Konspekt_lekcii автом.пр.проц.в. маш.(Норко)

МНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Султан-заде Н.М, Клепиков В.В.,Солдатов В.Ф.

“Основы автоматизации производственных процессов”

Конспект лекций для студентов специальности 151001

Москва, 2012 г.

2

1.Цель и задачи автоматизации производства и его основные характеристики

. Автоматизация производства - процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, выполняемые ранее человеком, передаются автоматическим управляющим устройствам. Различают три уровня автоматизации производства: частичную, комплексную и полную автоматизацию.

Частичная автоматизация ограничивается автоматизацией отдельных операций технологического процесса за счет использования станков с автоматическим циклом управления или станков с ЧПУ.

Комплексная автоматизация предполагает автоматизацию производственных процессов изготовления деталей или сборочных единиц с использованием автоматических систем машин: автоматических линий и гибких производственных систем.

Полная автоматизация -это высшая ступень автоматизации, при которой все функции изготовления, контроля и управления производством выполняются автоматами.

Автомат - это самостоятельно действующее устройство или совокупность устройств, выполняющий по заданной программе без непосредственного участия человека процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации.

Автоматы могут работать в тяжёлых, вредных и опасных для здоровья человека условиях. Поэтому автоматизация производства полностью исключает или существенно снижает отрицательное воздействие производственного процесса на человека, поскольку человек заменяется автоматами различного служебного назначения.

Экономические преимущества использования автоматических систем в производстве вытекают из их технических преимуществ. К экономическим преимуществам автоматизации можно отнести: возможность значительного повышения производительности труда; более экономичное использование

3

физического труда, материалов и энергии; более высокое и стабильное качество продукции; сокращение периода времени от возникновения потребности в изделии до получения готовой продукции; возможность расширения производства без увеличения трудовых ресурсов.

Повышение производительности труда обеспечивается следующими факторами:

1. За счет более полного использования календарного времени при автоматической работе оборудования;

2.За счёт повышения скорости протекания процессов, которая не ограничивается физическими возможностями человека;

3.За счёт высвобождения людей для выполнения другой, ещё не автоматизированной работы.

производительное время 2545ч

выходные и праздники 2745ч

ночная смена 2000ч

потери 1470ч

Рис.1.1. Распределение календарного фонда времени за год.

Рассмотрим эти факторы подробнее. В течение года автоматическое оборудование может работать 365 дней х24ч=8760 часов без учета простоев на замену режущих инструментов, переналадку и ремонт. При работе в две смены производительное время оборудования составляет лишь 2545 часов, что составляет 29% от годового календарного фонда времени (рис. 1.1) столько же времени приблизительно занимают праздники и выходные дни. Остальное время составляет неиспользованная третья смена и потери времени по организационным и техническим причинам.

4

Автоматизация производства позволяет более экономично использовать труд, материалы и энергию. Повышение производительности труда означает по существу более экономичное использование труда. Автоматизация технологической подготовки производства обеспечивает выбор наиболее рациональных методов и средств изготовления продукции, обеспечивает оптимизацию технологических процессов. Автоматическое планирование и оперативное управление производства обеспечивает оптимальные организационные решения, сокращает запасы незавершённого производства. Автоматическое регулирование процесса предотвращает потери от поломок инструментов и вынужденных простоев оборудования.

1.1Основные характеристики производственного процесса

Производственный процесс можно характеризовать большим количеством технико-экономических показателей. В числе самых важных характеристик необходимо выделить следующее:

1.гибкость процесса и степень автоматизации:

2.эффективность производственного процесса.

Количество выпускаемой продукции определяется объёмом выпуска изделий за планируемый период времени и величиной серии, которые задаются планом. Вьипуск продукции заданного качества в требуемом количестве является основной задачей производственного процесса.

В машиностроении качество процесса характеризуется обеспечиваемой точностью размеров изделий, точностью расположения

поверхностей, шероховатостью поверхностей, свойствами поверхностного слоя, которые должны находиться в регламентированных чертежом пределах.

Производительность производственного процесса определяется количеством изделий, выпускаемых в единицу времени или в течении определённого периода времени. В поточном производстве производительность qизмеряется величиной обратной такту выпуска изделий Т:

q = 1/Т

5

Производительность производственного процесса должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить требуемый объём выпуска продукции за планируемый период.

1.2Размерные и временные связи, и автоматизированные процессы изготовления деталей.

Материальные и информационные связи в производстве Производственный и технологический процессы характеризуется

наличием целенаправленных потоков предметов, к которым относятся: 1.исходные материалы, заготовки, детали, сборочные единицы; 2.вспомогательные материалы; 3.режущие инструменты, приспособления, технологическая оснастка; 4.отходы производства.

В производственном процессе заготовки перемещаются в соответствии с предписанным технологическим маршрутом, образуя поток заготовок, а затем на сборке потоки деталей.

Для изготовления деталей необходим инструмент, который должен быть собран, настроен на требуемый размер или измерен и в нужный момент доставлен на требуемое место. После выработки инструментом определённого периода стойкости режущий инструмент должен быть снят со станка и отправлен в отделение переточки, где инструмент разбирают, перетачивают, снова собирают и отправляют в склад.

Таким образом, в производственном процессе заготовки, изделия, инструменты, приспособления, отходы производства периодически перемещаются каждый по своему маршруту через технологическое оборудование, склады и накопители, через различные производственные участки и отделения при помощи транспортных устройств, (рис.1. 2).

6

Материальный поток

Передача информации

Рис.1.2. Потоки заготовок, изделий и информации в производственном процессе.

Для организации и управления предметными потоками в производственном процессе необходима различная информация: информация о наличии необходимых деталей и материалов, информация о начале и окончании обработки конкретной заготовки на конкретном станке, информация о достигнутой точности размеров, информация о состоянии режущего инструмента и о многих других параметрах производственного процесса.

В неавтоматизированном производстве многие информационные процессы оказываются скрытыми, поскольку они выполняются людьми, которые дополняют недостающую в документации информацию за счёт своих знаний и опыта работы. Например, в мелкосерийном производстве технологические процессы изготовления простых деталей подробно не разрабатывают. Квалифицированный рабочий может сам изготовить на станке деталь, пользуясь только чертежом. При автоматизации этого же

7

процесса с использованием станка с ЧПУ необходимо не только подробно разработать все нюансы обработки, включая режимы резания, траекторию перемещения инструментов и т.д., но и представить эту информацию в виде управляющей программы, пригодной для ввода в конкретную систему ЧПУ станка.

Таким образом, при автоматизации производственного процесса, за счёт детализации автоматически выполняемых действий, для реализации производственного процесса резко возрастает количество необходимой информации. Особенно это касается гибкого автоматизированного производства с автоматической переналадкой станков на изготовление требуемого изделия. Автоматизация производства предполагает автоматизацию предметных и информационных потоков. Автоматизация предметных потоков осуществляется применением автоматических транспортных систем, автоматических складов и накопителей, устройств автоматической загрузки и выгрузки станков, также другого технологического оборудования. Автоматизация сбора информации о состоянии производственной системы осуществляется установкой различных автоматических измерительных средств: устройств активного контроля размеров и свойств деталей, контактных измерительных головок, координатно-измерительных машин, устройств отсчёта перемещений, путевых выключателей и различных других датчиков информации. Для автоматической передачи информации используются различные каналы связи, а для автоматического преобразования информации и принятия решения о совершении какого-либо действия применяется ЭВМ, устройства ЧПУ, программируемые контроллеры, различные устройства ввода и вывода информации и другие средства.

Из всего изложенного следует, что производственный процесс состоит из следующих укрупнённых действий:

-процесс транспортирования и складирования материалов; -процесс сборки (сборка изделия, загрузка и разгрузка заготовок,

8

сборка и разборка приспособлений и т.д.)

-процессы формообразования и обеспечения требуемого качества деталей.

1.3Размерные и временные связи процессов

Основой автоматизации производственных процессов является автоматизация действий, составляющих содержание технологической операции, т.к. автоматизированный производственный процесс состоит из множества автоматизированных технологических операций и операций транспортирования заготовок из мест складирования к рабочим местам и наоборот от рабочих мест к местам складирования. При этом координаты месторасположения складов выбираются в зависимости от характера производства.

Обобщённую технологическую операцию можно представить как множество следующих элементов или действий:

ОП = (Ож.; Перен.; Заг.П.; Настр.; Перен.З. на П.Уст.; Уст.; /перех.1, перех.2,... перех.М./; контр.; Съём; Перен.З. наП.склад.; Разг.П.)

где: Ож.- ожидание начала выполнения операции над партией заготовок; Перен.- время переналадки технологической системы для выполнения операции; Заг. П.- загрузка партии заготовок в рабочее пространство; Настр.- настройка размерных связей для выполнения операции; Уст.- установка заготовки в позицию обработки; /перех.1; ...; перех.М/ - выполнение переходов по маршруту обработки; Контр. -контроль обработанной заготовки; Съём - съём обработанной заготовки; Перен.З. на П.Уст,- перенос заготовки на позицию установки; Перен.З, на Н.склад - перенос обработанной заготовки на позицию складирования; Разг.ГТ - разгрузка рабочего пространства от обработанных заготовок.

Рассмотренные действия в рамках одной операции по отношению к одной заготовке может осуществляться один раз или многократно. Поэтому, необходимо ввести коэффициент повторяемости этих действий. Кроме того, эти действия по отношению к их началу должны подчиняться

9

определённому отношению, т.е. одни действия должны предшествовать другим. Отсюда следует, что для составления временной структуры каждое действие должно задаваться моментом начала этого действия. По своей сущности действие должно осуществляться в определенной точке пространства

инад определёнными предметами или материальными точками. Кроме того, в общем случае для определённости задания действия должно быть указано в какой точке пространства оно начинается, над какими материальными точками

ив какой точке пространства это действие должно завершиться. Таким образом, каждое действие задаётся множеством параметров:

В= {i ;[(х1,у\);(х2,у2);...;(х„,уп)],f (x,y)},

где: tH,tk-время начала и окончания действия; (xi,yi)-пространственные координаты i-ой материальной точки в начале выполнения действия и по его завершению; f,(x„y,) -траектория перемещения i-ой материальной точки. Перемещение i-ou материальной точки осуществляется во времени, т.е. х, и yt являются функциями времени или иначе f(x,(t) ,y,(t)). При этом выполняется следующее условие: tg<t<tg,где t"gи tkg-моменты начала и окончания действия в рамках которого осуществляется перенос i-ой материальной точки по требуемой траектории.

1.4Автоматизированные процессы изготовления деталей

В качестве средств автоматизации процесса изготовления деталей используются: оборудование с числовым программным управлением; робототехнические комплексы (РТК); гибкие производственные системы (ГПС); автоматические линии (АЛ). Применение тех или иных средств определяется программой выпуска деталей, их номенклатурой, конструктивными особенностями.

Основным оборудованием для механической обработки различных по своему служебному назначению деталей в условиях крупносерийного и массового производства являются АЛ или система из них. В условиях крупносерийного производства за АЛ закрепляются от одной до десяти

10

различных деталей. Технологический процесс обработки заготовок на АЛ кроме обычных технико-экономических и технических требований должен удовлетворять условиям, вытекающих из специфики автоматического производства. При обработке заготовок на синхронных АЛ нужно обеспечить приблизительно равную или кратную длительность выполнения отдельных операций. Это обеспечивается за счёт коррекции режимов резания. Если получается, что основное технологическое время на одной или нескольких операциях значительно превышает машинное время на остальных операциях, то часто приходится эти лимитирующие операции разделить на несколько операций, выполняемых на дополнительных позициях. Первые подготовительные операции, на которых обрабатываются базовые поверхности, обычно выносятся из АЛ на отдельные станки. Это объясняется тем, что подобные операции трудно автоматизировать, так как заготовку устанавливают на необработанные поверхности, а последующая установка заготовок в АЛ на чистовые базы требуют другой ориентации заготовки и других приспособлений. При необходимости вести обработку от черновых баз на всех операциях в АЛ используют спутники. На спутнике заготовка закрепляется один раз.

Среднесерийное производство, находясь на стыке крупносерийного и серийного производства, предъявляет специфические требования к металлообрабатывающему оборудованию. Традиционные АЛ в среднесерийном производстве не рентабельны из-за малого коэффициента загрузки, а использование одношпиндельных многооперационных станков с ЧПУ невыгодно, так как для обработки больших партий деталей требуется значительное количество этого дорогостоящего оборудования. Поэтому в среднесерийном производстве производительность повышают за счёт использования многошпиндельной обработки. В оборудовании со сменными шпиндельными коробками корпусная заготовка остаётся неподвижной в течение всего цикла обработки, а инструменты, установленные в сменную шпиндельную коробку подаются к заготовке в соответствии (согласно) с