Тема 1.: Подготовка технологических процессов и производств к автоматизации: модернизация и автоматизация оборудования, диспетчеризация

План лекциий

1.1. Предпосылки для создания ГАП.

1.2. Уровни автоматизации производства.

1.3. Особенности автоматизации серийного производства.

1.4. Общие понятия и определения.

1.5. Достоинства и недостатки ГАП.

1.1. Предпосылки для создания ГАП

Среди большого количества предпосылок следует выделить:

• квалификация обслуживающего персонала и структура предприятия и рабочих мест;

• технические и организационные предпосылки. Первая часть предпосылок в особых комментариях не нуждается. Об этом нельзя только забывать, потому что экономичность, надежность и работоспособность ГАП здесь имеет прямую зависимость.

Техническими и организационными предпосылками для создания ГАП с высоким коэффициентом его использования кроме наличия устройств диагностирования и наблюдения, кроме достаточных производственных мощностей и спектра обрабатываемых деталей, наличия достаточного количества заготовок, ревущего инструмента и вспомогательных средств являются также организационные параметры для управления производством и для планирования работы этого производства.

Среди множества предпосылок для создания ГАП можно выделить в их взаимосвязи следующие:

• стремление потребителя к увеличению многообразия выпускаемой продукции для ее наиболее эффективного использования;

• повышение производительности обработки и резкое сокращение численности обслуживающего персонала;

• дальнейшее развитие станков с ЧПУ, особенно многоцелевых и станков с автоматической сменой многошпиндельных головок;

• появление и широкое распространение станочных модулей, что позволяет строить системы по блочному принципу;

• разработка и внедрение унифицированного транспортно-складского и контрольно-измерительного оборудования;

• быстрое развитие вычислительной техники, систематическое снижение ее стоимости;

• повышение надежности работы систем за счет оснащения их устройствами диагностики неисправностей;

• повышение коэффициента загрузки оборудования на основе использования принципов "безлюдной" технологии;

• оптимизация технологических процессов на основе использования средств вычислительной техники и систем адаптивного управления;

• уменьшение потерь при переходе от одной номенклатуры изделий к другой вследствие получения возможности работы "смешанными партиями" в зависимости от требований производства.

Резюмируя сказанное актуальность создания и внедрения ГАП в индивидуальное и серийное производство с целью их автоматизации можно представить следующим образом (рис.3).

1.2. Уровни автоматизации производства

Автоматизация производства - комплекс мероприятий по разработке высокоинтенсивных технологических процессов и создания на их основе высокопроизводительного оборудования, выполняющего технологические и вспомогательные процессы без непосредственного участия человека. Различают четыре уровня автоматизации.

Первый уровень автоматизации предполагает, как правило, управление последовательностью и характером движений с целью получения заданной формы, размеров и качества поверхности на обрабатываемой детали. Наибольшее воплощение этот уровень нашел в технологическом оборудовании с ЧПУ, где обеспечивается возможность оптимально осуществлять эти функции управления на практически почти неограниченной номенклатуре деталей.

На. втором уровне автоматизации кроме цикла обработки осуществляется автоматизация постановки и снятия деталей со станка - автоматизация загрузки. Это весьма эффективная область автоматизации, позволяющая рабочему обслуживать несколько технологических единиц оборудования, т.е. перейти к многостаночному обслуживанию.

Третий уровень автоматизации кроме автоматизации цикла обработки и загрузки деталей предполагает автоматизацию следующих функция, ранее выполняемых станочником:

- контроль за состоянием инструмента и своевременной его замены (контроль за фактическим ресурсом каждого инструмента и размерный контроль положения режущих кромок);

- контроль качества обрабатываемых деталей (размеров, а в необходимых случаях и обрабатываемой поверхности);

- контроль и подналадка технологического процесса (адаптивное управление);

- контроль за состоянием станка и удалением стружки.

Четвертый уровень автоматизации предполагает автоматическую переналадку оборудования на обработку изделия другого наименования. То есть автоматически переналаживаются станки, приспособления, инструмент, циклы и режимы обработки, загрузочные устройства, контрольные системы и т.д.

Такое оборудование практически является не критичным к размеру обрабатываемых партий деталей, пригодно к выпуску сборочных комплектов деталей, необходимых для обеспечения ритмичной работы сборочных цехов, позволяет существенно сократить объемы незавершенного производства, свести к минимуму производственный цикл изготовления изделий.

1.3. Особенности автоматизации серийного производства

Серийное производство и особенно мелкосерийное производство характеризуется частой сменой видов обработки, широкой номенклатурой изделий и малой степенью их унификации. Кроме того, оно требует поставки различного сырья и должно отвечать конъектурным запросам рынка. Возрастание доли серийного производства (в настоящее время она составляет ¾ всего объема продукции машиностроения) является тенденцией развития современного машиностроения и поэтому требует создания средств, позволяющих приблизить производительность серийного производства к производительности массового, не увеличивая при этом интенсивности труда рабочих и не ухудшая его условий.

По данным исследований, проведенных в ФРГ и США, традиционное серийное производство (даже с применением станков с ЧПУ) характеризуется следующими показателями использования оборудования при его двухсменной работе t_пр = (0,05…0,1) T_ф;

t_м = (0,3…0,4)t_пp, где t_пp - время пребывания обрабатываемой детали на станке; T_ф - годовой фонд времени работы станка; t_м - машинное время станка. В ГПС для серийного производства при трехсменной работе оборудования эти показатели следующие:

t_пр = (0,5 - 0,6) T_ф,; t_м =0,6 t_пp.

Организация производства настолько изменилась, что степень автоматизации и производительность мелко и среднесерийного производства достигла уровня крупносерийного производства. Решение таких задач видится во все большем использовании, так называемых, гибких производственных систем (ГПС) (рис.1).

При этом необходимо однако различать:

• автоматизированные единичные станки, которые оснащаются ЧПУ, и как правило устройствами автоматической смены инструмента и обрабатываемых деталей для ведения процесса в автоматизированном режиме;

• гибкие производственные ячейки, которые представляют собой совокупность автоматизированных станков и накопителей заготовок, имеют устройства контроля и корректировки и работает в автономном режиме;

• гибкие производственные системы для сложных, не имеющих заданного такта, одно или многоступенчатых случаев обработки при широкой номенклатуре обрабатываемых деталей;

• гибкие автолинии, которые в дополнение к тактовым классическим автолиниям позволяют вести многоступенчатую обработку узкого спектра заготовок большими сериями.

Анализ различных способов производств показывает, что задача автоматизации мелко я среднесерийного производства с использованием небольшого числа обслуживающего персонала и при работе в три смены решается путем применения гибких производственных систем и одной из их разновидностей - гибких автоматизированных производств (ГАП).

1.4. Общие понятия и определения

ГАП - высшая форма автоматизации. В общем случае ГАП состоит из исполнительной системы, включающей технологическую, транспортную и складскую подсистемы, и системы управления, координирующей функционирование указанных подсистем. Технологическая подсистема представляет собой совокупность взаимосвязанных ячеек, объединяющих модули следующих типов: станки и технологические установки, промышленные роботы и контрольно-измерительные устройства и установки. Транспортная подсистема состоит из модулей, осуществляющих перемещение заготовок, готовых деталей, изделий и инструментов между технологическими ячейками и секциями автоматических складов, а также удаление отходов производства. Складская подсистема обеспечивает прием, хранение, выдачу и учет заготовок, готовых изделии и инструмента. Система управления состоит из средств вычислительной техники - ЭВМ, связанных в единый комплекс с помощью специальных устройств и линия передачи данных, и программного обеспечения—совокупности программ, реализуемых ЭВМ и управляющих отдельными единицами оборудования и системой в целом, функциональная модель ГAП представлена на рис.2.

В более широком смысле, как обобщающий, используется термин "Гибкая производственная система" (ГПС), особенно если нет необходимости подчеркивать уровень или ступень гибкого производства.

По организационной структуре выделяет следующие уровни ГПС:

• гибкий производственный модуль (ГПМ);

• гибкая автоматическая линия (ГАЛ);

• гибкий автоматизированный участок (ГАУ);

• гибкий автоматизированный цех (ГАЦ);

• гибкое автоматизированное производство (ГАП).

Под гибким производственным модулем понимают ГПС, состоящую из единицы технологического оборудования, оснащенной автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса. Обязательными признаками ГПМ является возможность его автономного функционирования и возможность встраивания в систему более высокого уровня. Частным случаем ГПМ является роботизированный технологический комплекс при условии возможности его встраивания в систему более высокого уровня.

Средства автоматизации ГПМ могут включать накопители, устройства загрузки - выгрузки, замены технологической оснастки, удаления стружки, а также устройства автоматизированного контроля, переналадки, диагностики.

Гибкая автоматическая линия - это несколько ГПМ объединенных автоматизированной транспортной системой, единой системой управления и расположенных в принятой последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок в отличие от ГАЛ предусматривает возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

На основе ГАЛ и ГАУ формируются автоматизированные цехи, совокупность которых образует гибкий автоматизированный завод, где могут содержаться отдельные неавтоматизированные участки и цехи.

1.4.1. Гибкость ГАП

Главным достоинством ГАП является их гибкость. В чем она заключается? Среди множества элементов гибкости ГАП основными являются:

Рис.2. Функциональная модель ГАП

1) в автоматизированном режиме ГАПы позволяют обрабатывать одновременно несколько различных деталей одного класса;

2) переход с обработки одной детали на обработку другой детали, в том числе и при расширении номенклатуры обрабатываемых деталей, сводится к замене одной управляющей программы другой. Важна скорость перестройки ГАП при переходе на выпуск изделий другого вида. Размер группы деталей, изготавливаемых в ГАП. Чем он значительнее (разнообразнее детали группы), тем больше следует считать гибкость ГАП. Это технологическая гибкость ГАП. Гибкие автоматизированные производства позволяют вести обработку малых партий деталей при широкой их номенклатуре.

1.5. Достоинства и недостатки ГАП

Е преимуществам ГАП механической обработки по сравнению с участками, составленными из универсальных станков, следует отнести:

• резкое увеличение производительности труда в процессе изготовления единичной и мелкосерийной продукции (благодаря высокой загрузке оборудования), что особенно важно в условиях нарастающего дефицита рабочей силы в стране;

- быстрое реагирование на изменение требований заказчиков;

- увеличение гибкости и приспосабливаемости производства при расширении номенклатуры изделий, при ее изменении, при возрастании числа вариантов и т.п.;

- повышение коэффициента загрузки станков, уменьшение вспомогательного времени (возможно за счет уменьшения времени переоснащения производства, быстрой смены заготовок и режущего инструмента на станках, многосменности работы);

- значительное повышение качества и точности (мало переустановок обрабатываемых деталей, снижение доводочных работ, уменьшение брака);

- автоматизация основных и вспомогательных операций, транспортно-погрузочных работ;

- сокращение времени от поступления заявки на обработку конкретной заготовки до получения готовой детали;

- возрастание гарантии обработки детали в срок;

- возможность обработки деталей "смешанными партиями" по требованиям сборки;

- высокая степень интеграции оборудования позволяет рационально применять системы диагностики и адаптивного управления;

- высокая способность к наращиванию системы без изменения первоначальных капитальных затрат;

- возможность применения в системах принципов "безлюдной" технологии и построения на этой основе полностью автоматических заводов.

К недостаткам ГАП можно отнести:

- большие капитальные затраты при внедрении ГАП;

- сложность обслуживания ГАП;

- высокая квалификация обслуживающего персонала.

Дата добавления: 2015-07-08