книги / Организация и планирование машиностроительного производства (производственный менеджмент)
..pdfтельные машины и роботы. Средствами оснащения (или вспомогатель ным технологическим оборудованием) могут быть устройства накопле ния и ориентации деталей, тактовые столы, магазины для хранения смен ных схватов роботов и другие устройства, обеспечивающие нормальное протекание основного технологического процесса.
Состав оборудования в РТК строго не регламентирован и определяет ся его функциональным назначением (обычно общее количество станков и роботов не превышает 5 единиц).
Факторы, предопределяющие применение ПР и РТК, разнообразны и многочисленны. К наиболее типовым факторам для машиностроительно го производства могут быть отнесены:
•утомительные, вредные, физически тяжелые и опасные для жизни ручные операции, механизация и автоматизация которых традиционны ми методами невозможна;
•погрузочно-разгрузочные и другие вспомогательные ручные опера ции,* выполнение которых ограничено быстродействием рук рабочего, быстрой его утомляемостью;
•высокий уровень стандартизаций, взаимозаменяемости и конструк тивной преемственности элементов (модулей), из которых при мини мальном количестве оригинальных элементов разного назначения могут компоноваться экономически целесообразные ПР и РТК на участках и поточных линиях;
•переоснащение производства в целях его интенсификации, дости
гаемое прежде всего за счет широкого использования ПР и РТК;
• научно обоснованная классификация изготовляемых предприятием заготовок, деталей, узлов и изделий по конструктивно-технологическим признакам, являющаяся основой разработки типовых техпроцессов, ко торые могут обеспечить стабильность функционирования ПР и РТК при выполнении месячных и сменно-суточных заданий;
• необходимость повысить качество изготовляемых изделий, увели чить объем их выпуска, сократить затраты времени на единицу изделия за счет высоких технико-экономических показателей ПР и РТК;
• снижение уровня производственного травматизма и профессио нальных заболеваний.
Приведенный перечень не охватывает всего разнообразия факторов, однако очевиден тот факт, что организация роботизированного производ ства является сложной комплексной задачей, включающей создание от дельных ПР, конструктивно-технологической систематизации роботизи рованных объектов и разработку процессов роботизированных комплек сов.
Основными структурными единицами роботизированного производ ства являются ПР. Поэтому решаются вопросы прежде всего создания технически прогрессивных и экономически целесообразных ПР. Роботы первого поколения (автоматические манипуляторы) выполняют работу по заранее заданной жесткой программе; ПР второго поколения оснаще ны системами адаптивного управления, представляемыми различивши сенсорными устройствами (техническое зрение, очувственные схваты и т.д.) и программами обработки сенсорной информации; ПР третьего по коления обладают искусственным интеллектом, позволяющим им выпол нять самые сложные функции при замене в производстве человека.
Роботы и средства оснащения выбираются, во-первых, таким обра зом, чтобы обеспечить оптимальные условия функционирования основ ного оборудования с учетом типа, количества его и характера выполняе мых технологических операций; во-вторых, достигнуть высокого качест ва работ, выполняемых собственно ПР в той или иной системе машин. Значительная часть ПР выполняет основные технологические операции дуговой и контактной сварки, сборки, окраски поверхности и т.д. (удель ный вес технологических роботов составляет примерно 60%).
Исключительно важна роль ПР в автоматизации вспомогательных операций. В системах машин они выполняют транспортно-загрузочные и транспортно-промышленные работы.
Автоматизируя выполнение вспомогательных производственных функций, роботы объединяют оборудование в единые системы машин, обладающих гибкостью, универсальностью, достаточной надежностью в эксплуатации, быстрой переналаживаемостью. Это является основой принципиальной новизны процесса роботизации производства. Простей ший тип РТК является основой разработки более крупных РТК, таких как роботизированный технологический участок (РТУ), роботизированная технологическая линия (РТЛ), роботизированный цех (РТЦ), состоящий из РТУ, РТЛ и транспортно-промышленных роботов; роботизированный завод (РТЗ), объединяющий перечисленные выше структурные подразде ления в единую комплексную систему машин многофункционального на значения с использованием автоматизированных транспортно-накопи тельных устройств, систем дистанционного управления и т.д.
На рис. 2.23 представлены схемы обслуживания ПР технологическо го оборудования.
1. Один ПР обслуживает одну единицу оборудования (рис. 2.23, а). Применение этого простейшего РТК целесообразно как на коротких (не сколько секунд, например при штамповке), так и на продолжительных (несколько минут при сборке, окраске и т.д.) операциях.
2. Один робот обслуживает несколько единиц технологического обо рудования. Применение этого РТК возможно в двух вариантах:
Рис. 2.23. Схема компоновки промышленных роботов.
О ди н П Р обслуж ивает один стан ок (а); один П Р об служ ивает несколько стан ков (б — в);
1 — П Р; 2 — стан ок (технологическое оборудование); 3 — накоп и тель деталей
—технологическое оборудование размещается по окружности, а ПР стационарно в центре и по определенному алгоритму выполняет работу по обслуживанию (рис. 2.23, б);
—технологическое оборудование располагается в одну или несколь ко линий, а робот перемещается по напольным или подвесным направ ляющим в соответствии с определенным алгоритмом; управление в этом
случае осуществляется от ЭВМ (рис. 2.23, в).
3.Несколько взаимосвязанных роботов одновременно обслуживают одно технологическое оборудование. Данная схема целесообразна, когда на одном технологическом оборудовании одновременно выполняется не-, сколько операций.
4.Несколько взаимосвязанных роботов одновременно обслуживают несколько единиц технологического оборудования. Этот РТК целесооб разен там, где обработка (сборка) объектов роботизации состоит из крат ковременных операций. Достоинством такого РТК является то, что ори ентация объектов роботизации необходима только в первоначальном со стоянии, а в дальнейшем передача их с позиции на позицию производится
в сориентированном положении, что существенно сокращает межопера ционное время.
Рассмотрим выбор компоновок РТК на примере комплексов механо обработки на станках с ЧПУ, обслуживаемых роботами, которые выпол няют загрузочно-разгрузочные операции. На рис. 2.24 приведены воз можные варианты компоновок таких РТК, включающие соответственно три и два вертикально-фрезерных станка и один ПР. Для каждой компо новки выбирают тип ПР и составляют циклограмму установки инстру мента (рис. 2.25) и детали.
Построенные для модульного пневматического робота МП-8 цикло граммы показывают, что на установку инструмента и детали робот МП-8 затрачивает при компоновке из двух станков меньше времени, чем при компоновке из трех станков, так как технические возможности робота не позволяют разместить магазины с инструментами и накопителей с дета лями Между станками. Кроме того, из-за малой свободной площади в зоне обслуживания усложняется конструкция магазинов и накопителей, по этому должна быть предусмотрена автоматическая подача заготовок на исходную позицию. Следовательно, на базе робота МП-8 целесообразна компоновка РТК из одного или двух станков.
На рис. 2.26 представлен вариант линейной компоновки РТЛ для хо лодной штамповки. В этом случае перемещение обрабатываемого объекта с одной операции на другую (от одного структурного подразделения линии к другому) осуществляется с помощью специальных устройств — транс портеров и ПР, значительно облегчающих компоновку РТЛ.
Часовая Пч и годовая Пг производительность ПР определяются по формулам:
Пч = 60 / ton; Пг = Пц • Ffl,
где ton — время выполнения операций; — эффективный фонд времени робота:
Рис. 2.26. Линейная компоновка РТЛ |
для холодной штамповки |
с устройством |
ТУ. |
ТО — технологическое оборудование; M3 — магазин поштучной выдачи заготовок
где рп — простои ПР в ремонте (по графику ППР) и при наладках; qr— продолжительность работы ПР в смену; s — число смен работы; Ррд— количество дней работы ПР в течение года.
Количество единиц оборудования, обслуживаемое одним ПР, опреде ляется по формуле
где Тщ — время рабочего цикла единицы оборудования при оптимальном режиме обработки; T06d — время обслуживания роботом этого оборудо вания.
Рабочий цикл ПР (Тпр) — часть технологического цикла, характери зующая время его работы:
Т п р = tB + t„ + tc + tj + tB3 + ty,
где t„, tn, tc, t,, tB3, ty— соответственно время на выбор детали (заготовки) из общей их совокупности; перемещения детали в рабочую зону; соеди нения детали с рабочим органом; закрепления детали в рабочем органе; возврата рабочего органа ПР в исходное положение; удаления детали из рабочей зоны.
Производительность РТК (РТМ, РТЛ) — количество изготовленных за определенный промежуток времени изделий. Различают цикловую (Пц, шт/с) и среднесменную (Псм, шт/см) производительность:
Пц = N„/t„; Псм = 36000 Тси/ W
где N„ — количество одинаковых изделий, одновременно изготовляемых РТК за один цикл работы, шт.; t„ — продолжительность одного цикла ра боты в автоматическом режиме РТК, с; Тсм — продолжительность рабо чей смены, ч; tmr — норма времени на одно изделие, e/шт.: 1шт=К„ • t„/Nu.
Коэффициент Кв, учитывающий затраты времени на организацион но-техническое обслуживание РТК, учитывает следующие внутрисменные затраты времени: на организационное обслуживание рабочих мест; на подналадку оборудования РТК; на смену оснастки в случае выхода ее из строя; на периодическую очистку и смазку рабочей зоны оборудова ния.
Универсальность РТК характеризуется возможностью изготовления (обработки, сборки и т.д.) изделий, различных по назначению, но имею щих конструктивно-технологическое сходство, а также переходом от из готовления одного вида изделия (работы) к другому с небольшими затра тами подготовительно-заключительного времени на партию.
Организационно-технологические особенности гибкого автоматизированного производства
Это особое направление научно-технического прогресса в машиностроении связано с созданием и внедрением гибких автоматизи рованных производств (ГАП), представляющих собой сложные техни ко-организационные системы, содержащие оборудование с ЧПУ, робото технические комплексы, обрабатывающие центры, микропроцессорную технику, единые транспортно-материальные потоки, автоматизирован ные склады и транспортные системы.
Комплексной автоматизации мелкосерийного и серийного производ ства в условиях ГАП должно предшествовать выполнение следующих требований:
•резкое повышение уровня технологического проектирования (на ос нове САПР);
•создание программируемой технологии основных и вспомогатель
ных процессов и процессов управления информацией;
•совершенствование инженерных разработок во взаимосвязи с реше нием широкого круга вопросов по стандартизации в целях достижения встраиваемости, сопряженности и надежности функционирования всех компонентов (модулей) ГАП;
•пересмотр состава, структуры, категории сложности и оценки труда
сучетом того, что труд ИТР в условиях ГАП становится неотъемлемой и
определяющей частью основного производственного процесса;
• обеспечение сопряженности и тиражируемое™ программ управле ния, быстрой переналадки и перепрограммирования компонентов ГАП.
Из основных и вспомогательных гибких производственных модулей комплектуются гибкие производственные комплексы, перенастраивае мые линии, участки, пролеты, цехи и заводы. ГАП первого поколения были созданы на базе многооперационных станков типа обрабатываю щий центр. За основу построения этих ГАП был принят блочно-модуль ный принцип, характерный для средств вычислительной техники. Пер вичная единица комплексирования при создании ГАП — гибкий произ водственный модуль (ГП-модуль), представляет собой, например, сово купность токарных станков с ЧПУ, специализированных роботов — автооператоров и накопителей заготовок.
На уровне участка, поточной линии, пролета ГАП может состоять из ГП-модулей, построенных на базе основного технологического оборудо вания и автоматизированной системы управления технологическими процессами и оборудованием; из модулей подготовки производства, обеспечения материалами, заготовками, деталями, приспособлениями,
Рис. 2.27. Структура ГАП
инструментами; из модулей обслуживания и обеспечения работы обору дования, удаления отходов производства.
На уровне цеха ГАП включает автоматизированные участки, пролеты и линии основного производства, автоматизированную систему управле ния и обеспечения, автоматизированные участки технологической подго товки производства, автоматизированные участки комплектования, транспортирования, складирования, технического обеспечения и удале ния отходов производства.
На уровне завода ГАП состоит из автоматизированных цехов основ ного и вспомогательного производства, системы автоматизированного проектирования и интегрированной автоматизированной системы плани рования, управления и обеспечения производства; интегрированной сис-
Автоматический склад заготовок |
Автоматический склад инструмента |
Автоматическое технологическое оборудование
Автоматическая транспортная система для заготовок
ч |
Автоматическая транспортная система д л я \ |
|
инструмента |
> |
|
Ч ^ |
Автоматическая транспортная система |
\ |
для технологических отходов |
|
/Автоматизированная транспортная система Ч
S. |
для готовой продукции |
Автоматический контроль готовой продукции |
Автоматический склад готовой продукции |
Т Т
АРМ организационно |
|
АРМ |
АРМ |
АРМ |
ЭВМ |
научного ра |
|||
экономических рас |
технолога |
конструктора |
ботника |
|
четов |
|
|
||
|
|
|
|
т ~ т
| Диспетчерское управление |
Рис. 2.28. Функциональные взаимосвязи в ГАП
темы автоматизации технологических процессов, включая все стадии производства; автоматизированной системы технического обслуживания и ремонта оборудования; транспортной и складской системы.
Автоматизированная система управления технологическими процес сами и оборудованием гибкого автоматизированного участка, линии, цеха состоит из модулей программного обеспечения и комплекса техни ческих средств электронно-вычислительных и управляющих машин и периферийной техники. Рассмотренная на рис. 2.27 структура ГАП охва тывает все стадии производств: заготовительную, обрабатывающую, сбо рочно-сварную, отделочно-покрасочную. На рис. 2.28 приведены функ циональные связи в ГАП.
Сущность ГАП может быть выражена характерными его особенно стями.
1. Высокая производственно-технологическая гибкость, обеспечи ваемая связью всех модулей, построенных на базе автоматического тех нологического оборудования, в единый производственный комплекс с помощью АСУ технологическими процессами и оборудованием; блоч но-модульным составом основных и вспомогательных компонентов; максимальным использованием технических и эксплуатационных воз можностей оборудования; программируемостью основных и вспомога тельных технологических процессов; оперативностью выявления неис правностей оборудования с помощью средств вычислительной техники и
замены вышедших из строя элементов новыми унифицированными; при менением автоматизированных систем на стадиях эксперимента, конст рукторской и технологической подготовки и освоения производства.
2. Постоянная мобильность производства, достигаемая компактной планировкой оборудования, принудительной синхронизацией его рабо ты, осуществляемой системой управления, связью модулей технологиче ского оборудования через автоматические накопители, а также тем, что при смене объекта производства не всегда требуется переналадка обору дования. При высоком уровне конструктивно-технологической унифика ции объектов бывает достаточно сменить программы функционирования и средства технологического оснащения ГАП.
Перечисленные выше достоинства ГАП и их реализация представля ют собой высокий уровень предпосылок перехода к гибким производст венным системам (ГПС). Под ГПС понимается комплексно-автоматизи рованное производство, управляемое как единое целое многоуровневой иерархической системой автоматического управления и осуществляю щее полный производственный цикл изготовления изделий или их конст руктивно-законченных основных составных частей.
Гибкий автоматизированный модуль (ГАМ) представляет собой систему из единицы технологического оборудования, автоматизирован ного устройства программного управления, средств автоматизации тех нологического процесса. ГАМ отличается автономным функционирова нием и хорошей встраиваемостью в системы более высокого уровня. Со вокупность нескольких ГАМ, объединенных автоматизированной систе мой управления, образует гибкую автоматизированную линию (ГАЛ). Гибкий автоматизированный участок, оснащенный оборудованием для выполнения однотипных технологических операций, нрывается гибким
автоматизированным |
комплексом (ГАК). |
Число станков WCT, включаемых в ГАК, определяется исходя из сред |
|
ней станкоемкости |
обработки детали, темпа выпуска деталей ком |
плексом NTBи такта его работы гк; tcP>CTобработки вычисляется по дета- лям-представителям закрепленных за ГАК групп деталей по конструк тивно-технологической классификации; NTB находится исходя из годово го планового задания NrB, установленного для ГАК, и действительного фонда времени его работы ¥а:
N r |
N r |
N |
• К |
F |
■‘ • Н О М ^ и с п
где F„0M— номинальный фонд времени работы ГАК; К„сп — коэффици ент использования оборудования, К„сп = 0,85—0,90.