Организация гибкого автоматизированного производства

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

 ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДГТУ

Кафедра «Экономика и менеджмент»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа на тему:

 «ОРГАНИЗАЦИЯ ГИБКОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 

Проверил:

к.т.н., доцент

Дьяченко Е.А.

 

 

 

Ростов-на-Дону

2012

 

 

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Комплексная автоматизация  производства является одним из основных направлений технической политики в нашей стране. Целью комплексной автоматизации является ускорение темпов повышения производительности труда, улучшение качества продукции и повышение ее конкурентоспособности, сокращение создания новых изделий. Важным направлением единой технической политики является широкое использование информационных технологий, а также создание высокопроизводительного и высокоэффективного производства, обладающего возможностью быстрой переналадки при переходе с управления одного типа изделия на другой, т.е. создание гибких производственных систем (ГПС). В настоящее время наметились тенденции создания виртуальных производственных систем на базе распределенных производственных систем. Широкое использование информационных технологий робототехники, станков с ЧПУ, систем управления производственными объектами во многом способствует повышению эффективности производственных систем в машиностроении.

Высшей формой поточного  производства является автоматизированное производство, где сочетаются основные признаки поточного производства с его автоматизацией. В автоматизированном производстве работа оборудования, агрегатов, аппаратов, установок происходит автоматически по заданной программе, а рабочий осуществляет контроль над их работой, устраняет отклонения от заданного процесса, производит наладку автоматизированного оборудования. При частичной автоматизации рабочий полностью освобождается от работ, связанных с выполнением технологических процессов. В транспортных, контрольных операциях при обслуживании оборудования, в процессе установки — полностью или частично сокращается ручной труд.. Одним из основных направлений является комплексная автоматизация на основе использования станков с числовым программным управлением (ЧПУ), роботизированных комплексов (РТК), гибких производственных систем (ГПС).

При создании гибкой производственной системы происходит интеграция:

- всего разнообразия  изготовляемых деталей в группы  обработки;

- оборудования и материальных потоков;

- процессов создания  и производства изделий от идеи до готовой продукции;

- обслуживания в единую  систему;

- управления на основе  системы УВМ, банков данных, пакетов  прикладных программ, САПР, АСУ;

- потоков информации  для принятия решения о наличии  и применении материалов, заготовок, изделий, а также средств отображения информации;

- персонала за счет  слияния профессий (конструктор-технолог-программист  - организатор).

Высшей формой ГПС  является гибкое автоматизированное производство (ГАП), позволяющее в условиях серийного  и даже единичного выпуска продукции осуществлять техническую и организационно-плановую подготовку производства,  обработку детали, переналадку оборудования, контроль качества продукции, перемещение, хранение и учет предметов труда, уборку стружки и другие функции в автоматизированном режиме. Практически при отсутствии человека в непосредственной зоне технологического процесса.

Одна из первичных  форм ГАП – гибкий производственный комплекс (ГПК), предназначенный для  обработки на участке цеха определенной номенклатуры изделий с частичной автоматизацией вышеприведенных функций.

При создании ГПК важное место занимают вопросы проектирования организации производства, решение  которых может обеспечить эффективное  функционирование комплекса при  наиболее полном использовании дорогостоящего оборудования, высоком уровне производительности труда.

Задачи  курсовой работы

 

Выполнение курсовой работы является одним из основных этапов изучения курса «Организация производства на предприятиях отрасли».

Целью курсовой работы является расширение теоретических знаний по курсу. Она направлена на углубленное изучение раздела поточное производство, автоматизация производственных процессов. Студент самостоятельно проектирует и выбирает в соответствии с полученными данными структуру ГПК.

В процессе выполнения работы студент должен:

- знать теоретические  основы гибкого автоматизированного  производства, систему показателей  для проектирования функциональной структуры ГПК и методы их расчета;

- уметь правильно применять  исходные данные и производить  рекомендуемые расчеты;

- уметь делать выводы  на основании полученных расчетов  и предлагать возможные варианты  решения о повышении эффективности  организации и функционировании ГАП.

Курсовая работа является самостоятельной работой студента и разрабатывается на основании индивидуальных заданий выдаваемых преподавателем кафедры.

Общий объем пояснительной  записки должен содержать не менее 30 страниц печатного текста со всеми необходимыми расчетами, таблицами, рисунками, выводами и рекомендациями.

 

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

Задание

Введение

1 Общая характеристика  и назначение ГПК

2 Проектирование  функциональной структуры ГПК

2.1 Расчет потребного  количества и загрузки основного  технологического оборудования

2.2 Определение  состава подъемно - транспортных  средств,

промышленных роботов (ПР)

2.3. Обоснование  схемы автоматизированной транспортно-складской  системы (АТСС) и общей компоновки  ГПК

2.4 Проектирование  циклов обработки

2.5. Расчет  емкости накопительной - складской  системы (НСС)

2.6. Расчет  численности обслуживающего персонала

3 Проектирование  организации функционирования  ГПК

3.1 Обоснование  режима работы ГПК

3.2 Оперативное  планирование производства в  ГПК

3.3. Организация  технической подготовки и обслуживания  производства в ГПК

3.4  Организация  управления и обоснование численности персонала ГПК

Список использованной литературы

 

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

Выполнил студент_Лукьянов М.С.

Группа_ИЭУ-32

Вариант	Размер транспортной партии	№ детали
		1			2			3			4			5			6			7			8			9			10			11			12
		Годовой выпуск деталей, тыс. шт.
		Трудоемкость операций в мин.
16		Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф	Т	Т1	Ф
		1,4			2,4			2,8			3,2			3,6			5,2			5,6			6,8			7,6			7,8			8			10,2
		16	14	6	14	8	4	14	8	4	16	14	8	14	8	4	14	6	2	12	6	4	12	10	8	14	8	2	10	6	4	16	8	4	12	4	4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

ГИБКИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДСТВА (ГАП) — автоматизированные технологические системы, включающие станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, автоматические склады, объединенные с мини-ЭВМ, снабженные определенным набором управляющих программ и обеспечивающие автоматизацию многономенклатурного машиностроительного производства.

Гибкие автоматизированные производства позволяют быстро переходить от обработки  одного изделия к другому, одновременно выполнять различные операции. Гибкие автоматизированные производства применяются в различных формах, определяемых требованиями производства, для обработки самых разнообразных деталей станков, двигателей, транспортных машин, турбин.

Гибкие автоматизированные производства должны отвечать самым высоким требованиям по точности, быстродействию, надежности. В конструкциях элементов ГАП применяются пневматические, электрогидравлические и электрические приводы, различающиеся принципами действия и функциональными возможностями. Средства вычислительной техники являются основными компонентами ГАП; появление микропроцессорной техники обусловило широкое развитие ГАП.  

Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства.

До внедрения средств  автоматизации замещение физического  труда происходило посредством  механизации основных и вспомогательных  операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался немеханизированным (ручным). В настоящее время операции физического и интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации во многих странах мира, в том числе и в России.

Автоматизация создает возможности для улучшения условий и подъема производительности труда, роста качества продукции, сокращения потребности в рабочей силе и в систематическом повышении прибыли, что позволяет изменить тенденцию развития, сохранить старые и завоевать новые рынки

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  И НАЗНАЧЕНИЕ ГПК

 

В современных условиях комплексной автоматизации и  роботизации производства в организациях машиностроения получили развитие гибкие производственные системы (ГПС). Эти  системы используются главным образом  в мелко- и среднесерийном про­изводстве, обеспечивают автоматизированную обработку деталей, сборку изделий и их испытание. За ними будущее, так как они определяют, как уже упоминалось, стратегию развития машиностроения в XXI в.

Гибкая производственная система — это совокупность роботизированных технологических комплексов, гибких производствен­ных модулей, обрабатывающих центров, отдельных единиц технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) и системы обеспечения их функционирования в автоматическом или автоматизированном режиме, обладающая свойством автоматизированной (программируемой) переналадки при производстве деталей или изделий произвольной номенклатуры в пределах технологического назначения.

По организационным  признакам ГПС подразделяются на гибкие автоматизированные линии, участки, цехи.

Развитие ГПС, их постепенная  интеграция приводит к созданию полностью  автоматизированных предприятий машиностроения — так называемых гибких автоматизированных заводов. Такие заводы в XXI столетии являются полностью интегрированным производством, включающим в единую систему все необходимые функциональные подсистемы, обеспечивающие процесс произ­водства изделия от выдачи задания на его разработку до реализации в виде готовой продукции.

Исходными данными для проектирования гибкого автоматизированного производства (ГАП) или гибкой производственной системы (ГПС) являются:

− сведения о продукции: вид, номенклатура, габариты, требования к точности и качеству изготовления, выпуск в единицу времени по неизменяемым чертежам;

− сведения о технологических  процессах изготовления изделий: сведения о заготовках (вид, точность), способах обработки, технологических базах, составе технологических переходов, нормативах времени на выполнение переходов.

Анализ номенклатуры обрабатываемых деталей.

Анализ номенклатуры обрабатываемых деталей позволяет  выявить типовые детали, позволяющие  определить степень и направления  специализации технологического оборудования станочной системы ГПС, установить необходимое число управляемых  координат станков, определить время обработки деталей на станках системы и состав станочной системы.

Анализ номенклатуры обрабатываемых деталей осуществляют в следующей последовательности:

– классификация деталей  по габаритным размерам. Как правило, размеры обрабатываемых поверхностей и их конструктивно-технологические характеристики находятся в определенной зависимости от класса обрабатываемых деталей и их габаритных размеров.

Поэтому проведение такой  классификации позволяет составить  представление о превалирующих размерах обрабатываемых деталей на комплексе, их трудоемкости, основных направлениях специализации станочной системы;

– анализ деталей по трудоемкости обработки. Такой анализ необходимо осуществлять в тесной увязке с габаритами обрабатываемых поверхностей, что позволяет получить данные для расчета числа станков, встраиваемых в комплекс.

На основе осуществленного  анализа номенклатура обрабатываемых деталей разделяется по группам, из которых выбираются типовые детали. Типовые детали включают в себя все встречающиеся (в пределах рассматриваемой группы) виды обрабатываемых поверхностей и их сочетание, характеризуют необходимую точность обработки и требования к качеству обработки.

Основное технологическое  оборудование для ГПК

В состав ГПК механообработки входят: ГПК изготовления деталей типа, тела вращения", ГПК изготовления плоских деталей, ГПК изготовления корпусных деталей. В настоящем параграфе, в качестве примера, рассмотрим иерархию, состав, структуру и процесс функционирования ГПС изготовления корпусных деталей на уровне их реализации в виде ГПМ, ГПЛ, ГАУ и ГАЦ.

Элементной базой ГПМ  механообрабатывающего производства являются станки с ЧПУ, обрабатывающие центры (ОЦ), промышленные роботы.

Состав оборудования ГПМ определяется конструктивно-технологическими характеристиками обрабатываемых деталей, используемыми в ГПМ, АСС, АТС и ПР.

В соответствии с главными принципами построения ГПМ к основному  технологическому оборудованию с ЧПУ  и ОЦ предъявляются требования:

1. обработка в автоматическом режиме значительной номенклатуры деталей при максимальной концентрации операций на отдельных единицах оборудования, что позволяет сократить количество оборудования и число переустановок, улучшить качество обработки и уменьшить продолжительность производственного цикла;

2. возможность быстрой  переналадки оборудования, устройств  накопления и ориентации при  смене предметов производства;

3. компоновочная и  программная стыковка основного  оборудования с транспортно-складскими  системами, измерительными установками;

4. загрузка заготовок и выгрузка готовых изделий с технологического оборудования;

5. контроль и коррекция  режимов ТП в соответствии  с установленным критерием оптимизации;

6. контроль геометрических  размеров обрабатываемых деталей  и соответствующая коррекция  для достижения заданных размеров;

7. контроль за состоянием  инструмента;

8. замена поломанного  или изношенного инструмента;

9. сбор и удаление  отходов за пределы технологического  оборудования;

10. контроль наличия,  расхода и других параметров  технологических сред (например, смазочно-охлаждающих жидкостей);

11. поиск неисправностей (диагностика) узлов станка и  системы управления;

12. осуществление связи  с верхним уровнем управления  по передаче управляющих воздействий  и учетной информации.

Наиболее полно перечисленным требованиям отвечают станки сверлильно-фрезерно-расточной группы - обрабатывающие центры - для обработки корпусных и плоскостных деталей. В их конструкциях заложены такие принципиально важные технические решения, как автоматизация смены деталей, инструмента, автоматический контроль обрабатываемых деталей.

Наиболее перспективным  направлением в области создания ГПМ механообработки является использование  в составе данных ГПМ блочно-модульных  ПР. Применение блочно-модульного принципа построения ПР позволяет из ограниченного типового ряда функциональных элементов создавать ПР различного назначения без избыточного числа степеней подвижности и устройств, упростить их конструкцию и обслуживание, сократить сроки и затраты на их изготовление, освоение, внедрение и эксплуатацию.

Станочный комплекс ГПС  может быть представлен в виде отдельных одно- и многоцелевых станков  с ЧПУ, гибких производственных модулей (ГПМ), роботизированных технологических  комплексов (РТК). При подборе станков  для ГПС пользуются двумя принципами: принципом взаимодополняющих станков и принципом взаимозаменяемых станков.

Принцип взаимодополняющих  станков соответствует их традиционному  набору и расположению на участке  в технологической последовательности. Недостатком производства, построенного на этом принципе, является низкая технологическая надежность, потому что выход из строя какого-либо станка, имеющегося в составе ГПС в единственном экземпляре, сразу же уменьшает номенклатуру выпускаемых деталей.

Принцип взаимозаменяемых станков состоит в том, что для обработки поверхностей различных деталей используются станки одной модели (одной группы). Выход из строя какого-либо станка в этом случае приведет лишь к некоторому снижению производительности ГПС, но не к сужению номенклатуры выпускаемых деталей. Применение этого принципа является наиболее эффективным, если гибкое производство построено на основе многооперационных станков. При этом все станки можно загрузить только выполнением одних операций, а можно на разных станках выполнять последовательный ряд операций по изготовлению одновременно одной, двух или более деталей разных наименований.

По степени автоматизации  ГПС подразделяются на гибкие производственные комплексы и гибкие автоматизированные производства. Гибкий производственный комплекс (ГПК) — это гибкая производственная система, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления ГПС и автоматизированной транспортно-складской системой (АТСС), автономно функционирующей в течение заданного времени и имеющей возможность встраиваться в систему более высокого уровня. Гибкое автоматизированное производство (ГАП) — гибкая производственная система, состоящая из одного или нескольких ГПК, объединенных АСУ производством и автоматизированной транспортно-складской системой, производящая автоматизированный переход на изготовление новых изделий при помощи системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированной системы научных исследований (АСНИ), автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП).

Таким образом, главнейшими  источниками технико-экономической  эффективности при объединении  станков с ЧПУ в ГПС являются:

• повышение коэффициента использования станков;
• увеличение коэффициента сменности;
• уменьшение вложений в оборотные фонды из-за сокращения в несколько раз производственного цикла, что приводит к снижению величин незавершенного производства;
• снижение количества производственного и обслуживающего персонала.

 

 

Таблица 1 – Характеристика промышленных роботов

 

Модель робота	Грузоподъемность, кг	Максимальный радиус зоны обслуживания, мм	Габаритные  размеры, мм	Масса, кг
1. Для обслуживания металлорежущего  оборудования
Р-505	10	1525	-	500
СМ40 Ц.	40	1000	-	2000
СМ 40 Ф2.	40	1000	-	2000
Универсал 60.01	60	2044	-	2340
Универсал 60.02	60	2105	-	2400
ЛМ 40Ц	40	1885	-	740
РПМ-25.01÷02	25	1750	-	1000
Ритм-01.01÷0.2	0,1	660	-	30
ПР-5	5	1380	600	380
КМ 10 Ц.42.03	10	2314	-	930
Циклон 5.01÷0.2	10	1560	-	460
Универсал-5.02	5	1500	-	610
РР-16Р	16	2000	-	813
РС – 25П	25	-	3100	2850
СМ 40 Ф2.08.01	40	1900	104	3400
А-91	60	600	2900	90
СМ 80 Ц.25.01А	80	-	3600	2220
УМ 160 Ф2.81.01	160	2300	16х103	6500
2. Для транспортировки и складирования
Универсал -15	15,4	2044	-	2300
МАН-63С	63	1495	-	1050
М2ОЦ	20	1020	-	1450
094.0069	25	-	1170х5000	180
РА-12	3	-	2000х700	300
МП-5	15	1100	-	400
ТРТ-1-250	250	-	1645х2310	550

 

 

 

Таблица 2 – Группировка деталей и моделей токарных станков в ГПК

 

Типоразмер детали на выбор (диски, фланцы, втулки)	Предельные параметры детали			Модели  станка
	Диаметр, мм	Длинна, мм	Масса, мм
1Д	160	100	10	КТ-141
2Д	250	200	40	1П717Ф3 1725МФ3 16616Ф3 1734ФЗ
3Д	320	250	80	1740РФ3 16К20Т1
4Д	400	320	160	16К20Ф3 1П752МФ3 1П756ДФ3

 

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ  СТРУКТУРЫ ГПК

 

2.1 Расчет  потребного количества и загрузки основного технологического оборудования

 

При выборе оборудования, используемого в ГАП, необходимо предусмотреть возможности его  стыковки с промышленными роботами и модернизации под адаптивный контроль технологического процесса.

Исходя из операций, предусмотренных  для обработки заданной номенклатуры деталей, устанавливаем, что модуль обработки проектируемого гибкого  комплекса должен включать токарные и фрезерные станки.

Количество потребного оборудования определяется в два этапа: предварительно – на основе данных о трудоемкости, годовой программы и окончательно – с учетом графика загрузки оборудования.

Предварительное количество обрабатывающего оборудования рассчитывается по формуле:

 

где

t_штi – штучное время, мин;

N_i – годовая программа изготовления детали, шт.;

Р_i – транспортная партия или емкость кассеты, (таблица 1) шт.;

t_з.р- время загрузки-разгрузки обрабатывающего модуля (таблица 2) мин;

t_нал – время наладки оборудования на новую операцию t_нал= t_шт+(10÷20) мин;

N_i / n_i – принимаем равным 12.

F_д – годовой действительный фонд времени работы единицы оборудования в 3 смены (342900 минут).

 

Rрт=((16*1400+0,5/8+31*1400/12)+(14*2400+0,5/8+29*2400/12)+(14*2800+0,5/8+29*2800/12)+

(16*3200+0,5/8+31*3200/12)+(14*3600+0,5/8+29*3600/12)+(14*5200+0,5/8+29*5200/12)+

(12*5600+0,5/8+27*5600/12)+(12*6800+0,5/8+27*6800/12)+(14*7600+0,5/8+29*7600/12)+

(10*7800+0,5/8+25*7800/12)+(16*8000+0,5/8+31*8000/12)+

(12*10200+0,5/8+27*10200/12))/342900=2,854

 

 

 

 

Rрт1=(0,75+14*1400+29*1400/12+8*2400+23*2400/12+8*2800+23*2800/12+14*3200+

29*3200/12+8*3600+23*3600/12+6*5200+21*5200/12+6*5600+21*5600/12+10*6800+

25*6800/12+8*7600+23*7600/12+6*7800+21*7800/12+8*8000+23*8000/12+4*10200+

19*10200/12)/342900=1,751

 

Rрф=(0,75+6*1400+21*1400/12+4*2400+19*2400/12+4*2800+19*2800/12+8*3200+

23*3200/12+4*3600+19*3600/12+2*5200+17*5200/12+4*5600+19*5600/12+8*6800+

23*6800/12+2*7600+17*7600/12+4*7800+19*7800/12+4*8000+19*8000/12+4*10200+

19*10200/12)/342900=1,106

 

Коэффициент загрузки (К_з) оборудования определяется по операциям как отношение расчетного количества (R_р) к принимаемому (R_пр):

 

К_з =R_р /R_пр

 

Кзт=2,854/3=0,951

Кзт1=1,751/2=0,875

Кзф=1,106/2=0,553

 

Таблица 3 – Размер транспортной партии (емкость кассеты)

Размер тары	Размер транспортной партии, шт. (Р)
1600х1000	8
1200х800	12
1200х1200	12
1600х1000	20
1600х1200	32
1400х1200	54
1600х800	60
1600х1600	72

 

Таблица 4 – Время загрузки-разгрузки обрабатывающего модуля очередной деталью

Размер транспортной партии (кассеты), шт. (Р)	tз.р (кассеты с деталями), мин.
8	0,5
12	0,5
20	1,0
32	1,5
54	3
60	2
72	3