«Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»
КАФЕДРА МИКРО- И НАНОТЕХНОЛОГИЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ОЦЕНКА
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
| профессор, д.т.н., профессор | В.П. Ларин | |||
| должность, уч. степень, звание | подпись, дата | инициалы, фамилия |
| ОТЧЕТ ПО ДОМАШНЕЙ РАБОТЕ |
| Тема работы: ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫС ИПИ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ |
| по дисциплине: ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫи ИПИ-технологии |
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ
| СТУДЕНТ ГР. | 3250М | Карпиков С.Р. | |||
| подпись, дата | инициалы, фамилия |
Санкт-Петербург 2012
ВВЕДЕНИЕ
В качестве разрабатываемой операции выбрана операция лазерной гравировки. Эта операция является частью технологического процесса обработки металлов и пластмасс, с целью получения на их поверхности определённого рисунка или текста.
Требуется спроектировать технологическую систему, реализующую все множество требуемых технологических операций для обеспечения изготовления всей номенклатуры изделий на выбранном оборудовании с максимальным коэффициентом использования оборудования.
1 АНАЛИЗ И ВЫБОР ЦЕЛЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Необходимость проектирования новой ТС может быть вызвана несколькими причинно-следственными событиями. Применительно к выбранному ТП, побудительным мотивом является появление на рынке нового технологического оборудования, такого как мощные и точные лазерные установки, позволяющие в значительной мере улучшить качественные и экономические показатели продукции. Внедрение в производство такого нового оборудования также является причиной, стимулирующей создание новой производственной системы в форме ГПС.
Необходимость автоматизации операции лазерной гравировки следует из невозможности качественного выполнения этого процесса человеком ввиду сложности наносимого рисунка, а также его размерам (гравируемый текст может быть высотой около миллиметра). К тому же это опасный процесс, так как выжигание происходит при высокой температуре (в месте обработки температура луча может достигать 20 0000С).
Автоматизация дополнительно позволит сократить время выполнения каждой операции обработки, понизить себестоимость готового изделия и уменьшить количество брака, повысить стабильность качества выполнения операций.
2 СОСТАВЛЕНИЕ СТРУКТУРЫТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫВЕРХНЕГО УРОВНЯ
Рисунок 1 - Упрощённая схема ТС верхнего уровня, в которую входит
разрабатываемая ТС
3 РАЗРАБОТКА ЗАДАЧ ОБСЛЕДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА
Технологическая операция лазерной гравировки подходит для использования как при единичном производстве (благодаря гибкой системе ЧПУ), так и для серийного производства (благодаря скорости выполнения прожига и низкой себестоимости обработки).
Для проектирования конкретной ТС необходимо провести анализ номенклатуры изделий, предполагаемый разброс их параметров (геометрических размеров, массы, материалов), вида и формы наносимого рисунка для выбора соответствующей конструкции лазерной установки. Дополнительно, нужно продумать транспортные и информационные потоки внутри цеха для обеспечения максимальной эффективности функционирования ТС.
4 РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРИРОВАННОЙ
ИНФОРМАЦИОННОЙ СРЕДЫ
Для проведения операции лазерной гравировки, в системе управления проектом должна быть информация об обрабатываемом изделии, такая как: геометрические размеры объекта, его вес (для управления подсистемой транспортирования), материал изделия, материал покрытия, а также наносимый на поверхность рисунок, его глубина и координаты места нанесения в форме, доступной для обработки подсистемой управления лазерной установкой.
Дополнительно, для повышения эффективности производства, в системе управления производством должна учитываться информация, специфичная для данной модели лазерной установки: время прогрева, время непрерывной работы, пауза между обработкой двух идентичных изделий, время переналадки, мощность лазера (для оценки возможностей по работе с различными материалами и обеспечения заданной глубины прожига), минимальная и максимальная ширина луча, максимальные размеры обрабатываемого изделия и прочее.
5 СИНТЕЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Постановка задачи синтеза:
Определить совокупность технических средств, удовлетворяющих выполнению выбранных функций с максимальным значением критерия эффективности.
Оценивание вариантов технологических систем может проводится:
-по показателям (критериям) качества изделий и качества функционирования системы;
-преимущественно по технико-экономическим показателям системы.
В конкретном случае оценка качества функционирования ТС лазерной обработки может производиться по следующим показателям:
-Производительность (количество обрабатываемых заготовок в час)
-Стоимость эксплуатации установки (ден. единиц в год)
-Качество выполняемых операций (процент брака, точность позиционирования, стабильность характеристик и пр.).
-Величина номенклатуры обрабатываемых изделий.
-Скорость персестройки ТС при изменении характеристик обрабатываемых изделий.
Функции элементов системы:
Элементы системы должны выполнять функции на уровне АТК: накопительные, подающие, загрузочные, преобразующие, контрольные, разгрузочные.
Из этих функций целесообразно автоматизировать все, кроме загрузочных, так как во время их выполнения необходимо правильно сориентировать и расположить заготовку, что может представлять сложность для промышленного робота, реализация данной функции потребует много средств.
Общий уровень автоматизации структурного уровня основного или вспомогательного элемента оценивается выражением:
Для разрабатываемой ТС 
.
6 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫАВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Автоматизируемые функции:
1) Накопительная функция — относится к вспомогательным функциям производства. Её автоматизация позволит сократить число рабочих, увеличить производительность труда.
2) Подающая функция — также относится к вспомогательным. Её автоматизация позволит сократить число рабочих, увеличить производительность труда.
3) Преобразующая функция — относится к основному производству. Для конкретного случая включает в себя автоматизированные подфункции:
· перемещения координатного стола, подведение заготовки под рабочую область и выведение её оттуда для осуществления следующих функций — целесообразность автоматизации определяется невозможностью осуществления человеком достаточно малых перемещений, требуемых при осуществлении основной операции.
· прожига лазерным лучом, при этом автоматизируется управление мощностью излучения и ситемой фокусировки — целесообразно ввиду повышенных требований к органолептическим возможностям человека при выполнении вручную.
· удаления отходов, происходит автоматизированное управление моментами включения и выключения системы очистки и интенсивностью работы — целесообразно ввиду опасности отходов для здоровья человека.
· подачи защитного газа, автоматизируется управление системой подачи газа для координации момента начала и места подачи — целесообразно ввиду опасности газа для здоровья человека.
4) Контрольная функция — осуществляется автоматизированный контроль параметров во время выполнения основной операции — целесообразно ввиду повышенных требований при контроле к органолептическим возможностям человека, а также из-за монотонности операции и увеличения времени её выполнения человеком.
5) Разгрузочная функция — относится к вспомогательным функциям производства. Её автоматизация позволит сократить число рабочих, увеличить производительность труда.
В итоге, в ТС решено выполнить автоматизацию по следующим пунктам:
1) Автоматизация основных технологических операций.
2) Автоматизация манипулирования объектами технологических операций (кроме загрузочных операции).
3) Автоматизация подготовительных операций (накопление, подача, разгрузка).
4) Автоматизация управления.
5) Автоматизация контроля.
6) Автоматизация подачи материалов.
7) Автоматизация внутриоперационного транспортирования.
8) Автоматизация удаления отходов в позиций операций.
Структура ТС показана на рисунке 2.
Рисунок 2 — Структура автоматизированной ТС лазерной обработки
7 РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ
Задачи:
1. Разработка алгоритма функционирования
2. Планировка комплекса
Комплекс должен состоять из оборудования, осуществляющего выбранные автоматизированные функции. Основу комплекса составляет установка лазерной обработки. Дополнительно в него включено оборудование для выполнения вспомогательных функций.
3. Компоновка комплекса
Комплекс должен быть скомпонован с учётом минимальных перемещений обрабатываемых заготовок между технологическими операциями для минимизации энергетических и временных затрат, а также возможности доступа к элементам комплекса в случае их отказа и при техническом обслуживании.
4. Выбор координатных перемещений, видов движений и их последовательности при манипулировании
Перемещения осуществляются засчёт движений координатного стола вдоль двух осей. К третьей оси можно отнести фокусировку луча по вертикали засчёт оптической системы.
5. Расчет траектории, параметров движений, режимов и характеристик операций
Траектория и параметры движения вычисляются управляющим контроллером в зависимости от параметров модели объекта, загруженной из САПР.
6. Обеспечение повторяемости траекторных перемещений инструмента
Обеспечивается засчёт обратной связи в виде датчиков положения при перемещении координатного стола.
7. Разработка циклограммы работы АТК
8. Разработка рабочей программы
Рабочая программа разработывается для осуществления алгоритма, приведённого в п.1. Обеспечивает взаимодействие с внешними САПР для получения и передачи данных, вырабатывает коды для управления оборудованием, а также предоставляет человеко-машинный интерфейс.
Обобщенная структурно-параметрическая модель производственной системы представлена на рисунке 3. На рисунке 3 обозначено: X {xi} – множество входных параметров; Y {yj} – множество выходных параметров;
Ε {εn} – параметры внешних возмущений, действующих на производственную систему;
R {rm} – множество параметров управления системой;
Z {zp} – множество параметров, характеризующих состояние системы и ее элементов.
R {rm} – параметры управления (диспетчерские, ситуационные, управляющие программы и т.п.);
Z {zp} – параметры результатов функционирования ТС, параметры состояний (контролируемые переменные процесса, оборудования);
Ε {εn} – параметры дестабилизирующих факторов, оказывающие свое влияние на функционирование сборочной ТС.
Главная цель функционирования ТС:
Э = max(min)Ψ [КИ (t), КФ(t), R(t)],
где КИ (t) max – качество партии изделий за время t; КФ(t) max – эффективное функционирование ТС за время t; R(t) min – расходы, затраты, потери.