ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

1.1. Развитие и современное состояние гибких производственных систем

1.1.1. Основные направления

автоматизации.

Область применения ГПС

В машиностроении в начале его развития преимущественно использовался ручной труд. Однако с увеличением спроса на продукцию машиностроения и темпов его производства для повышения производительности труда и снижения стоимости деталей и машин основные технологические процессы начали механизировать, а в дальнейшем и автоматизировать.

При механической обработке наряду со станками с ручным управлением широко применяли автоматы, полуавтоматы, агрегатные специальные станки, при помощи которых удалось автоматизировать отдельные операции, а для простых деталей — весь цикл механической обработки. При этом детали от станка к станку передавали вручную или при помощи простейших механизмов, что сдерживало темпы выпуска продукции и требовало больших затрат ручного тяжелого и неквалифицированного труда. Применение разнообразных транспортирующих устройств, механизмов ориентирования и накопления деталей стало следующим шагом к созданию автоматических линий.

Автоматические линии, предназначенные для механической обработки деталей, формы и размеры которых определены заранее, представляют собой различные сочетания специальных и агрегатных станков, транспортно-накопительных систем и других механизмов. Благодаря разветвлению транспортных систем и промежуточных позиций накопления деталей настройку и техническое обслуживание отдельных станков в автоматической линии можно проводить без существенного снижения выпуска продукции. При обработке малогабаритных и однородных по форме деталей наиболее производительны роторные линии, в которых процессы обработки и транспортирования деталей совмещены.

Автоматизация универсальных станков, предназначенных для изготовления разнообразных деталей, привела к созданию токарных, фрезерных, сверлильных и многооперационных станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Станки с ЧПУ позволили решить задачу автоматической обработки разных деталей на одном станке с минимальными затратами времени на его настройку.

Для автоматизации загрузки и разгрузки оборудова­ния, транспортирования деталей и узлов произвольной номенклатуры, окраски, сварки, штамповки и т. д. широко используют промышленные работы (ПР). Автоматизация процессов управления производством в машиностроении развивается на основе внедрения автоматизированных систем управления предприятием (АСУП), технологическим процессом (АСУ ТП), а также систем автоматизированного проектирования (САПР) конструкторского и технологического назначения.

Интеграция перечисленных основных направлений автоматизации осуществляется на основе гибкой производственной системы.,

1.1.2. Гибкая производственная система. Термины и определения

При рассмотрении ГПС пользуются терминологией машиностроения, систем управления, робототехники и вычислительной техники. Большинство терминов и определений стандартизованы ГОСТ 26228-85. Далее приведены основные определения.

Гибкая производственная система (ГПС) — 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. В ГПС предусмотрена автоматизированная переналадка при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. Заданный интервал времени согласуется с заказчиком.

Роботизированный технологический комплекс (РТК) — совокупность единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения. Комплекс автономно функционирует и осуществляет многократные циклы.

В РТК, предназначенном для работы в ГПС, должны быть предусмотрены автоматизированная переналадка и возможность встраивания в систему.

Комплекс оснащают устройствами накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и другими, обеспечивающими функционирование РТК. В качестве технологического оборудования может быть использован ПР.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) — единица технологического оборудования с программным управлением для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. ГПМ, автономно функционирующий и автоматически осуществляющий все функции, связанные с изготовлением изделий, можно встраивать в гибкую производственную систем).

Роботизированная технологическая линия — совокупность роботизированных технологических комплексов, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами для выполнения операций в принятой технологической последовательности.

Роботизированный технологический участок — сово­купность роботизированных технологических комплексов, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими ПР. Последовательность использования технологического оборудования может быть изменена.

Система обеспечения функционирования ГПС — сово­купность взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологиче­скую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой при помощи ЭВМ, автоматическое перемещение предметов производства и технологи­ческой оснастки. В общем случае в систему входят:

автоматизированная транспортно-складская система (АТСС);

автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);

система автоматизированного контроля (САК);

автоматизированная система удаления отходов (АСУО);

автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП);

автоматизированная система научных исследований (АСНИ);

система автоматизированного проектирования (САПР);

автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП);

автоматизированная система управления (АСУ) и т. д.

Автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) — система взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения, временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда, технологической оснастки.

Автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО) — система взаимосвязанных элементов, включающая в себя участки подготовки инструмента, его транспортирования, накопления, а также устройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающие подготовку, хранение, автоматическую установку и замену инструмента.

Гибкую производственную систему разделяют по орга­низационным признакам на гибкую автоматизированную линию, гибкий автоматизированный участок и гибкий автоматизированный цех.

Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) — гибкая производственная система, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) — гибкая производственная система, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

Гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) — гибкая производственная система, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных линий, роботизированных технологических линий, гибких автоматизированных участков, роботизированных технологических участков для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Другие термины и определения, используемые в области ГПС, рассматриваются в соответствующих главах и разде­лах (по мере упоминания).

На современном этапе от автоматизации производства потребовалось новое свойство: быстрый, в идеале мгновенный переход от одного вида изделий к другому. Это свойство и называется мобильностью, или гибкостью. Различают два вида гибкости:

при внеплановых изменениях производственного задания;

при плановом изменении задания или номенклатуры выпускаемой продукции.

Первый вид гибкости характерен для кратковременного выхода из строя отдельных станков. В этом случае задания выполняются за счет передачи деталей на аналогичные станки из числа взаимозаменяемых, т. е. исключается сплошная специализация оборудования. При данной форме гибкости.можно несколько расширить число наименова­ний деталей, обрабатываемых на каждом станке, сократить потери времени и обеспечить своевременные поставки готовых деталей.

Заданная производительность при этом достигается оптимизацией структуры и состава производственной системы для различной (по типу, числу и трудоемкости), но весьма четко ограниченной номенклатуры продукции.

Количественно такая форма гибкости может быть оценена как число наименований деталей, которые можно рационально обработать в пределах данного станочного комплекса.

Второй вид гибкости определяется способностью обо­рудования комплекса эффективно обработать детали как заданной номенклатуры с переменной последовательностью пуска, так и измененной номенклатуры.

Понятие гибкости производственной системы в общем случае может быть отнесено к двум основным областям:

производству (управлению и организации);

планированию производства (технологии, структуре, мощности).

Технологическая гибкость определяется как универсальность, т. е. способность выполнять на имеющемся оборудовании несколько технологических задач, и как мобильность — способность комплекса выполнять различные технологические задачи с незначительными затратами времени на переналадку.

Структурная гибкость характеризуется свободой в выборе последовательности операций обработки. При этом возникает противоречие между стремлением к максимальной загрузке производственного оборудования и стремлением к минимальному производственному циклу.

Желание сократить производственный цикл приводит к производственной структуре, ориентированной на изде­лия (предметный принцип). При этом станки располагают, ориентируясь на технологический процесс изготовления изделия.

Стремление к более высокой загрузке мощностей приводит к производственной структуре, ориентированной на средства производства (технологический принцип). При этом выход из строя одного станка легко компенсируется загрузкой соседних, аналогичных. При такой структуре необходимо промежуточное складирование.

Гибкость мощности производственной системы характеризуется способностью к расширению, компенсационной возможностью, накопительной способностью.

Способность к расширению определяется количественными резервами мощности системы (переработка, изменение сменности и пр.).

Компенсационная возможность заключается в способности системы выравнивать количественные сдвиги производственной программы.

Накопительная способность — способность системы выравнивать количественные колебания структуры заказов путем среднесрочного временного сдвига начала работы. Чем меньше накопительная способность системы, тем производство является более гибким.

Интегральный показатель гибкости — это коэффициент гибкости

К_г = п/Н,(1.1)

где п —совокупность всех детале-операций (вся номенклатура заготовок), выполненных или подлежащих выполнению в течение планового периода времени; Н —общее число всех обрабатываемых деталей.

При 0,25≤К_г≤1 ГПС большой гибкости; при 0,1≤К_г≤0,25 ГПС средней гибкости и при 0,025≤Кг<0,1 ГПС малой гибкости.

В зависимости от типа производства, сроков сменяемости выпускаемой продукции, технико-экономических и социальных требований в современном машиностроении используются все основные направления автоматизации. ГПС механической обработки создаются для серийного, а в некоторых случаях и для массового производства.