"Автоматизация стала внедряться в связи с тем, что человечество начало лениться, и ручной труд все больше стал заменяться различными аппаратами. Однако как бы ни было, она приводит к повышению качества", — так начал свой доклад "Механизация и автоматизация — пути повышения качества сварки" к. т. н., доцент кафедры "ПМ "Сварка и ТМ" БНТУ В. В. Саранцев в ходе семинара на тему: "Эффективная сварка, ресурсосбережение и качество".
Автоматизация технологических процессов
При механизации и автоматизации сварочного производства можно резко повысить качество продукции и производительность труда, а также сократить численность обслуживающего персонала.
Труд рабочего в этих условиях становится более содержательным и творческим. В зависимости от степени механизации процесса рабочий частично или полностью освобождается от мускульного труда, однако за ним сохраняются функции контроля и управления.
Автоматизация процесса сварки — это перевод сварочного оборудования на автоматический режим работы, внедрение в производство ряда устройств, действующих полностью без участия человека.
Как прозвучало в ходе выступления (а также в работе, подготовленной совместно с д. т. н., профессором кафедры "ПМ "Сварка и ТМ" БНТУ, научным консультантом ОАО "Стройкомплекс" Л. С. Денисовым и предоставленной в качестве раздаточного материала слушателям семинара), автоматизация бывает четырех уровней.
Автоматизация имеет нулевой уровень, если в производстве участие человека исключается только при выполнении рабочих ходов (вращение шпинделя, движение подачи инструментов и т. д.). Такую автоматизацию прозвали механизацией. Отсюда следует, что автоматизация предусматривает механизацию.
Автоматизация первого уровня ограничивается созданием устройств, цель применения которых — исключить участие человека при выполнении холостых ходов на отдельно взятом оборудовании. Она называется автоматизацией рабочего цикла в серийном и поточном производствах. Холостые ходы в норме штучного времени, определяющем трудоемкость операции, учитываются в виде вспомогательного времени и времени технического обслуживания.
Автоматизация второго уровня — это автоматизация технологических процессов. Здесь решаются задачи автоматизации транспортировки, контроля объекта производства, удаления отходов и управления системами машин. В качестве технологического оборудования создаются и применяются автоматические линии, гибкие производственные системы. Первыми называют автоматически действующую систему машин, установленных в технологической последовательности и объединенных средствами транспортировки, загрузки, контроля, управления и устранения отходов. Если линия включает позиции с участием человека, она называется автоматизированной.
Третий уровень — это комплексная механизация, которая охватывает все этапы и звенья производственного процесса, начиная заготовительными и заканчивая испытаниями и отправкой готовых изделий.
Оборудование для автоматизации технического процесса
Для полной автоматизации технического процесса необходимо обеспечение не только основных, но и вспомогательных операций. Для этого на всех стадиях производства следует использовать оборудование, в т. ч.:
— транспортирующие механизмы (мостовые краны, автопогрузчики, самоходные тележки, порталы, конвейеры, кантователи);
— оборудование для заготовительных операций (правильные валки, резаки термические и механические, кромкострогальные станки, гибочные станы, дробеметы, дробеструйки);
— силовые механизмы сборочно-сварочной оснастки (механические, пневматические, гидравлические, электрические и электромагнитные зажимы, центраторы);
— кантователи (служащие для ручной и дуговой сварки стационарные приспособления, позволяющие закреплять свариваемое изделие, поворачивать его и устанавливать в удобное для сварки положение);
— вращатели (устройства, предназначенные для вращения свариваемых изделий с заданной рабочей скоростью);
— манипуляторы (устройства, обеспечивающие вращение изделия с заданной рабочей скоростью при различных углах наклона оси вращения изделия);
— позиционеры (устройства, предназначенные для установки изделия в положение, удобное для сварки, и вращения со сварочной скоростью при автоматической дуговой сварке круговых швов под слоем флюса, в среде защитных газов, а также при наплавочных работах);
— сварочные колонны (предназначены для установки и перемещения сварочной аппаратуры; на них размещаются источники питания для сварки, устройства для размотки и подачи проволоки, флюсовая аппаратура, устройства слежения за швом и контрольная аппаратура);
— сварочные роботы (предназначены для автоматизации сварки, значительно ускоряют сварочный процесс и нейтрализуют негативные действия, обусловленные человеческим фактором. Кроме стандартных, сварочные роботы имеют множество дополнительных функций и регулировок, позволяющих выполнять широкий спектр промышленных работ. Помимо этого, сварочные роботы не поддаются действию вредной среды, влияющей на здоровье человека).
Сварочные источники для дуговой сварки
Современное сварочное оборудование постоянно совершенствуется. Благодаря появлению силовых полупроводниковых приборов (тиристоров, транзисторов), появилась возможность использовать высокие частоты (до 100 кГц).
Высокочастотные схемы питания совместно с датчиками позволяют применять быстродействующие системы с обратными связями по току, напряжению, глубине проплавления, геометрии формируемого сварного шва. Современные источники дают возможность программировать параметры сварки, благодаря чему появились следующие функции.
Hot Start ("горячий старт") — функция, предназначенная для облегчения поджига электродов за счет кратковременного (0,01–1,00 с) увеличения тока по отношению к базовому на регулируемую оператором величину. По истечении установленного времени горение дуги стабилизируется, и ток "горячего старта" плавно опустится до базового сварочного тока.
Функция Burn Back ("откат проволоки") действует следующим образом: в момент, когда сварочная проволока касается изделия, процессор определяет, что машина входит в режим короткого замыкания, дает команду на вращение двигателя механизма подачи проволоки в обратную сторону, и та начинает подниматься. Одновременно очень медленно начинает нарастать ток короткого замыкания (для инициализации дугового промежутка).
Функция Slow Start Ignition ("мягкий старт") предназначена для облегчения поджига дуги при MIG|MAG сварке. Нарастание тока происходит плавно, а не в режиме короткого замыкания, при котором могут образовываться прожоги.
"Бесконтрольный поджиг": для облегчения поджига дуги при TIG сварке установки оснащаются осцилляторами. Он представляет собой генератор затухающих по амплитуде высокочастотных (100–300 кГц) импульсов высокого напряжения (3 кВ).
Принцип действия функции Arc Force ("формирование дуги") основан на дополнительном кратковременном повышении тока в момент перемыкания каплей расплавленного металла дугового промежутка (короткого замыкания).
Anti-Stick ("антиприлипание") — функция, которая срабатывает, если в первоначальный момент касания электродом изделия дуга не зажглась в течение 0,8 с, тогда машина резко сбросит ток до 2...3 А, электрод не успеет расплавиться и "примерзнуть" к изделию.
Разработаны и внедрены в производство новые технологии сварки, в т. ч. следующие.
Cold Metal Transfer CMT — процесс "холодного" переноса металла. Его характерная особенность — чередование тепловых импульсов, что позволяет сваривать тонколистовые, разнородные материалы и снижать тепловложения и напряжения в конструкциях.
Surface Tension Transfer STT — перенос капли металла за счет сил поверхностного натяжения. Благодаря изменению напряжения и силы тока источника в зависимости от длины дуги в STT сварке реализуется управляемый перенос металла.
Использование датчиков температуры, давления, оптических систем в сварке позволило решить такие задачи, как слежение за высотой положения сварочной горелки, а также за стыком сварки.
Системы автоматического проектирования (САПР)
Слово автоматика происходит от древнегреческого "automatos", что означает "самодействующий". Древнейшие упоминания об автоматах относятся ко II–III векам до нашей эры. Одна из первых книг, в которой содержалось их описание, называлась "Театр автоматов" и была написана знаменитым физиком и инженером древности Героном Александрийским во II веке до н. э. Автоматы древности в основном использовались жрецами для создания всякого рода "чудес". Первым автоматическим устройством, созданным для практических целей, были часы.
Автоматика в современном смысле этого слова возникла в XVII–XVIII веках, когда стала бурно развиваться машинная техника, требовавшая создания автоматических регуляторов.
Сегодня автоматизация — это наука о принципах, методах и средствах построения систем и устройств, позволяющих управлять теми или иными устройствами и их совокупностями без участия человека. В современном мире под автоматизацией принято понимать операции производственного процесса, в которых все действия, включая управление протеканием процесса, происходят без непосредственного участия человека — он только налаживает устройства и контролирует их работу.
САПР — автоматизированная система, которая представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.
По целевому назначению различают системы автоматического проектирования или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.
CAD (computer-aided design|drafting) — средства автоматизированного проектирования. Обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации.
CAE (computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчетов, анализа и симуляции физических процессов. Осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
САМ (computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивающие автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (гибких автоматизированных производственных систем).
САРР (computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и САМ.
Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования —
CAD/ САМ, CAD/ CAE, CAD/ САМ/ CAE. Такие системы называют комплексными или интегрированными.
На нашем рынке представлены САПР как российских, так и зарубежных разработчиков.
Автоматизация производственных процессов — сложное и ответственное дело, требующее привлечения специалистов из различных областей (администраторы, конструкторы, технологи, сотрудники IT-сферы). Как прокомментировал Л. С. Денисов, к сожалению, в этом вопросе мы пока отстаем от ведущих зарубежных стран. А ведь автоматизация позволяет повысить качество и производительность выпускаемой продукции. Человек же на автоматической работе выступает наладчиком, контролером и — изобретателем…