ВАЖНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается значение автоматизации в машиностроительной отрасли как ключевого инструмента для повышения эффективности, точности и гибкости производственных процессов. Представлены современные технологии автоматизации, включая использование станков с числовым программным управлением, робототехники, цифровых двойников и систем мониторинга. Освещены практические примеры автоматизации в машиностроении, а также анализируются перспективы перехода к умным фабрикам и концепции.

ABSTRACT

This article explores the significance of automation in the mechanical engineering industry as a key tool for enhancing the efficiency, accuracy, and flexibility of production processes. It presents modern automation technologies, including the use of computer numerical control (CNC) machines, robotics, digital twins, and monitoring systems. Practical examples of automation in mechanical engineering are highlighted, and the prospects for transitioning to smart factories and related concepts are analyzed.

Ключевые слова: Машиностроение, автоматизация, цифровизация, ЧПУ, робототехника, производственные системы.

Keywords: Mechanical engineering, automation, digitalization, CNC, robotics, production systems.

Введение

Машиностроение играет стратегическую роль в промышленном комплексе любой страны. Автоматизация в данной отрасли становится важнейшим направлением развития, так как она позволяет не только повысить качество и производительность труда, но и адаптироваться к быстро меняющимся требованиям рынка. В современных условиях цифровизации и технологического прогресса автоматизация выступает как обязательный фактор успешной конкуренции на международной арене.

Материалы и методы

Основные цели автоматизации машиностроения

- Снижение доли ручного труда и устранение человеческого фактора;

- Повышение точности и стабильности процессов обработки и сборки;

- Увеличение объема производства и снижение себестоимости продукции;

- Обеспечение безопасности и эргономики рабочих мест;

- Возможность быстрого переоснащения под новые задачи.

Технологии автоматизации в машиностроении

На сегодняшний день в машиностроении используются следующие автоматизированные технологии:

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ): обеспечивают высокоточную и быструю обработку металлов, что критично при производстве сложных деталей.

Роботизированные системы: применяются в сварке, сборке, транспортировке, а также на линиях контроля качества.

Автоматизированные складские системы: позволяют оптимизировать логистику и поставки компонентов на производственные линии.

Системы мониторинга в реальном времени: используются для отслеживания состояния оборудования и предотвращения аварий.

Цифровые двойники: виртуальные копии производственных процессов, позволяющие тестировать и оптимизировать производственные сценарии [1,2,3].

Примеры внедрения автоматизации в машиностроении

На примере отечественных предприятий можно отметить Ташкентский завод сельскохозяйственного машиностроения, где автоматизированы процессы обработки и сборки. Автоматические линии позволяют выпускать шпиндели с высокой точностью, а сборка хлопкоуборочных машин производится на автоматизированных конвейерах. В Андижанском машиностроительном заводе все производственные операции также полностью автоматизированы.

Проблемы автоматизации производства и гибкие производственные системы

В машиностроительном производстве длительное время существовали два типа организации производства.

Первый – это высокоавтоматизированное массовое производство. В нем используются специализированные высокопроизводительные технологические оборудования. Эти оборудования настроены на выпуск определенного вида продукции и, как правило, не обладают гибкостью, то есть не могут быть легко перенастроены на изготовление других изделий. Они соответствуют условиям массового производства.

Второй – индивидуальное и мелкосерийное производство, основанное на применении универсальных станков с ручным управлением. Такие производства обладают высокой гибкостью, но слабо механизированы.

Высшая ступень автоматизации – это полная автоматизация. На начальных этапах создаются технологические оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), основанные на универсальных станках. Эти станки называются гибкими технологическими оборудованием.

На смену вышеуказанным двум типам производств пришли гибкие производственные системы (ГПС). В них широко используются ЭВМ для управления технологическим оборудованием. При этом автоматизируются не только процессы обработки, но и разработка программ для новых деталей, переналадка станков, проектирование и другие операции. Всё это представляет собой первый этап ГПС.

Второй этап ГПС включает в себя автоматический поиск и замену инструментов и приспособлений, подачу и выгрузку заготовок, а также их транспортировку. Для этого применяются различные средства автоматизации: транспортные устройства, промышленные роботы, обрабатывающие центры и вычислительная техника.

В настоящее время автоматизация охватывает и массовое производство. Технологическое оборудование управляется ЭВМ, легко перенастраивается для выпуска различных изделий, автоматизируются вспомогательные процессы.

На этом этапе автоматизации повышается качество продукции по сравнению с ручной обработкой, увеличивается производительность оборудования и снижается трудоемкость процессов.

Микропроцессорные устройства состоят из процессора, памяти, устройств ввода и вывода. Отдельные части системы соединяются при помощи шин, по которым передаются управляющие команды и электрические сигналы. Все устройства системы изготавливаются на основе электронных компонентов и интегральных микросхем.

В памяти сохраняется рабочая программа, состоящая из команд. Все действия МПУ закодированы электрическими сигналами в виде нулей и единиц.

Процессор — основная часть системы, он управляет работой компонентов ЭВМ и обрабатывает данные. Процессор состоит из управляющего устройства и арифметико-логического устройства (АЛУ).

Управляющее устройство (УУ) координирует работу компонентов на основе программы, хранящейся в памяти, и обрабатывает информацию.

АЛУ под управлением УУ выполняет арифметические и логические операции.

Устройства ввода служат для ввода программ, данных и сигналов. К ним относятся устройства считывания с перфолент, магнитных лент и дисков, клавиатуры, дисплеи, а также сигналы от исполнительных органов станков. Они преобразуют внешние аналоговые сигналы в двоичный код, используемый внутри системы.

Устройства вывода передают команды и результаты вычислений из внутреннего двоичного кода в аналоговые сигналы или десятичные коды. К ним относятся цифро-аналоговые преобразователи, электронные ключи, буквенно-цифровые и графические дисплеи и печатающие устройства.

В системах управления с ЭВМ используются большие интегральные схемы (БИС), которые выполняют сотни логических операций и включают множество процессоров, оснащенных АЛУ и УУ. Такие многофункциональные схемы называются микропроцессорами и устанавливаются непосредственно в технологическое оборудование.

ГПС, помимо технологического оборудования, включает различные средства автоматической работы. В этих системах широко используются ЭВМ. С помощью ГПС автоматизируется мелкосерийное и единичное производство, повышается производительность труда.

ГПС имеют пять уровней:

Гибкий производственный модуль (ГПМ) – это гибкая производственная система, состоящая из одного технологического оборудования с автоматизированным управлением и средствами автоматизации технологического процесса.

Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) – производственная система, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных в единое целое с помощью автоматизированной системы управления. ГПМ размещаются в последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) – система, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных с помощью автоматизированной системы управления. Производство осуществляется по технологическому маршруту с возможностью изменения последовательности операций.

Гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) – комплекс ГАЛ и ГАУ, предназначенных для изготовления изделий определенной номенклатуры.

Гибкий автоматизированный завод (ГАЗ) – комплекс ГАЦ, предназначенный для серийного производства готовых изделий в соответствии с основным производственным планом. В составе ГАЗ могут быть отдельные автоматизированные участки и цехи.

 Интеграция ИТ и переход к Индустрии 4.0

Современное машиностроение переходит от традиционных форм автоматизации к концепции «умного производства». Индустрия 4.0 предполагает интеграцию информационных и производственных технологий, в том числе интернета вещей (IoT), искусственного интеллекта (AI), машинного обучения, облачных вычислений и больших данных. Такие технологии обеспечивают полный контроль и предиктивное обслуживание производственных систем, что значительно увеличивает эффективность и надежность [4,5].

Преимущества и вызовы автоматизации

Преимущества автоматизации очевидны: рост производительности, снижение издержек, улучшение условий труда и повышение качества. Однако внедрение автоматизированных систем связано и с рядом вызовов, среди которых:

- высокая стоимость первоначальных инвестиций;

- необходимость обучения персонала новым технологиям;

- адаптация существующей инфраструктуры к современным стандартам.

Тем не менее, эти сложности постепенно преодолеваются за счёт государственной поддержки и повышения уровня инженерной подготовки.

Заключение

Автоматизация машиностроительного производства — ключ к устойчивому росту и модернизации промышленности. Будущее отрасли связано с цифровыми технологиями, которые открывают новые горизонты эффективности и гибкости. Поддержка научных исследований, внедрение инноваций и развитие кадрового потенциала являются залогом успешной автоматизации в машиностроении.

Список литературы:

1. Бородин И.Ф. Автоматизация технологических процессов. – М.: Колос, 2006.
2. Брюханов В.Н. Автоматизация производства. – М.: Высшая школа, 2005.
3. Иванов А.А. Автоматизация технологических процессов. – М.: Форум, 2012.
4. Капустин Н.М. Автоматизация в машиностроении. – М.: Высшая школа, 2007.
5. Schwab K. The Fourth Industrial Revolution. – Geneva: World Economic Forum, 2016.