ГЛАВА XIX
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЛОКОМОТИВОСТРОЕНИИ
§ 48. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ МЕХАНИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Механизация и автоматизация технологических процессов осуществляются в целях сокращения трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения объема выпуска и качества продукции. Механизация технологического процесса предусматривает применение энергии неживой природы в технологическом процессе или его составных частях, полностью управляемых людьми. При автоматизации технологического процесса энергия неживой природы используется не только для выполнения технологического процесса или его составных частей, но и для управления ими без непосредственного участия человека.
Механизация и автоматизация (МА) технологических процессов могут быть полными (завершенными) или частичными (низшая, малая, средняя, большая, повышенная и высокая категории) в зависимости от того, в каком объеме (полностью или частично) затраты энергии людей заменяются в соответствующих функциях процесса затратами энергии неживой природы. Применяя механизацию и автоматизацию: технологических процессов, стремятся, в первую очередь, облегчить выполнение наиболее трудоемких, профессионально вредных, тяжелых, однообразных, скоротечных и монотонных работ.
Механизация и автоматизация технологических процессов разделяются на единичную и комплексную. При единичной МА частично или полностью механизируется или автоматизируется только один первичный структурный компонент из числа всех компонентов системы (например, одна из десяти операций технологического процесса), при комплексной — механизации или автоматизации подлежат два или более структурных компонентов системы. Механизация и автоматизация технологических процессов может быть, таким образом, осуществлена на различных ступенях — от единичных операций до совокупности технологических процессов, выполняемых на уровне промышленности всей страны, от использования отдельных механизированных, полуавтоматических и автоматических средств технологического оснащения до создания поточно-механизированных, поточно-автоматизированных и автоматических линий, а также автоматических цехов и заводов.
Наиболее распространенным случаем автоматизации технологических процессов серийного производства является такой, при котором наряду с механизированным технологическим оборудованием в цехах используют автоматы и полуавтоматы. Автоматом называют рабочую машину, функционирующую и управляемую по заданному алгоритму с использованием энергии неживой природы, без непосредственного участия человека. Полуавтомат, выполняя с помощью энергии неживой природы заданный алгоритм функционирования, требует участия людей в загрузке и выгрузке или установке и съеме объектов производства и периодическом возобновлении рабочего цикла (включении машины).
Наиболее сложна автоматизация таких технологических процессов, которые требуют строгой ориентации изделий относительно рабочего инструмента и определенной их кинематической взаимосвязи (например, технологические процессы обработки резанием и сборки). Более просто осуществляется автоматизация технологических процессов, когда не требуется ориентации заготовок или рабочий инструмент представляет собой активную рабочую среду (например, процессы термической обработки, очистки, мойки, окраски, сушки деталей, гальванопокрытий и т. п.). Технологические процессы автоматизированного производства могут выполняться на машинах дискретного или непрерывного действия, а также на машинах роторного типа [6]1.
В результате автоматизации производства повышается производительность общественного труда и снижается себестоимость продукции, улучшается качество изделий, высвобождается рабочая сила, сокращается потребность в производственных площадях, улучшаются условия труда и снижается производственный травматизм; автоматизация способствует повышению квалификации обслуживающего персонала и устранению коренного различия между физическим и умственным трудом. Поэтому в системе мер, направленных на совершенствование производства в локомотивостроении, проведение работ, связанных с существенным повышением степени охвата производства автоматизацией (механизацией) и ее категории, является одной из важнейших задач.
1 С теоретическими основами автоматизации студенты подробно знакомятся в курсе «Автоматика и автоматизация производственных процессов»; терминология в области механизации и автоматизации технологических процессов установлена ГОСТ 23004—78, а правила применения средств механизации и автоматизации — ГОСТ 14.309—74.
§ 49. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА В ЛОКОМОТИВОСТРОЕНИИ
Наибольший эффект автоматизация производственных процессов локомотивостроения может дать лишь при ведении технической подготовки производства на современной научной основе, при использовании новых прогрессивных методов технологии и организации производства и высокой степени технологической концентрации. Важной предпосылкой автоматизации является дальнейшее развитие предметной, подетальной (поузловой) и технологической специализации предприятий (и соответствующее расширение кооперированных связей по поставкам заготовок, деталей, узлов) на базе унификации конструкций проектируемых (выпускаемых) локомотивов и связанной с ней технологической унификации (см. гл. XVIII).
Перспективными планами развития локомотивостроения страны намечен ряд мероприятий по дальнейшему повышению уровня предметной специализации заводов локомотивостроения. В результате увеличится удельный вес специализированной продукции, повысится серийность основных видов изделий, сократится их номенклатура.
Это создаст широкий простор для внедрения и эффективного использования достижений технологической науки, механизации и автоматизации производственных процессов, внедрения прогрессивных форм организации производства.
Одним из резервов повышения эффективности производства и важным условием дальнейшего развития его автоматизации является подетальная и поузловая внутриотраслевая специализация (производство воздушных резервуаров, водомасляных теплообменников, электроарматуры, вспомогательного оборудования и др.), а также повышение уровня технологической специализации. Расчеты показывают, например, что экономическая эффективность создания единого завода экипажной части тепловозов и электровозов с группой специализированных предприятий-смежников выражается в повышении производительности труда по сравнению с существующей системой производства электроподвижного состава более чем в три раза и снижении себестоимости экипажной части электровозов почти в два раза [4]. Такие достижения обусловлены внедрением во все звенья специализированного производства поточных форм организации, широкой механизацией и автоматизацией производственных процессов.
Ниже освещено современное состояние и указаны основные направления совершенствования производства в отечественном локомотивостроении на базе механизации и автоматизации.
Производство литых заготовок для деталей локомотивов. Общий уровень механизации производственных процессов в литейных цехах локомотивостроения еще недостаточно высок. Комплексно-механизированным способом. производится около трети объема выпуска литых заготовок. Основным технологическим процессом является литье в песчано-глинистые формы. С целью повышения производительности труда, улучшения качества и снижения себестоимости отливок предусматривается дальнейшее развитие специализации литейного производства и его концентрация на базе унификации деталей локомотивов, создающие большие возможности для применения прогрессивных технологических процессов, их механизации и автоматизации.
Техническое перевооружение литейных цехов будет происходить на основе комплексно-механизированных линий формовки, изготовления стержней, обрубки и очистки отливок, механизации и автоматизации всех основных и большинства вспомогательных операций по приготовлению формовочных и стержневых смесей, а также операций по подготовке шихты, транспортированию и загрузке в плавильные печи. Специализация комплексно-механизированных линий предусмотрена в зависимости от массы отливок, технологической общности их изготовления и однородности металла. Предстоит также большая работа по значительному увеличению производства отливок прогрессивными специальными способами (литье по выплавляемым моделям, в оболочковые формы и т. д.). Реализация намеченных мероприятий обеспечит коренное улучшение литейного производства в локомотивостроения.
Производство кузнечных заготовок для деталей локомотивов. Кузнечно-прессовое производство в локомотивостроения пока не в полной мере удовлетворяет потребности заводов отрасли в точных и дешевых заготовках. Решение проблемы совершенствования производства кузнечных заготовок вызывает необходимость реконструкции базовых кузнечно-прессовых цехов на основе современных требований производства. При этом предусматривается дальнейшая установка прогрессивного металлообрабатывающего оборудования (горизонтально-ковочных машин, кривошипных горячештамповочных прессов), создание специализированных централизованных производств точных заготовок, комплексная механизация на всех производственных участках, внедрение автоматических манипуляторов с программным управлением. Расширится использование точной резки проката на ножницах с автоматическим контролем массы отрезанной заготовки, обеспечится более интенсивный переход со свободной ковки на штамповку, широкое применение получат прогрессивные методы нагрева заготовок (безокислительный и индукционный). Намечается также централизованное изготовление заготовок для осей колесных пар локомотивов прогрессивным высокопроизводительным методом поперечно-винтовой прокатки. Перспективными являются штамповка мелких и средних шестерен с формообразованием зубьев в заготовке, получение катаных заготовок крупномодульных шестерен тяговых редукторов тепловозов с горячим накатыванием зубьев, а также замена литых колесных центров катаными.
Производство сварных конструкций локомотивов. В настоящее время на комплексно-механизированных участках и поточных линиях изготавливается более половины общего объема (по массе) сварных конструкций локомотивов. Комплексно механизированы, например, на ряде локомотивостроительных предприятий производства рам тележек, главных рам, кузовов, корпусов гидропередач, секций холодильников, кожухов тяговых редукторов и т. д.
При комплексной механизации производства сварных узлов большое внимание уделяется сокращению времени сборки, крепления, перемещений с позиции на позицию, а также точности фиксации положений. Для сборки под сварку широко применяются специальные стенды, большинство из которых оборудовано быстродействующими прижимами.
Значительный эффект дает использование в производстве сварных узлов локомотивов сварочных манипуляторов, кантователей, совмещенных стендов-кантователей, вращателей, а также газорезательных установок с фотокопировальным и магнитным управлением. Ведущим технологическим процессом в сварочном производстве локомотивов является полуавтоматическая сварка в углекислом газе, доля которой в общем объеме механизированных способов сварки превышает 75%; общий уровень механизации и автоматизации сварочных работ достаточно высок.
Дальнейшее развитие сборочно-сварочного производства в локомотивостроении будет идти по пути создания новых комплексно-механизированных линий, участков и цехов. Особое внимание будет уделено внедрению сборочных стендов и кантователей, оснащенных быстродействующими пневматическими и гидравлическими прижимами, поскольку сборочные и вспомогательные работы механизированы значительно меньше сварочных, а удельный вес их в общей трудоемкости изготовления сварных конструкций локомотивов весьма значителен. Дальнейшая механизация сварочных работ будет осуществляться в основном за счет максимального внедрения сварки в углекислом газе, а также увеличения объема автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом и контактной сварки.
Обработка резанием в локомотивостроении. В локомотивостроении, как и в машиностроении в целом, усиливается тенденция перенесения центра тяжести более или менее окончательного образования форм деталей в заготовительные цехи, сокращается удельный вес обработки резанием. Большое значение в отрасли придается механизации, особенно комплексной, и автоматизации технологических процессов в механических цехах. Из-за сравнительно малых серий деталей и узлов, больших их габаритов и масс в локомотивостроении не получила широкого распространения механическая обработка резанием на автоматических линиях. Как показала практика, наибольший эффект в производстве локомотивов дает внедрение комплексно-механизированных линий и участков с применением специальных (специализированных) и агрегатных станков. Генеральным направлением в развитии обработки резанием на ближайшие годы является применение станков с программным управлением; одним из перспективных путей сокращения вспомогательного времени в механических цехах становится применение промышленных роботов (см. § 50). Особую роль в деле оптимизации процессов резания призвано сыграть применение на станках самонастраивающихся (адаптивных) систем управления.
Узловая и общая сборка локомотивов. Сборка основной массы узлов и агрегатов локомотива (колесных пар, колесно-моторных блоков, тележек, редукторов и т. д.) ведется, как правило, на специализированных участках (пролетах) в механосборочных цехах. В отдельных случаях для узловой сборки используются комплексно-механизированные поточные линии — например, для сборки тележек узкоколейных локомотивов. Общая сборка характеризуется поточностью (поточно-механизированные линии) и агрегатированием узлов. Параллельно с комплексной механизацией процессов сборки узлов на локомотивостроительных заводах применяется единичная механизация сборочных операций. Так, при проведении электромонтажных работ наряду с ручным трудом, объем которого еще значителен, используются автоматы для комплексной подготовки электромонтажных проводов и маркировки их бирок. Для опрессовки кабельных наконечников на провода и выполнения некоторых других сборочных операций может быть успешно использован метод магнитно-импульсной обработки металлов. С целью повышения производительности и автоматизации трудоемкого процесса развальцовки трубок в трубных досках водомасляных теплообменников тепловозов предусматривается широкое использование прогрессивной технологии (запрессовка труб тепловым электрическим взрывом, методом осевой гидроопрессовки и др.). Для формирования колесных пар локомотивов на ряде заводов отрасли применяется более прогрессивный, по сравнению с прессовым, тепловой метод. Внедрены полуавтоматические установки для тепловой сборки колесных пар узкоколейных тепловозов. Изучается возможность комплексной автоматизации процесса формирования колесных пар на базе принципиально новой технологии — сборки с помощью искусственного холода. Однако по общему уровню механизации и автоматизации слесарно-сборочное производство локомотивостроения еще значительно отстает от обработки резанием, сварочного и других производств. Локомотивостроителям предстоит большая работа по дальнейшему развитию механизации и автоматизации сборочных процессов.
Большое внимание уделяется в отрасли совершенствованию технологии нанесения лакокрасочных и гальванических покрытий (см. § 17).
Погрузочно-разгрузочные, транспортные и складские работы в локомотивостроении. Степень охвата механизацией погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ (ПРТСР) в отрасли локомотивостроения достаточно высока (свыше 90%). Вместе с тем труд рабочих, занятых на этих работах, механизирован лишь на 60%. Совершенствование производства в части ПРТСР будет идти путем дальнейшего развития механизации, а также создания автоматизированных общезаводских и цеховых складов, расширения использования унифицированной и специальной тары, создания централизованных систем транспортного обслуживания цехов предприятия, широкого применения автоматических манипуляторов с программным управлением.