книги / Технология, механизация и автоматизация сварочного производства. Аппараты, оборудование и станки для комплексной механизации

Каждый из рассмотренных типов производства также может характе­ ризоваться способом выполнения производственного процесса, т. е. степенью и характером его механизации и автоматизации. Такая характеристика по­ зволяет определить следующие ступени производства.

М е х а н и з и р о в а н н о е производство - способ выполнения про­ изводственного процесса (операций) при помощи машин и механизмов, по­ лучающих энергию от специального источника. При этом управление маши­ нами и механизмами, а также выполнение вспомогательных операций час­

тично осуществляются вручную.

К о м п л е к с н о - м е х а н и з и р о в а н н о е производство - спо­

соб выполнения всего цикла производственного процесса машинами, меха­ низмами и другими видами оборудования. При этом основные и вспомога­ тельные операции взаимосвязаны по производительности и обеспечивают за­ данный темп, производительность и осуществление в срок всего процесса, а управление механизмами, машинами и прочим оборудованием частично осуществляется вручную.

А в т о м а т и з и р о в а н н о е производство - способ выполнения производственного процесса (операций), при котором отдельные основные и вспомогательные процессы или операции и процессы управления и регули­ рования осуществляются машинами, механизмами и другими видами обору­ дования автоматически, без непосредственного участия человека. При этом человек осуществляет лишь наладку и наблюдает за ходом процесса.

К о м п л е к с н о - а в т о м а т и з и р о в а н н о е производство - способ выполнения всего цикла производственного процесса, при котором основные и вспомогательные операции, а также операции управления и регу­ лирования осуществляются машинами, механизмами и другими видами обо­ рудования таким образом, что заданная производительность и качество про­ дукции достигаются без непосредственного участия человека. При этом че­ ловек только наблюдает за работой специальных устройств или систем управления.

При комплексной механизации или автоматизации ручной труд может быть допустим лишь на тех операциях, механизация и автоматизация кото­ рых на данном этапе по технико-экономическим соображениям нецелесооб­ разна.

На эффективность механизации и автоматизации сварочного производ­ ства наибольшее влияние оказывает тип производства, его специализация и

годовой выпуск продукции. Так, эффективность решения задачи комплекс­ ной механизации будет тем выше, чем больше годовой выпуск и выше уро­ вень специализации (меньше номенклатура выпускаемых изделий).

На уровень механизации и ее экономическую эффективность большое влияние оказывают также условия производства работ. В заводских условиях можно достичь более высокого уровня механизации, чем в полевых условиях

или на монтажно-строительной площадке.

Решение вопросов механизации и автоматизации сварочного производ­ ства, например выбор универсального, специализированного оборудования, машин-автоматов, станков, организационно-технических форм их объедине­ ния, определяется типом производства, конструкцией свариваемых изделий и технологической схемой процесса изготовления изделия. В этой связи необ­

ходимо руководствоваться следующими рекомендациями.

В с е р и й н о м и к р у п н о с е р и й н о м производстве наиболее целесообразно применение автоматических или механизированных поточных линий, представляющих собой комплексные производственные участки, со­ стоящие из механизированных или автоматизированных рабочих мест, рас­ положенных в строгой последовательности выполнения технологического процесса. Синхронизация всех операций, выполняемых на линии, и поддер­ жание заданного ритма осуществляются системой транспорта, построенного по одному из следующих принципов: специальные межоперационные транс­ портные устройства (механизированные или автоматизированные), связан­ ные между собой общей системой управления и блокировки и транспорти­ рующие изделия от одного рабочего места к другому либо непосредственно, либо через накопители и питатели; распределительный конвейер, осуществ­ ляющий подачу изделий, заготовок и деталей к рабочим местам через ритм; рабочий конвейер (линейный, круговой или роторный), на котором непо­ средственно выполняются производственные операции и который одновре­ менно служит средством поддержания на линии заданного ритма.

При массовом выпуске продукции обеспечивается высокая производи­ тельность и низкая себестоимость, затраты на проектирование, изготовление и отладку этого оборудования окупаются в короткие сроки.

В е д и н и ч н о м и м е л к о с е р и й н о м производстве, в осо­ бенности при изготовлении тяжелых и громоздких сварных изделий, специ­ альное оборудование оказывается в большинстве случаев нерентабельным из-за высокой стоимости, недостаточной загрузки и простаивания оборудо­

вания и производственной площади. В этих условиях применяют универ­ сальные механизированные машины, параллельно работающие стационар­ ные, механизированные сборочно-сварочные стенды или кондукторы, на ко­ торых производится сборка и сварка поочередно. Для повышения загрузки оборудования сварные изделия классифицируют и группируют по конструк­ тивным и технологическим признакам с целью выявления групп однотипных сварных изделий, узлов, изготовление которых возможно по единому техно­ логическому процессу с применением одного и того же оборудования.

Необходимо отметить, что в последнее время комплексная механиза­ ция и автоматизация находят все большее применение и в мелкосерийном производстве путем внедрения многономенклатурных комплексно­ механизированных линий, машин с программным управлением и промыш­ ленных роботов в составе роботизированных технологических комплексов (РТК), а также гибких производственных систем (ГПС) различной формы ор­ ганизации.

В м а с с о в о м производстве весьма эффективно использование ав­ томатических поточных линий, рекомендуемых для выполнения большого комплекса операций; автоматизированных агрегатов-комбайнов для ограни­ ченного комплекса операций; единичных машин-автоматов для выполнения небольшого комплекса операций (например,сборки и сварки малогабаритных изделий, состоящих из двух деталей и имеющих лишь один шов); роботизи­ рованных технологических комплексов; гибких производственных систем различной формы организации.

Особенно эффективно применение автоматизированных машинкомбайнов, в которых выполнение нескольких разнородных операций со­ вмещено во времени и пространстве и, следовательно, превращено в одну комплексную операцию, например, в операцию "вальцовка - сборка - сварка" при производстве сварных труб, профильных балок, кузовов шахтных ваго­ неток, отопительных радиаторов и др.

Синхронность работы отдельных элементов автоматической линии обеспечивается системой межоперационного транспорта, связывающего ме­ жду собой входящие в линию автоматы.

1.4. Объекты механизации и автоматизации сварочного

производства, их краткая характеристика

Объектами механизации и автоматизации любого производства, в том числе и сварочного, является совокупность работ и технологических опера­

ций, необходимых для производства продукции.

Сварочное производство, в отличие от других металлообрабатываю­ щих производств, является многокомпонентным и неоднородным по своей структуре. Это обусловлено применением комплекса различных по своему характеру видов металлообработки и технологических операций в процессе изготовления сварных изделий.

Разноплановость работ и неоднородность технологических операций создают определенные трудности при решении вопросов механизации и ав­ томатизации сварочного производства. Наиболее сложной эта проблема яв­ ляется при осуществлении комплексной механизации. Поэтому при разра­ ботке проекта и мероприятий механизации и автоматизации необходимо произвести количественный и качественный структурный анализ всего ком­ плекса операций (технологических и вспомогательных) по изготовлению сварных конструкций на предмет определения конкретных объектов механи­ зации и способов их осуществления.

Операции сварочного производства можно разделить на шесть групп: и з г о т о в л е н и е деталей (заготовительная); с б о р к а изделий, узлов; с в а р к а изделий, узлов; о т д е л к а готовых сварных изделий; в с п о - м о г а т е л ь н ы е ; к о н т р о л ь н ы е

Основными для процесса производства сварных конструкций являются первые три. При выполнении этих работ применяются различные по своему характеру технологические операции.

И з г о т о в л е н и е деталей включает в себя в основном операции по обработке металлов: очистку; разметку и маркировку; термическую и меха­ ническую резку; холодную, горячую штамповку и гибку; протачивание, фре­ зерование, сверление, строгание.

С б о р к а состоит из ряда последовательных операций: подачи дета­ лей (узлов) к месту сборки; установки деталей (узлов) в сборочное приспо­ собление или кондуктор в положение, соответствующее требованиям конст­ рукторской документации и выбранной схеме базирования; закрепления де­ талей (узлов); прихватки (сварки). Подача деталей к месту сборки и установ­ ка их в требуемое положение осуществляются универсальным или специ­ альным подъемно-транспортным оборудованием. Положение деталей в при­ способлении определяется установочными, а закрепление - зажимными эле­ ментами приспособления.

Сборочное или сборочно-сварочное оборудование может быть универ­

сальным, специализированным и специальным. Выполнение сборки на уни­ версальном оборудовании более трудоемко, чем на специализированном и специальном. Последние типы приспособлений имеют высокий уровень ме­ ханизации или автоматизации. Они, как правило, представляют собой меха­ низированные или автоматические стенды, станки для сборки и чаще всего для выполнения совмещенных сборочно-сварочных операций. Их примене­ ние обеспечивает большую производительность и лучшее качество изделия и целесообразно при массовом и крупносерийном производстве.

С в а р к а При рассмотрении сварочных операций различают механи­ зацию и автоматизацию основных и вспомогательных работ. Механизация основных работ, например применительно к дуговой сварке, включает пода­ чу присадочных, защитных и вспомогательных материалов в зону плавления и перемещение сварочного инструмента (или группы инструментов) вдоль линии соединения во время сварки. При автоматизации основных работ (той же дуговой сварке) автоматическое управление выполняет следующие функ­ ции: возбуждение дугового процесса с изменением параметров режима от нулевых до заданных значений в начале сварки; стабилизацию параметров режима в течение сварки или заданное их изменение; прекращение дугового процесса при изменении параметров режима от заданных значений до нуле­ вых; корректировку положения сварочного инструмента в процессе сварки в зависимости от случайных отклонений линии соединения свариваемых эле­ ментов от расчетного положения; корректировку значений параметров про­ цесса сварки в зависимости от случайных отклонений параметров соедине­ ния свариваемых элементов на входе в зону сварки и в зоне сварки, а также параметров получаемого сварного соединения на выходе из зоны сварки (по сравнению с расчетными значениями).

Механизация вспомогательных работ на сварочных станках и установ­ ках охватывает следующие операции: загрузку и закрепление заготовок и по­ следующие раскрепление и выгрузку сваренного изделия; перевод сварочно­ го инструмента из исходного положения в точку начала сварки; отвод инст­ румента из точки окончания сварки в исходное положение, а также переме­ щение сварочного инструмента между точками или участками сварки; пода­ чу флюса в зону сварки и его сбор; закорачивание электрода; перемещения сварщика, смену электродов или кассет и т. д.

О т д е л к а готовых изделий включает выполнение таких операций, как зачистка сварных швов; правка сварных узлов; прокатка, проковка или

термообработка сварных соединений; механическая обработка, очистка и на­
несение защитных покрытий.
В с п о м о г а т е л ь н ы е	работы включают в себя	транспортно­
подъемные и перегрузочные операции; наладочные работы по сварочному,
газо-резательному и другому оборудованию; комплектование деталей и рас­
пределение работ; работы по приему и выдаче материалов и инструмента; из­
готовление электродов и намотку кассет со сварочной проволокой и прочие
вспомогательные операции, связанные с основным производством.
Для проведения мероприятий по механизации и автоматизации свароч­
ного производства важно оценить долю трудоемкости каждого вида работ в
общем объеме, выяснить их влияние на уровень комплексной механизации
всего производства в целом.
Типичная структура работ сварочных цехов по изготовлению сварных
конструкций:
Операции	Доля в общей трудоемкости, %
Заготовительные..........................................................................................		22
Сборочные....................................................................................................		14
Сварочные....................................................................................................		18
В том числе вспомогательные при сварке..................................................		9
Вспомогательные (подъемно-транспортные перегрузочные,
комплектование и др.).................................................................................		36
Отделочные...................................................................................................		10
Видно, что на общий баланс трудоемкости сварочного производства
существенно влияют заготовительные операции, объем которых 22%. При
этом доля (%) трудоемкости заготовительных операций составляет:
Газопламенная резка...................................................................................		30
Механическая обработка на металлорежущих станках..........................		27
Разметка и маркировка.............................................................................		10,6
Правка, штамповка, гибка............................................................		14(7+3+4)
Резка на ножницах и пилах.........................................................................		9
Слесарная обработка, рубка и зачистка.................................................		4,5
Кузнечные работы.....................................................................................		6,0

Данные показывают, что две группы операций: газопламенная резка и механообработка на металлорежущих станках и резка на ножницах и пилах - определяют выбор путей и средств механизации заготовительных работ.

При выполнении многих трудоемких заготовительных операций ос­

новное (машинное) время составляет небольшую часть штучного времени, поскольку эти операции осуществляются с применением автоматических и полуавтоматических газо-резательных аппаратов, металлорежущих станков и ножниц, обеспечивающих практически 100%-ную механизацию. Большую же часть занимает вспомогательное время на установку и перемещение заго­ товок в процессе их обработки, на уборку деталей и отходов. Вспомогатель­ ное время особенно велико при изготовлении деталей из крупногабаритных тяжелых заготовок, когда операции выполняются двумя или тремя рабочими. Кроме того, для выполнения таких операций постоянно требуется общецехо­ вой мостовой кран. При комплексной механизации заготовительных работ вспомогательное время резко сокращается.

Основными направлениями комплексной механизации являются осна­ щение универсального технологического оборудования средствами механи­ зации вспомогательных приемов и внедрение механизированного и автома­ тизированного оборудования, а также механизированных или автоматиче­ ских линий, охватывающих ряд технологических операций по изготовлению деталей.

Однако при комплексной механизации и автоматизации сварочного производства могут возникнуть трудности объединения заготовительных и сборочно-сварочных операций в единый синхронизированный поток или ме­ ханизированный агрегат. Вопрос об объединении этих операций решается в каждом отдельном случае с учетом типа производства (единичного, серийно­ го, массового) и характера заготовительных операций. Например, для боль­ шинства сварочных цехов единичного и мелкосерийного производства такое объединение становится невозможно или невыгодно. При большом объеме заготовительных работ изготовление заготовок обычно не включается в со­ став операций сварочного производства и выполняется в цехах, специализи­ рованных по видам обработки, или в отдельном заготовительном цехе. В то же время, намечая пути и средства комплексной механизации сварочного производства, нельзя пренебрегать возможностью включения заготовитель­ ных операций в общий комплекс.

Операция сварки как основной технологический процесс изготовления конструкций по своей трудоемкости занимает только 50% в общем цикле сварочного времени, а остальное время занимают вспомогательные опера­ ции, неразрывно связанные со сваркой. Если даже все сварочные, в том чис­ ле и вспомогательные при сварке, работы будут полностью автоматизирова-

ны, то есть уровень их локальной механизации и автоматизации достигнет
100%, то и в этом случае уровень комплексной механизации сварочного про­
изводства составит всего лишь 18%. В то же время стопроцентная механиза­
ция сборочных, общих вспомогательных и отделочных операций может
обеспечить уровень комплексной механизации производства в целом на 60%.
Поэтому целесообразен переход от локальной механизации сварочных про­
цессов к комплексной механизации и автоматизации сборочно-сварочных и
вспомогательных работ, составляющих 68% всего объема работ. Из этого
объема работ больше половины (36%) приходится на долю вспомогательных
операций. Состав трудоемкости вспомогательных работ:
Операции	Трудоемкость, %
Крановые, подъемно-транспортные и перегрузочные	...........................	64
Работы по приему, комплектованию и раздаче заготовок и деталей....		24
Работы по приему, хранению и выдаче материалов и инструмента.....		5
Наладочные работы по сварочному, газо-резательному и
другому оборудованию................................................................................		3
Изготовление электродов, намотка кассет..................................................		2
Прочие вспомогательные работы, связанные с
основным производством............................................................................		2

Пооперационный структурный анализ показывает, что главное внима­ ние при механизации вспомогательных работ необходимо уделять механиза­ ции подъемно-транспортных работ (64%), а затем комплектации и раздаче деталей (24%), так как эти две категории работ составляют большую часть всего объема вспомогательных работ и являются обязательной компонентой операций любого механизированного или автоматизированного производства сварных конструкций. Остальные вспомогательные операции, ввиду их срав­ нительно малого объема, могут не включаться в общую систему комплекс­ ной механизации.

1.5. Показатели уровня механизации и автоматизации

Механизацию и степень ее выполнения рассматривают в двух аспектах - количественном и качественном, а уровень механизации и автоматизации сварочного производства определяют двумя показателями: к о л и ч е с т ­ в е н н ы м У| и к а ч е с т в е н н ы м У2 Первый из них^Уь характеризу­ ет степень охвата механизацией данного производственного процесса:

У ,= [Т мП/(ТмП + Т р)]-100%,

где Тм - трудоемкость работ, выполняемых механизированным способом; Трто же, ручным способом; П - коэффициент повышения производительности труда на данном оборудовании.

Коэффициент П характеризует рост производительности при замене ручной операции (Или механизированной, принятой за базу) механизирован­ ной и определяется как отношение трудоемкости до проведения механизации

Тр к трудоемкости, достигнутой в результате механизации Тм:
П = ТР/Т М.	(2)

Если производительность механизированного труда повышается толь­

ко за счет сокращения времени рабочего цикла машины, то коэффициент производительности П можно определить как соотношение между базовым временем рабочего цикла fo и рассматриваемым /ц:

U = t0/ t ц.	(3)
Суммарная трудоемкость работ на данном рабочем	месте, трудоем­

кость изготовления данной детали или выполнения данной производственной операции

То = Тм+ТР.	(4)
Трудоемкость, приведенная к базовому варианту, например к ручной
сварке или сборке, определяется по формуле
Т0 = ТМП + Тр.	(5)

При наличии нескольких разнородных машин в комплексном произ­

водственном потоке количественный показатель Yi определяется по формуле

у.	£(тмп) •100%.	(6)
	1 (тмп+тр)

Показатель У\ с достаточной точностью определяет долю механизиро­ ванных работ в данном сварочном производстве, но недостаточно характери­ зует качественную сторону механизации, ее техническое совершенство. На­ пример, при увеличении производительности машин их показатель уровня механизации Yi остается неизменным; Yi не отражает важного фактора ме­ ханизации - повышения производительности машин и труда, поэтому не может служить критерием качественной оценки уровня комплексной механи­ зации. Он дает лишь количественную характеристику - степень оснащения производства машинами, количественный охват механизацией, иногда машиновооруженность рабочих.

Критерием к а ч е с т в е н н о й оценки уровня механизации служит показатель У2, определяющий долю живого труда, замененного машинной

работой в данном производственном процессе, т. е. долю трудоемкости руч­ ных работ, сэкономленных вследствие их механизации или автоматизации. Так как механизация по своей сущности - это процесс замены рабочих ма­ шинами, то степень этой замены, т. е. мера вытеснения живого труда маши­ ной, служит вторым и наиболее важным показателем уровня механизации. Показатель У2 всегда реагирует на повышение производительности машин и

труда, и его определяют по формуле
Т П -Т		(7)
У2= - м- - - -МЮ0%.
ТмП + Тр
Для комплексного производственного процесса, выполняемого с по­
мощью многих разнородных машин,
£(тмп -т м)	•100%.	(8)
Уг Х(тмп+тр)

Если известен численный состав занятых в производстве рабочих, то уровень комплексной механизации и автоматизации сварочного производст­ ва может быть определен следующими выражениями:

У2	1(Рмп) •100%,	(9)
	Е(рмп +рр)
у _	-Р_м).100%,	(10)
2	1(Р„П+Рр)

где Рм и Рр - соответственно численность рабочих, занятых механизирован­ ным и ручным трудом.

Связь между показателями уровня комплексной механизации У2 и У|

проста: У2 /У 1 = (П<р- 1)/Пср.

Средний коэффициент повышения производительности ПсР предусмот­ ренных в проекте механизированных способов работ по сравнению с ручным

(или базовым) их выполнением рассчитывается по формуле
Пер = 1 а мп )/н т м)= £(Рмп)/1(Рм).	(П)

При определении трудоемкости механизированных работ Тм и числен­ ности рабочих Рм учитывается полное время рабочего цикла tn машины неза­ висимо от того, как выполнялись оператором или автосварщиком вспомога­ тельные сварочные операции - вручную или с помощью специальны* меха­ низированных устройств.

Основой для определения величин Тм и Рм является полное вр^мя ра­