Механический цех или инженерная мастерская — это помещение, здание или компания, где выполняется механическая обработка , форма субтрактивного производства. В механическом цехе станочники используют станки и режущие инструменты для изготовления деталей, обычно из металла или пластика (но иногда и из других материалов, таких как стекло или дерево ). Механический цех может быть небольшим бизнесом (например, цехом по изготовлению деталей ) или частью завода , будь то инструментальный цех или производственная зона для производства . Конструкция здания, планировка помещения и оборудования различаются и являются специфическими для цеха; например, пол в одном цехе может быть бетонным или даже из утрамбованной земли, а в другом цехе полы могут быть асфальтовыми. Цех может быть с кондиционером или нет; но в других цехах может быть необходимо поддерживать контролируемый климат. У каждого цеха есть свои инструменты и оборудование, которые отличаются от других цехов количеством, возможностями и направленностью знаний.
Производимые детали могут быть конечным продуктом завода, который будет продаваться клиентам в машиностроении , автомобильной промышленности , авиационной промышленности или других отраслях. Это может включать в себя частую обработку индивидуальных компонентов. В других случаях компании в этих областях имеют собственные механические цеха.
Производство может состоять из резки , формовки, сверления , отделки и других процессов , часто связанных с металлообработкой . Станки обычно включают токарные станки по металлу , фрезерные станки , обрабатывающие центры, многоцелевые станки, сверлильные станки или шлифовальные станки , многие из которых управляются с помощью числового программного управления (ЧПУ). Другие процессы, такие как термообработка , гальванопокрытие или покраска деталей до или после обработки, часто выполняются на отдельном предприятии.
Механический цех может содержать некоторое сырье (например, пруток для обработки) и запас готовых деталей. Эти предметы часто хранятся на складе . Контроль и прослеживаемость материалов обычно зависят от руководства компании и обслуживаемых отраслей, стандартной сертификации предприятия и руководства.
Механический цех может быть капиталоемким бизнесом, поскольку закупка оборудования может потребовать больших инвестиций . Механический цех также может быть трудоемким , особенно если он специализируется на ремонте оборудования на основе производства поштучно , но производственная обработка (как серийная, так и массовая ) гораздо более автоматизирована, чем была до развития ЧПУ, программируемого логического управления (ПЛК), микрокомпьютеров и робототехники . Она больше не требует массы рабочих , хотя оставшиеся рабочие места, как правило, требуют высокого таланта и навыков . Обучение и опыт в механическом цехе могут быть как редкими, так и ценными.
Методология, такая как практика 5S , уровень соблюдения правил техники безопасности и использования средств индивидуальной защиты персоналом, а также частота технического обслуживания оборудования и строгость соблюдения чистоты в цехе, могут существенно различаться в разных цехах.
Первые механические мастерские начали появляться в 19 веке, когда промышленная революция уже давно шла. До промышленной революции детали и инструменты изготавливались в мастерских в местных деревнях и городах в небольших масштабах, часто для местного рынка. Первые машины, сделавшие возможной промышленную революцию, также были разработаны в подобных мастерских .
Производственные машины на первых фабриках строились на месте, где каждая деталь по-прежнему изготавливалась индивидуально, чтобы соответствовать. Через некоторое время эти фабрики открыли собственные мастерские, где ремонтировались или модифицировались части существующего оборудования. В те дни текстильная промышленность была доминирующей отраслью, и эти отрасли начали и дальше разрабатывать собственные станки.
Дальнейшее развитие в начале 19 века в Англии , Германии и Шотландии станков и более дешевых методов производства стали, таких как бессемеровская сталь , вызвало Вторую промышленную революцию , которая достигла кульминации в ранней электрификации фабрик, массовом производстве и производственной линии. Механический цех появился, как назвал его Бургхардт, «местом, в котором металлические детали разрезаются до требуемого размера и собираются вместе, образуя механические узлы или машины, машины, сделанные таким образом, чтобы использоваться напрямую или косвенно в производстве предметов первой необходимости и роскоши цивилизации». [1]
Рост числа механических цехов и их специфические производственные и организационные проблемы побудили ранних пионеров управления цехами , чьи теории стали известны как научный менеджмент . Одной из самых ранних публикаций в этой области была работа Горация Люциана Арнольда , который в 1896 году написал первую серию статей о «Современной экономике машинных цехов». [2] Эта работа простиралась от производственной технологии, методов производства и планировки завода до исследований времени, планирования производства и управления машинными цехами. Затем последовала серия публикаций по этим темам. В 1899 году Джошуа Роуз опубликовал книгу «Современная практика машинных цехов» о работе, конструкции и принципах работы машинного оборудования, паровых двигателей и электрических машин.
В 1903 году была опубликована «Энциклопедия современной цеховой практики» под редакцией Говарда Монро Рэймонда , и в том же году Фредерик Уинслоу Тейлор опубликовал свою работу «Управление цехом»; доклад был прочитан перед Американским обществом инженеров-механиков. Нью-Йорк. Тейлор начал свою карьеру в качестве рабочего в механическом цехе на сталелитейном заводе Midvale в 1878 году и прошел путь до бригадира механического цеха, директора по исследованиям и, наконец, главного инженера завода. В качестве независимого инженера-консультанта одним из его первых крупных заданий в 1898 году в Bethlehem Steel было решение дорогостоящей проблемы производительности механического цеха.
В 1906 году Оскар Э. Перриго опубликовал популярную книгу «Современный машинный цех, строительство оборудования и управление машинными цехами». Первая часть «Современного машинного цеха» Перриго (1906) была сосредоточена на физическом строительстве здания и представила модель машинного цеха. С помощью этой модели машинного цеха Перриго исследовал способ организации пространства на фабриках. [3] Это было не редкостью в его дни. Многие промышленные инженеры , такие как Александр Гамильтон Чёрч , Дж. Слейтер Льюис , Хьюго Димер и т. д., опубликовали планы некоторых новых промышленных комплексов.
Эти работы, среди прочего, были объединены в научное управленческое движение, о котором Тейлор в 1911 году написал свой знаменитый труд «Принципы научного менеджмента» , основополагающий текст современной организации и теории принятия решений , значительная часть которого посвящена организации механических цехов. [4] Внедрение новых режущих материалов, таких как быстрорежущая сталь , и лучшая организация производства путем внедрения новых научных методов управления , таких как планировочные доски (см. изображение), значительно повысили производительность и эффективность механических цехов. В течение 20-го века они еще больше возросли с дальнейшим развитием технологий.
В начале 20-го века питание станков по-прежнему осуществлялось с помощью механического ремня , который приводился в действие центральным паровым двигателем. В течение 20-го века электродвигатели взяли на себя питание станков.
По мере того, как материалы и химические вещества, включая смазочно-охлаждающую жидкость, становились все более сложными, постепенно росло понимание воздействия на окружающую среду. Параллельно с признанием постоянно существующей реальности несчастных случаев и потенциальных производственных травм сортировка отходов для переработки и утилизации отходов развивалась в области, связанной с окружающей средой, безопасностью и здоровьем. В регулируемых механических цехах это превратилось бы в постоянную практику, поддерживаемую тем, что стало бы дисциплиной, известной как EHS (для окружающей среды, здоровья и безопасности) или с похожим названием, например, HQSE, которая включала бы обеспечение качества .
Во второй половине 20-го века автоматизация началась с появления числового программного управления (ЧПУ) и числового программного управления (ЧПУ).
Цифровые приборы для контроля качества и проверки становятся широкодоступными, а использование лазеров для точных измерений становится все более распространенным в крупных цехах, которые могут себе позволить такое оборудование.
Дальнейшая интеграция информационных технологий в станки привела к началу компьютерно-интегрированного производства . Проектирование производства и производство были интегрированы в CAD/CAM , а управление производством стало интегрировано в планирование ресурсов предприятия .
В конце 20-го века внедрение промышленных роботов еще больше увеличило автоматизацию производства. Типичные области применения роботов включают сварку, покраску, сборку, захват и размещение (например, упаковка, паллетирование и SMT), осмотр продукции и тестирование. В результате этого внедрения механический цех также «был модернизирован до такой степени, что робототехника и электронное управление были введены в эксплуатацию и управление машинами». [5] Однако для небольших механических цехов наличие роботов является скорее исключением.
Машина — это инструмент, содержащий одну или несколько частей, которые используют энергию для выполнения предполагаемого действия. Машины обычно приводятся в действие механическими, химическими, термическими или электрическими средствами и часто моторизованы . Исторически сложилось так, что электроинструмент также требовал движущихся частей, чтобы классифицироваться как машина. Однако появление электроники привело к разработке электроинструментов без движущихся частей, которые считаются машинами. [6]
Обработка — это любой из различных процессов, в которых кусок сырья разрезается на желаемую конечную форму и размер с помощью контролируемого процесса удаления материала. Многие процессы, которые имеют эту общую тему, контролируемое удаление материала, сегодня известны как субтрактивное производство, в отличие от процессов контролируемого добавления материала, которые известны как аддитивное производство. Что именно подразумевает «контролируемая» часть определения, может варьироваться, но почти всегда подразумевает использование станков (в дополнение к просто электроинструментам и ручным инструментам).
Хотя не все механические цеха оснащены фрезерным обрабатывающим центром с ЧПУ , обычно они имеют доступ к ручному фрезерному станку.
Станок — это машина для формовки или обработки металла или других жестких материалов, обычно путем резки, расточки, шлифовки , резки или других форм деформации. Станки используют какой-либо инструмент, который выполняет резку или формовку. Все станки используют некоторые средства ограничения заготовки и обеспечивают направленное движение частей станка. Таким образом, относительное движение между заготовкой и режущим инструментом контролируется или ограничивается станком, по крайней мере, в некоторой степени, а не является полностью «экспромтом» или «свободной рукой».
Профессиональное управление запасами режущих инструментов происходит в основном на крупных предприятиях. Небольшие механические мастерские могут иметь более ограниченный ассортимент концевых фрез, шпоночных фрез, вставок и других режущих инструментов. Выбор сложности конструкции режущего инструмента, включая материал и отделку, обычно зависит от работы и цены режущего инструмента. В некоторых случаях стоимость изготовленных на заказ инструментов может быть непомерно высокой для небольшой мастерской.
В зависимости от отрасли и требований работы режущий инструмент может использоваться только для определенного типа материала, то есть режущий инструмент не должен контактировать с другой заготовкой, изготовленной из другого химического состава .
Не все механические цеха оснащены фрезерным станком, и не все механические цеха предназначены для выполнения фрезерных работ.
Некоторые механические цеха организованы лучше, чем другие, и некоторые места содержатся в чистоте, чем другие заведения. В некоторых случаях цех подметают за несколько минут до конца каждой смены, а в других случаях нет никакого графика или рутины, или цикл подметания и уборки более расслаблен.
Что касается станков, в некоторых местах уход и техническое обслуживание оборудования имеют первостепенное значение, и стружка (обычно называемая стружкой), образующаяся после обработки деталей, ежедневно удаляется, а затем станок продувается воздухом и протирается начисто; в то время как в других механических цехах стружка остается в станках до тех пор, пока не возникнет острая необходимость в ее удалении; второй случай нежелателен.
Остатки или остатки использованных материалов, таких как алюминий, сталь и нефть, среди прочих, могут быть собраны и переработаны, и обычно их можно продать. Однако не все механические цеха практикуют переработку , и не все имеют персонал, занимающийся обеспечением привычки разделения и хранения материалов отдельно. В более крупных и организованных операциях такая ответственность может быть делегирована отделу охраны здоровья, безопасности, охраны окружающей среды и качества (HSEQ).
Обеспечение качества , контроль качества и инспекция — термины, которые обычно используются взаимозаменяемо. Точность и правильность, которых необходимо достичь, зависят от нескольких определяющих факторов. Поскольку не все машины обладают одинаковым уровнем надежности и способностью выполнять предсказуемые готовые результаты в пределах определенных допусков , и не все производственные процессы достигают одинакового диапазона точности, то механический цех ограничен своей собственной надежностью в предоставлении желаемых результатов. Впоследствии, в зависимости от строгости, заявленной заказчиком, механический цех может быть обязан пройти проверку и валидацию даже до выдачи и подтверждения заказа.
В механическом цехе может быть выделена специальная зона для измерения и проверки деталей с целью подтверждения соответствия, в то время как другие цеха полагаются только на проверки, проводимые машинистами и изготовителями. Например, в некоторых цехах гранитная калиброванная поверочная плита может совместно использоваться разными отделами, а в других цехах токарные станки, фрезерные станки и т. д. могут иметь свою собственную или вообще не иметь ее.
Соблюдаемые стандарты, обслуживаемая отрасль, контроль качества и, в основном, тип практики в механическом цехе будут определять использование прецизионных контрольно-измерительных приборов и точность применяемой метрологии. Это означает, что не все механические цеха реализуют периодический интервал калибровки измерительных приборов. Не все механические цеха имеют одинаковый тип измерительных приборов, хотя обычно можно найти микрометры , штангенциркули с нониусом , гранитные поверочные плиты и т. д.
Частота и точность калибровки метрологических приборов могут различаться, и может потребоваться привлечение услуг специализированной третьей стороны. Кроме того, в некоторых случаях поддержание всех имеющихся в магазине приборов в калиброванном состоянии может быть обязательным условием, чтобы не выпасть из соответствия.
Расположение и ориентация машин важны. Предпочтительно, чтобы было сделано предварительное обдумывание расположения оборудования; вероятно, не так тщательно, как при изучении планировки завода , близость машин, типы машин, где принимается и хранится сырье, а также другие факторы, включая вентиляцию, принимаются во внимание для установления первоначальной планировки механического цеха. Схема маршрутизации и ежедневные операции могут диктовать необходимость перепланировки.
Прибыльность обычно является движущим фактором в отношении максимизации производства и, таким образом, эффективной настройки машин; однако, необходимо учитывать и другие критические факторы, такие как профилактическое обслуживание оборудования и безопасность на рабочем месте. Например, предоставление места для маневра техника позади обрабатывающего центра для проверки соединений и не размещение машины там, где она будет блокировать аварийный выход.
В некоторых магазинах есть клетки или комнаты, предназначенные для хранения определенных инструментов или расходных материалов; например, комната может быть выделена только для сварочных материалов, газовых баллонов и т. д.; или там хранятся принадлежности для уборки или другие расходные материалы, такие как шлифовальные диски. В зависимости от масштаба операции, управления и контроля эти зоны могут быть ограничены и заперты, или они могут быть укомплектованы сотрудником, например, дежурным по ящикам для инструментов; в других случаях складские помещения или клетки доступны для всего персонала. Однако не во всех магазинах есть ящики для инструментов или комнаты для хранения, и во многих случаях достаточно большого шкафа.
Кроме того, способ хранения ручных инструментов и предоставления их производителю или операторам зависит от того, как функционирует или управляется цех. Во многих случаях обычные ручные инструменты видны в рабочей зоне и доступны для всех. Во многих случаях рабочим не нужно предоставлять собственные инструменты, поскольку доступны и предоставлены ежедневные инструменты, но во многих других случаях рабочие приносят свои собственные инструменты и ящики с инструментами на свое рабочее место
Безопасность — это соображение, которое необходимо соблюдать и обеспечивать ежедневно и постоянно; однако магазин может отличаться от других магазинов строгостью и тщательностью, когда дело касается фактической практики, внедренных политик и общей серьезности, подтвержденной персоналом и руководством. В попытке стандартизировать некоторые общие руководящие принципы в Соединенных Штатах Управление по охране труда и технике безопасности ( OSHA ) выпускает дидактические материалы и обеспечивает соблюдение мер предосторожности с целью предотвращения несчастных случаев.
В механическом цехе обычно существуют многочисленные практики, которые известны в отношении безопасной работы с машинами. Некоторые из распространенных практик включают:
Меры предосторожности в механическом цехе направлены на предотвращение травм и трагедий, например, на исключение возможности смертельного исхода для рабочего, застрявшего в токарном станке.
Во многих машинах предусмотрены меры безопасности, являющиеся встроенными элементами конструкции; например, для работы пресса или пробивки отверстий оператору необходимо нажать две кнопки, которые находятся в стороне от него, и, таким образом, не защемить руки оператора.
Медиа, связанные с Machine Shops на Wikimedia Commons