ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОВ

В.Н. ЕРЕМИН

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЙ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Учебное пособие

Иваново 1992

УДК 621.7

В пособии дается систематизированное представление о технологии производства продукции на предприятиях металлургического и машиностроительного комплексов, рассматривается дальнейшее совершенствование процесса производства при его автоматизации.

Пособие предназначено для студентов экономических факультетов вузов, специализирующихся по дисциплине «Экономическая информатика и автоматизированные системы управления».

Научный редактор

доктор технических наук К.М. Пирогов

(Ивановский государственный университет)

Рецензенты:

кафедра организации и планирования производства Ивановского текстильного института;

профессор кафедры технологии роботизированного производства и машиностроения Ивановского энергетического института В.В. Подгорков;

методическая комиссия экономического факультета Ивановского государственного университета (рецензент профессор Е.Г. Гинзбург).

Творческое объединение «Реформа»

Предисловие

Данное учебное пособие предназначается студентам первого курса экономических факультетов вузов, обучающихся по специальности "Экономическая информатика и автоматизированные системы управления" по дневной форме и изучающих специальный курс "Основы технологий отраслей промышленности". В пособии излагается основная часть теоретического курса вышеназванной дисциплины, в то же время пособие будет полезно студентам для самостоятельной подготовки к практическим и лабораторным занятиям.

Необходимость написания данного пособия объясняется тем, что практически отсутствует учебная литература, знакомящая студентов-экономистов с минимально необходимым уровнем знаний о системах технологий изготовления изделий в металлургии и машиностроении. Имеющиеся учебники перегружены излишней для экономистов информацией, в то же время мало связаны с экономикой предприятия. Устранить эти недостатки и стремится данное учебное пособие. Не претендуя на полноту изложения всех актуальных проблем, связанных с автоматизацией производства, автор попытался осветить основные ее направления: роботизация, гибкие производственные системы, роторные линии, роторно-конвейерные комплексы и т.п., а также раскрыть в доступной форме понятия научно-технического прогресса и научно-технической революции.

Структура данного пособия позволяет последовательно ознакомиться с технологией изготовления изделий в металлургическом и машиностроительном комплексах, а также дает основные сведения о применяемых машинах, станках, оборудовании, оснастке, инструменте. Дается краткий экономический анализ предприятий этих, комплексов, протекающих на них процессах, а также экономическая эффективность автоматизации производства. Особое внимание в пособии уделено анализу трех ступеней автоматизации: частичной, комплексной и полной. Пособие насыщено большим количеством фактической информации являющейся результатом исследования автора по проблемам управления качеством продукции, а танке информацией монографий/диссертаций, научных отчетов, статейи томуподобной литературы, изученной автором в процессе подготовки данного пособия.

Автор выражает глубокую благодарность старшему преподавателю экономического факультета Ивановского госуниверситета Ключниковой Н.А.за оказание помощи в подготовке материалов для данного пособия.

Введение

Слово "технология" происходит от двух греческих слов: "технос" - искусство, мастерство, умение, ремесло, и "логос" - наука, учение. Следовательно, дословно "технология" - наука о ремеслах, наука о промышленности.

Технологией называют науку, изучающую способы и процессы получения и переработки продуктов природы в предметы потребления и средства производства.

Технология как наука о способах и методах переработки сырья возникла в связи с развитием крупной машинной промышленности. Конечно же и до этого периода существовали различные методы и способы переработки сырья в изделие, только в условиях ремесленного и на начальной стадии промышленного производства невозможно было всё многообразие этих технологий объединить в единую научную систему. В известной мере о производстве изделий в тот период можно говорить как об искусстве (изготовление клинков из дамасской стали, изразцов азиатских мечетей и т.п.).

К настоящему времени технология выросла в самостоятельную отрасль знаний, накопила обширный теоретический и опытный материал, что позволило ей превратиться из описательной в точную науку. Временная технология широко использует, для совершенствования производственных процессов достижения физики, химии, механики, материаловедения, теплотехники, кибернетики, экономики, организации и планирования производства. Такое взаимопроникновение технических и экономических наук в современном промышленном производстве требует, в свою очередь, от специалистов интеграции своих профессиональных знаний: технологи должны владеть основными экономическими знаниями, а экономисты усвоить необходимую сумму технических знаний. Только разносторонняя профессиональная подготовка и широкий кругозор специалистов могут способствовать ускорению научно-технического прогресса (НТП) в промышленности

В рамках подготовки реформы высшей школы в 1966 году в "Экономической газете" была развернута дискуссия на тему "Профессия - экономист". Обсуждались вопросы подготовки экономистов для народного хозяйства. На страницах газеты выступали будущие экономисты-студенты высших учебных заведений, молодые специалисты, ветераны советской экономики, ученые и преподаватели. И во многих выступлениях красной нитью проходила мысль о том, что "экономист, слабо знающий основы производственного процессе, в наше время, когда организация, планирование и управление призвано стать рычагом интенсификации производства, не сможет работать с полной отдачей"

Часто из бесед с экономистами промышленных предприятий можно услышать, что им очень не хватало, особенно на первых порах, знания производства, сути технологических процессов.

Задача предлагаемого курса состоит в изучении и выборе оптимальных видов технологических процессов, сырья, энергии, топлива, в определении эффективных направлений НТП на предприятиях металлургического и машиностроительного комплексов. Будущим экономистам необходимо научиться анализировать имеющуюся технологию, усвоить основные технико-экономические показатели производственных процессов, ознакомиться с основными видами оборудования и оснастки, технологическими процессами, необходимо научиться производить элементарные технологические расчеты обработки заготовок на металлорежущем оборудовании и т.п.

Чтобы четко определить место технологии во всей системе социальных отношений, необходимо исходить из взаимовлияния технических, экономических, социальных и политических факторов.

Важная роль в жизни общества принадлежит технике и технологии, которые являются ядром всей технической системы. Но главными определяющими стимулами развития технологии являются экономические, производственные потребности общества. Экономические отношения накладывают свой отпечаток на развитие техники, либо давая ему простор, либо сдерживая его в определенных границах. В свою очередь социальное воздействие техники на общество идет прежде всего через повышение производительности труда, через специализацию средств труда, которая служит технической основой разделения труда, и, наконец, путем замещения техническими средствами трудовых функций человека. Это социальное воздействие техники можно проследить на изменении, условий труда и быта людей, на её влиянии на мировоззрение человека, его психологию, мышление и т.д.

Всё возрастающей значение технологии в современном мире очень точно отметил академик Б.А. Легасов, охарактеризовав современное состояние индустриального общества как технологический кризис, и что только новый этап научно-технической революции, технологический, сможет преодолеть его. Исходя из этого первейшими задачами технологии в настоящее время является существенное снижение ресурсо- и энергоемкости. Однако, обращая внимание на низкий уровень этих показателей большинства отечественных технологий, академик В.А. Легасов отмечает, что "даже у лучших западных технологий показатель расхода энергии превышает теоретический: для стали в 4 раза, для алюминия в 6 раз, для цемента, в 5 раз, для бумаги в 125 раз, для переработки нефти в 9 раз. Данные примеры показывают, насколько современная технология далека от идеала, какие огромные резервы есть для её улучшения" [19, с. 3].

Наряду с технологией вообще особенно актуальными на современном этапе развития нашей страны являются технологические проблемы в металлургии и машиностроении. Приоритетность этих народнохозяйственных комплексов в условиях ускорения НТП для решения нашихсоциально-экономических задач неоднократно подчеркивалась в годы двенадцатой пятилетки в решениях правительства СССР.

Значимость машиностроения и металлообработки в нашей стране ярко иллюстрируют следующие показатели (данные по результатам 1987 года); производственные фонды отрасли составляли 21 процент промышленных основных фондов страны; здесь производилось более 25 процентов всей промышленной продукции; по объему производства продукции машиностроения СССР занимал второе место в мире; машиностроительная промышленность включала в себя 18 отраслей. Однако потребность в машиностроительной продукции в настоящее время в ряде отраслей народного хозяйства удовлетворена пока лишь на 40-60 процентов. Остро стоит вопрос о качестве продукции машиностроения. Из созданных в 1987 году 2700 новых наименований продукции только 9 процентов превышали мировой уровень.

Машиностроение - ключевая отрасль народного хозяйства, в которой в первую очередь реализуются новейшие достижения НТП. Именно машиностроение материализует идеи, открытия и изобретения, важнейшие результаты фундаментальных и прикладных наук. Поэтому в высокоразвитых промышленных странах машиностроение, как правило, развивается более быстрыми темпами, чем другие отрасли народного хозяйства.

Анализ развития мирового машиностроения показывает, что в последние десятилетия сформировались следующие устойчивые тенденции его развития:

I. Непрерывно увеличивается многообразие машин по назначению, конструкции и принципам действия. Наряду с развитием производства традиционных машин, увеличивается удельный вес выпуска новых видов контрольно-испытательных, вычислительных, управляющих машин; все большее значение приобретают автоматизированные системы и комплексы машин; повышается доля технологического оборудования для нужд самого машиностроения.

2. Постоянно возрастает функциональное совершенство машин, что, как правило, влечет за собой усложнение их конструкции с соответствующим ростом удельной трудоемкости проектирования и изготовления, себестоимости и цены. В этих условиях всё более важной задачей становится обеспечение высокой экономической эффективности использования потребителем новых более дорогих машин.

3. Всё более высокими и жесткими становятся требования к качеству машин, включая их производительность, безотказность, долговечность, удобство эксплуатации и ремонта, экологические характеристики, внешнюю отделку и т.п.

4. Ускорились темпы повышения организационно-технического уровня технологической подготовки и самого машиностроительного производства.

5. Постоянно повышаются требования к квалификации руководителей, специалистов, рабочих, что вызывает необходимость систематического её повышения для быстрого освоения новой техники и технологии.

6. Происходят заметные изменения и в условиях эксплуатации и применения машин - всё более широкое распространение получает передача части функций сервисного обслуживания, ремонта и модернизации машин от потребителя к производителю. Высокий уровень обслуживания машин, находящихся в эксплуатации, со стороны поставщика - важный элемент обеспечения конкурентоспособности новой техники [1, с.41].

Оценивая в целом уровень технологической базы отечественного машиностроения, необходимо отметить, что здесь накопилось много нерешенных научно-практических и организационных проблем, которые тормозят развитие и переоснащение машиностроительного комплекса страны.

I. Материало- и энергоемкость, а в целом и затратность многих технологических процессов, используемых на практике, существенно уступают мировым аналогам. В конце 80-х годов затраты на единицу продукции в СССР были больше, чем в США по стали в 1,9 раза, электроэнергии в 1,2 раза, нефти в 2 раза. Удельный вес поковок в объеме кузнечных заготовок у нас в стране составлял до 30 процентов, в США - 5-7 процентов, доля выпуска точных заготовок, изготовляемых прогрессивными методами пластической деформации, составляла соответственно 15 и 50-60 процентов; доля выпуска отливок из высокопрочного чугуна в СССР составляла 2-5 процента, в США - 20-21 процент, в ФРГ - 19-20 процентов, а в Японии - 26-27 процентов; применение процессов скоростной обработки резанием в общем объеме обработки у нас было равно 3-4 процента, в США и Японии,- 10-12 процентов, выпуск инструмента с неперетачиваемыми твердосплавными пластинами, в общем объеме выпуска металлорежущего инструмента у нас составлял 2,6 процента, а в США, ФРГ, Японии - 20-25 процентов; с износостойкими покрытиями у нас - 8 процентов, в США, ФРГ, Японии - 55-60 процентов [26, с.5].

2. В машиностроении СССР производительность труда была ниже, чем в США и Японии в 2-4 раза (в зависимости от отрасли).

3. Следует также признать, что большая часть нашей машиностроительной продукции неконкурентоспособна из-за низкого уровня качества на мировом рынке. "Надежность" нашей электроники можно проиллюстрировать следующими, общеизвестными фактами: каждый третий телевизор в течение гарантийного срока выходит из строя (в Англии этот показатель установлен в 1-2 процента), гарантированная наработка до первого отказа у некоторых отечественных систем для обрабатывающих центров 46 часов (аналогичные системы западных фирм гарантируют работу до первого отказа в течение трех лет).

4. Добавим сюда и охрану окружающей среды, которой раньше в машиностроении не придавалось должного значения. Сегодня в мире это одна из главных проблем, и многие страны прикладывают значительные усилия для того, чтобы сделать технологические процессы экологически чистыми.

5. Ещё одна проблема - повсеместно бытующий принцип подготовки технологии под имеющееся оборудование, когда НТП требует оптимальных технологических процессов, реализуемых на специальном оборудовании.

6. Существует серьезная диспропорция в уровне автоматизации технологических процессов. Есть определенные достижения в автоматизации сварочных работ, электронизации техники, в то же время сборочные процессы, и особенно в электротехнике, приборостроении, станкостроении осуществляются в основном вручную, не говоря уже о вспомогательном и ремонтном производствах.

7. Серьезным недостатком является низкий уровень эксплуатационной технологичности изделий. Интересы потребителя, эксплуатирующего технику, мало волновали технологов. А так как в цикле "разработка - производство - эксплуатация" от 90 до 95 процентов всех затрат приходится на эксплуатацию, то можно сделать вывод о том колоссальном ущербе, который наносится экономике страны низкой эксплуатационной технологичностью.

8. В качестве важнейшего недостатка следует назвать низкий уровень специализации и кооперирования производства, характеризующийся недостаточно развитой сетью специализированных предприятий и производств, выпускающих заготовки (отливки, штамповки), изделия общемашиностроительного применения (крепежные детали, арматуру, пружины, шестерни, редукторы и т.п.), изделия из резины и пластмасс, инструмент и технологическую оснастку. Это вынуждает машиностроительные заводы изготовлять перечисленные изделия собственными силами, создавая для этого маломощные, неэффективные цехи и участки, а качество сложных машин определяется и качеством их комплектующих. Именно в этой области сложилась основная конкуренция на мировом рынке, которая привела к тому, что комплектующие изделия сегодня, как правило, создаются и производятся на узкоспециализированных предприятиях высокого технического уровня, что и обеспечивает максимальную эффективность машиностроения (вместе с широкой общей кооперацией предприятий) [2, с.48].

Исходя из анализа сложившегося положения в машиностроительном комплексе страны, предлагаются следующие направления его развития.

В девяностые годы машиностроение вступило как приоритетный комплекс народного хозяйства, причем намечалось опережающее развитие таких отраслей машиностроения, как станкостроение, производство вычислительной техники, приборостроение, электротехнической и электронной. Почему именно этим пяти отраслям отдавали приоритет в ряду всех восемнадцати, из которых состояла машиностроительная промышленность страны? Да потому, что именно эти отрасли должны были перевооружить все машиностроительные предприятия, что и послужило бы толчком к ускорению НТП в промышленности, а затем и в народном хозяйстве в целом. При этом необходимо добиваться изменения пропорций в сторону увеличения доли оборудования для получения точных заготовок и проведения финишных операций с соответствующим сокращением доли металлорежущего оборудования для грубой обработки.

Необходимо повысить обновление активной части основных производственных фондов машиностроения в среднем до 15-20 процентов в год. В 80-е годы обновление составляло 1,8 процента в год! Если такими темпами обновлять производственные фонды, то только более чем через 50 лет мы заменим устаревшее оборудование. До сих пор назначенные ресурсы на основные виды оборудования равны 13 годам, в то время как за рубежом от двух до трех-пяти, максимум до семи лет. В США замена активной части основных фондов (станки, машины, оборудование) в семидесятые годы происходила за 15-17 лет, в восьмидесятые - уже за 7-8 лет. В Японии в период "экономического бума" (конец шестидесятых начало семидесятых годов) активная часть основных фондов заменялась каждые 4 года. Требуется "сократить в 3-4 раза сроки разработки и освоения новой техники" [22,с.21]. Существовавший в восьмидесятые годы срок разработки в 8-12 лет, характерный для многих машиностроительных отраслей, предприятий и организаций, тормозил развитие народного хозяйства. Необходимо переходить на комплексно-совмещенный метод проектирования, применяемый на ИСПО (Ивановском станкостроительном производственном объединении), который позволяет создавать новое оборудование за 1-1,5 года.

Важный вопрос - создание широкой сети высокой снащенных, мобильных производств для изготовления компонентов и систем общемашиностроительного применения как государственных, так и основанных на новых формах хозяйственной деятельности; арендных, кооперативных и частных. Это сопряжено с переходом на мировые стандарты и нормы, что позволит заложить основу рационального решения вопросов сервиса конечной продукции и совместимости компонентов общемашиностроительного применения с требованиями внешнего рынка. В то же время небольшим предприятиям будет не под силу разрабатывать собственные современные технологии, процессы и оборудование. И здесь свою роль могут играть технологические организации, работающие на принципах инжиниринга, т.е. оптимизации производственных процессов по технико-экономическим параметрам, сдающие готовые технологические комплексы с оптимальным набором оборудования "под ключ" и с необходимой подготовкой кадров. По такому пути уже давно идут многие западные страны[26, с.7].

Следует шире привлекать передовые иностранные фирмы к участию в техническом перевооружении производственного аппарата машиностроения путем организации совместных консорциумов, ассоциаций, предприятий, включая создание прогрессивного технологического оборудования для изготовления точных заготовок и проведения прецизионной финишной обработки изделий, микроэлектронных компонентов и систем управления, новых конструкционных материалов, сборочной, контрольно-измерительной и испытательной техники, а также средства автоматизации; гибкие переналаживаемые производства и системы автоматизированного проектирования, автоматические линии, многооперационные станки с ЧПУ, робототехнические, роторные и роторно-конвейерные комплексы.

Как влияет уровень автоматизации и роботизации производства на рост производительности труда показывает сопоставление данных двух предприятий. Волжский автомобильный завод, передовое предприятие нашего машиностроения, при 60 тыс. работающих выпускает в год 700 тыс. автомобилей. Автомобильный завод Японской фирмы "Тойота" при 2 тыс. работающих, которым "помогают" 220 роботов, выпускает в год 200 тыс. автомобилей. С учетом более высоких качественных характеристик "Тойоты" по сравнению с "Жигулями" производительность труда выше на этом предприятии в 30-50 раз! Правда, нужно учесть, что завод фирмы "Тойота" - это сборочное предприятие, в отличие от ВАЗа.

К концу одиннадцатой пятилетки а СССР было 40000 промышленных роботов, но еще нужно учесть, что из них работало только 60 процентов, т.е. около 24 тысяч. Остальные находились на складах (неустановленное оборудование), в учебных аудиториях и мастерских. Для сравнения, в Японии к 1987 году в промышленности действовало около 10 тыс. промышленных роботов. Количество обрабатывающих центров с 1977 по 1982 годы возросло - в Японии в 7,5 раз, в США - в 2,5 раза, в ФРГ - в 1,48 раза. В 1982 году в мире функционировало 240 гибких производственных систем, из них 100 в Японии [4, с.5].

В составе технологий будущего планируется:

– разработка принципиально новых методов формообразования изделий с использованием энергий высокой плотности, сверхвысоких давлений и скоростей, сверхпластичности металлов и сплавов, послойного их синтеза;

– разработка методов получения поверхностей с заданными свойствами путем имплантирующего, электрофизического, лазерного, пленочного упрочения деталей, совмещение технологических процессов во времени и пространстве, одновременная обработка на одном операционном поле.

Мировой опыт показывает, что современное прогрессивное машиностроительное предприятие должно обладать следующими основными чертами.

Прежде всего, это ориентация не столько на имеющиеся возможности, что было и пока остается у нас, сколько и, главным образом, на рынок. Высокая производительность труда и оборудования, экономное расходование всех видов материальных ресурсов безусловно относятся к числу важных и непременных черт прогрессивного предприятия так же, как и экологическая чистота производства и его продукта при высоком уровне условий и безопасности труда. Но главная черта прогрессивного предприятия сегодня - это гибкость его производства, то есть способность в любое время прекратить выпуск продукции, теряющей спрос, и в короткие сроки организовать прибыльное производство новых машин с улучшенными потребительскими свойствами.

Глава I

ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОВ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: