APMA1-w02znaczenie02.pdf

Instytut Technologii Materiałowych P.W.

Zakład Obróbki Plastycznej

APMA1 W15 + L15

Automatyzacja procesów materiałowych

Kierunek:

Automatyka i Robotyka ( AiR ) sem. 6 , kod w siatce studiów 51

Blok przedmiotów: Automatyzacja i komputeryzacja wytwarzania

Prowadzący:

Dr inż. Lech Olejnik

pok.NT17, tel.8425

-------------------

Motto: Automatyzacja procesów produkcyjnych stanowi podstawę nowoczesnej produkcji

-------------------

Temat 2 :

Znaczenie technologii materiałowych

APMA1-w02znaczenie02.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.

APMA1-w02znaczenie02.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.

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 porównana 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.

APMA1-w02znaczenie02.DOC

L.Olejnik

Rys. 2.3. Technologie stosowane w technikach

wytwarzania

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

APMA1-w02znaczenie02.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

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

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.

APMA1-w02znaczenie02.DOC

L.Olejnik

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: