Модернизация оборудования металлообработки для повышения эффективности производства

  Даже при высоком спросе со стороны потребителей российские металлообрабатывающие предприятия сейчас функционируют в условиях высокой конкуренции, строгого отношения к срокам выполнения заказов и возросших требований к качеству готовой продукции. Для выполнения запросов клиентов металлообрабатывающие заводы вынуждены искать экономически обоснованные методы повышения эффективности технологических процессов металлообработки. Одним из наиболее действенных инструментов является модернизация имеющегося оборудования.

  Причин, которые подталкивают к модернизации, достаточно много, а именно:

• Во-первых, естественный физический, моральный износ оборудования, в том числе советского производства. Известно, что со временем снижается точность выполнения операций, увеличиваются затраты на обслуживание, ремонт. Отдельные узлы становятся менее надёжными, требуют более частого обслуживания.
• Во-вторых, технологический прогресс, клиенты формулируют новые, более сложные требования к производству деталей, например:
     - выполнить обработку новых материалов с иными механическими характеристиками,
     - обеспечить повышенную точность обработки,
     - сократить время выполнения заказа.
• В-третьих, ужесточаются требования безопасности, охраны здоровья персонала, а также усиливаются требования по снижению негативного воздействия предприятий на окружающую среду. Это также побуждает руководителей приступить к обновлению производства.

  Не стоит забывать, что необходимость улучшения оборудования диктуют как рост себестоимости продукции при использовании устаревших технологий, так стремление к снижению общепроизводственных затрат. Проведение модернизации функционирующего оборудования приносит предприятиям ряд существенных преимуществ:

1. увеличение скорости, точности обработки изделия;
2. снижение процента брака;
3. увеличение энергоэффективности производства;
4. уменьшение затрат на обслуживание станков;
5. уменьшение себестоимости готовой продукции;
6. повышение надёжности технологических процессов;
7. уменьшение негативного воздействия на окружающую среду;
8. снижается зависимость от человеческого фактора.

  Как итог этих преимуществ предприятие при тех же основных фондах может:

1. увеличить объёмы выпуска продукции,
2. расширить ассортимент продукции,
3. усилить свои конкурентные преимущества,
4. обеспечить дальнейшее стабильное развитие,
5. увеличить рентабельность производства.

 

Направления модернизации оборудования металлообработки

  Модернизация оборудования металлообработки может проводиться в нескольких направлениях, от которых в итоге зависит эффективность полученного результата. Среди наиболее популярных подходов можно выделить:

• полную замену, требующую существенных капитальных затрат,
• замена отдельных устаревших узлов, компонентов,
• повышение уровня автоматизации,
• внедрение цифровых подсистем управления.

  Как было отмечено выше, на практике используются различные варианты обновления, которые различаются как по объему решаемых задач, так по сложности и стоимости. Частичная модернизация предполагает замену отдельных компонентов или подсистем, например, приводов, ЧПУ или гидравлики, что позволяет повысить надежность и точность без полной замены. Полная модернизация включает капитальный ремонт станка с последующим оснащением современными АСУ и новым программным обеспечением. Кроме того, часто применяется функциональная модернизация, когда оборудование дополняется новыми узлами, расширяющими его технологические возможности, например, установкой дополнительных осей, систем автоматической смены инструмента или роботизированными манипуляторами.

  Отдельное внимание в процессе обновления уделяется комплексам для резки металла, так как именно от точности, качества резки зависит качество последующих этапов обработки. Современные решения в этой области включают внедрение лазерных, плазменных, гидроабразивных комплексов с числовым программным управлением. Такие комплексы обеспечивают высокую скорость и точность резки, позволяют обрабатывать материалы различной толщины, конфигурации с минимальными отходами. Наибольшую выгоду приносит интеграция АСУ раскладки материала и оптимизации реза.

  При оценке целесообразности улучшения отдельных элементов, компонентов АСУ необходимо обращать внимание на техническое состояние таких узлов, как:

 

• приводы и пусковая аппаратура,
• системы безопасности,
• логические устройства,
• человеко-машинный интерфейс, к которому в самом простом случае относятся кнопки и сигнальные лампы,
• кабельная продукция,
• программное обеспечение.

  Особую роль в модернизации играют станки с числовым программным управлением. Комплексное улучшение таких станков включает большинство указанных выше мероприятий, а именно замены:

1. устаревших систем ЧПУ на современные контроллеры,
2. установку новых приводов,
3. актуализацию подсистемы безопасности,
4. улучшение эргономики рабочих мест,
5. обновление программного обеспечения,
6. внедрение систем автоматического контроля параметров обработки.

 

  Указанный комплекс мероприятий позволяет повысить производительность станков, обеспечить стабильное качество выпускаемых изделий, сократить количество отказов. Необходимо учитывать, что обновление систем ЧПУ позволяет минимизировать:

• негативное влияние человеческого фактора,
• сократить время переналадки,
• повысить скорость обработки деталей без потери качества.

 

Преимущества и состав работ для улучшения станков и прессов

  Улучшение работы отдельных станков, прессов является важным направлением повышения эффективности металлообрабатывающего производства. Среди основных преимуществ таких мероприятий:

• увеличение производительности,
• уменьшение доли ручного труда,
• повышение точности, стабильности операций,
• снижение затрат на обслуживание, ремонт.

  В состав работ по модернизации указанного оборудования входят:

1. замена изношенных узлов, агрегатов,
2. обновление систем привода,
3. внедрение АСУ,
4. установка новых подсистем безопасности,
5. дооснащение отдельными средствами автоматизации, роботизации.

  Это позволяет не только продлить срок службы техники, но также адаптировать её к современным требованиям.

  Особое внимание при модернизации металлообрабатывающих станков уделяется обновлению системы управления, от которой напрямую зависят точность, производительность, надёжность. В состав таких работ входят:

• демонтаж устаревших блоков управления,
• установка современных числовых программных контроллеров или промышленных компьютеров,
• интеграция новых датчиков положения, скорости, нагрузки.

  Дополнительно проводится замена электрических шкафов, кабельных линий, программного обеспечения с внедрением современных алгоритмов обработки. Это позволяет значительно повысить технологические возможности станка, сократить время переналадки, увеличить ресурс.

  В процессе модернизации пресса также особое значение имеет обновление АСУ, что позволяет повысить точность работы, сократить энергопотребление, минимизировать влияние человеческого фактора. Современные решения в этой области включают установку программируемых контроллеров с возможностью:

• задания различных циклов работы пресса,
• интеграции сенсорных панелей оператора,
• внедрения подсистем автоматического контроля усилия, положения, температуры,
• диагностики состояния,
• аварийного оповещения.

  Как результат, модернизация, основанная на внедрении ПЛК, обеспечивает более надёжную, безопасную эксплуатацию.

 

  Использование сервоприводов даёт дополнительные преимущества по сравнению с традиционными электроприводами, управляемыми частотным преобразователями. Сервоприводы используются, если необходимы:

1. высокая точность позиционирования,
2. быстрое реагирование на управляющие сигналы,
3. стабильная работа при переменных нагрузках,
4. возможность интеграции с современными системами управления.

 

  Применение сервоприводов в системах управления станков и прессов, как и частотных преобразователей, позволяет:

1. сократить время на выполнение операций,
2. снизить износ механических узлов,
3. повысить энергоэффективность производственного процесса.

  Это особенно важно для станков, работающих в интенсивном режиме с высокой повторяемостью операций.

 

  Как в системах управления станками, так и в АСУ прессов эффективное применение нашли программируемые логические контроллеры (ПЛК), востребованные при улучшении показателей оборудования. При помощи ПЛК возможна легкая настройка параметров работы пресса, программирование режимов и циклов работы, интегрирование в общую производственную сеть предприятия, в том числе связь с роботизированными комплексами.

 

Экономика модернизации систем управления в металлообработке

  Не стоит забывать, что модернизация АСУ в металлообрабатывающем производстве — это не просто техническое, технологическое усовершенствование оборудования, а экономически обоснованная процедура. Стоимость обновления систем управления станка или пресса значительно ниже цены приобретения нового станка или пресса. При этом получаемый экономический эффект формируется за счет:

• снижения количества, продолжительности простоев,
• увеличении скорости, точности операций,
• сокращении энергопотребления,
• уменьшения затрат на обслуживание, ремонт.

  Как видите, экономика за счет улучшения АСУ складывается не только из эффективного выбора направления, а также в результате:

• дальнейшего снижения эксплуатационных расходов,
• повышения производительности,
• расширения технологических возможностей.

  Перед началом работ по улучшению проводится оценка стоимости предстоящих мероприятий. Специалисты ООО «КУБТРОНИКС», например, анализируют:

• текущее состояние оборудования, включая уровень автоматизации, роботизации,
• технические характеристики оборудования, отдельных узлов,
• степень износа элементов,
• требования, предъявляемые заказчиком к функциональности, производительности, надежности, безопасности.

  Затем нами определяется перечень работ и необходимого оборудования: от клемм, пускателей, частотных преобразователей, сервоприводов до контроллеров, панелей оператора и прикладного программного обеспечения. На основе этих данных составляется смета, учитывающая стоимость нового оборудования, материалов, конструкторских, монтажных, наладочных работ, услуг по разработке программного обеспечения, а также последующее обучение персонала с сопровождением АСУ.

  Стоимость отдельных работ из указанного выше состава определяется их трудоемкостью, на которую влияет целый ряд факторов. Например, существенное влияние на трудоемкость оказывают:

1. текущее состояние,
2. сложность алгоритмов управления,
3. количество осей управления,
4. типы применяемых приводов, механизмов, датчиков,
5. объём дополнительных опций, таких как внедрение подсистемы диагностики, удалённого мониторинга,
6. необходимость адаптации новой АСУ с существующими SCADA- и MES-программами.

  Для обоснования целесообразности финансирования модернизации автоматизированных систем управления может выполняться расчёт срока окупаемости. В расчете сопоставляются итоговые затраты с ожидаемым экономическим эффектом от повышения производительности, снижения времени простоев, уменьшения затрат на ремонт и энергопотребление, увеличения выпуска продукции.