Назад в библиотеку

Анализ возможности и необходимости автоматизации сборки, как критериев при выборе способа организации производства

Авторы: Понамарёва Е.А., Кульбида О.О.
Источник: Журнал "Инженер", ДонНТУ.

Аннотация

Последовательно раскрываются предпосылки к принятию решения о внедрении автоматизации сборочных процессов и критерии возможности подобных инноваций.

Сборочные работы в машиностроительном производстве занимают до 40% общей трудоемкости изготовления изделий, при этом оставаясь частью технологического процесса, наименее подверженной комплексной автоматизации. Причиной данного явления следует считать разнообразие типов соединений, недостаточную технологичность собираемых деталей, отсутствие типовых устройств для автоматизации сборки, нестабильность размеров собираемых деталей изделия.

В настоящий момент автоматизировано только 5..6% всех сборочных операций, тогда как механизации подвержено около 30% [1-4]. Большую часть сборочных работ традиционно производят вручную, при этом качество изделия напрямую зависит от физического и психо-эмоционального состояния рабочего-сборщика.

Достаточно частое в наше время явление в практике крупных корпораций – размещение предприятий по сборке изделий вдали от основного производства. Качество выпуска «колониальных» экземпляров продукции в данном случае не ухудшается. Это объясняется возрастающей ролью автоматизации сборочных процессов: с уменьшением доли ручного труда снижается вероятность брака, вызванного некомпетентностью или невнимательностью рабочего-сборщика. При этом техническое обслуживание оборудования производится командированными специалистами основного предприятия. Этот принцип организации производства обеспечивает единые стандарты сборки для всех заводов компании.

Менталитет среднестатистического потребителя таков, что термин «автоматизированная сборка» внушает куда больше доверия к качеству конечного изделия, нежели «ручная». Особенно актуально это для стран постсоветского пространства. На предложение назвать возможные причины появления некачественных товаров большая часть опрошенных в сети Интернет указывает на низкую степень автоматизации производственного процесса, устаревшие технологии и оборудование, недостаточную ответственность рабочих. Согласно статистике, менее 20% украинцев считают отечественную сборку ни в чем не уступающей зарубежной. При этом производители стран Запада, размещая филиалы своего производства в нашей стране, вполне удовлетворены качеством выпускаемых изделий.

Большая часть продукции машиностроительных заводов Украины изготовляется в условиях средне- и мелкосерийного производств. При этом следует учитывать, что опыт автоматизации сборочных процессов приносит значительный экономический эффект предприятию только в условиях достаточно крупной годовой программы выпуска. Поэтому для условий серийного производства наиболее приемлемы сборочные системы гибкого типа – линии из быстропереналаживаемых машин-автоматов, собранных из унифицированных узлов, а также сборочные роботы.

В наши дни роботизация является одним из наиболее перспективных направлений оптимизации сборочных операций, ввиду удобства перенастройки функционала под часто изменяющиеся условия работы. Востребованность этого типа автоматических устройств в сборочном производстве также можно объяснить тем, что робот осуществляет манипуляции, подобные действиям рабочего-сборщика, но более точно и подчиняясь строгой программе. Так же роботизация позволяет решать проблему сборки средних и крупных изделий. Например, на сборочных предприятиях компании "Toyota" кузов автомобиля собирается за рекордно быстрое количество времени именно благодаря использованию роботов.

Эффективность автоматизации процессов сборки напрямую зависит от следующих критериев:

Разумеется, в случае, когда ручная или частично механизированная сборка полностью соответствует требуемому качеству выпускаемых изделий, а оплата труда сборщиков удовлетворяет экономическим показателям себестоимости, – вопрос об автоматизации не поднимается.

Согласно классическому подходу к решению проблемы автоматизации процессов сборки, предпосылками к ее осуществлению являются стабильность и массовость выпускаемой продукции. Решение о необходимости автоматизации на 90% зависит от объемов выпуска продукции и трудоемкости сборки в совокупном производственном процессе [3, 4]. Наибольшую востребованность автоматические системы сборки нашли в условиях крупно-серийного и массового производства, для изделий малых габаритов, без частых изменений в конструкции и пользующихся устойчивым спросом, например для подшипников качения, ламп, блоков цилиндров автомобилей, деталей гидро- и пневмоаппаратуры и т.д. Также на принятие решения о способе автоматизации сборочных процессов оказывает влияние традиционный для предприятия метод достижения точности замыкающего звена, косвенно или напрямую влияющий на организацию всего производственного процесса.

Проанализируем существующие методы достижения точности замыкающего звена с точки зрения возможности использования в автоматизированных сборочных технологических процессах. Наиболее приемлемым для автоматизированного сборочного производства является метод полной взаимозаменяемости. Он изначально подразумевает изготовление деталей с узкими полями допусков присоединительных размеров и сборку изделий с короткими размерными цепями. Это гарантирует 100%-ную собираемость. При этом значительно удорожается процесс получения деталей ввиду достижения большей точности размеров. Машины для автоматической сборки по данному методу имеют наиболее простую и надежную конструкцию, подразумевающую лишь подачу, ориентирование и непосредственное соединение деталей, не требующие предварительного контроля и проверки предметов сборки на пригодность достигаемой цели.

Метод неполной взаимозаменяемости также может быть подвержен автоматизации при условии наличия в составе сборочного оборудования специальных контрольных устройств, способных отбраковать поступающую на сборку деталь и исключить несобираемость соединения. Данный метод основан на том, что получаемые в процессе обработки размеры редко имеют граничные значения поля допуска, чаще размещаясь посередине. Это дает возможность расширить границы поля допуска, делая механическую обработку менее затратной и работать с многозвенными размерными цепями.

Метод групповой взаимозаменяемости (селективной сборки), основанный на принципе предварительного отбора и сортировки деталей по размерным группам также в ряде случаев целесообразен к применению [1], особенно, когда количество групп ограничено. В Японии этот метод получил название «метод соответствующего выбора Автоматы подобного типа собирают узлы, выбирая для заданной детали парную из соответствующей точностной группы. Размерная цепь в таком случае содержит одно многопредметное звено, чьим предназначением является компенсация общей погрешности сборки. В данном случае сборочная линия оснащается специальной контрольной аппаратурой, которая производит оценку базовой детали и осуществляет выбор парной детали соответственно полученной информации.

Наименее удобным для использования в автоматизированном сборочном производстве является метод пригонки, хотя существуют, но не получили широкого распространения, сборочные автоматы, осуществляющие непосредственное соединение, контроль, анализ погрешности сборки и последующую пригонку. Так, например, при сборке плунжерных пар топливной аппаратуры машина осуществляет пригонку шлифованием непосредственно на точке сборки, согласно логическим взаимосвязям, заложенным в программу управления.

Основным фактором, тормозящим процесс автоматизации сборочного производства, является сложность и дороговизна изготовления и обслуживания сборочных автоматов. Конструкция каждой машины должна обеспечивать выполнение требований по сборке конкретного соединения, а система автоматов в конечном итоге – последовательно производить сборку изделия. Большая номенклатура изделий практически сводит на нет сам принцип подобной организации – затраты на регулярную переналадку и частые изменения конструкции автоматической линии способны разорить любое предприятие.

С учетом данной проблемы, наиболее рациональным является организация сборочных производств по методу оптимальной комбинации ручной и автоматизированной сборки: однотипные по исполнению и монотонные операции осуществляются при помощи машин-автоматов, а задачи, требуемые различного подхода к своему решению, выполняются уже рабочими-сборщиками на местах.

Подобного рода система внедрена на предприятиях немецкого концерна «Mercedes-Benz» [5]. Сборка коробок передач легковых автомобилей осуществляется на двух автоматизированных линиях: на первой линии собираются картер сцепления и картер коробки передач, на второй производится окончательная сборка. Гибкое сочетание ручной сборки и работы автоматов позволяет собирать на линиях до 15 типов изделий.

В задачи автоматизированного сборочного оборудования данных линий входят следующие операции:

Передача узлов по линиям осуществляется при помощи приспособлений-спутников, кодированных согласно типу собираемой коробки передач, на транспорте с несинхронной связью. Передача узлов между линиями выполняется манипулятором. Большая часть загрузочных операций на позиции автоматической сборки осуществляется вручную. Наиболее трудоемкие и сложные соединения также выполняются операторами. Производительность приведенной выше системы сборки – 105 штук/час (цикл выхода изделия – 25 секунд) при общей загрузке оборудования на 80%.

Эти показатели, равно как и успешная конкурентоспособность автомобилей марки «Мерседес» на мировом рынке, демонстрируют эффективность и перспективность создания таких комбинированных систем, объединяющих в себе сильные стороны как ручной, так и автоматизированной сборки.

По результатам проведенного анализа можно сделать вывод о том, что преодоление всех перечисленных выше трудностей требует существенных капиталовложений, что при всех плюсах автоматизации сборочных процессов является часто наибольшей проблемой для предприятий. Затраты на разработку проекта, затраты на изготовление, сборку, настройку сборочных автоматов и транспортных систем, затраты на обслуживание автоматической линии в целом, затраты на современную высококлассную электронику и контрольно-управляющую аппаратуру, расходы на обучение персонала, расходы на высокую заработную плату узкоквалифицированных специалистов-механиков – это неполный ряд основных статей расходов автоматизированного производства. Так же немаловажным экономическим недостатком автоматизированных систем сборки следует назвать долгий срок окупаемости. В условиях достаточно нестабильной рыночной ситуации позволить себе такую долгосрочную стратегию могут лишь предприятия, твердо уверенные в своей конкурентоспособности в глазах потребителя.

Список использованной литературы

  1. Новиков М.П. Основы технологии сборки машин и механизмов / Новиков М.П. – М.: Машиностроение, 1980. – 592 с.
  2. Лебедовский М.С. Научные основы автоматической сборки / Лебедовский М.С., Вейц В.Л., Федотов А.И. – Л.: Машиностроение, 1985. – 316 с.
  3. Замятин В.К. Технология и автоматизация сборки. – М.: Машиностроение, 1993 – 464 с.
  4. Касилов В.В. Технологические основы проектирования автоматического сборочного оборудования. — М.: Машиностроение, 1976 – 382 с.
  5. «Клуб любителей Mercedes-Benz Россия». Режим доступа: http://www.lovemercedes.ru.