Гибкие производственные модули

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 7.

АНАЛИЗ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ (ГПС) ПО СОСТАВУ И ОБОЗНАЧЕНИЯМ

Цель работы: изучение принципов построения гибких производственных систем, анализ состава оборудования, входящего в компоновки.

Теоретическое описание

Терминология

Согласно принятой терминологии (ГОСТ 26228-90), гибкой производственной системой (ГПС) называют управляемую средствами вычислительной техники совокупность технологического оборудования, состоящего из разных сочетаний гибких производственных модулей и (или) гибких производственных ячеек, автоматизированной системы технологической подготовки производства и системы обеспечения функционирования, обладающую свойством автоматизированной переналадки при изменении программы производства изделий, разновидности которых ограничены технологическими возможностями оборудования.

По организационным признакам различают следующие виды ГПС: гибкая автоматизированная линия, гибкий автоматизированный участок, гибкий автоматизированный цех [32].

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

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

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

Основной составной частью ГПС является гибкий производственный модуль (ГПМ), которым называют единицу технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующую, автоматически осуществляющую все функции, связанные с изготовлением, имеющую возможность встраивания в гибкую производственную систему.

Таким образом, ГПМ – это способная автономно функционировать, осуществляя многократные циклы, единица технологического оборудования с автоматизированным устройством программного управления (с ЧПУ), оснащенная автоматизированными устройствами (роботами) загрузки заготовок и удаления деталей (узлов), удаления отходов (например, стружки), подачи и замены инструментов, измерений и контроля в процессе обработки (сборки), а также диагностики неполадок и отказов в работе. ГПМ обладают способностью автоматизированной переналадки на выпуск разных изделий в пределах освоенной номенклатуры и своих технических возможностей, а также способностью встраиваться в ГПС.

Кроме ГПМ в состав ГПС (ГАЛ, ГАУ и ГАЦ) входят роботизированные технологические комплексы, системы обеспечения функционирования ГПС, автоматизированные транспортно-складские системы и автоматизированные системы инструментального обеспечения.

Роботизированный технологический комплекс (РТК) – это совокупность единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы.

РТК, предназначенные для работы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему. В качестве технологического оборудования в РТК может быть использован промышленный робот. Средствами оснащения РТК могут быть устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства (деталей, заготовок) и другие устройства, обеспечивающие функционирование РТК.

Система обеспечения функционирования ГПС – это совокупность в общем случае взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой с помощью ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.

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

Автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО) – это система взаимосвязанных элементов, включая участки подготовки инструмента, его транспортирования, накопления, устройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающие подготовку, хранение, автоматическую установку и замену инструмента. В состав ГПС (ГАЦ) могут входить также роботизированные технологические линии и участки.

Роботизированная технологическая линия – это 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 – это совокупность роботизированных технологических комплексов, связанных между собой транспортными сред­ствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами, в которой предусмотрена возможность изменения последовательности использова­ния технологического оборудования.

Из приведенных определений следует, что гибкая производственная линия или участок – это комплекс из нескольких (двух и более) взаимосвязанных гибких производственных модулей, объединенных комплексной автоматизированной системой управления (КАСУ), автоматизированной транспортно-складской системой (АТСС) и автоматизированной системой инструментального обеспечения (АСИО), синхронизацию работы которых осуществляет (как и управление всем производственным циклом) единая управляющая ЭВМ (или сеть ЭВМ), обеспечи­вающая автономное функционирование ГАЛ или ГАУ в течение заданного интер­вала времени в условиях быстрых переходов на обработку любой другой детали (узла) в пределах технических возможностей оборудования; ГАЛ и ГАУ обладают способностью встраиваться в систему более высокого уровня, например, ГАЦ.

Аналогичным образом гибкий автоматизированный цех (завод) – это производственная система, состоящая из нескольких (двух и более) взаимно объединенных гибких производственных линий или участков, объединенных единой системой управления производством и АТСС (КАСУ) с гибкой автоматизированной инженерной и технической подготовкой производства, обеспечивающей быструю перестройку технологии производства на выпуск новых изделий за счет интеграции систем автоматизированного проектирования объекта производства (САПР К), технологии и средств технологического обеспечения (САПР Т), а также автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), управления технологическими процессами (АСУТП), производством (АСУП) и автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП).

Состав оборудования ГПС

Состав оборудования определяется путем тщательного анализа технологиче­ских процессов обработки деталей в ГПС. Этому предшествует анализ и подбор номенклатуры деталей, подлежащих обработке, а также формирование групп деталей и типовых представителей. На базе разработки групповых технологических процессов выявляются временные связи, позволяющие рассчитывать состав оборудования ГПС. В качестве основного технологического оборудования применяются, как правило, станки с ЧПУ. В некоторых случаях используется универсальное и специальное оборудование.

Главной отличительной особенностью ГПС является также управление системой от ЭВМ. Основные компоненты ГПС показаны на рис. 7.1. Управляюще-вычислительный комплекс 1 через отделения управления 2 связан с отделением технологической подготовки производства 3, с отделениями подготовки инструмента и сборки приспособлений 4, с гибкими производственными модулями (ГПМ) 5 обработки, с транспортной системой 6, обеспечивающей загрузку обору­дования и обеспечение инструментом; с комплектовочным складом 7, а также с целым рядом вспомогательных служб (отделениями мойки 8, контроля деталей 9 и пультом диспетчера).

Существующие ГПС по составу оборудования, а также степени автоматизации технологического процесса и конструктивно-технологическим характеристикам обрабатываемых деталей можно условно разделить на три группы.

Первую группу составляют ГПС, организованные по принципу участков механической обработки серийного и мелкосерийного производства. В состав ГПС входят станки с ЧПУ и другое оборудование, управляемое от ЭВМ, которая обеспечивает работу транспортных устройств и снабжение станков с ЧПУ управляющими программами. Переналадку оборудования осуществляют операторы.

Во вторую группу входят ГПС, предназначенные для обработки небольшой группы деталей однородных по своим конструктивно-технологическим признакам.

Детали обрабатывают по групповому технологическому процессу, что позволяет специализировать оборудование по видам обработки или типам обрабатываемых деталей, и способствует повышению эффективности применения оборудования с ЧПУ. В состав таких участков включают агрегатные многошпиндельные станки с ЧПУ или станки, оснащенные много-шпиндельными насадками.

К третьей группе относятся многофункциональные ГПС, предназна-ченные для обработки деталей широкой номенклатуры мелкими партиями. Такие участки оснащают оборудованием, способным перестраиваться на производство других деталей без остановки производства. Наиболее полно этому требованию отвечают многоцелевые станки с широкими технологическими возможностями. При эксплуатации ГПС этой группы важнейшей задачей является рациональная загрузка оборудования при полном использовании его технологических возможностей. Предпочтительно использовать однотипное оборудование, что позволяет сохранить работоспособность ГПС при выходе из строя части станков, а также выполнять отладку технологических процессов и новых программ без остановки работы оборудования.

Рис. 7.1. Основные компоненты ГПС

Рис. 7.2. ГПС модели АСВР-01

Технология обработки корпусных деталей отличается большим удельным весом основного времени в общем объеме штучного времени изготовления деталей, что определило преимущественное развитие ГПС для обработки корпусных деталей. К особенностям производства корпусных деталей можно отнести высокую стоимость и длительность производственного цикла, привлечение для обработки многоцелевых станков, возможность применения единых принципов базирования и транспортных устройств на базе спутников, необходимость создания многофункциональных обрабатывающих систем, обладающих широкими технологическими возможностями.

На рис. 7.3 показана схема ГАУ «Талка 500.3», в состав которой входит 5 ГПМ ИР500ПМ1Ф4, объединенных друг с другом и с автоматизиро-ванным складом транспортной рельсовой тележкой. Кроме того, транспорт-ная тележка соединяет данный участок для механообработки с другими участками ГАЦ.

Рис.7.3. Цех выпуска ГПС «Талка 500» и схема ГАУ типа «Талка 500.3»

Гибкие производственные модули

ГПМ является основной составной частью ГПС и первым уровнем автоматизации.

На рис. 7.4 показан в качестве примера общий вид ГПМ токарной обработки (+GF+, Швейцария).

В состав ГПМ входит токарный станок 1(NDM-16) с ЧПУ; портальный загрузчик 2 (PL-2) с программным управлением; устройство контроля инструментов 3; сортировочный бункер 4; система загрузки заготовок на поддонах 5 (CPS – Computerized Pallet System); измерительная система 6 с обратной связью; инстру­ментальный блок 7; барабанный инструментальный магазин 8 (на 120 инструментов); устройство управления 9 с барабанным магазином и сменой инстру­ментов; тележка устройства смены инструментов 10.

ГПМ токарной обработки используется при серийном изготовлении деталей типа валов, дисков, фланцев, гильз, втулок и других деталей типа тел вращения.

Для механообработки корпусных деталей, плоских и других деталей сложной формы, не относящихся к телам вращения, наиболее эффективно используются ГПМ на базе сверлильно-фрезерно-расточных (многооперационных) станков.

Рис. 7.4. Основные компоненты ГПМ токарной обработки

В состав типового ГПМ для механообработки корпусных заготовок входят: многоцелевой сверлильно-фрезерно-расточный станок с ЧПУ; накопитель столов-спутников с заготовками, устройство для их автоматической загрузки и разгрузки со стола станка; механизм автоматической смены режущего инструмента с инструментальным магазином; устройства для выполнения контрольно-измерительных операций на станке; механизмы уборки стружки и другие вспомогательные устройства.

ГПМ ИР500ПМФ4 (рис. 7.5) предназначен для высокопроизводительной обработки (с четырех сторон) корпусных деталей средних и крупных размеров из различных конструкционных материалов в условиях мелкосерийного производства.

Рис. 7.5. Общий вид ГПМ ИР500ПМФ4

ГПМ включает в себя многоцелевой горизонтальный сверлильно-фрезерно-расточный станок ИР500ПМФ4, оснащенный устройствами ав-томатической смены инструментов и столов-спутников с заготовками, а также 6- или 8-местными круговыми накопителями столов-спутников, ко-торые обеспечивают автоматическую работу комплекса в течение одной смены.

Загрузка и разгрузка накопителя кодированными столами-спутниками с заготовками или с обработанными на станке деталями может осуществляться как в направлении продольной, так и поперечной осей станка. Автоматическая передача стола-спутника с накопителя на стол станка и обратно выполняется с помощью двухпозиционного загрузочного поворотно-выдвижного устройства, которое устанавливают на оси Х стола. Обработка заготовки на станке производится на поворотном столе подачей стойки (ось Z), шпиндельной бабки (ось Y) и стола (ось Х).

Шлифовальные ГПМ предназначены для наружного и внутреннего шлифования гладких и прерывистых цилиндрических и конических по-верхностей деталей типа тел вращения в автоматическом цикле.

Для шлифования торцевых и внутренних поверхностей зубчатых колес и втулок предназначен ГПМ «МиниНОВА Т». Общий вид ГПМ «МиниНОВА Т» с портальным загрузочным устройством и автоматиче-ской заменой шлифовального круга изображен на рис. 7.6.

Использование ГПМ существенно уменьшает потребность в универ-сальном оборудовании, производственных площадях и квалифицированных рабочих.