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 tпр = (0,05…0,1) Tф ;
tм = (0,3…0,4)tпp , где tпp - время пребывания обрабатываемой детали на станке; Tф - годовой фонд времени работы станка; tм - машинное время станка. В ГПС для серийного производства при трехсменной работе оборудования эти показатели следующие:
tпр = (0,5 - 0,6) Tф, ; tм =0,6 tпp .
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.