Гибкие производственные системы

Гибкие производственные системы (ГПС) наиболее эффективное средство автоматизации серийного производства, позволяющее переходить с одного вида продукции на другой с минимальными затратами времени и труда.

ГПС — это организационно-техническая производственная система, позволяющая в условиях мелкосерийного, серийного и в отдельных случаях крупносерийного многономенклатурного производства заменить с минимальными затратами и в короткий срок выпускаемую продукцию на новую. В структуре типовой ГПС необходимы три группы компонентов: технологическая, управления и подготовки производства. Каждая из указанных групп компонентов, образующих соответствующую систему (или подсистему), является человеко-машинной, в которой наиболее трудоемкие функции выполняются входящими в систему средствами вычислительной техники, а творческие функции — конструкторами, технологами и организаторами производства, работающими на АРМ. Технологическая система представляет собой совокупность основного и вспомогательного технологического оборудования и реализованного на нем технологического производственного процесса, который может быть механообрабатывающим, сборочным, литейным, кузнечнопрессовым, сварочным, гальваническим и т. д. Производственные функции выполняются с помощью специфических для каждого вида производства технических средств, построенных на модульной основе. При этом решаются следующие задачи: комплектация, складирование, транспортирование и промежуточное накопление исходного материала, заготовок, полуфабрикатов и технологической оснастки; обработка и сборка объектов производства; контроль заготовок, полуфабрикатов и готовой продукции; контроль параметров технологического процесса и состояния инструмента, уборка отходов производства; подача вспомогательных материалов (смазочного материала, охлаждающей жидкости, формовочных материалов). Производственная гибкость ГПС определяется технологической, структурно-организационной и параметрической гибкостью. При этом под гибкостью понимают приспосабливаемость ГПС к изменениям, связанным с выполнением производственной программы. Производственная система считается гибкой и быстропереналаживаемой без существенных затрат, если при изменении объектов производства не меняется состав компонентов системы и состав информационных связей.

Гибкая производственная система (ГПС) представляет собой совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени. Любая ГПС обладает свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. Роботизированный технологический комплекс (РТК) состоит из единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения (устройств накопления, ориентации и поштучной выдачи изделий). РТК может функционировать автономно, осуществляя многократно циклы обработки. Если РТК предназначены для работы в составе ГПС, то они должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему.

Автоматические линии АЛ - комплекс рабочих машин, основного и вспомогательного оборудования, автоматически выполняющих весь процесс изготовления или переработки продукта производства. Автоматические линии делятся на специальные, специализированные и универсальные. Специальные линии используются для обработки строго определённых по форме и размерам изделий. На специализированных линиях обрабатываются однотипные детали с более широким диапазоном размеров. Универсальные автоматические линии дают возможность быстро переналаживать оборудование для изготовления различной однотипной продукции.

Управление автоматическими линиями осуществляется с помощью автоматизированной системы управления, обслуживающий персонал ведёт наблюдение (контроль) за работой агрегатов, обеспечивает их ремонт и наладку.

Гибкий производственный модуль ГПМ - это единица технологического оборудования с ЧПУ и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующая, осуществляющая многократные автоматические циклы, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве деталей или изделий широкой номенклатуры в пределах его технологического назначения и установленных технических характеристик, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему (рис. 70).

Рис. 70. Гибкий производственный модуль.

 

ГПМ можно встраивать в гибкую производств. систему более высокого уровня: автоматизированную линию, участок, цех, завод. К средствам автоматизации ГПМ обычно относят накопители, приспособления-спутники, устройства загрузки и выгрузки, замены технологической оснастки. Частный случай ГПМ -роботизированный технологический комплекс. Например,  автоматический переналаживаемый токарный модуль (рис. 71) состоит из следующих частей:

 

1 - индикаторное устройство для контроля состояния режущего инструмента;

2 - индикаторное устройство для контроля точности обработки заготовки;

3 и 5 - устройство автоматической смены инструмента;

4 - система охлаждения;

6 - устройства для сбора и удаления стружки;

7 - устройство ЧПУ;

8 - промышленный робот;

9 - транспортно-накопительное оборудование;

10 - токарный станок

Рис. 71. Автоматический переналаживаемый токарный модуль

 

Преимущества ГПС

ГПС позволяет снизить потребность в квалифицированных станочниках и станках, повысить качество продукции. Производительность станков с ЧПУ, входящих в ГПС, в 1,5—2 раза выше суммарной производительности такого же количества индивидуально работающих станков с ЧПУ. ГПС оснащены современными системами ЧПУ, управляющими перемещениями механизмов станка, инструментом, транспортом, системами загрузки — выгрузки. Такие системы ЧПУ имеют дисплеи, помогающие оператору увидеть отклонения в работе станка, мониторные устройства, обеспечивающие диагностирование режущего инструмента, контроль размеров обрабатываемых заготовок непосредственно на станке и т. д.

Основные признаки ГПС: автоматизированность, наличие общей транспортной системы, гибкость.

Гибкость - это возможность обрабатывать на одной и той же технологической линии различные детали в различных сочетаниях; возможность изменения в любой момент стратегии производства в зависимости от необходимости; модифицирование обрабатываемых деталей без привлечения дополнительных значительных затрат; изменение состава технологической линии в зависимости от требований.

По степени автоматизации ГПС делятся на системы

а) высокой (высшей) степени - автоматическое управление и трехсменный режим работы;

б) средней степени - непрерывное автоматизированное управление при многостаночном обслуживании с коэффициентом многостаночности более 2.

в) малой степени - коэффициент многостаночности не более 2.

 

В общем случае ГПС состоит из трех основных систем.

Технологическая система осуществляет обработку изделий, их контроль, подготовку и смену инструмента и оснастки, загрузку и разгрузку технологического и контрольно-измерительного оборудования , промежуточное накопление и хранение материалов, полуфабрикатов, изделий, комплектующих элементов, инструмента и оснастки, отвод отходов производства. Для выполнения этих функций в эту систему входит основное технологическое и контрольно-измерительное оборудование, средства промежуточного накопления(накопители),хранения, переориентации: базирования и транспортирования изделий и инструмента (транспортные тележки, роботы),роботы. В качестве основного технологического оборудования чаще всего в ГПС используются многоцелевые станки (рис. 72).

Транспортно-накопительная система ГПС производит промежуточное хранение и перемещение изделий, инструмента и оснастки между оборудованием технологической системы, а также приемку и выдачу изделий, инструмента и оснастки внешним производственным подразделениям, их хранение, комплектацию, приемку и выдачу технологической системе. Для выполнения этих функций в транспортно-накопительную систему входят транспортные средства(тележки, транспортеры, роботы),позиции хранения, комплектации, приемки и выдачи изделий и инструмента (например, автооператоры) (рис. 73).

Рис. 72. Технологическая система ГПС

Рис. 73. Транспортно-накопительная система ГПС

Система управления ГПС координирует работу всех ее подсистем, станков и контролирует состояние производства. Отвечает в большей или меньшей степени за процесс проектирования технологических изделий, разработки технологических процессов и программ для станков ЧПУ.В настоящее время система управления организуется как локальная вычислительная сеть (рис. 74).

Рис. 74. Система управления ГПС

 

Проблемы, возникшие при применении гибких систем:

- ГПС не достигла поставленных целей по рентабельности;

- оказалась слишком дорогостоящей по сравнению с преимуществами, достигнутыми с ней. Обнаружено, что причиной высокой стоимости оборудования были несоразмерные расходы на приспособления и транспортную систему;

- разработка и введение в эксплуатацию комплексной ГПС оказалось трудным, а также дорогостоящим;

- из-за недостатка опыта было трудно выбирать подходящие типы систем и оборудование для нее;

- имеется мало поставщиков систем, которые могут поставлять сложные системы;

- конструктивные элементы ГПС, например, станки, системы управления и периферийные устройства часто оказывались неподходящими к системе и вызывали лишние проблемы по стыковке;

- эксплуатационники часто не имеют достаточной готовности к экс- плуатации сложной системы;

- длительный срок выполнения проекта от конструирования до за- пуска системы

 

Перспективы применения гибких систем:

- одновременное повышение эффективности и гибкости;

- повышение степени автоматизации, не уменьшая гибкости;

- усовершенствование таких измерительно-контрольных методов, ко- торые контролируют в процессе обработки состояние инструмента и обрабатываемых деталей, необходимое для соответствующей автоматической подналадки;

- уменьшение количества приспособлений за счет автоматизации крепления деталей;

- введение в ГПС таких операций, как промывка, покрытие, термообработка, сборка и т.д;

- развитие профилактического техобслуживания.

 

Значение ГПС

- более высокий коэффициент использования станков (в 2-4 раза больше по сравнению с применением отдельных станков);

- более короткое время прохода производства;

- уменьшается доля незаконченного производства, т.е. уменьшается количество запасов деталей на складах, которое означает уменьшение продукции, привязанного к производству;

- более ясный поток материала, меньше перетранспортировок и меньше точек управления производством;

- более ровное качество продукции;

- более удобная и благоприятная обстановка и условия работы для работающих.

 

Литература

1. Шишмарев В.Ю. Автоматика: учебник для студ.учрежденийсред.проф.образования/ Владимир Юрьевич Шишмарев:. – 4-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 288 с.

2. Шишмарев В.Ю. Автоматизация технологический процессов: учебник для студ.учрежденийсред.проф.образования/ Владимир Юрьевич Шишмарев: . – 7-е изд., испр. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 352 с.

3. Пантелеев В.Н. Основы автоматизации производства: учебник для учреждений нач.проф.образования/ Владимир Николаевич Пантелеев, владимир Михайлович Прошин: - 5-е изд., перераб. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 208 с.

4. Головенков С.Н., Сироткин С.В. Основы автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением. Учебн. пособие для машиностроительных техникумов. – М.Машиностроение, 1980.

5. Шурков В.Н. Основы автоматизации производства и промышленные роботы. Учеб. Пособие для машиностроительных техникумов. М. Машиностроение, 1989

6. Белоусов А.П.,Дащенко А.И. Основы автоматизации производства в машиностроении. Учеб. Для машиностроительных техникумов. М. Высш.шк., 1982.

Интернет-источники:

1. Министерство образования и науки РФ www.mon. gov.ru

2. Российский образовательный портал www.edu.ru

3. Ссылка на сайт дистанционной подготовкиhttp://irina-web.3dn.ru/

4. Ссылканасайтchem-astu.ru›chair/study/upr-techsys/

 

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ, ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

 

 

Составитель: И.В. Шапорева

Редактор: Л.В.Дубова

 

 

Подписано в печать                . Формат 60´80 ¹/₁₆.

Печать плоская. Усл. печ. л.   . Уч.-изд. л. .

Тираж 50 экз. Заказ №        

ФГБОУ ВО «Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина»

Отпечатано в УИУНЛ ИГЭУ

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34.