы его рационали­зации. Поэтому каждому описанному направлению неизбежно сопутствуют и другие формы рационализации производства. При­мерами таких рационализаторских мероприятий, повышающ їх производительность труда, могут служить следующие:

применение пакетной обработки листового и широкополосного металла (газовая резка, сверление, строгание кромок и т. п.);

устранение отдельных операций производственного процесса путем его рационализации без использования средств механиза­ции, например устранения разметки (наметки) металла при его резке на пресс-ножницах с применением упоров, при газовой резке металла по копиру, при сверлении отверстий по кондуктору; устранение необходимости проверки правильности сборки деталей при выполнении последней в специализированных приспособле­ниях; устранение прихватки собранных деталей при выполнении их сварки в сборочно-сварочных приспособлениях и т. д.;

замена отдельных операций производственного процесса дру­гими, менее трудоемкими, — применение упоминавшегося ранее проектора вместо шаблонов для наметки на металле контуров крупногабаритных деталей, замена сверления отверстий в деталях пробивкой отверстий на прессе с последующей их рассверловкой и т. п.;

применение многократных и многоместных производственных операций, например исп шьзование многорезаковых газорежу­щих машин, многошпиндельных сверлильных станков и много­штемпельных прессов; применение многоместных сборочно-сва­рочных приспособлений для сборки и последующей сварки на одном рабочем месте сразу целой партии мелких сборочных еди­ниц, организация стендов, оснащенных несколькими автосвароч­ными головками для одновременной сварки нескольких швов; применение многоэлсктродных машин для точечной сварки; ор­ганизация спаренной работы точечных либо шовных машин для одновременной сварки двух параллельных швов одного и того же изделия и т. д.

Указанные рационализаторские мероприятия должны наравне с описанными выше направлениями механизации и автоматиза­ции использоваться в разработках проектов производственного процесса изготовления сварных конструкций подлежащих вы­пуску изделий.

Эффективное осуществление комплексной механизации и авто­матизации изготовления сварных изделий возможно только в ус­ловиях максимального приближения проектируемого производ­ственного процесса к наиболее совершенным организационным его формам. Такую наиболее совершенную и передовую организа­ционную форму производства представляет собой поточное про­изводство.