Такой автомат действительно приобретает в значительной мере те свойства, которыми обладает система, состоящая из универсального станка и высококвалифицированного станочника, — приобретает универсальность. А производительность этого автомата несравненно выше — он не утомляется, не отвлекается, ему не надо «привыкать» или «переучиваться» при переходе от обработки одного изделия к обработке другого.
Цифровые методы автоматизации как нельзя лучше отвечают двум сформулированным ранее принципам. Они не только обеспечивают экономию дорогостоящего ручного труда, они обеспечивают удовлетворение все растущих требований к разнообразию продукции машиностроительного производства — разнообразию, которое, в свою очередь, диктуется все растущими потребностями в отношении разнообразия потребительских благ.
Станки и оборудование с цифровым управлением эффективно решают одну из важнейших задач автоматизации машиностроительного производства. Вот почему созданию этих систем уделяется такое внимание как у нас в стране, так и за рубежом.
У читателя может возникнуть естественный вопрос: а как быть с программами, откуда их брать?
Станки с цифровым управлением — детища электронных цифровых вычислительных машин ЭВМ. ЭВМ берут на себя львиную долю труда при подготовке программ, и только благодаря этому идея цифрового управления машинами могла быть воплощена в жизнь. Как участие человека в работе обычных станков сделало их универсальными, так «участие» электронных вычислительных машин сделало универсальными автоматы с цифровым управлением.
Четверть века назад была начата их разработка. Лет пятнадцать назад первый этап создания станков нового типа был более или менее завершен. В 1960 году во всем мире насчитывалось, вероятно, не больше 200–300 станков с цифровым управлением. В 1962 году в США находилось в эксплуатации 1500 станков с цифровым управлением, в 1964 — свыше 4000, в 1967 — 10 000, к настоящему времени свыше четверти всех выпускаемых станков оснащается системами цифрового управления. Эта картина широкого развертывания фронта работ в области цифровой автоматизации характерна не только для США и нашей страны, но и для ряда других высокоразвитых стран. Именно она и определила одно из важнейших направлений в области научно-технического прогресса за истекшую четверть века. Но, как ни много уже достигнуто в этой области, сделаны лишь первые шаги. Возможности методов и средств цифровой автоматизации не только не исчерпаны, их применение фактически только еще началось. Можно с уверенностью сказать, что в 2000 году инженеры и технологи на наше оборудование с цифровым управлением, на его современные возможности и широту использования будут смотреть примерно так же, как современные авто- и авиастроители смотрят на первые автомобили и аэроплан братьев Райт, то есть с доброй и насмешливой улыбкой.
Предстоящая четверть века будет характеризоваться в первую очередь гигантским количественным скачком в области производства станков и машин с цифровым управлением, расширением их типажа и номенклатуры. Станки типа так называемых «обрабатывающих центров», оснащенные целыми наборами режущего инструмента, включающими десятки резцов, сверл, метчиков, разверток и т. д., могущих без перестановки заготовки выполнить над ней по заданной программе десятки различных операций, высокоточные и высокопроизводительные станки для изготовления самых сложных деталей и изделий из легких сплавов и из высоколегированных сталей, для механической обработки, для газовой резки и штамповки. Подобное оборудование сейчас разрабатывается, уже имеется на производстве и будет строиться многими тысячами.
Но главное, конечно, не в этом количественном скачке, неизбежность которого очевидна сейчас.
Цифровая автоматизация, пусть пока очень робко, но уже захватывает самые различные звенья технологического процесса.
Технологический процесс машиностроительного производства — это не только обработка деталей. Это длинная цепь операций и действий, включающая самые различные этапы: и непосредственно разработку самого процесса, и выборы оптимальных режимов резания, и распределение припусков на обработку деталей, и контроль заготовок перед обработкой, и контроль обработанных деталей, и сборку изделий.
Сейчас выполнение многих из этих процедур требует применения человеческого труда — труда квалифицированного и в больших количествах. В ближайшей перспективе этот живой труд должен быть и будет заменен системами, действующими на «цифровых механизмах».
На нескольких примерах попытаемся показать читателю новые идеи, принципы их применения, которые сегодня разрабатываются и совершенствуются, а в недалеком будущем получат широкое применение в машиностроительном производстве.
Программу для станков с цифровым управлением считает ЭЦВМ. Все данные для подготовки программы сегодня задает человек. Первое, второе, третье, сотое изделие станок обрабатывает по одной и той же программе.
Хорошо, если человек может составить программу так, чтобы получить от станка максимум того, на что этот станок способен в отношении точности и производительности. Было бы хорошо, если бы программист и технолог знали, как будут деформироваться станок, инструмент и изделие в процессе обработки (а такие деформации происходят обязательно). Хорошо, если бы они смогли предсказать, как с течением времени будут изнашиваться резец, фреза или какой либо другой режущий инструмент (а износ инструмента происходит в процессе работы непрерывно). Хорошо, если бы им было известно, как по мере работы разогреваются узлы станка и каково в результате этого нагревания влияние температурных деформаций на результаты работы машины. Вот если бы они все это могли предвидеть и учесть в программе, тогда бы десятое и сотое изделие на станке было бы обработано оптимальным образом. Но ни технолог, ни программист всех этих подробностей не знают сегодня, не будут знать завтра, ни, вероятно, даже в отдаленном будущем. Да и особой необходимости в том, чтобы все это знать во всех подробностях, наверное, не будет.
Создающиеся сейчас так называемые самонастраивающиеся, или адаптивные, системы обеспечат работу станков в оптимальном режиме без вмешательства человека. Они будут уметь накапливать, обрабатывать и использовать информацию для достижения наилучших результатов. Системы специальных измерительных устройств и датчиков, собирающие данные о том, как протекает реальный технологический процесс, как деформируются станок, изделие, режущий инструмент, как изнашивается инструмент и как разогревается вся система, специальные вычислительные устройства, обрабатывающие эту информацию, дадут возможность автоматически корректировать ту исходную программу, которую автомат получил от технолога.
Другими словами, человек как бы задаст автомату цель. А как достичь этой цели, тот научится сам, с помощью искусственных органов чувств и цифровых механизмов. Только первое изделие из партии автомат обрабатывает по программе, заданной человеком. Потом, начиная с этого момента, он начнет накапливать и учитывать опыт работы, совершенствовать программу, обрабатывая второе, третье и последующие изделия с предельной точностью либо в максимальном темпе, либо с наивысшей экономичностью.
Естественно, что тот или иной из этих критериев, которым должен «руководствоваться» автомат в процессе работы, также задает человек. Но весь процесс поиска и настройки на оптимальную реализацию программы, вся та процедура, которая практически неосуществима традиционными методами, то есть на универсальных станках и с участием пусть даже высококвалифицированных операторов, будет выполняться в автоматическом режиме, обеспечивая высокие точности, производительность, экономичность.
Первые опыты по созданию и применению адаптивных систем цифрового управления станками уже проведены. Эти опыты показали высокую эффективность применения такого качественно нового вида оборудования. Несомненно, что в будущем оно получит широкое практическое внедрение.
Но вот изделие обработано по программе. Как убедиться в том, что оно обработано правильно, отвечает во всех подробностях чертежу, заданному конструктором?
Конечно, когда это изделие напоминает простой валик или шайбу, то задача может быть решена сравнительно просто. Если оно выпускается многотысячными, миллионными или миллиардными тиражами, то достаточно поставить специализированные высокопроизводительные контрольные автоматы; в других случаях выгодно обойтись универсальным измерительным инструментом.
Ну а как быть, если изделия обладают сложной конфигурацией, если они становятся все более разнообразными, требования к их точности все повышаются, а сроки изготовления сокращаются и если к тому же недостаточно измерить на этих изделиях 2–3 размера, а необходимо иметь картину точности обработки всех их поверхностей?
Применение традиционных методов контроля, предусматривающих изготовление специальных шаблонов, эталонов, привлечение высококвалифицированных контролеров сопряжены с большими затратами ручного труда, времени и средств, а строить специализированные автоматы для контроля таких изделий так же бессмысленно, как строить специализированные автоматы для их обработки.
Так наметилась еще одна качественно новая область применения техники цифрового управления — контрольные автоматы.
По принципу действия эти машины напоминают станки с цифровым управлением. Только вместо обрабатываемой заготовки на них устанавливаются измеряемые изделия, а вместо режущего инструмента — измерительный орган.
Технолог намечает на изделии все те участки, которые подлежат измерению; программист составляет соответствующую программу. Затем контролируемое изделие устанавливается в исходное положение, и автомат пускается в ход.
Измерительный орган скользит вдоль измеряемых поверхностей. Если эти поверхности выполнены неточно, измерительный орган, а за ним и приборы автомата регистрируют все отклонения. Как только вся программа «проиграна» — готов документ, зафиксировавший с высокой степенью точности всю картину обработки изделия.