3.11. Организация управления автоматизированным участком

Автоматизированные цехи и участки базируются на использовании оборудования с программным управлением ПУ, построенного по модульному принципу. ПУ реализуется путем использования в качестве управляющего автомата ЭВМ. Помимо управляющего автомата в состав модуля входит объект управления - станок, робот, манипулятор. Порядок функционирования объекта управления задается прикладными (функциональными) программами, которые хранятся в памяти ЭВМ и могут корректироваться в процессе их отработки.

В процессе автоматического функционирования система управле­ния СУ каждого станка, модуля обеспечивает: управление порядком функционирования, формирование данных о ходе операции; контроль за исправностью управляющих устройств и управляемого оборудования. Один или несколько станков, робот, КИМ, т.е. оборудование с соб­ственной СУ, могут посредством общей СУ объединяться в единым комплекс, управляемый одной программой. Каждая единица оборудования, каждая ячейка управляются своей ЭВМ по ПУ, хранящейся в ее памяти. Эти локальные ЭВМ помимо функций управления реализует функцию информирования центральной управляющей ЭВМ участка, цеха о завершении операций или о происшедших сбоях.

Центральная ЭВМ СУ участка, цеха обеспечивает: 1) загрузку в локальные ЭВМ программ функционирования оборудования в соответ­ствии с планом производства; 2) синхронизацию работы отдельных единиц оборудования с темпом согласно заданной технологии и плану производства изделий. Загрузка программ сводится к передаче прог­рамм из памяти центральной ЭВМ в локальные управляющие ЭВМ. При этом осуществляется переналадка производства без переналадки обо­рудования. Синхронизация работы оборудования осуществляется путем ее инициирования в заданные моменты времени согласно циклограмме функционирования участка (цеха) и текущему состоянию каждой единицы оборудования – станков, модулей, складов, ТНС.

Инициирование работы и контроль состояния достигаются за счет передачи команд (сообщений) между центральной ЭВМ СУ участка и локальными ЭВМ, управляющими отдельными компонентами участ­ка. Сообщения передаются по линиям связи, объединяющим все ЭВМ в единый управляющий комплекс.

Наиболее простая конфигурация связей между ЭВМ СУ участка представлена на рис.18. Взаимодействие всех локальных ЭВМ обеспечивается только через центральную ЭВМ СУ, в памяти которой хранятся все данные о состоянии оборудования на участке. На основании этих данных ПУ, реализуемая центральной ЭВМ, форми­рует команды, передаваемые по линиям связи в локальные ЭВМ нижнего уровня: ЭВМ СУ ячеек, ЭВМ СУ ТС, ЭМВ СУ АС. Центральная ЭВМ СУ участка может быть информационно связана с АСТПП и АСУП.

3.12. Расчет экономической эффективности от внедрения автоматизированных участков.

При определении эффективности различают:

1. - предварительный экономический эффект;

2. - ожидаемый экономический эффект;

3. - фактический экономический эффект.

1. – определяется для выявления целесообразности проектирования автоматизированных участков, т.е. при составлении технического задания на проектировании;

2. – рассчитывается на стадии разработки технического и рабочего проекта;

3. – определяется на стадии внедрения проекта в производство.

Предварительный экономический эффект определяют по следующим главным факторам:

• повышению коэффициента загрузки станков и коэффициента сменности;

• повышению производительности груда; высвобождению производст­венных рабочих;

• уменьшению вложений в оборотные фонды из-за сокращения произ­водственного цикла;

• уменьшению затрат на наладку оборудования.

Условие экономической целесообразности разработки процесса:

С₀ ≤ К_{0 БАЗ.} * К_УВ.СТ., (50)

Где К_{0 БАЗ} – капитальные затраты на оборудование в базовом варианте, руб.;

К_УВ.СТ. – коэффициент допустимого увеличения стоимости ГАП.

Данные для определения К_{УВ.СТ., приведены в табл. 10.}

С_{0 БАЗ.} – стоимость оборудования ГАП.

Табл. 10

Определение коэффициента К_{ув ст}

№	Параметры	Автономные станки с ЧПУ	Автоматизированные комплексы
			Автоматизированная загрузка деталей	Автоматизированная смена инструмента	Автоматизированная загрузка деталей и смена инструмента
1	Коэффициент КУВ.СТ. А. Простые детали
	Малая партионность		1,57-2,36	1,56-2,34	2,49-3,74
	Большая партионность		1,47-2,21	1,43-2,14	1,65-2,49
2	Б. Сложные детали
	Малая партионность		1,5-2,26	1,64-2,14	3,01-4,51
	Большая партионность		1,4-2,1	1,58-2,37	1,76-2,64

Примечание

Простые детали - Т маш. = 3 час.; Т всп. (смена спутников и инструмента) = 10-15 мин. Обработка деталей - за 1 установ не более 10-тью наименованиями инструмента.

Сложные летали - Т маш. = 4-15 час.; Т всп. = 15-80 мин. Обработка детален - за 4 установа 60-тью наименованиями инструмента.

Малая партионность – размер партии, равный 1-2 мес.

Большая партионность – размер партии, равный 3 мес. и более.

Целесообразность перевода деталей на обработку в ГАП определяют по неравенству:

, (51)

Где Смех.обр. – стоимость механической обработки (по заводским данным);

Кув.см. – коэффициент увеличения сменности – отношение коэффициентов сменности на ГАП и на автономных станках;

Кум.ос. – коэффициент уменьшения стоимости оборотных средств – отношение коэффициентов на ГАП и на автономных станках;

Pmin – минимальные суммарные потери, руб.

Для определения Pmin строят графики (см.рис.19) по следующим данным:

1. трудоемкость годового объема наладки, час

Т_{ГОД.НАЛ.} = n_ОП.*t_НАЛ.*n_ЗАП, (52)

Где n_ОП – число операций, требующих наладки (по технологии);

t _НАЛ – трудоемкость одной наладки, час (по нормативам базового завода);

n_ЗАП – количество запусков;

2. затраты на наладку на 1 деталь

(53)

Где Чнал. – часовая ставка наладчика, руб.;

Кпрем. – коэффициент, учитывающий размер премии;

Кнр. - коэффициент, учитывающий наладочные расходы;

N – годовая программа выпуска деталей.

3. себестоимость деталей С _дет - определяют по заводским дан­ным и пересчитывают с учетом затрат на наладку;

4. трудоемкость механообработки ΣТ мех. - определяют суммированием трудоемкости всех операций механообработки;

5. трудоемкость механообработки партии деталей;

6. время межоперационного пролеживания, час

Тmo = m(n-1) (54)

Где m – количество операций;

n – время межоперационного пролеживания, n = 4 час;

7. производственный цикл, час

Тц. = ΣТмех.* nпарт + m(n-1) (55)

Где ΣТмех. – трудоемкость механообработки детали, час;

nпарт – количество деталей в партии.

8. Единовременные затраты в оборотные фонды, связанные в незавершенном производстве, руб.

Н = Тц * Сдет. * *Кнз., (56)

Где Фд – количество рабочих дней в году;

Кнз – коэффициент нарастания затрат; для механических цехов

Кнз = 0,7.

Единовременные затраты, приходящиеся на 1 деталь, руб.

; (57)

9. Процент потерь от связывания оборотных средств в незавершен­ном производстве; по рекомендациям К_пот> =10 %;

10. потери от связывания оборотных средств в незавершенном произ­водстве, руб

(58)

Полученные результаты заносят в табл.11.

Табл.11

Размер партий в мес.,	Количество запусков nзап.	Трудоемкость год. объема наладки, час Тнал.	Затраты на наладку на 1 деталь, руб, Знал.	Себестоимость детали, руб. Сдет.	Трудоемкость механообработки 1 детали, час ΣТмех.

	Трудоемкость обработки партии деталей, час ΣТмех.*nп	Время межоперационного пролеживания, час Тmo	Производственный цикл, дни Тц	Незавершенное производство, руб. Н	% потерь от связывания Кпот	Потери от связывания Ндет, Кпот

Для определения эффективности от организации автоматизиро­ванных производств - тот же основной, показатель экономической эффективности, что и для любого технического мероприятия: «эко­номия годовых приведенных затрат» или «годовой экономический эффект». Сохраняется и общие условия проведения расчетов.

Исходную базу выбирают в зависимости от поставленной задачи:

а) когда определяют эффективность создания автоматизированных подразделении в действующем производстве, исходная база - заменяемое производство;

б) когда определяют эффективность создания проекта по сравнения с другим проектом, исходная база - данные этого проекта.

При расчете экономической эффективности сравниваемые варианты приводят в сопоставимый вид по всем показателям-признакам, кроме признака, эффективность которого определяют. Для правильной оцен­ки эффективности все исходные данные определяют по данным уже освоенного процесса со стабильными параметрами.

При определении эффективности автоматизированных производств, управляемых от ЭВМ, необходимо учитывать их специфику. На отдель­ные статьи эффективности влияют факторы, связанные с автоматиза­цией изготовления и с автоматизацией управления (например, оптимизация хода производства с помощью ЭВМ).

Организация автоматизированных производств, управляемых от ЭВМ, способствует повышению преемственности производства при смене изделий и сокращению срока выхода на запроектированную мод­ность. Необходимость учета этих факторов - одна из особенностей определения эффекта автоматизированных производств.

Определение отдельных составляющих технологической себестои­мости требует более полного учета фактических условий эксплуата­ции и, прежде всего, загрузки оборудования.

Основными факторами, влияющими на экономическую эффективность автоматизированных производств, являются:

1. Состав и стоимость оборудования.

2. Производительность оборудования.

3. Использование оборудования.

4. Степень автоматизации производства.

5. Автоматизация управления.

6. Номенклатура деталей.

7. Концентрация деталей.

8. Количество и стоимость оснастки.

9. Количество рабочих.

10. Состав производительного и обслуживающего персонала.

11. Преемственность производства.

12. Стабильность выходных параметров.

13. Сроки освоения производства.

14. Наладка оборудования.

Помимо перечисленных основных факторов при автоматизации производственных процессов и управления ими рассматривают дополнительные факторы:

• стабильность выходных параметров;

• сроки выхода на запроектированную мощность;

• использование высвобождаемых рабочих-станочников и других категорий работающих;

• автоматизация управления.

Повышение стабильности обработки ведет к уменьшению доделочных работ после механической обработки, что, в свою очередь, приводит к сокращению трудоемкости и длительности цикла, в том числе сборочных работ.

Экономия за счет сокращения доделочных работ:

З _З^мех = 1,57*∆t_ДОД *Чс*N, (59)

Где ∆t_дод - средняя трудоемкость доделочных работ на универсальном оборудовании, н/час;

Чс – тарифная часовая ставка производительного рабочего, руб.

Экономия за счет сокращения подгоночных работ на сборке:

З _З^СБ = 1,57*∆t_ПОДГ*Чс*N, (60)

Где ∆t_ПОДГ – средняя трудоемкость подгоночных работ (после механообработки на универсальном оборудовании), н/час.

Экономия единовременных затрат, вложенных в оборотные фонды, связанные в незавершенном производстве при сокращении Тц:

Н = ∆Тц * Сдет. * *Кнз., (61)

Где ∆Тц – среднее сокращение длительности цикла за счет повышения стабильности обработки, дней;

Кнз – коэффициент нарастания затрат;

Сдет. – полная себестоимость детали, узла, руб.;

Экономия за счет высвобождения сборочной оснастки Эсб.осн. определяется по формуле:

Эсб.осн = *Ссб.осн (62)

– количество высвобожденной сборочной оснастки данного наименования;

, (63)

Где - снижение трудоемкости сборочных работ за счет

повышения стабильности собираемых деталей, н/час;

Nосн. - количество узлов, собираемых в оснастке данного наименование, в год, шт.;

Квн - коэффициент выполнения норм;

Фосн. - действительный годовой фонд работы оснастки, час.

Х - среднее количество одновременно работающих, чел.

В гибких автоматизированных производствах на базе станков с ЧПУ уже первая деталь изготавливается по серийному технологи­ческому процессу и по расчетно-техническим нормам, поскольку пе­риод освоения технологии, как таковой отсутствует.

В связи с этим источником дополнительной экономии является снижение трудоемкости периода освоения до уровня трудоемкости, предусмотренной расчетно-техническими нормами серийного технологического процесса.

Учет этой дополнительной экономии осуществляется по статье «Заработная плата производственных рабочих» с помощь коэффициен­та освоения Кос.

Зз = 1,57* *Чс*Кос*N (64)

Где m – количество наименований деталей, обрабатываемых в ГАП;

t – трудоемкость изготовления детали, н/час;

Чс – часовая тарифная ставка рабочего, руб.;

N – производственная программа, шт;

Кос – коэффициент освоения, отражающий экономию, в следствии сокращения периода освоения технологии на гибком автоматизированном производстве (для заменяемого оборудования Кос > 1, для оборудования ГАП Кос = 1).

Эффект от сокращения срока ввода в действие основных и оборотных фондов определяется по формуле:

Э д.в. = К д.в. * Т о.в. *Е н, (65)

Где К д.в. – стоимость основных и оборотных фондов, досрочно вводимых в эксплуатацию и используемых на участке (в цехе), руб.

К д.в. = Ко + К осн. + Н, (66)

Где Ко – капиталовложения в оборудование, руб.;

К осн. – единовременные вложения в технологическую оснастку, руб.;

Н – единовременные вложения в оборотные фонды, связанные в незавершенном производстве, руб.;

Т с.в. – сокращение сроков ввода в действие основных и оборотных фондов, в долях года;

Е н – нормативный коэффициент эффективности.

Табл.12

Коэффициент освоения технологий Кос

Годовая программа шт.	Кос.	Годовая программа шт.	Кос
10	2,43	150	1,0953
15	1,953	175	1,0816
20	1,715	200	1,0715
25	1,572	250	1,0572
30	1,476	300	1,0476
35	1,408	350	1,0408
40	1,351	400	1,0357
45	1,317	450	1,0317
50	1,286	500	1,0286
60	1,238	600	1,0238
70	1,204	700	1,0204
80	1,178	800	1,0176
90	1,159	900	1,0159
100	1,143	1000	1,0143
125	1,114	1250	1,0114

Высвободившиеся рабочие могут быть загружены выпуском плановой или дополнительной продукции.

В случае, когда высвобождаемые рабочие загружаются выпуском плановой продукции, на которую не хватило рабочей силы, экономия выражается в ликвидации доплат за сверхурочные работы в выход­ные дни.

В случае, когда высвободившиеся рабочие выпускают новую дополнительную продукцию, пользующуюся спросом и выпуск кото­рой обеспечен необходимыми материальными ресурсами, то эконо­мия определяется ростом дополнительной прибыли (Э дп.), опре­деленной по формуле:

Э дп = 1,57 *nвысв*Фс*Чс*(1+ )*R, (67)

Где nвысв – количество высвобождаемых производственных рабочих, чел;

Фр – годовой фонд времени рабочего, час;

Чс – часовая тарифная ставка, руб.;

Н н.р. – накладные расходы на заработную плату высвободившихся рабочих, %;

К м - коэффициент, учитывающий затраты на материалы, в % от заработной платы (в механических цехах машиностроительных заводов затраты на материалы примерно составляют 50-70 % от заработной пла­ты производственных рабочих. Процент подлежит уточнению в каждом конкретном случае);

R – уровень рентабельности на предприятии.

Литература

1. Рекомендации по организации автоматизированных участков на базе станков с ЧПУ. М.:Изд.НИАТ, 1984.

2. Общесоюзные нормы технологического проектирования механообрабатывающих и сборочных цехов предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки. Гипростанок, М.:НИИМаш, 1984.

3. Гибкое автоматическое производство. Под редакцией С.А.Майорова и др. Л.:Машиностроение, 1985.

4. Гибкие производственные комплексы. Под ред. П.Н.Белянина и В.А.Лещенко. М.:Машиностроение, 1984.

5. Промышленная робототехника и гибкие автоматизированные производства. По ред. Е.И.Юревича. Л.:Лениздат, 1984.

6. Проектирование машиностроительных заводов. Справочник. Под общей ред. Е.С.Ямпольского. М.:Машиностроение, 1975, т.4.

7. Справочник технолога-машиностроителя. Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. М.:Машиностроение, 1985, т.1,2.

8. Маликов О.Б. Проектирование автоматизированных складов штучных грузов. Л.:Машиностроение, 1981.

Рис.1 Примеры компоновки гибких роботизированных систем механической обработки: С – станок, Ш – робот-штабелер, Р – робот, ТР – транспортный робот, П – писатель, Н – накопитель.

Рис.2 Схема планировки участка при использовании автоматической напольной транспортной системы с избирательным адресованием. 1- доставка заготовок со склада на участок, 2 – станок, 3 – каретка-оператор, 4 – приемный стол.

Рис. 3 Схема планировки сборочного участка при применении роликого конвейера: 1 -подача базовой детали, 2 -кран-укосина, 3 -сборочные стенды, 4 -стеллажи, 5 -начало сборки, с -рольганг, 7 -место для выполнения пригоночной операции, 8 -ко­нец сборки, 9 -передача собранного изделия на транспорт.

Рис.4 Примеры компоновочных схем роботизированных комплексов для сборочных операций: 1 – емкости для собираемых деталей, 2 – робот, 3 – сборочное приспособление, 4 – тара для собранных изделий, 5 – магазин захватов и сборочных инструментов, 6 – технологическое оборудование, 7 – гибкая транспортная связь.

В качестве емкостей для собираемых деталей используют магазинные устройства, кассеты, бункеры.

Рис. 5 Расстановка оборудования автоматической линии (АЛ):_:

I -инструментальный шкаф, 2 -станция гидропривода, 3 -пе­реходный мостик, 4 -электрошкаф, 5 -поперечный транспортер.

Рис.6а Рис.6б

Рис.6а

Структурные компоненты производственного модуля: 1-станок с ЧПУ, 2-управляющее устройство, 3-погрузочно-разгрузочное устройство, 4-транспортно-накопительное устройство, 5-контрольно-измерительное устройство.

Рис.6б

Структурные компоненты гибкой производственной ячейки: 1-станок с ЧПУ или обрабатывающий центр, 2-приемный стол, 3-погрузочно-разгрузочное устройство, 4,5-транспортно-накопительное устройство (4-конвейер, 5-накопитель).

Рис.6в

Структурные компоненты гибкой автоматической линии: 1-2-производственные ячейки (ГПЯ), 3,4- производственные модули (ГПМ), 5-транспортная система, 6-склад, 7-уп­равляющая ЭВМ

Рис.6г

Структурные компоненты гибкого производственного участка: 1,2,3 – гибкие автоматические линии (ГАЛ), 4-ГПЯ, 5-ГПМ, 6-склад, 7-управляющая ЭВМ

Рис.7 Варианты компоновок для предметно-замкнутых участков

А) 1-зона подготовки баз, 2-автоматизированный склад, 3-зона станков с ЧПУ, 4-зона станков с ручным управлением, 5-цехи-потребители.

Р ис.7б 1-автоматический склад, 2-зона подготовки баз, 3-зона основной обработки,4-зона окончательной обработки, 5-цехи-потребители.

Рис.7в 1-автоматический склад, 2- зона подготовки баз, 3-зона основной обработки, 4-зона окончательной обработки.

Рис.8 Схемы транспортных систем

А)1-модуль, обрабатывающий центр, станок с ЧПУ, 2-локальная линейная транспортная система, 3-единая линейная транспортная система

Б) 1-автоматизированный склад, 2-модуль, обрабатывающий центр, станок с ЧПУ, 3-единая линейная транспортная система

Рис.8в

1-автоматизированный склад, 2-модуль, обрабатывающий центр, станок с ЧПУ, 3-единая круговая внешняя замкнутая транспортная система

Рис.8г

1-автоматизированный склад, 2-модуль, обрабатывающий центр, станок с ЧПУ, 3-единая круговая внутренняя транспортная система

Рис. 9 Варианты расположения магазинов-накопителей на участке

1-автоматиэированный склад, 2-обрабатывающее оборудование

3-магазины-накопители,

а) магазин-накопитель у каждого станка,

б) магазин-накопитель на группу станков,

в) единый магазин-накопитель в начале участка,

г) единый магазин-накопитель в середине участка,

_Д) промежуточные магазины-накопители.

Рис.10 Варианты расположения погрузочно-разгрузочных позиций в производственных системах: I-автоматизированный склад,

2- загрузочно-разгрузочное устройство (станция), 3-нако­питель, 4-транспортная система, 5-обрабатываюшее оборудо­вание.

Рис.11 Компоновка гибкой системы для обработки корпусных деталей (мелкосерийное производство): 1-кран-штабелер, 2-загрузочно-разгрузочная станция, 3-автоматический склад заготовок, 4-автоматический склад готовых деталей, 5-промежуточный склад спутников и деталей, 6-автоматическая транспортная тележка с блоком памяти, 7- фрезерные станки с ПУ, 8-обрабатываюшие центры, 9-устройство для закрепления и установки деталей в спутник, 10-демонтаж спутников с деталями.

Рис.12 Компоновка гибкой системы для обработки валов электродви­гателей: I-обрабатывающее оборудование, 2-загрузочно-разгрузочные станции, 3-манипулятор, 4-конвейер, 5-поворотное устройство, 6-склад.

Рис.13 Компоновка гибкого комплекса для обработки деталей типа дисков и фланцев: I-автоматический склад-накопитель, 2- штабелер, 3-транспортер для уборки стружки, 4-магазин для заготовок, 5-пульт управления, 6-обрабатывающее оборудова­ние, 7-загрузочно-разгрузочное устройство, 8-магазин для обработанных деталей, 9-тара для обработанных деталей, 10-инструментальный магазин.

Рис.14 Типовая секция транспортно-накопительной системы ГАП:

I-кран-штабелер, 2-стеллаж, 3-робототехнологический комплекс, 4-цепной конвейер-накопитель для приема и выдачи грузов в ГАП.

Рис.15 Линейная компоновка склада ГАП: 1-производственный участок, 2-перегрухочные устройства и накопители, 3-участок входного контроля, 4-мостовой складской робот, 5-склад материалов, заготовок, инструмента, тары, готовых изделий, 6-поступление материалов, заготовок инструмента, тары, 7-выход готовых и бракованных изделий, 6-участок ОТК, 9-выход отходов производ­ства.

Рис.16 Боковая компоновка склада ГАП: 1-поступление материалов, заготовок, инструмента, тары, 2-участок входного контроля, 3-перегрузочкые устройства и накопители, 4-гравитаиионный склад заготовок, инструмента, готовых изделий, 5-трцнспортно-складской робот, 6-производственный участок, 7-участок ОТК, 8-выход готовых и бракованных изделий.

Рис.17 Этапы технологического процесса измерений

Рис.18

Функциональная схема управления автоматизированным участком: 1-центральная ЭВМ СУ участка, 2-пункт диспетчирования, 3-локальная ЭВМ управления станком или ячейкой, 4-станок с ЧПУ или гибкая ячейка, 5-ЭВМ СУ автоматического склада, 6-ЭВМ СУ транспортной системы

Рис.19

График определения минимальных потерь Pmin