Синица Л.М. Организация производства

Подождите немного. Документ загружается.

t. + г.. + t + t + t+ t ,

где t

— передача заготовки из транспортного ротора в инструмен-

тальный блок рабочего ротора а,; г

к и

— контроль за правильностью

положения, наличием или отсутствием заготовки перед обработкой а,;

— закрепление заготовки и подвод инструмента a,; (

— технологи-

ческая операция а

; /

о н

— отвод инструмента а

; / — раскрепление изде-

лия а ; t — передача изделия из технологического ротора в транспорт-

ный а

;

— холостое движение инструментального блока а

. Величина,

обратная длительности цикла, является частотой вращения ротора со

(мин

-1

, т.е. об./мин).

Период холостого хода, соответствующий углу a

, обычно исполь-

зуется для ручных или автоматических процессов смены инструента,

контроля и очистки от отходов.

Такт роторной линии зависит от времени перемещения детали и

инструмента на расстояние / между двумя смежными позициями рото-

ра (шаг ротора):

— •

(4.1)

'тр

где V — транспортная (линейная) скорость движения инструмента

(предмета труда), или, что то же самое, окружная скорость перемеще-

ния позиции ротора, которая определяется по формуле: - ш

•

г или

2тс •

—

• где ю — угловая скорость (частота вращения ротора), с',

up.n

т.е.

об./с или мин

-1

, т.е. об./мин; г — радиус ротора, мм, см; Т

пе-

Рис: 4.6. Принципиальная схема работы роторной автоматической линии

100

риод вращения (время, за которое ротор совершает полный оборот), с,

мин; л — постоянное число, равное приблизительно 3,14.

Окружные скорости двух роторов (рабочего и транспортного) все-

гда должны быть равны, что обеспечивает точность позиционирования:

со,

• Л,= соД, • Л„

где со,, со

, Jt,, R

— угловые скорости и радиусы рабочего и транспор-

тного роторов соответственно.

Длительность производственного цикла / обработки заготовки

определяется длиной пути L от места загрузки заготовки до места вы-

дачи детали:

t = L IV

и пр т.р.

Цикловая производительность АРЛ q

„ рассчитывается по фор-

муле

Ч = v /1,

Л[.

р.

т. р р'

где г, — окружная скорость перемещения позиции ротора; / — рас-

стояние между позициями ротора.

Фактическая производительность АРЛ <у

ф и

равна:

q, -

С]

/ К ,

где К — коэффициент технического использования АРЛ.

Для отдельной роторной машины цикловая производительность

определяется как произведение числа рабочих (инструментальных)

позиций п

на ю по формулам

а - п со; а - п I Т

Р И ^

II.

р II II. р. Л

Главные преимущества автоматических роторных линий — высо-

кая производительность, безотказность, возможность получения синх-

ронного процесса, непрерывность транспортного движения, быст-

росъемность (без остановки ротора).

Синхронность процесса, выражающаяся условием

г,

/ «, = t

1 ... , 1.1 п. =

const,

обеспечивается варьированием числа позиций п на рабочих местах и

транспортных роторах.

Роторные линии отличаются также определенной гибкостью. Они

позволяют автоматизировать обработку некоторых однотипных дета-

лей и получать высокие технико-экономические показатели.

101

Так, по сравнению с автоматами не роторного типа производствен-

ный цикл сокрацается в 10-15 раз, межоперационные заделы — в 20-

25 раз, снижается трудоемкость и себестоимость, высвобождаются про-

изводственные площади, капитальные затраты окупаются за 1-3 года.

В машиностроении на автоматических роторных линиях выполня-

ются операции холодной и горячей штамповки, прессования из метал-

лопорошков; обработки пластмасс, точного литья, токарной обработ-

ки тел вращения, нанесения покрытий, сборки и упаковки, контроля

формы и размеров изделий.

Необходимое количество автоматических или автоматических

роторных линий п

для выполнения годовой программы выпуска изде-

лий (деталей) N определяется по формуле

— ,

" Ч, •

;

, '

„

где q

— техническая производительность АЛ (АРЛ), шт./ч; Ф

— дей-

ствительный фонд времени работы линии за год, ч; К

— коэффици-

ент, учитывающий потери времени по техническим и организационным

причинам.

При п

< 0,8 использовать линию в одну смену неэффективно, по-

этому надо оценить возможность создания многономенклатурной линии.

Прогрессивная область техники —робототехника. Она решает за-

дачи создания отдельных промышленных роботов и роботизированных

объектов и процессов. Промышленный робот — это механическая си-

стема, включающая манипуляционные устройства, систему управле-

ния, чувствительные элементы и средства передвижения. Промышлен-

ные роботы первого поколения (автоматические манипуляторы)

работают по заданной «жесткой» программе. Промышленные роботы

второго поколения оснащены системами адаптивного управления, пред-

ставленные различными сенсорными устройствами (техническое зрение,

очувствленные схваты и т. д.) и программами обработки сенсорной ин-

формации. Роботы третьего поколения позволяют выполнять самые слож-

ные функции при замене в производстве человека, поскольку они обла-

дают искусственным интеллектом.

Роботы-манипуляторы имеют механическую «руку», управляемую

с пульта управления, и систему рычагов и двигателей, приводящих ее

в действие. Наибольшее распространение получили манипуляторы с

дистанционным управлением и механической «рукой» на подвижном

или неподвижном основании.

Промышленные роботы имеют перед человеком преимущество в

скорости и точности выполнения однообразных операций, манипуля-

102

хор может осуществлять такие движения, которые человек не может

выполнить физически.

Роботы-автоматы кроме «рук» имеют «электронный мозг» — ми-

ниатюрную специализированную электронно-вычислительную маши-

ну, которая управляет роботом по заданной программе с учетом изме-

нения окружающей обстановки.

Сегодня роботы успешно заменяют человека на химических

предприятиях и в научных лабораториях, где приходится иметь дело

с вредными химическими или радиоактивными веществами, на атом-

ных электростанциях, в помещениях с повышенным уровнем радиа-

ции, в кузнечных цехах для работы с раскаленными и тяжелыми за-

готовками, на морском дне при строительных работах и в других

случаях.

Принципиальным отличием робототехники является ее широкая

универсальность (многофункциональность) и гибкость (мобильность)

при переходе на выполнение других, принципиально новых операций

без дополнительных затрат.

С помощью промышленных роботов можно объединять техноло-

гическое оборудование в отдельные робототехнические комплексы

различного масштаба, не связанные жестко планировкой и числом

комплектующих агрегатов.

Разнообразие производственных процессов предопределяет раз-

личные типы роботизированных технологических комплексов (РТК).

Простейшим типом РТК является роботизированная технологическая

ячейка (РТЯ), в которой выполняется небольшое количество техноло-

гических операций. РТЯ лежит в основе более крупных роботизиро-

ванных комплексов: роботизированного технологического участка

(РТУ),

роботизированной технологической линии (РТЛ). РТК может

быть представлен в виде цеха, состоящего из нескольких РТУ, авто-

матизированных складов и транспортных промышленных роботов.

Высшей формой развития роботизированного производства является

роботизированный завод.

В результате внедрения роботов меняется организация управления

технологическими процессами, ликвидируются ручные операции, со-

кращаются межоперационные запасы предметов труда, повышается

производительность труда и качество продукции.

Критерием функционирования РТК в отличие от АЛ и АРЛ явля-

ется условие наиболее полной загрузки включенного в его состав обо-

рудования. При решении организационно-экономических задач исполь-

зования РТК важно обеспечить безотказность, долговечность,

ремонтопригодность и сохраняемость РТК.

103

Одним из направлений внедрения достижений научно-техническо-

го прогресса и решения задач обновления и расширения ассортимента

выпускаемой продукции является создание гибких производственных

систем (ГПС).

ГПС в соответствии с государственным стандартом представляет

собой совокупность в разных сочетаниях оборудования с числовым

программным управлением, роботизированных технологических ком-

плексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц техно-

логического оборудования и систем обеспечения их функционирова-

ния в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени,

обладающих свойством автоматизированной переналадки при произ-

водстве изделий произвольной номенклатуры в установленных преде-

лах значений их характеристик.

ГПС предназначена для выполнения основных производственных

процессов (заготовительных, механических и других видов обработки и

сборки). Такая система обладает способностью быстрой переналадки для

изготовления различных изделий данного конкретного производства.

Гибкие производственные системы применяются в различных ти-

пах производства и различаются по характеру выпускаемой продук-

ции и видам выполняемых работ, по количеству и масштабу агрега-

тов,

объединенных в систему, по степени автоматизации отдельных

элементов и всей системы в целом, уровням организационной структу-

ры и другим признакам.

По организационным признакам различают следующие виды ГПС:

• гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) — гибкая производ-

ственная система, в которой технологическое оборудование располо-

жено в принятой последовательности технологических операций;

• гибкий автоматизированный участок (ГАУ) — гибкая произво-

дительная система, функционирующая по технологическому маршру-

ту, в котором предусмотрена возможность изменения последователь-

ности использования технологического оборудования;

• гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) — гибкая производствен-

ная система, представляющая собой в различны'х сочетаниях совокуп-

ность гибких автоматизированных и роботизированных технологичес-

ких участков для изготовления изделий заданной номенклатуры;

• система обеспечения функционирования технологического обо-

рудования ГПС — совокупность в общем случае взаимосвязанных ав-

томатизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий,

технологическую подготовку их производства, управление гибкой

производственной системой при помощи ЭВМ и автоматическое пере-

мещение предметов производства и технологической оснастки.

104

В общем случае в систему обеспечения функционирования ГПС

входят', автоматизированная транспортно-складская система (АТСС),

система автоматизированного контроля (САК), автоматизированная

система удаления отходов (АСУО), автоматизированная система инст-

рументального обеспечения (АСИО), автоматизированная система уп-

равления технологическими процессами (АСУТП); автоматизированная

система научных исследований (АСНИ), система автоматизированного

проектирования (САПР), автоматизированная система технологической

подготовки производства (АСТПП), автоматизированная система управ-

ления ГПС (АСУ ГПС) и др.

Обязательным требованием при проектировании ГПС является

обеспечение блочно-модульного принципа. Составные части ГПС и ее

возможные организационные структуры представлены на рис. 4.7.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) — это автономно функци-

онирующая единица технологического оборудования. Роботизированный

технологический комплекс (РТК) — это совокупность единиц технологи-

ческого оборудования, промышленного робота и средств их оснащения,

автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы.

РТК, предназначенные для работы в ГПС, должны иметь автоматизиро-

ванную переналадку и возможность встраивания в систему.

Основными характеристиками ГПМ и РТК являются: способность

работать некоторое время автономно, без участия человека; автома-

тическое выполнение всех основных и вспомогательных операций;

гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производ-

ства; простота наладки, устранения отказов основного оборудования

Гибкий

производственый

модуль

Гибкая

автоматизированная

Гибкая

производственная

система

Роботизированный

технологический

комплекс

Гибкий

автоматизированный

участок

Системы

обеспечения

функционирования

Гибкий

автоматизированный

цех

Рис. 4.7. Структура ГПС

105

и систем управления; совместимость с оборудованием традиционного

и гибкого производства; высокая степень завершенности обработки

деталей с одной установки; высокая экономическая эффективность.

Эффективность ГПС обеспечивается за счет функционирования

системы автоматизированного проектирования, АСТПП, АСОПП и

других автоматизированных систем.

Интеграция всех автоматизированных систем в рамках АСУП

ведет к созданию гибкого автоматизированного производства (ГАП).

Затраты на создание, приобретение, содержание и использование

средств автоматизации очень велики, поэтому автоматизация производ-

ства должна иметь социально-экономическое обоснование.

Для обеспечения эффективности ГПС выделяют две группы за-

дач:

• организацию взаимодействия ГПС со смежными подразделени-

ями предприятия;

• организацию производственного процесса в самой ГПС.

Производительность оборудования ГПС оценивают как степень

использования фонда времени оборудования, входящего в ее состав.

Для ГПС определяют коэффициенты:

• использования фонда времени К

, рассчитываемый по формуле

/=1

2 Ф

и/

• загрузки K.

t о

— по формуле

2 Ф +I. + (.

О/ 41 OI

1 =

К = ,

з.

о п '

ЕФ

/•=

где Ф^ — фонды времени работы /-го вида оборудования по управляю-

щей программе и входящего в ГПС соответственно; г

, t

— время

вспомогательное и обслуживанияу'-го вида оборудования соответствен-

но;

; = 1, п — количество оборудования в системе.

При использовании групповой технологии обработки деталей на

ГПС целесообразно закреплять детали за оборудованием. Критерием

закрепления деталей служит минимум переналадок.

Для каждой группы деталей / рассчитывается необходимое коли-

чество оборудования на каждой операции у.

106

ЛЛ

(I + /с

+ к)

107

п = ,

" Ф

с/

де п..— количество оборудования для изготовления г'-й группы дета-

лей на каждойу'-й операции; N. — программа выпуска

2-й

группы дета-

лей; к — коэффициент потерь времени на восстановление оборудова-

ния; к — коэффициент организационных потерь времени; Ф — фонд

времени работы оборудования; q — производительность (потенциаль-

ная) оборудования.

Уровень автоматичности элементов ГПС характеризуется следу-

ющими показателями:

• средней продолжительностью работы в автоматическом режиме

(без вмешательства обслуживающего персонала);

• средней продолжительностью обслуживания;

• максимальной продолжительностью работы без поступления за-

готовок (полуфабрикатов) и инструмента извне.

Последний показатель определяется трудоемкостью обработки дета-

лей, одновременно подаваемых на станок (при автоматической смене

деталей — емкостью магазина заготовок), и ресурсом режущего инстру-

мента (в частности, наличием подготовленных инструментов-дублеров).

При длительных циклах обработки (например, корпусных деталей)

емкость магазина заготовок у станка обычного невелика (1-2 заготов-

ки) и запас заготовок может поддерживаться за счет автоматической

доставки заготовок (уже закрепленных в приспособлении) из централь-

ного (или промежуточного) склада и установки их в магазин.

По мере совершенствования оборудования и интеллектуализации

систем управления (введения функции автоматического измерения и

внесения коррекции, активного контроля за состоянием режущего ин-

струмента и автоматического перехода на инструмент-дублер) вмеша-

тельство оператора становится необходимым только для поддержания

запаса инструмента и проведения переналадок.

Обеспечению бесперебойной работы ГПС способствует склад из-

делий, где хранятся заготовки и детали. Склад представляет собой

определенное количество ячеек (как в местных накопителях, так и в

Центральном складе). Вместимость ячейки может быть принята равной

размеру партии детали. Для надежного функционирования и упроще-

ния оснастки проводится специализация ячеек, т. е. закрепление их за

определенным оборудованием.

Одним из наиболее возможных критериев определения вместимос-

ти склада может служить вероятность его переполнения, т. е. сохране-

ние работоспособности. Если принять вероятности переполнения скла-

да для всех видов оборудования равными, средняя вероятность пере-

полнения склада Р будет равна:

Р =

где Р. — вероятность переполнения ячеек, закрепленных за /'-м обору-

дованием; / = 1, п — количество оборудования.

Вероятность нахождения на складе N. партии деталей определяет-

ся через коэффициент загрузки оборудования К :

Р.

(т < N) = 1 - К/

Решив это уравнение, получим вместимость склада /'-го оборудо-

вания N:

1п(1 - PJ

-~ы<:

+ |

Суммарная вместимость склада N ГПС будет равна

N =1, N..

СКЛ /

(

Например, в ГПС имеем три станка с коэффициентами загрузки:

з1

= 0,85; K.

= 0,94; K.

= 0,77. Вероятность переполнения склада за-

дана 0,989. "

Рассчитаем среднюю вероятность:

Р =

V 0,989 = 0,997.

ср

Тогда вместимость склада каждого оборудования будет равна:

1п(1 - 0,997)

In 0,85

+ 1 = 37 ЯЧеек;

1п(1 - 0,997)

JV, = +1=95 ячеек;

In 0,94

ln(l - 0,997)

irT0J7

+ 1

ячейки.

Вместимость склада ГПС равна N - 37+95+23 = 155 ячеек.

В промышленности сформировались два основных направления

создания ГПС. Первое направление — создание ГПС на базе вновь

изготавливаемого, а в ряде случаев — специально проектируемого

нового оборудования (ГПС-Н). Однако реальные возможности из-

готовления оборудования для ГПС-Н и значительные единовремен-

108

нь1

е капиталовложения на его приобретение не позволяют удовлет-

ворить существующие потребности, поэтому возникло второе на-

правление — создание ГПС на базе уже имеющегося на предприя-

тии действующего оборудования с ЧПУ (ГПС-Д). Это направление

в ряде случаев экономически более целесообразно, поскольку еди-

новременные капиталовложения сводятся к затратам на модерниза-

цию основного оборудования, приобретение вспомогательного обо-

рудования (АТСС, оргоснастки рабочих мест) и системы управления

(вычислительной техники и программного обеспечения), а также на

проведение реконструкции цеха (участка), что в совокупности со-

ставляет 15-25 % общей стоимости ГПС из 30 станков токарной и

сверлильно-фрезерной групп. Для многоцелевых станков эта доля

еще ниже. В ряде случаев при создании ГПС-Д частично приобре-

тается новое оборудование.

ГПС-Н предназначаются для решения конкретной технологичес-

кой задачи, например изготовления деталей типа тел вращения, кор-

пусных или плоских деталей определенных типоразмеров, а наибо-

лее высокоавтоматизированные ГПС — для изготовления всего

нескольких наименований деталей. ГПС-Н содержат небольшое (2-

10) число станков. При их создании за счет рационального выбора

оборудования можно сократить количество используемых моделей

станков, что при сохранении технологических возможностей увели-

чивает надежность и гибкость системы в целом. Например, первый

автоматизированный участок АУ-1 (завод «Станкоконструкция»,

Москва) для обработки деталей типа тел вращения состоял из 13 стан-

ков 8 моделей.

Цель создания ГПС-Д — повышение эффективности использования

уже имеющегося оборудования с ЧПУ, и вполне естественно желание

предприятия сконцентрировать в ГПС как можно большее число стан-

ков,

поэтому ГПС-Д часто состоят из нескольких технологически не свя-

занных или слабо связанных подкомплексов. Поскольку парк станков

с ЧПУ на предприятии формируется постепенно и не всегда имеет воз-

можность приобретения одинаковых станков, для ГПС-Д характерно

разнообразие моделей оборудования, в том числе станков близкого тех-

нологического назначения. В ряде случаев станки одной модели имеют

разные устройства ЧПУ, различную оснащенность и т. д. Это уменьша-

ет гибкость и надежность работы ГПС и существенно усложняет вопро-

сы управления, однако ГПС-Д являются практически единственным

средством повышения эффективности использования имеющегося пар-

ка станков с ЧПУ.

109