Гибкие производственные системы

Введение

 

   Главной целью реконструкции существующего машиностроительного производства с применением гибкой автоматизации является повышение эффективности механообрабатывающего производства на предприятиях с широкой номенклатурой выпускаемой продукции.

  Для достижения такой цели требуется создание производственных систем механообработки повышенной гибкости с высокими технико-экономическими показателями работы в разнообразных условиях.

   Под гибкостью обычно понимается целый ряд свойств, производственной системы, управляемой от ЭВМ.  К числу важнейших свойств, следует отнести:

• быстрый переход к выполнению производственного процесса изготовления деталей;
• совмещенное выполнение двух и более технологических процессов изготовления деталей, что позволяет приступить к выполнению некоторого нового технологического процесса на оборудовании, освобождающемся от выполнения предшествующего техпроцесса, в то время как ряд единиц производственного оборудования ещё занято окончанием обработки предыдущей партии деталей;
• быстрое принятие решения о порядке продолжения выполнения заказа при появлении непредвиденных заранее изменений условий производства            (отказ какой-либо единицы производственного оборудования, срочное изменение планового задания, приостановка поставок заготовок от предшествующего производственного участка).

   Наилучшим образом всем этим требованиям удовлетворяют гибкие производственные комплексы (ГПК).

   ГПК - самостоятельное производственно-техническое структурное подразделение (цехового уровня).

    Для обеспечения необходимой эффективности ГПК должен соблюдаться принцип единства технологического и организационного проектирования.

   При разработке  ГПК необходима тщательная организация инженерно-технических служб, отделений, обеспечивающих подготовку производства, техническое обслуживание станков, средств автоматизации и вычислительной техники, развитие подсистем программного обеспечения ГПК.

   Отделения, обеспечивающие стабильность производственного процесса, имеют строго разграниченные функции.

   Каждое отделение имеет свои производственные показатели. Отклонение этих показателей от нормы вызывает нарушение ритмичности работы не только данного отделения и отделений, связанных с ним, но и всей системы (ГПК) в целом.

   В учебном пособии описана организационная структура ГПК, состав отделений. Дана характеристика каждого отделения, показана связь всех отделений ГПК между собой.

 

1. Назначение и цели ГПК

 

   Гибкие производственные комплексы (ГПК) предназначены для черновой, получистовой и чистовой механической обработки широкой номенклатуры изделий, как корпусного типа, так и тел вращения. Производимые изделия являются сложными и высокоточными деталями, изготавливаемыми из углеродистых и легированных сталей, титановых и цветных сплавов в условиях мелкосерийного и серийного производства.

   Создаваемые ГПК должны обеспечивать:

• повышение производительности механической обработки за счет концентрации операций и сокращения времени выполнения вспомогательных переходов;
• гибкость при смене деталей внутри группы и значительное сокращение затрат при освоении новой номенклатуры деталей за счет применения групповой технологии;
• повышение фондоотдачи за счет организации непрерывной работы участка и максимального использования годового фонда времени;
• значительное уменьшение роли ручного труда за счет постепенного перехода к безлюдной технологии;
• повышение качества механической обработки деталей за счет использования высокоточного оборудования с ЧПУ и снижения субъективного фактора исполнителя;
• надежность функционирования механообрабатывающих комплексов за счет организации отдельного участка и обеспечения требований от эксплуатации, взаимозаменяемости и дублирования основного и вспомогательного оборудования.

 

2. Структура ГПК

 

   ГПК включает в себя следующие подсистемы:

• технологическую;
• управления;
• технологической подготовки производства;
• сервиса.

   Технологическая подсистема – это совокупность основного и вспомогательного оборудования и реализованного на базе этого оборудования технологического процесса производства, включая контроль и перемещения.

   Подсистема управления – это совокупность иерархически организованных и взаимодействующих между собой комплексов – автоматизированной системы управления всем комплексом (АСУ ГПК) и автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП).

   Функциями этих систем являются следующие – планирование, контроль, учет, оперативно – производственное диспетчирование,  групповое и локальное управление, как основным, так и вспомогательным оборудованием, информационное обеспечение, организационное обеспечение устойчивого функционирования ГПК в постоянно меняющихся в условиях производства.

   Подсистема управления представляет собой двухуровневую систему, в которой каждому уровню соответствует свой комплекс задач  и состав технических средств.

   На верхнем уровне автоматизируется оперативно – производственное управление по задачам сменно – суточного (и на больший период- декаду, месяц) планирования, учета, контроля состояния системы и сервиса, автоматизируется работа модулей обработки данных о качестве продукции и др. на основе динамической (пульсации происходят из-за нестабильности производственных условий) модели модуля складирования и комплектации, выступающего в роли автоматизированного диспетчера.

   На нижнем уровне осуществляется непосредственное внутримодульное управление технологическими процессами. К нижнему уровню относятся: каналы связи, устройства числового программного управления (ЧПУ) станками и промышленными роботами (ПР), модемы, местные устройства управления транспортной системой и автоматизированным складом (АС).

   Подсистема технологической подготовки производства – это комплекс организационно – технических средств, включающих в себя: проектирование технологических процессов (маршрутов, операций, переходов), редактирование технологических прочесов и управляющих программ, выбор приспособлений, режущего и мерительного инструмента, доводка их в оперативном режиме.

   Подсистема сервиса – это комплексная подсистема обеспечения высокой устойчивости и работоспособности технических средств ГПК.

   Подсистема сервиса механических, энергетических, электронных механизмов, устройств и агрегатов включает комплексы диагностирования неисправностей, комплексы ремонта и восстановления.

 

 

3. Характеристика технологических процессов обработки на ГПК

 Технологические процессы в ГПК предназначены для обработки на отдельных модулях технологических элементов деталей. Подготовка баз для обработки деталей на гибких производственных модулях (ГПМ) осуществляется в одном из отделений ГПК. Обработка технологических элементов, унификация которых по требованиям конструкции невозможна, предусмотрена на универсальном оборудовании вне ГПК.

   Разработка рабочих технологических процессов, с подготовкой расчетно – технологических карт (РТК) и управляющих программ (УП) предусматривается согласно подготовленным директивным техпроцессам.

   Директивные техпроцессы являются фундаментальной основой системы технологической подготовки в ГПК. Они разрабатываются с выполнением индивидуальной унификации элементов деталей и приемов их обработки, а также с учетом требований подготовки техпроцессов для гибких автоматизированных производств (ГАП).

   Индивидуальная унификация типовых нетехнологичных для механической обработки элементов деталей, которые не могут быть изменены по конструктивным соображениям, предназначена для сокращения трудоемкости обработки деталей.

   Групповая унификация используется для унификации типовых элементов деталей и приемов их обработки в группе деталей, при этом за счет сокращения номенклатуры режущего инструмента и унификации приемов обработки деталей на ГПМ разрабатываются типовые наладки на ГПМ на группы деталеопераций. Для организации наладки ГПМ формируются комплекты режущего инструмента, использование которых сокращает количество и трудоемкость переналадок для каждого ГПМ при переходе на обработку новой группы деталей.

   Групповые техпроцессы обеспечивают возможность в наиболее полной мере учесть и реализовать принципы рациональной организации производственного процесса  в ГПК. При проектировании групповых техпроцессов детали объединяются по видам обработки, что дает возможность составлять группы не только из однотипных деталей, с одинаковой формой обрабатываемых поверхностей, но и из деталей, совершенно на похожих по форме, но подобных по видам обработки.

 

   Перечень основных видов механической обработки на ГПК и их характеристики приведены в таблице 3.1.

   Перечень обслуживающих операций, выполняемых в отделении автоматизированной механической обработки (ОАМО), и уровень их автоматизации, приведены в таблице 3.2.

   Перечень как основных, так, и обслуживающих операций может быть изменен и дополнен по желанию проектировщика, поэтому его следует рассматривать как ориентировочный.

Таблица 3.1 – Перечень основных видов операций механической обработки, выполняемых в ОАМО

 

Наименование операции	Характеристика операции
Фрезерование: - концевыми фрезами  криволинейных контуров и плоскостей - концевыми и специальными  фрезами Фасонных поверхностей - дисковыми трехсторонними  фрезами пазов и закрытых поверхностей Сверление отверстий  в пределах  ∅ 1,2 …32,5 Зенкерование отверстий Зенкерование поверхностей Нарезание резьбовых  отверстий в пределах М5 …М64 Растачивание Разворачивание  Токарная обработка	Точность до 4 кл., (Н11)   Точность до 4-5 кл., (Н11-Н12)   Точность до 4 кл., (Н11) Rz40   Точность до 5 кл., (Н12) Rz40   Точность до 3 кл., (Н9) Rz20 Точность до 4 кл., (Н11) Rz40 Точность до 2 кл., Rz20 Rа40   Точность до 2 кл., (Н7) Rа 1.25 Точность до 2 кл., (Н7) Rа 1.25 Точность до 2 кл., (Н7) Rа 1.25

 

Таблица 3.2 – Перечень обслуживающих операций, выполняемых  в ОАМО

 

Содержание операции	Уровень автоматизации
1	2
Транспортирование палетоналадок  со склада ГПМ и обратно Установка и закрепление  паллеты с деталью на столе  ГПМ и режущего инструмента в магазин Контроль соответствия заданию управляющей программы, введенной в УЧПУ, а также детали и инструмента, доставленных на станок Очистка деталей и  паллеты от стружки и отходов  на ГПМ Удаление стружки и  отходов от ГПМ Удаление стружки и  отходов из рабочей зоны ГПМ Очистка режущего инструмента  от стружки и смазки: - метчиков и сверл  (частично) - фрез, резцов, зенкеров  и т. п. Оперативное управление работой модуля: - в автоматическом  цикле - при запуске с определенного  места управляющей программы Регулирование подачи СОЖ  при смене режущего инструмента  и сверлении глубоких отверстий Поднастройка ГПМ по величине динамической коррекции при  обработке первой детали партии Ввод управляющей программы  в устройство УПУ ГПМ Отключение ГПМ при  создании аварийной ситуации Контроль износа режущего инструмента и его состояния  на ГПМ Диагностика сбоя, неисправности  ГПМ, вызов ремонтной службы Выполнение операции зануления исполнительных механизмов ГПМ	А     А Р,А       Р,А   А   А     Р,А А,Р     А   Р     Р,А     Р   А   А, (Р)   Р,А   Р,А   Р,А

 

1	2
Наблюдение за производственным процессом Контроль деталей в  ходе обработки Внедрение рабочей операции (откладка управляющей программы, оснастки, режущего инструмента)	Р   А     Р

 

А – автоматизировано; Р – вручную оператором или  наладчиком; Р,А – на разных ГПК возможны либо автоматизированное, либо ручное выполнение операции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Технологическая подготовка производства в ГПК

 

   На этапе создания и внедрения ГПК технологическая подготовка производства включает:

- разработку маршрутных, операционных, технологических карт обработки и контроля, разработку расчетно-технологических карт (РТК), управляющих программ (УП);

- проектирование режущего  и вспомогательного инструмента,  контрольной оснастки;

- изготовление специального  режущего инструмента (по необходимости), вспомогательного инструмента;

- внедрение технологических  процессов обработки деталей  на станках и модулях;

-  проектирование, изготовление, регулировка технологической оснастки  и приспособлений.

   Наряду с этим на основе инструментальной системы, системы оснатски, системы автоматизированного программирования создается автоматизированная система технологической подготовки производства в ГПК (АСТПП).

   В целом АСТПП должна представлять комплексную систему выполнения организационных функций при подготовке техпроцессов и средств оснащения, а также решения динамических задач в ГПК по подготовке, передаче и корректировке управляющей информации на обрабатывающее технологическое оборудование, инструментообеспечение, обеспечение оснасткой, удаление отходов и т. д.

   В период эксплуатации ГПК, при вводе в обработку новых деталей, технологическая подготовка производства с помощью АСТПП будет включать:

- назначение маршрутов  обработки типовых элементов  детали;

- подготовку по САПУП (при автоматизированной подготовке операционных карт, выборе режущего инструмента и режимов резания);

- разборку оснастки  на выведенные детали и сборку на вновь вводимые;

- проверку на станках  средств оснащения и управляющих  программ.

   В дальнейшем для достижения высокой надежности АСТПП предусматривается подготовку УП проводить на стадии проектирования детали.

 

5. Структура отделений, входящих в состав ГПК

 

   Для обеспечения основных и вспомогательных производственных процессов в структуру ГПК включены следующие отделения, имеющие строго разграниченные функции:

1. основное производство:

- отделение механической  обработки (ОМО);

- отделение автоматизированной  механической обработки (ОАМО);

2) Вспомогательное производство:

- отделение подготовки  операционных комплектов (ОПОК);

- отделение приема-выдачи (ОПВ);

- отделение подготовки  столов-спутников (ОПСС).

3) Автоматизированная  транспортно-складская система (АТСС):

- автоматизированный  склад (АС) заготовок и готовых  деталей;

- автоматизированный  склад палетоналадок;

- автоматизированный  склад инструментов.

6. Организация основных  производственных процессов

 

6.1 Организация работы  отделений механической обработки  (ОМО)

 

6.1.1. Назначение ОМО

 

   ОМО предназначено для подготовки баз, т. е. механической обработки части номенклатуры деталей, обрабатываемых в ГПК, для обработки которых требуется подготовленные базовые поверхности. В состав ОМО могут входить станки с ЧПУ и станки универсального типа.

   Введение ОМО позволяет устранить промежуточную кооперацию на пути между заготовительным цехом (отделением) и ГПК.

    Потребителем продукции ОМО является ОАМО ГПК, организованное на базе технологических модулей.

   Работа ОМО обеспечивается обслуживающими отделениями ГПК ОПВ, ОПОК через АТСС.

 

   6.1.2. Основные характеристики организации работы ОМО

 

   Основными характеристиками работы ОМО являются:

- применение ручного  труда для загрузки-разгрузки  и переналадки оборудования;

- планово-предупредительное  обслуживание рабочих мест (ППОРМ)  ОМО сменно-суточными заданиями,  инструментами, приспособлениями и заготовками на основе ОПВ, ОПОК, АТСС и автоматизированной системы управления (АСУ ГПК);

- перепрограммирование  станков с ЧПУ на основе  ЭВМ;

- запуск деталей на  обработку партиями;

- многостаночное обслуживание  станков с ЧПУ.

   Производственные процессы ОМО подразделяются на основные, связанные с выпуском продукции, и обслуживающие.

   К основным производственным процессам относятся:

- обработка деталей;

- установка – снятие  заготовок.

   К обслуживающим процессам относятся:

- подготовка и выдача  заданий на работу;

- переналадка станков;

- перепрограммирование  станков;

- снабжение рабочих  мест предметами и орудиями  труда;

- учет результатов  работы;

- сборка и удаление  стружки из отделения

   Уровень организации производства в ОМО значительно выше, чем на участках из отдельно стоящих станков с УПУ, не связанных между собой единой системой управления и транспортной системой.

   Основные производственные показатели, характерные для ОМО, приведены в таблице 6.1.

 

   6.1.3. Состав оборудования и оснащения ОМО

 

   В состав оборудования ОМО входят станки с ЧПУ, универсальные станки.      Номенклатура станков, их количество определяются номенклатурой обрабатываемых в ГПК заготовок.

   В состав ОМО входят:

- тумбочки для мерительного  инструмента, универсальной крепежной оснастки, технологической документации, являющиеся одновременно контрольными столами;

- дисплейные модули, состыкованные  с ЭВМ высшего уровня и устройствами  ЧПУ станков;

- телефоны, расположенные  у дисплейных модулей;

- кран-балки, тельферы и другие подъемные механизмы.

 

Таблица 6.1 – Производственные показатели ОМО

 

Наименование

Значение

Трудоемкость годовой  программы выпуска, час Количестве станков, шт Число рабочих смен при 5-дневной рабочей неделе Действительный годовой фонд времени, час Коэффициент загрузки станков Запуск деталей в  обработку Количество запусков в год одного наименование деталей Минимальный размер партии запуска, шт. Максимальный размер партии запуска, шт. Средний размер партии запуска, шт. Минимальное потребное количество тар под заготовки на партию запуска, шт.

 

 

   6.1.4. Организация снабжения и грузооборота ОМО

 

   Снабжение ОМО осуществляется в форме ППОРМ, которое заключается в заблаговременной подготовке, комплектовке и доставке на рабочие места заготовок, инструмента, приспособлений и технологической документации до начала смены без участия основных рабочих и в течение смены тоже без участия основных рабочих. Схема грузооборота показана на рис. 6.1.

 

6.1.5 Состав производственного  цикла ОМО

 

   Производственный цикл ОМО представляет собой повторяющуюся последовательность этапов хранения, наладки оборудования, обработки и прочих приемов, выполняемых для любой операции механической обработки в ОМО с целью преобразования партий заготовок (полуфабрикатов ЗГ (ПФ) ОМО в партию заготовок ЗГОАМО.

  Производственный  цикл ОМО включает этапы:

а) хранение заготовок  ЗГ (ПФ) перед запуском в обработку (АТСС);

б) подготовку станка к  наладке на операцию (АТСС, оператор станка с ЧПУ);

в) налпдку станка на операцию (оператор станка с ЧПУ);

г) обработку партии деталей  на станке (оператор, станок);

д) контроль годности партии обработанных деталей (контролер);

е) подготовку станка и  отделения к следующей операции.

    Состав производственного цикла ОМО показан на рис. 6.2.

 

 

6.2. Организация работы  отделения автоматизированной механической  обработки (ОАМО)

 

   ОАМО предназначено для выполнения основного объема механической обработки деталей в ГПК.

   Включение в состав ГПК станков типа «обрабатывающий центр», многооперационных станков позволяет сократить маршруты обработки заготовок за счет концентрации на одном станке операций, выполняемых ранее на нескольких станках различных моделей.

   Детали, прошедшие полную обработку в ОАМО и представляющие собой готовую продукцию ГПК, не всегда являются окончательно обработанными деталями.

 

   Потребителем продукции ОАМО ГПК является цех (термоцех, механический, цех покрытий и т.д.) в котором выполняются доработочные операции, окончательная приемка и отправка на сборку или консервацию.

   ОАМО при помощи транспортных роботов связывается непосредственно только с особым отделением склада (АС), являющимся накопителем спутников (АСс), откуда спутники поступают на станки и куда они возвращаются со станков.

   Связь ОАМО с обслуживающими отделениями осуществляется через отделение подготовки столов спутников (ОПСС), куда поступают необходимые для работы грузы в тарах и где эти грузы перегружаются на столы-спутники и отправляются на временное хранение АСс.

 

   6.2.1. Основные характеристики организации работы ОАМО

 

   Основными характеристиками работы ОАМО являются:

- автоматизированная  загрузка-разгрузка и переналадка  оборудования;

- перепрограммирование  оборудования на основе ЭВМ;

- обработка деталей  на станках в режиме «безлюдной»  технологии;

- планово-предупредительное обслуживание станков управляющими программами, инструментами, приспособлениями и заготовками на основе ОПВ, ОПОК, ОПСС, АТСС и АСУ ГПК;

- запуск деталей в  обработку по одной штуке;

- трехсменный режим  работы без обеденных перерывов.

  Техпроцесс ОАМО определяется необходимостью обеспечить работу ОЦ без обслуживающего персонала и характеризуется следующими особенностями:

- концентрацией в одной  операции обработки максимально  возможного количества поверхностей;

- повышенными требованиями к надежности обработки, обеспечиваемыми тщательным выбором схем снятия припуска и режимов резания, а также тщательной отработкой управляющей программы на этапе внедрения.

 

   Организация работы ОАМО основана на согласованной работе станков и транспортного робота, обеспечивающих обработку заготовок без обслуживающего персонала по командам АСУ ГПК.

Основные производственные показатели приведены в таблице 6.2.

 

Таблица 6.2 – Производственные показатели ОАМО

 

Наименование

Значение

Трудоемкость годовой  программы выпуска, час Количество станков Число рабочих смен в сутки Число рабочих дней в неделю Потери рабочего времени на переналадку  и смену инструмента Потери рабочего времени на обслуживание оборудования Прочие потери рабочего времени Потери рабочего времени  в праздничные дни Действительный годовой  фонд времени работы станков, час Коэффициент загрузки станков Запуск деталей в  обработку

Подетальный

 

 

  6.2.2. Состав оборудования и оснащения ОАМО

 

  В состав оборудования ОАМО входят:

- технические станочные  модули;

- транспортные модули;

- транспортные роботы;

  В состав оснащения ОАМО входят:

- накопители для заготовок;

- кран-балка для механизации  подъема грузов при ремонте  оборудования.

   6.2.3. Организация устранения отказов оборудования ОАМО

 

   Ввиду отсутствия в ОАМО постоянного обслуживающего персонала все отказы оборудования должны обнаруживаться ремонтной службой планово-предупредительных перерывов производственного процесса по особому графику, тщательно отработанному и отлаженному, с учетом надежности всех единиц оборудования.

   Кроме того, контроль работоспособности оборудования ОАМО несколько раз в течение смены должны выполнять подготовители ОПСС по специально разработанному регламенту.