Гибкая производственная система

ГПС обеспечивают автоматическое производство деталей различными партиями, с уровнем себестоимости продукции и производительности близкой к достигаемой в современном массовом производстве при изготовлении деталей одного наименования.

Коэффициент уровня автоматизации труда определяется по объему затрат автоматизированного труда в общей трудоемкости предприятия. Следует отличать уровень от степени автоматизации или механизации труда, которая определяется как отношение численности рабочих, занятых автоматизированным или механизированным трудом соответственно к общей численности промышленно-производственного персонала (ППП). Степень занятости рабочих ручным трудом определяется отношением численности рабочих занятых ручным трудом к общей численности ППП.

С точки зрения адаптивных возможностей к обновлению номенклатуры и серийности производства можно выделить виды автоматизации технологических процессов:

§ Традиционная "жесткая" автоматизация;

§ Автоматизированное производство с ограниченными возможностями переналадки;

§ Гибкое автоматизированное производство.

Традиционная " жесткая " автоматизация технологических процессов осуществляется на основе применения полуавтоматов и автоматов, станков с программным управлением, обрабатывающих центров, автоматических линий и др.

К автоматизированному производству с ограниченными возможностями переналадки можно отнести: автоматические линии, управляемые ЭВМ; роторные и роторно-конвейерные линии; роботизированное производство.

Гибкое автоматизированное производство базируется на применении гибких производственных систем.

На автоматических станках все процессы обработки детали осуществляются без непосредственного вмешательства рабочего на полуавтоматических - вручную производятся установка и снятие заготовки по заданной программе. Изменить или полностью заменить программу работы автомата крайне сложно, а часто и невозможно. По этой причине эти станки применяются в серийном и массовом производстве.

Рис.1 Автоматическая линия

Рис. 2. Горизонтально-фрезерный станок с ЧПУ для объемной обработки. Модель 6Б444Ф3

Применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ) Рис. 2, позволяет увеличить количество выполняемых операций, сократить время обработки и относительно легко их переналаживать. Применение станков с ЧПУ дало возможность значительно повысить производительность труда (в 2-4 раза) однако загрузка их заготовками и выгрузка обработанных деталей осуществляется вручную. Кроме того, станки с ЧПУ имеют ограниченный набор инструментов.

Рис. 3. Многооперационный фрезерно-сверильно-расточной станок с ЧПУ модели ОЦ-28

Обрабатывающий центр (ОЦ) - многопозиционный станок с ЧПУ - оснащен устройствами для размещения большого набора инструмента (магазины) и системой автоматической замены инструмента (Рис. 3). В магазинах ОЦ можно разместить до 150 различных инструментов, позволяющих выполнять достаточно большое число операций. Важнейшим преимуществом является и то, что эти многочисленные операции осуществляются без снятия заготовки со станка. Применение обрабатывающих центров обеспечивает высокую точность обработки; производительность труда при их использовании возрастает в 3-4 раза. Однако ОЦ с ЧПУ выполняют только часть технологических операций по производству готовой продукции. Для получения готового изделия заготовка должна пройти обработку на нескольких станах с ЧПУ.

Автоматическая линия (АЛ) — это система автоматически действующих станков, связанных транспортными средствами, имеющая единое управляющее устройство. АЛ могут компоноваться из автоматических станков, станков с ЧПУ и ОЦ. В одной автоматической линии могут работать все указанные элементы в различных сочетаниях. АЛ отличаются высокой производительностью. Однако каждую АЛ изготавливают для обработки вполне определенной детали. При изменении конструкции детали производят новую компоновку линии, ее переналадку с частичной или полной остановкой производства.

Отличительной особенностью роторных линий (РЛ) и роторно-конвейерных (РКЛ) является то, что технологические операции выполняются в процессе совместного транспортирования обрабатываемых заготовок и инструмента, расположенных на замкнутых транспортирующих устройствах (роторах).

РЛ представляет собой автоматические линии машин, принцип действия которых основан на совместном движении по окружности инструмента и обрабатываемого им предмета. Все операции по установке детали в ротор, ее обработке и выталкиванию производятся за один неполный оборот диска. Преимущества РЛ — конструктивная простота, надежность, точность и огромная производительность, недостаток — малая гибкость.

Значительно большей гибкостью обладают РКЛ. В таких линиях инструментальные блоки располагаются не на дисках роторов, а на огибающем их конвейере. В этом случае переналадка РКЛ на выпуск новой продукции сводится к автоматической замене инструмента.

Промышленный робот — это автономно функционирующая машина (автомат), предназначенная для воспроизведения некоторых двигательных и умственных функций человека при выполнении основных и вспомогательных производственных операций без непосредственного участия человека. Промышленный робот - это механизм, который автоматически, в соответствие с заложенным алгоритмом, выполняет определенные движения и работу. Как правило, роботы выполняют однообразные операции на конвейерных линиях или поточных линиях. Например, подают деталь на станок, или снимают деталь со станка и передают его на транспортер или другой станок. Другой пример сварочные роботы на конвейере сборки кузовов легковых автомобилей. Отдельный сварочный робот перемещает рабочую головку с электродами в нужную точку и выполняет рабочее действие – сжимает свариваемые детали. Происходит точечная контактная сварка. Роботы могут применяться и в особо опасных условиях.

Различают три поколения роботов:

1) программируемые роботы, действующие по заданной программе, определяющей последовательность выполнения операций, и работающие по принципу "взять — положить";

2) адаптивные (приспосабливающиеся) роботы, действующие по заданной программе и оснащенные рядом датчиков, а следовательно, и техническими органами чувств, позволяющими им корректировать свое поведение в зависимости от окружающей производственной среды;

3) интеллектуальные, или интегральные роботы, обладающие элементами искусственного интеллекта и возможностью свободного диалога с человеком.

Роботизированный технологический участок (РТУ) состоит из нескольких РТК, объединенных автоматизированной транспортной системой со вспомогательным оборудованием и автоматизированной системой складирования. Работа технологического оборудования РТУ координируется системой группового управления от центральной ЭВМ. РТУ может обеспечивать комплексную обработку однотипных деталей с разной последовательностью операций или сборку узлов из различных деталей.

Обычно РТУ состоит из нескольких станков с ЧПУ, загрузка которых осуществляется с помощью промышленных роботов (ПР). Перемещение заготовок между станками и автоматизированным складом осуществляется с помощью автоматизированной транспортной системы. Управление РТУ осуществляется центральной ЭВМ, информационная система которой соединена с соответствующими датчиками и выходами систем управления ПР и РТК. Та же ЭВМ осуществляет связь РТУ с вышестоящими системами управления.

Современные роботы немыслимы без машинного зрения – систем, которые позволяют воспринимать и анализировать видеоинформацию – рабочее поле робота. Машинное зрение объединяет в одном изделии цветную либо монохромную цифровую камеру высокого разрешения с качественной оптикой и светодиодной матрицей подсветки, процессор и запоминающее устройство. Кроме этого, имеется программное обеспечение, обрабатывающее информацию с цифровой камеры.

Большинство современных промышленных роботов являются представителями первого поколения. Они выполняют вспомогательные операции у прессов, станков, литейных машин и т.п. Для работы роботов первого поколения необходимо, чтобы среда, в которой они действуют, была определенным образом организована. Для этого требуется создание технологической оснастки, упорядочивающей положение заготовок или деталей, инструмента. Это накладывает ограничения на применение роботов, усложняет переналадку робота на новые операции.

Адаптивные роботы применяются для более сложных операций, где трудно создать строго определенную обстановку. Они могут выполнять механическую сборку, сварку, окраску, сортировку деталей, работают с движущимся конвейером, осуществляют контроль качества и размеров изделий, а также выполняют другие технологические операции.

Вершиной автоматизации является гибкое автоматизированное производство (ГАП), которое ведет к созданию гибких автоматизированных цехов и заводов, т. е. к полной автоматизации инженерного труда и производства на всех уровнях. В результате чего вместе с гибкостью производство как бы "бесплатно" приобретает высокую эффективность и экономичность - становится почти "безлюдным", рис. 4.

Рис. 4. Гибкое автоматизированное производство (ГАП)

Главным элементом гибкого автоматизированного производства (ГАП) является гибкая производственная система.

Гибкая производственная система (ГПС) включает в себя 4-ре элемента:

гибкие производственные модули (ГПМ) от 2 до 20 единиц;

единую автоматизированную транспортно-складскую систему;

автоматизированную систему инструментообеспечения;

систему централизованного управления от ЭВМ.

Гибкий производственный модуль — это единица автоматизированного оборудования с ЧПУ, включающая в себя также робототехническую и другие устройства и обладающая возможностью автономного функционирования и оперативного переналаживания (например, станок-автомат, обрабатывающий центр, формовочная машина, сварочный автомат и т.д.). Такое оборудование способно выполнять в автоматическом режиме все технологические операции.

Робототехнические и другие устройства являются неотъемлемой составной частью любого ГПМ. Их назначение — полностью автоматизировать все вспомогательные операции, такие как: загрузка заготовок и удаление обработанных деталей; автоматическая подготовка и смена инструмента; удаление стружки, подача охлаждающей жидкости и др. ГПМ способен быстро переходить на изготовление и сборку деталей и узлов. Такая единица оборудования с успехом используется в литейных, кузнечнопрессовых, гальванических, механосборочных и других производствах,

ГПМ имеет автоматизированную связь со складом заготовок и деталей.

Единая автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) функционирует по принципу "верни на место", т.е. заготовки со склада транспортируются к станкам простыми транспортными роботами и возвращаются на склад после обработки. В итоге через склад деталь может быть направлена от каждого станка к любому другому станку. Однако в случае необходимости (для экономии времени, увеличения загрузки оборудования и т.д.) транспортный робот может сразу передать деталь на соседний станок, минуя склад, конечно, если станок готов продолжить обработку данной детали.

Автоматизированная система инструментообеспечения (АСИ) производит автоматическую подготовку и смену инструмента (без вмешательства людей), необходимого для соответствующей программы работ. Например, для бесперебойной работы системы в течение суток в накопителях (магазинах) создается запас необходимого инструмента (несколько комплектов различного инструмента), в принципе возможно создание АСИ, которая обеспечивала бы гибкую работу оборудования до сроков, ограниченных лишь его надежностью.

Система централизованного управления от ЭВМ (ЦУ) выполняет важнейшую функциональную роль в ГПС. Она определяет порядок запуска деталей в работу и синхронно передает станкам соответствующие программы обработки. При отказе одного из станков ЭВМ перераспределяет его обязанности между другими станками. ЭВМ управляет работой также транспортно-складской системы и системы инструментообеспечения. ЭВМ определяет маршрут движения деталей по участку и разрабатывает программу инструментообеспечения. ЭВМ полностью руководит работой автоматизированного склада ГПС. По ее командам складирующий робот периодически извлекает из ячеек детали и помещает их на транспортирующие устройства, и также размещает и извлекает заготовки различной степени готовности. Все эти поступления заготовок, их движение, отгрузка готовых деталей и т.д. фиксируются в памяти ЭВМ.

Технико-экономическая эффективность функционирования ГПС состоит в:

• высокой гибкости и мобильности, что позволяет в короткий срок перестроиться на выпуск новой продукции;

• универсальности — способности обрабатывать широкую номенклатуру деталей (более 200 наименований);

• низкой чувствительности к изменению конструкции обрабатываемой детали;

• длительных сроках морального устаревания, превышающих сроки их физического износа;

• возможности повышать производительность труда и в несколько раз сокращать количество необходимого оборудования;

• возможности лучше использовать технологическое оборудование, повысить коэффициент загрузки оборудования;

• сокращении производственного цикла изготовления изделия; возможности перейти к созданию гибких автоматизированных предприятий.

Дата добавления: 2014-01-07