Автоматизация технологических процессов

Введение

Постоянно возрастающие требования к изделиям влекут за собой  их усложнение, увеличение трудоемкости и частую сменяемость.

Выпуск изделий  носит мелкосерийный и единичный  характер. Тенденция мелкосерийного характера производства прочно заняла свое место – 70...85 % изделий обрабатываются в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Высокая динамика обновления требует автоматизации  мелкосерийного механообрабатывающего  производства. Однако формальный перенос  опыта работы автоматизированных и  автоматических поточных линий для изготовления деталей в массовом производстве на сложные, многономенклатурные производственные процессы мелкосерийного производства без учета его специфики не дает существенного эффекта.

Анализ тенденции  автоматизации производства показывает, что основным направлением является применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ), загрузочных, транспортных и складских роботов, управляемых от ЭВМ, т.е. создание гибких производственных систем (ГПС) механической обработки.

ГПС, согласно терминологии ГОСТ 26228–88, представляет совокупность в разных сочетаниях оборудования с  ЧПУ, роботизированных технологических  комплектов (РТК), гибких производственных моделей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени. В ГПС предусмотрена автоматизированная переналадка при изготовлении изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

В состав системы обеспечения функционирования ГПС входят автоматизированная транспортно-складская система (АТСС), автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО), автоматизированная система контроля (АСК), автоматизированная система удаления отходов производства (АСУОП), автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) и автоматизированная система управления u1087 производством (АСУП).

Организационно  ГПС может быть представлена гибкой автоматизированной линией (ГАЛ), гибким автоматизированным участком (ГАУ), гибким автоматизированным цехом (ГАЦ) и, в перспективе, гибким производственным заводом (ГАЗ). Менее автоматизированными (автоматические, непереналаживаемые) производственными структурами являются роботизированные технологические комплексы (РТК), роботизированные технологические линии (РТЛ), роботизированные технологические участки (РТУ).

Как уже отмечалось, ГПС на предприятии могут быть представлены отдельными производственными  участками, предполагающими их проектирование и подготовку производства специалистами самого предприятия.

задание на курсовой проект

Таблица 1. Номенклатура, годовая программа  и технические условия на изготовление втулок.

Номенклатура  изготавливаемых изделий	12 шт.
Количество  смен	2
Количество  инструментальных блоков	6
FД	4025 ч
Средний период стойкости режущего инструмента	120 мин
Норма пребывания в переточке и наладке	4 ч
Количество  замен инструментальных блоков за смену	2
Масса детали  max	10 кг
Длина детали max	500 мм
Количество  деталей	22 шт.
Годовая программа  выпуска	10560 шт.

 

 

 Таблица  2. Технологический процесс  механической  обработки детали типа «Втулка»

№ операции	Код наименовании операции	Твсп.мин	Томин
000	Заготовительная	-	-
005	Контроль (контрольный  стол)	-	-
010	Токарная (токарно-винторезный 16К20)	44,74	38,83
015	Токарная (токарно-винторезный 16К20)	10,97	30,35
020	Сверлильная (вертикально-сверлильный2А125)	4,8	13,2
025	Слесарная  (рабочий  стол)	0,8	0,8
030	Маркирование (рабочий  стол)	2,7	-
035	Контроль (контрольный стол)	4,4	-
040	Термическая	-	-
045	Токарная (токарно-винторезный 16К20)	22,39	31,0
050	Контроль (контрольный  стол)	2,31	-
055	Магнитный контроль	-	-
060	Покрытие	-	-
065	Маркирование (рабочий  стол)	1,0	-
070	Окончательный контроль (контрольный стол)	3,11	-
075	Упаковывание	0,5	-

 

1. Определение состава и выбора модели основного оборудования  
1. Вычислить станкоемкость по операциям

tn=

tn-станкоемкость  по  операциям

ti- станкоемкость, приходящаяся на каждый станок по обработке i-го представителя типовых деталей, мин;

tк=4,4+2,21+3,11=9,72мин

tк-станкоемкость операции  контроль 

tт=44,74+38,83+10,97+30,35+22,39+31=178,28мин

tт-станкоемкость токарной  операции 

tсв=4,8+13,2=18мин

tсв-станкоемкость сверлильной  операции                          

 

2.  Определим такт выпуска.

в=60Fд/Nг=60*4025/10560=22,9мин

Fд– годовой фонд времени оборудования, ч(Fд=4025ч)

Nг-годовая программа  выпуска деталей, шт.( Nг=10560)

 

3. Расчетное число станков по операциям.

Крас.=ti/ в

Крас.к=9,72/22,9=0,42

Крас.к-расчетное число  станков по операции контроль

Крас.т=178,28/22,9=7,8

Крас.т-расчетное число  станков по токарной операции

Крас.св=18/22,9=0,78

Крас.св-расчетное число  станков по операции сверления.

Округляем полученные значения до большого целого числа

Крас=Кприн

Крас.к=0,42=1

Крас.т=7,8=8

Крас.св=0,78=1

1.4 Определение коэффициента  загрузки станков по операциям 

Кз=Крас/Кприн

Кз.к=0,42/1=0,42

Кз.т=7,8/8=0,97

Кз.св=0,78/1=0,78

5. Общий коэффициент загрузки

Кз.общ=средне арифметическое

Кз.общ= Кз.к+ Кз.т+ Кз.св=0,42+0,97+0,78/3=0,72

что удовлетворяет условиям загрузки станочного комплекса ГПС, составляющим Кз.общ=0,7….0,95

 

6.  По габаритным размерам группы обрабатываемых деталей в качестве основной модели станочного комплекса РТК выбираем модель из таблицы N4.2

    масса детали max-10 кг

Длина детали max-500мм

4.2. Модели станков с ЧПУ для обработки валов

 

Следовательно выбираем группу деталей 2В модели станков 16Б16Т1

 

7. Определим длину станочного комплекса 

Lск=Вст+в+Аким+Амса

Вст-длина или ширина детали (длина 500мм)

в-расстояние между оборудованием  примем 1,2м

Аким- длина или ширина координатной измерительной машины Б13В1(1400x1340x2500мм)возьмем длину 1400мм

Аамс- моечно-сушильный  агрегат МСА-31 (4160x3375x2865мм) возьмем длину 4160

Lск=500+1200+1400+4160=7260мм

 

2. Расчеты построение систем инструментального обеспечения

2.1 расчет величины  оборотного фонда инструмента.

Определить  оборотный фонд инструмента по каждому  станку ГПС за месяц 

Нк= инст/стан

Н-оборотный  фонд инструмента

p-число инструментов или инструментальных блоков

m-номенклатура деталей

Hij=Kij+1=11+1=12

K-нормативное значения оборотного фонда инструмента из таблицы 4.3  минимальный оборотный фонд инструмента.

Найдем величину суммарного оборотного фонда необходимого для обработки производственной программы деталей за месяц

 

=34560*9=311040

k=Kрас.т+Крас.св=8+1=9

 

2.2 Проектирования секций сборки и настройки инструмента

Определим число  приборов для настроек инструмента.

Nп=((n*nсм*tн)/(60*Фсм*Кз))*Ка

  n-количество станков без Kрас.к

nсм-количество инструмента которое следует настроить за смену на один станок.

tн-среднестатистическая норма времени настройки 1 режущего инструмента(5мин)

Фсм-время одной  рабочей смены(8ч)

Кз-коэффициент  загрузки прибора(0,8)

Ка-коэффициент учитывающий возможности автоматической настройки на самом станке(0,5)

 

nсм=Kij*n=11*9=99

n-количество станков

 

Nп=((9*99*5)/(60*80*0,8))*0,5=0,58

 

Определим число  слесарей настройщиков

Pн=(Fд*Nn)*Фр

Fд-эффективный годовой фонд времени работы приборов (2050ч)

Фр-эффективный  годовой фонд времени работы слесаря  настройщика(1820ч)

Nn-количество приборов

 

Площадь необходимая  для настройки 1 типа инструмента 

Fn=Nn*fн=1*10м3

fn-удельная площадь для настройки 1 прибора (10м3)

 

 2.3 Проектирование секций обслуживания инструментов рабочего места участка хранения и комплектования инструмента и технической документации.

Определим среднюю  вместимость тары ящичный поддон

1М432-1(300X400X200)

Стi=gimax*Kтi=0,8*50=40кг

gimax-максимальная грузоподъёмность допускаемым выбранным типом тары

Kтi-коэффициент использования тары по грузоподъёмности (0,2…0,85)

 

При средней значении массы  одного резцового блока при mu=0,35…0,4кг в одной таре разместится

ni=Cti/mu=40/0,4=100

 

Учитывая величину оборотного фонда инструмента за месяц число единиц тары

Zti= Hu=311040/100=3110,4=3111

Из таблицы технических  роботизированных складских комплексов выбираем РСК.

4.4. Технические  характеристики роботизированных  складских комплексов

 

Выбираем РСК-50(исполнения 03) 2 штуки так как число едениц тары нам нужно 3111 а РСК-50 может вместить максимум 1590

1590*2=3180

 

Площадь роботизированного  склада

 

Fu1=ab(м2)

Fu1=24420*1595*2=77899800мм2=778998м2

 Fu2=nKcf1=9*0,5*2=9м2

Кс-коэффициент учитывающий хранения инструмента на высотных стеллажах(0,5)

 f1-удельная площадь хранения инструмента приходящая на 1 станок(0,7…2,2)

 

площадь для хранения технической  документации определяется по формуле 

Fu3=f2*n=9*0,2=1,8м3

f2-удельная площадь по хранению по технической документации приходится на 1 станок 0,2м2/стан.

Площадь участка хранения и комплектов инструмента и технической документации составляет

Fu= Fu1+ Fu2+ Fu3=778998м2+9м2+1,8м3=779008,8м2

2.3.2 участок доставки инструмента  к рабочим местам

Число транспортных рабочих при  тех. Проектирование может быть определено по формуле 

Pt=0,06*n=0,06*9=0,54~1

3. расчет и построение транспортно складской системы.

1. Расчет характеристик склада

Определяем среднюю станкоёмкость  обработки детали

мин.

2. Месячный объем партий детали представителя

дет.

Определение числа деталей установок  обработанной на комплексе в течении  месяца Ф_д=305

шт.

С учетом коэффициента запаса свободных ячеек найдем число ячеек автоматического склада, коэффициента запаса принимаем 12%

n_яч=к_з⋅к_наим=1,12⋅94=105,28≈105 ячеек

n_яч=(1,1…1,15)⋅к_наим

Определим месячную станкоемкость  обработки партии деталей

Т_оп∑=τ_в⋅n_ш

Т_оп∑=21,56⋅40=862,4 мин.

Определим массу месячной партии заготовок

Q_T= n_m⋅0,4=40⋅0,4=16 кг

Выбираем модель тары Т – 0,16; m=50 кг; l=400 мм; b=300 мм; h=350 мм.

По расчетной грузоподъемности и габаритам выбранной тары выбираем тип стеллажа. Выбираем стеллаж СТ - 016; m=50 кг; l=400 мм; b=400 мм; h=3400 мм.

Выбираем модель стеллажного крана штабелера.  СА – Т_сс – 0,16; m=50 ; l=400; b=400; h=3400; υ=1 м/с, подъем грузозахвата 0,2 м/с, выдвижение грузозахвата.

Располагая склад вдоль  линии станков и выбирая его  однорядным, рассчитаем число ярусов, высоту склада и высоту грузоподъема штабелера. Длину склада Lск целесообразно принимать примерно равной длине станочного комплекса Lст, т.е. Lск = 35560 мм.   

Определим число ячеек  в одном ярусе

 шт.

Коэффициент запаса при этом составит

, что находится в пределах  рекомендуемого для складов ГПС  коэффициента запаса K_зап = 1,1…1,15.

3. Расчет высоты стеллажа

Определим высоту стеллажа с учетом расстояния от рельсового пути до нижнего рабочего положения грузозахватного устройства штабелера

Н_ст=h_н+3С_я

h_н – расстояние от рельсового пути до нижнего положения штабелера h_н=450 мм;

С_я – высота яруса стеллажа;

С_я=С+Δ+l

С – высота тары;

Δ – не менее 0,11 м;

L -0,06…0,1 м безполочный стеллаж

     0,11…0,12 м стеллаж каркас

Н_ст=450+3(350+110+100)=2130=2,13 м

Принимаем Н_ст=24м

 

4. Расчёт количества штабелеров и их загрузка

Для определения  числа перемещений штабелера  и суммарного времени его работы t_сΣ в течение месяца воспользуемся транспортно-технологическим маршрутом обработки детали-представителя на станках комплекса. В процессе изготовления деталь-представитель (с выборочным контролем) перемещается по следующему маршруту:

Стеллаж – фрезерная операция – моечно-сушильный агрегат – контрольная операция – сверлильная операция - моечно-сушильный агрегат – контрольная операция – шлифовальная операция - моечно-сушильный агрегат – контрольная операция – окончательный контроль – стеллаж.

Количество транспортных перемещений штабелера при этом составит:

стеллаж – фрезерная операция – 2 перемещения;

фрезерная операция - моечно-сушильный  агрегат  – 2 перемещения;

моечно-сушильный агрегат - контрольная  операция – 2 перемещения;

контрольная операция - сверлильная  операция –  1 перемещение;

сверлильная операция  – моечно-сушильный агрегат – 1 перемещение;

моечно-сушильный агрегат – контрольная операция  – 1 перемещений;

контрольная операция – шлифовальная операция –  3 перемещения;

шлифовальная операция - моечно-сушильный агрегат – 3 перемещения;

моечно-сушильный агрегат –  контрольная операция – 3 перемещения;

контрольная операция – окончательный  контроль – 3 перемещения;

окончательный контроль – стеллаж  – 3 перемещения.

Таким образом, суммарное  число перемещений штабелера  по обработке всей месячной партии заготовок по детали-представителю составит:

     2+2+2+1+1+1+3+3+3+3+3=24  перемещений                            

Всего за месяц  суммарное число перемещений  штабелера по обработке K_наим = 94 числа деталеустановок составит:

                           

24(94-1)=2232   перемещений                       

Принимая среднее  время одного транспортного цикла Т_ц = 1,4 мин и учитывая транспортировку груза штабелерами единичными поддонами, суммарная трудоемкость транспортных операций за месяц составит по формуле

      

  ч.                                 

 

а расчетное  число штабелеров составит:                                   

-коэффициент учитывающий неравномерность поступления грузов=1,3;

- коэффициент учитывающий неравномерность  отпуска грузов=0,8.

 шт.   

Принимаем для  обслуживания автоматизированного  склада один штабелер мод. СА-ТСС-0,16 с  коэффициентом загрузки K_исп = 0,45.

                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. состав оборудования и планировка участка инструментальной подготовки гпс

На рисунке  приведена  планировка типового участка инструментальной подготовки  доставки и смены  инструментов для ГПС, состоящей из 6 станков. В таблице приведена спецификация к плану расположения приведенного оборудования.

Заключение

Таким образом, расчеты показали, что для обработки  заданной номенклатуры деталей типа "Втулка" требуется ГПС, состоящая  из шести единиц РТК мод. М10П62.01 и мод. 16К20Ф3, моечно-сушильного агрегата, контрольно-измерительной машины, однорядного склада линейной компоновки емкостью 160 ячеек, крана-штабелера грузоподъемностью 50 кг с коэффициентом загрузки        K_и = 1,29. Автоматизированная транспортно-складская система ГПС должна быть оснащена позициями загрузки-разгрузки склада, приемно-передающими агрегатами у станков, необходимым объемом тары. В состав ГПС должна также входить автоматизированная система инструментообеспечения.

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

            Автоматизация технологических  процессов / Автор: Шишмарев В.Ю.

/ Академия / 2005. 352-с.

 Автоматизация технологических  процессов / И. Ф. Бородин, Ю.  А. Судни 

/ КолосС

             Название: Автоматизация технологических процессов /Бородин И.Ф., Судник Ю.А. / КолосС /  2004.  344 с.

Надежность технических систем: Справочник / Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев, В.В. Болотин и др.; Под ред. И.А. Ушакова. – М.: Радио и связь, 1985. – 608 с.

Надежность в машиностроении: Справочник. Под ред. В.В. Шашкина, Г.П. Карзова. – СПб.: Политехника, 1992. – 719 с.

Калявин В.П. Надежность и диагностика. – СПб., "Элмор", 1998. – 230 с.

Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 480 с.

Ястребенецкий М.А., Иванова Г.М. Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами. – Энергоатомиздат, 1989. – 264 с.

Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические методы в теории надежности. – М.: Наука, 1965. – 524 с.

Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание: Математический подход. – М.: Ридио и связь, 1988. – 392 с.

Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Наука, 1969. – 506 с.

Расчет показателей надежности по результатам экспериментов. Методические указания / Состав. Колобов А.Б. – Иваново, ИГЭУ. – 36 с., № 602.

Статистико-вероятностная оценка прочностной надежности элементов  механических систем. Методические указания / Состав. Колобов А.Б. – Иваново, ИГЭУ. – 40 с., № 742.

Теория вероятностей в моделях  расчета надежности и задачах  диагностики технического состояния. Методические указания / Состав. Колобов  А.Б. – Иваново, ИГЭУ. – 40 с., № 819.

Оценка работоспособности объектов при постепенных отказах. Методические указания / Состав. Колобов А.Б., Огурцов Ф.Б. – Иваново, ИГЭУ. – 40 с., № .

Регрессионный анализ результатов  испытаний. Методические указания / Состав. Колобов А.Б. – Иваново, ИГЭУ. – 36 с., № 715