Главной предпосылкой автоматизации проектирования явилось обострение антагонистического противоречия между возрастающей сложностью объектов и задач проектирования, с одной стороны, и традиционными методами и средствами ведения проектных работ, с другой.
Необходимо более детально рассмотреть следующие предпосылки автоматизации проектирования.
1) Накопленный опыт применения ЭВМ для решения различных задач проектирования. После преодоления психологического барьера, естественного недоверия проектировщиков к результатам, получаемым с помощью ЭВМ, ЭВМ повсеместно применяются в проектных организациях для целей анализа и расчётной оптимизации.
2) Имеющиеся и перспективные средства вычислительной и организационной техники, в настоящее время обладающие следующими важными компонентами, необходимыми для ведения проектных работ:
• запоминающие устройства большой ёмкости с малым временем доступа к информации;
• специализированные технические устройства ЭВМ для работы с графическими данными;
• развитые операционные системы, позволяющие, в частности, использовать ЭВМ в режиме разделения времени, когда несколько пользователей одновременно решают свои задачи, обмениваясь информацией с компьютером через терминальные устройства.
3) Возрастающий эффект от применения ЭВМ по мере расширения круга проектных задач, решаемых с их помощью. По некоторым данным расчётные работы составляют около 30 % от всего объёма работ по проектированию ЭМУС различных назначений. Комплексная автоматизация поэтому, как минимум, позволяет сократить сроки проектирования. Кроме того, при комплексном охвате различных этапов проектирования можно обеспечить примерно одинаковый уровень достоверности и точности получаемых результатов, а в итоге, повысить качество проектирования.
4) Быстрая сменяемость заданий на разработку новых объектов. При этом затраты на автоматизацию проектирования окупаются быстрее.
Уровни автоматизации
Первый уровень автоматизации характеризуется тем, что автоматизируется цикл обработки изделия. В автоматическом режиме осуществляется управление последовательностью и характером движений рабочего инструмента для получения заданной формы, размеров и качественных характеристик обрабатываемой детали. Наиболее полное воплощение автоматизация этого уровня получила в станках с числовым программным управлением (ЧПУ). При этом обеспечивается возможность оптимально осуществлять функции управления для широкой номенклатуры деталей. Значительно возрастает производительность труда по сравнению со станками, имеющими ручное управление, существенно повышается качество продукции.
В этом случае рабочие выполняют работу на оборудовании, включая аппаратные процессы с автоматическим циклом обработки, на котором без непосредственного участия человека автоматически и полуавтоматически осуществляется выполнение переходов и операций по непосредственному воздействию на предметы труда. Рабочий может осуществлять следующие действия: установку и снятие предметов труда или заполнение предметами труда и необходимыми материалами загрузочных устройств; пуск и установку оборудования; активное наблюдение за работой оборудования; контроль обработки; смену инструмента, наладку и подналадку оборудования; удаление отходов в пределах рабочего места.
Второй уровень автоматизации предполагает автоматизацию постановки и снятия деталей со станка, то есть загрузку оборудования. Такой уровень автоматизации позволяет рабочему обслуживать несколько технологических единиц оборудования, таким образом перейти к многостаночному обслуживанию. В качестве загрузочных устройств широко используются промышленные роботы. Они отличаются большой универсальностью и быстротой переналадки.
Второй уровень автоматизации, как правило, обеспечивается созданием роботизированных технологических комплексов (РТК). В них робот может обслуживать как один так и группу станков или оборудования.
Третий уровень автоматизации. На этом уровне автоматизируется, ранее выполняемый рабочим вручную, контроль за состоянием инструмента и своевременной его заменой (контроль за фактическим состоянием каждого инструмента и его износом); качества обрабатываемых изделий (размеров, чистоты поверхности, а где возможно качества изделия после термических, диффузионных, химических и других процессов); за состоянием станков и оборудования, удалением стружки и других отходов производства, а также контроль и подналадку технологических процессов (адаптивное управление).
Автоматизация перечисленных операций освобождает рабочего от постоянной связи с обслуживаемой установкой и открывает возможность расширения зоны обслуживания оборудования одним человеком. Оборудование данной группы предполагает длительную его работу в автоматическом цикле при периодическом наблюдении за его работой и загрузкой, контролем точности и подналадкой. Однако работа в таком режиме требует большого запаса комплектующих и деталей для работы течение нескольких смен.
При таком уровне автоматизации рабочие выполняют работу на автоматических линиях, автоматах, автоматизированных агрегатах, установках и аппаратах. К этой категории относятся также рабочие, занятые работой по управлению, контролю, периодической регулировке автоматических линий, автоматов, агрегатов, комплексов.
Как правило, к первому уровню автоматизации относятся профессии автоматчиков, станочники всех профессий на автоматических станках и станках с программным управлением, наладчики автоматических линий, операторы различных профессий, занятых обслуживанием автоматических и полуавтоматических линий, станков, установок, станков с программным управлением и им аналогичным.
Третий уровень автоматизации реализуется путем создания адаптивных роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей, имеющих в своем составе, например, обрабатывающий центр, ПР, устройства контроля, диагностики и подналадки, другие вспомогательные механизмы, управляемых от одного контроллера или других управляющих устройств
Четвертый уровень автоматизации. В этом случае осуществляется автоматическая переналадка оборудования. При ручной переналадке оборудования, она занимает значительную часть рабочего времени. Чем чаще по условиям производства требуется переналадка, тем больше оказываются потери времени и уменьшается зона обслуживания одним рабочим. Естественно стремление применять такие инструмент, оснастку и приспособления, методы задания режимов обработки и циклов производства, загрузочных устройств и контрольных систем, которые способны осуществлять автоматическую переналадку оборудования.
Оборудование с автоматической переналадкой экономически выгодно при обработке любых партий деталей и целесообразно при выпуске сборочных комплектов деталей, необходимых для обеспечения ритмичной работы сборочных цехов. Оно позволяет существенно сократить объемы незавершенного производства, сократить до минимума производственный цикл изготовления изделий.
Технические трудности, стоящие на пути автоматизации, создания высоконадежного оборудования, средств контроля и управления, а также высокая пока стоимость всех средств автоматизации, еще сдерживают широкое использование, как в машиностроении так и в других отраслях этой наиболее высокой ступени автоматизации.
Пятый уровень автоматизации это гибкие производственные системы (ГПС). В соответствии с ГОСТ 26228-90 под ГПС понимается управляемая средствами вычислительной техники совокупность технологического оборудования, состоящего из разных сочетаний гибких производственных модулей и (или) гибких производственных ячеек, автоматизированной системы технологической подготовки производства и системы обеспечения функционирования, обладающая свойством автоматизированной переналадки при изменении программы производства изделий, разновидности которых ограничены технологическими возможностями оборудования.
В состав ГПС входят гибкие производственные модули (ГПМ), гибкие производственные ячейки (ГПЯ) и система обеспечения функционирования гибкой производственной системы и гибкой производственной ячейки. В общем случае она обеспечивает комплексную автоматизацию всех звеньев производственного процесса включая процессы обработки и управления, подготовку производства, разработку конструкторской и технологической документации, а также планирование производства.
Гибкими производственными системами могут быть как автоматизированные предприятия и заводы-автоматы, так и их структурные составляющие: автоматизированные цехи, автоматизированные и роботизированные участки, гибкопереналаживаемые автоматизированные линии и роботизированные комплексы.
ГПС обеспечивают автоматическое производство деталей различными партиями, с уровнем себестоимости продукции и производительности близкой к достигаемой в современном массовом производстве при изготовлении деталей одного наименования.
Коэффициент уровня автоматизации труда определяется по объему затрат автоматизированного труда в общей трудоемкости предприятия. Следует отличать уровень от степени автоматизации или механизации труда, которая определяется как отношение численности рабочих, занятых автоматизированным или механизированным трудом соответственно к общей численности промышленно-производственного персонала (ППП). Степень занятости рабочих ручным трудом определяется отношением численности рабочих занятых ручным трудом к общей численности ППП.
Измерительно-информационная система (ИИС), комплекс измерительных устройств, обеспечивающих одновременное получение человеком-оператором или ЭВМ необходимой информации о свойствах и состоянии какого-либо объекта.