Полтавський політехнічний коледж Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут»

Спеціальність 5.090227

«Обробка матеріалів на верстатах і автоматичних лініях»

«ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ГНУЧКИХ ВИРОБНИЧИХ СИСТЕМ»

Введення

У нашій країні широке поширення одержали автоматичні потокові лінії, що поєднують комплекси автоматично працюючих агрегатних верстатів і верстатів-автоматів.

Недолік - вузька орієнтація на виготовлення певного виду виробів. У зв'язку із цим подібні засоби можна використати тільки там, де виробництво носить масовий, сталий характер.

У промислово розвинених країнах крупносерийное й масове виробництво становить лише 20%, а одиничне, дрібносерійне й серійне виробництво - 80 %.

З метою дозволу протиріч, обумовлених, з одного боку, дрібносерийностью об'єктів виробництва, а з іншої, великими масштабами самого виробництва, були розроблені методи групової технології.

Наступним кроком на шляху автоматизації виробництва є розробка програмувальних і за рахунок цього засобів, що перенастроюються, тобто гнучкого встаткування. До них відносяться верстати зі ЧПК, у тому числі обробні центри, промислові роботи й інше встаткування. Ще більшою гнучкістю володіють системи, керовані від ЕОМ. Подібні системи називають по різному:

У Японії - гнучкою автоматизацією, гнучким виробничим комплексом.

У США - гнучкою виробничою системою (FMS). (ГВС).

У нашій країні такого роду комплекси називають гнучким автоматичним виробництвом (ГАВ).

ГАВ функціонує на основі програмного керування й групової орієнтації виробництва. На першому етапі ГАВ може бути автоматизованим, тобто включати операції, виконувані за участю людини.

ГАВ включає виконавчу систему, що складається з технологічних, транспортних, складський систем і систему керування.

Переваги ГАВ у порівнянні з ділянками, що складаються з універсальних верстатів:

різке збільшення продуктивності праці в процесі виготовлення одиничної й дрібносерійної продукції завдяки більш високому завантаженню встаткування;

швидке реагування на зміну вимог замовників;

істотне підвищення якості продукції за рахунок усунення помилок і порушень технологічних режимів, неминучих при ручній праці;

скорочення часу виробничого циклу в кілька разів;

зменшення капітальних вкладень, площ і чисельності обслуговуючого персоналу насамперед за рахунок трехзміного режиму роботи, при цьому дві зміни ведуться практично під спостереженням оператора;

зниження обсягу незавершеного виробництва;

підвищення ефективності керування за рахунок виключення людини з виробничого процесу;

поліпшення умов праці, усунення складних, трудомістких і важких операцій, звільнення людини від малокваліфікованої й монотонної праці.

ГВС знаходять застосування в основному у верстатобудуванні, машинобудуванні.

Аналіз ГВС дозволяє зробити деякі висновки:

керування транспортними системами й роботою верстатів здійснюється однієї або декількома окремими ЕОМ;

число верстатів у ГВС коливається від 2 до 50. Однак 80% ГВС складено з 4-5 верстатів і 15% з 8 - 10;

рідше зустрічаються системи з 30-50 верстатів (2-3%);

найбільший економічний ефект від використання ГВС досягається при обробці корпусних деталей, ніж від їхнього використання при обробці інших деталей, наприклад деталей типу тіл обертання. Наприклад у Німеччині їх 60%, у Японії - більше 70, у США - близько 90%;

різна й ступінь гнучкості ГВС. Наприклад у США переважають системи для обробки виробів у межах 4-10 найменувань, у Німеччині - від 50 до 200;

нормативний строк окупності ГВС у різних країнах 2 - 4,5 роки.

Проблеми, що виникли при застосуванні гнучких систем:

ГВС не досягла поставленої мети по рентабельності; вона виявилася занадто дорогої в порівнянні з перевагами, досягнутими з нею. Виявлено, що причиною високої вартості встаткування були нерозмірні витрати на пристосування й транспортну систему;

розробка й введення в експлуатацію комплексної ГВС виявилося важким, а також дорогим;

через недолік досвіду було важко вибирати підходящі типи систем і встаткування для неї;

є мало постачальників систем, які можуть поставляти складні системи.

у деяких випадках експлуатаційники одержали досвід про фактично слабку гнучкість;

конструктивні елементи ГАВС, наприклад, верстати, системи керування й периферійних пристроїв часто виявлялися невідповідними до системи й викликали зайві проблеми по стикуванню.

Експлуатаційники часто не мають достатньої готовності до експлуатації складної системи;

Тривалий строк виконання проекту від конструювання до запуску системи.

Перспективи застосування гнучких систем

одночасне підвищення ефективності й гнучкості;

підвищення ступеня автоматизації не зменшуючи гнучкості;

удосконалення таких вимірювально-контрольних методів, які контролюють у процесі обробки стан інструмента й оброблюваних деталей, необхідне для відповідного автоматичного підналагодження;

зменшення кількості пристосувань за рахунок автоматизації кріплення деталей;

введення в ГВС таких операцій, як промивання, покриття, термообробка, зборка й т.д;

розвиток профілактичного техобслуговування.

Значення ГВС

більш високий коефіцієнт використання верстатів (в 2-4 рази більше в порівнянні із застосуванням окремих верстатів);

більш короткий час проходу виробництва;

зменшується частка незакінченого виробництва, тобто зменшується кількість запасів деталей на складах, що означає зменшення продукції, прив'язаного до виробництва;

більш ясний потік матеріалу, менш перетранспортувань і менш точок керування виробництвом;

зменшуються витрати на заробітну плату;

більш рівна якість продукції;

більш зручна й сприятлива обставина й умови роботи для працюючих.

Мета курсу

Викладання методів проектування ділянок і цехів різних типів виробництв, призначених для реалізації виробничих процесів виготовлення виробів необхідної якості у встановленій кількості при належному рівні ефективності.

Завдання курсу

Даний курс для досягнення поставленої мети покликаний сформувати в студента системне подання про машинобудівне виробництво виробів на базі знань; про структуру виробництва в цілому і його окремих підсистемах; про основні характеристики даного виробництва й методах їхньої кількісної оцінки; про особливості підходу до розробки ділянок і цехів для потокового й непотокового виробництва. Чітке засвоєння методологічної концепції проектування машинобудівного виробництва на рівні ділянки й цеху, знання основних методологічних положень загального підходу й оцінки техніко-економічної ефективності проектованого варіанта - основне завдання вивчення даного курсу.

Основні поняття й визначення

Виробничим процесом у машинобудуванні називають сукупність дій, необхідних для випуску готових виробів. В основу виробничого процесу покладений технологічний процес виготовлення виробів, під час якого відбувається зміна якісного стану об'єкта виробництва. Для забезпечення безперебійного виконання технологічного процесу виготовлення вироби необхідні ще й допоміжні процеси

Основні етапи виробничого процесу:

-одержання й складування заготівель;

-доставка заготівель до робочих позицій;

-різні види механічної обробки;

-переміщення напівфабрикатів між робочими позиціями;

-контроль якості;

-зберігання на складах;

-зборка виробів;

-випробування, регулювання;

-фарбування, обробка, упакування й відправлення.

Різні етапи виробничого процесу на машинобудівному заводі можуть виконуватися в оздоблювальних цехах або в одному цеху.

У першому випадку виробничий процес виготовлення продукції ділять на частини й відповідно називають виробничим процесом, виконуваним, наприклад, у заготівельному, складальному, механічному цеху й т.д.

У другому випадку процес називають комплексним виробництвом.

Виробничі процеси діляться на потокові й непотокові.

Під потоковим виробничим процесом розуміють такий процес, при якому заготівлі, деталі або збирають вироби, що, у процесі їхнього виробництва перебувають у русі, причому цей рух здійснюється з постійним тактом у розглянутий проміжок часу. Це значить, що надійшла, наприклад, на першу операцію заготівля, відразу ж після закінчення її передається на другу, після другої на третю й т.д. до останньої операції. Час простою напівфабрикату між операціями в таких випадках дорівнює або кратно такту.

Під непотоковим виробництвом розуміють таке виробництво, при якому напівфабрикати в процесі їхнього виготовлення перебувають у русі з різною тривалістю операцій і пролеживания між ними.

Програма випуску - сукупність виробів установленої номенклатури, що випускають у заданому обсязі в рік.

Обсяг випуску - число виробів, що підлягають виготовленню в одиницю часу (рік, квартал, місяць).

Кожне виробництво має певну виробничу потужність, під якою розуміють максимально можливий випуск продукції встановлених номенклатури й кількості, що може бути здійснений за певний період часу при встановленому режимі роботи. Розрізняють дійсну й проектну потужність.

Проектна потужність - це встановлена в проекті будівництва й реконструкції виробництва виробнича потужність, що повинна бути досягнута за умови забезпечення виробництва прийнятими в проекті засобами виробництва, кадрами й організації виробництва.

Виробнича потужність діючого виробництва не є постійною й залежить від технічного рівня працюючих, рівня використання основних і оборотних фондів, змінності роботи, рівня механізації й автоматизації виробництва й інших факторів.

Виробничий цикл - це календарний час виготовлення виробів від початку виробничого процесу до його закінчення.

Рух заготівель, напівфабрикатів або виробів у виробництві може здійснюватися поштучно або партіями.

Партією прийнято називати певне число заготівель, напівфабрикатів або виробів, що одночасно надходять на робочу позицію (місце).

Для виконання виробничого процесу повинні бути відповідним чином обладнані робочі позиції (місця). Виходячи з організаційних міркувань кілька робочих позицій поєднують, образуя виробнича ділянка.

Виробничою ділянкою називають частина обсягу цеху, у якому розташовані робочі місця, об'єднані транспортно-накопичувальними пристроями; засобу технічного, інструментального й метрологічного обслуговування; засобу керування ділянкою й охорони праці й на якому здійснюються технічні процеси виготовлення виробів певного призначення.

Більшою організаційною одиницею є виробничий цех, що являє собою виробничий, адміністративно-господарський відособлений підрозділ заводу. Цех містить у собі виробничі ділянки, допоміжні підрозділи, службові й побутові приміщення, а також приміщення громадських організацій.

До допоміжних підрозділів ставляться:

-відділення по відновленню різального інструменту;

-контрольне відділення;

-ремонтне відділення;

-відділення по готуванню й роздачі мастильно-охолодних рідин;

-відділення по переробці стружки.

Склад виробничих ділянок і допоміжних підрозділів визначається конструкцією виготовлених виробів, технологічним процесом, програмою випуску й організацією виробництва.

Перелік скорочень

АРМ - автоматизоване робоче місце;

АСІЗ - автоматизована система інструментального забезпечення;

АСНД - автоматизована система наукових досліджень;

АСТПВ - автоматизована система технологічної підготовки виробництва;

АСВВ - автоматизована система видалення відходів;

АСУОТ - організаційно-технологічна АСУ;

АТСС - автоматизована транспортно-складська система;

ОТ - обчислювальна техніка;

ГАЗ - гнучкий автоматизований завод;

ГАЛ - гнучка автоматизована лінія;

ГАВ - гнучке автоматизоване виробництво;

ГАД - гнучка автоматизована ділянка;

ГАЦ - гнучкий автоматизований цех;

ГВК - гнучкий виробничий комплекс;

ГВМ - гнучкий виробничий модуль;

ГВС - гнучка виробнича система;

ЕСТПВ - єдина система технологічної підготовки виробництва;

І ПС - інформаційно-пошукова система;

Кзав- коефіцієнт завантаження;

Кзм - коефіцієнт змінності;

КВМ - контрольно-вимірювальна машина;

КТС - комплекс технічних засобів;

КЦ ВІД АСУ - короткоцикловая організаційно-технологічна АСУ;

ЛМ- локальна мережа;

ЛСК - локальна система керування;

МПК - мікропроцесорний комплекс;

МРТ - модуль робототехніки;

НТЗ - напольное транспортний засіб;

ОЦ - обробний центр;

ЗШ - загальна шина;

ПН - проміжний накопичувач;

ПЗЛСМ- програмне забезпечення локальної мережі;

ПР - промисловий робот;

РТК - роботизированный технологічний комплекс;

САК - система автоматизованого контролю;

САПР - система автоматизованого проектування;

САП КП - система автоматизованої підготовки керуючих програм;

СПР - система прийняття рішень;

СПК - система програмного керування;

ЗДЗ - змінно-добове завдання;

СКБД- система керування базою даних;

СКВР - система керування верхнього рангу;

СУ ГАП - система керування ГАВ;

СКМ - система керування модулем;

СЧПК - система числового програмного керування;

ТП - технологічний процес;

КП - керуюча програма;

ПЗО - пристрій зв'язку з об'єктом.

Лекція 1

1. Класифікація виробничих систем

1.1 Основні характеристики гнучкого автоматизованого виробництва

1.1.1 Продуктивність ГВС

1.1.2 Поняття про гнучкість автоматизованого виробництва

1.1.2.1 Характерні елементи гнучкості

1.1.2.2 Види гнучкості

1.1.3 Ефективність роботи ГВС

1.1.4 Надійність функціонування ГВС

Вивчення сучасного виробництва, розробок і проектів показує, що спектр рішень гнучких виробничих систем простирається від виробничих модулів на базі одного верстата із ЧПК до об'єднаних комп'ютером виробничих ділянок і цехів.

Основними класифікаційними ознаками ГАВ є:

масштабність структури;

сфера використання(по групах галузевих виробництв, видам робіт, масі й габаритам продукції);

технічний рівень (гнучкість, ступінь автоматизації, ріст продуктивності).

По масштабності ГАВ розділяється:

1 Гнучкий виробничий модуль (ГВМ)

Одиниця технологічного встаткування для виробництва виробів довільної номенклатури у встановлених межах значень їхніх характеристик із програмним керуванням, автономно функціонуюча, автоматично здійснюючі всі функції, пов'язані з їхнім виготовленням, що має можливість вбудовування в гнучку виробничу систему.

2 Гнучка виробнича система (ГВС)

Сукупність у різних сполученнях устаткування зі ЧПУ, роботизованих технологічних комплексів, гнучких виробничих модулів, окремих одиниць технологічного встаткування й систем забезпечення їхнього функціонування в автоматичному режимі протягом зазначеного інтервалу часу, що володіє властивістю автоматизованого переналагодження при виробництві виробів довільної номенклатури у встановлених межах значень їхніх характеристик.

3 Гнучка автоматизована лінія (ГАЛ)

Гнучка виробнича система, у якій технологічне встаткування розташоване в прийнятій послідовності технологічних операцій.

4 Гнучка автоматизована ділянка (ГАД)

Гнучка виробнича система, що функціонує по технологічному маршруті, у якому передбачена можливість зміни послідовності використання технологічного встаткування.

5 Гнучкий автоматизований цех (ГАЦ)

Гнучка виробнича система, що представляє собою в різних сполученнях сукупність гнучких автоматизованих ліній, роботизованих технологічних комплексів, гнучких автоматизованих ділянок, роботизованих технологічних ділянок для виготовлення виробів заданої номенклатури.

6 Гнучкий автоматизований завод (ГАЗ)

Гнучка виробнича система, що представляє собою сукупність ГАД.

По ступенях автоматизації ГВС підрозділяються на гнучкі виробничі комплекси (ГВК) і гнучкі автоматизовані виробництва (ГАВ).

ГВК визначається як ГВС, що складається з декількох ГВМ, об'єднаних автоматизованою системою керування й автоматизованою транспортно-складською системою, що автономно функціонує протягом заданого інтервалу часу й можливість, що має, вбудовування в систему більше високої системи автоматизації.

ГАВ являє собою ГВС, що складається з одного або декількох ГВК, об'єднаних автоматизованою системою керування й транспортно-складською системою.

7 Роботизований технологічний комплекс (РТК)

Сукупність одиниці технологічного встаткування, промислового робота й засобів оснащення, автономно функціонуючий і здійснюючий багаторазовий цикли.

Примітки:

1 РТК, призначені для роботи в ГВС, повинні мати автоматизоване переналагодження й можливість вбудовування в систему.

2 Як технологічне встаткування може бути використаний промисловий робот.

3 Засобами оснащення РТК можуть бути: пристрою нагромадження, орієнтації, поштучної видачі об'єктів виробництва й інших засобів, що забезпечують функціонування РТК.

8 Система забезпечення функціонування ГВС.

Сукупність у загальному випадку взаємозалежних автоматизованих систем, що забезпечують проектування виробів, технологічну підготовку їхнього виробництва, керування гнучкою виробничою системою за допомогою ЕОМ і автоматичне переміщення предметів виробництва й технологічного оснащення.

Примітка:

9 У загальному випадку в систему забезпечення функціонування ГВС входять:

10 автоматизована транспортно-складська система (АТСС);

11 автоматизована система інструментального забезпечення (АСІЗ);

12 система автоматизованого контролю (САК);

13 автоматизована система видалення відходів (АСВВ);

14 автоматизована система керування технологічними процесами (АС КТП);

15 автоматизована система наукових досліджень (АСНД);

16 система автоматизованого проектування (САПР);

17 автоматизована система технологічної підготовки виробництва (АС ТПВ);

18 автоматизована система керування (АСК) і т.д.

19 Автоматизована транспортно-складська система (АТСС).

Система взаємозалежних автоматизованих транспортних і складських пристроїв для укладання, зберігання, тимчасового нагромадження, розвантаження й доставки предметів праці, технологічного оснащення.

20 Автоматизована система інструментального забезпечення (АСІЗ).

Система взаємозалежних елементів, що включає ділянки підготовки інструментів, їхнього транспортування, нагромадження, пристрою зміни й контролю якості інструмента, що забезпечують підготовку, зберігання, автоматичну установку й заміну інструмента.

По гнучкості ГВС діляться на системи:

а) високої гнучкості в яких номенклатура продукції, наведена на один обробний модуль, перевищує 100 найменувань. Витрати часу на переналагодження для обробки нової деталі в межах групи не більше 10% корисного фонду часу роботи.

б) середньої гнучкості - номенклатура продукції, наведена на один модуль, 20 - 100 найменувань. Витрати часу на переналагодження - 20 %.

в) малої гнучкості - номенклатура - до 20 найменувань; витрати часу на переналагодження більше 20 %.

По ступені автоматизації ГВС діляться на системи:

а) високої (вищої) ступеня - автоматичне керування й трьох змінний режим роботи;

б) середнього ступеня - безперервне автоматизоване керування при багатоверстатному обслуговуванні з коефіцієнтом багатоверстатності більше 2.

в) малого ступеня – коефіцієнт багатоверстатності не більше 2.