Уровни автоматизации и их отличительные признаки
1. Уровни автоматизации и их отличительные признаки
Автоматизация производственных процессов может осуществляться на разных уровнях.
Автоматизация имеет так называемый нулевой уровень - если в производстве участие человека исключается только при выполнении рабочих ходов (вращение шпинделя, движение подачи инструментов и др.). Такую автоматизацию назвали механизацией. Можно сказать, что механизация -- это автоматизация рабочих ходов. Отсюда следует, что автоматизация предусматривает механизацию.
Автоматизация первого уровня ограничивается созданием устройств, цель применения которых -- исключить участие человека при выполнении холостых ходов на отдельно взятом оборудовании. Такая автоматизация называется автоматизацией рабочего цикла в серийном и поточном производстве.
Холостые хоты в норме штучного времени, определяющем трудоемкость операции, учитываются в виде вспомогательного времени tв и времени технического обслуживания tт.об:
где tо - основное время, которое учитывает время рабочих ходов, tо=tp.x; tв вспомогательное время, включает отвод и подвод инструмента, загрузку оборудования и контроль; tт.об время технического обслуживания, затрачиваемое на смену инструмента, наладку оборудования, устранение отходов и управление; tорг время обслуживания оборудования; tотд - время отдыха рабочего.
На первом уровне автоматизации
рабочие машины еще не связаны
между собой автоматической связью.
Поэтому транспортировка и
Например, современный токарный многошпиндельный автомат выполняет обтачивание, сверление, зенкерование. развертывание и нарезание резьбы на заготовке из прутка. Такой автомат может заменить до 10 универсальных станков за счет автоматизации и совмещения холостых и рабочих ходов, высокой концентрации операций.
Автоматизация второго уровня
-- это автоматизация
Автоматической линией называют
автоматически действующую
Автоматическая линия
состоит из технологического оборудования,
которое компонуется под
Если линия включает позиции с участием человека, то ока называется автоматизированной.
Третий уровень автоматизации -- комплексная автоматизация, которая охватывает все этапы и звенья производственного процесса, начиная от заготовительных процессов и заканчивая испытаниями и отправкой готовых изделий.
Комплексная автоматизация
требует освоения всех предшествующих
уровней автоматизации. Она связана
с высокой технической
Вместе с тем именно
комплексная автоматизация
На третьем уровне автоматизации решаются задачи автоматизации складирования и межцеховой транспортировки изделий с автоматическим адресованием, переработки отходов и управления производством на базе широкого применения ЭВМ. На этом уровне участие человека сводится к обслуживанию оборудования и поддержанию его в рабочем состоянии.
2. Развитие автоматизации
в направлении технологической
гибкости и широкого
Гибкие производственные системы представляют собой совокупность технологического оборудования и систем обеспечения его работы в автоматическом режиме при изготовлении изделий изменяющиеся номенклатурой. Развитие ГПС происходит в направлении к безлюдной технологии, обеспечивающей работу оборудования в течение заданного времени без участия опратора.
Для каждого изделия при заданных требованиях к количеству и качеству продукции могут быть разработаны различные варианты ГПС, отличающиеся методами и маршрутами обработки, контроля и сборки, степенью дифференциации и концентрации операций технологического процесса, типами транспортно - загрузочных систем, числом обслуживающих транспортных средств (ОТС), характером межагрегатных и межучастковых связей, конструктивными решениями основных и вспомогательных механизмов и устройств, принципами построения системы управления.
Технический уровень и
эффективность ГПС определяется
такими показателями, как качество
изделий, производительность ГПС и
её надежность, структура потоков
компонентов, поступающих на ее вход.
Именно с учетом этих критериев должны
решаться такие задачи, как выбор
типа и количества технологического
оборудования, межоперационных накопителей,
их вместимости и мест их расположения,
числа обслуживающих
Гибкие производственные системы могут быть построены из взаимозаменяемых, из взаимодополняющих ячеек или же смешанным образом.
На рисунке показана схема гибкой системы из двух однотипных взаимозаменяемых обрабатывающих центров (ОЦ). Обрабатывающие центры обслуживаются двумя транспортными тележками (робокарами), поддерживающими движение материальных потоков (деталей, заготовок, инструментов). Обычным является управление в автоматизированном режиме. Если допускаются ручные операции, то оператору должна быть предоставлена определенная свобода действий. Управление совместной работой ОЦ и транспортной системой осуществляется от центральной ЭВМ.
В общем случае управлением робокарами осуществляется от центральной ЭВМ через промежуточное устройство или же от локальной системы управления (ЛСУ). Передача команд на робокары может осуществляться только на остановках, которые делят трассы движения на зоны. ЭВМ разрешает пребывание в конкретной зоне только одного робокара. Максимальная скорость движения может достигать 1 м/с.
Верхняя часть робокара для выполнения операций перегрузки, разгрузки и загрузки может подниматься и опускаться с помощью гидропривода. При отказе или отключении управления от ЭВМ робокар может управляться Л СУ.
Существуют различные варианты робокаров, используемых в качестве транспортных средств в ГПС. Наиболее распространен вариант, когда робокар перемещается вдоль трека (маршрута, трассы) или иной конструкции, уложенной в полу или на его поверхности. Один из вариантов трассирования заключается в том, что на поверхность пола наносят трек в виде полосы (флюоресцентной, светоотражающей, белой с черной окантовкой), а маршрутослежение осуществляется оптоэлектронными методами. Недостатком является необходимость следить за чистотой полосы. Поэтому более распространенным является трассирование робокаров индуктивным проводником, уложенным в канавке на небольшой глубине (порядка 20 мм). Известны и другие интересные решения -- с применением, например, телевизионного навигационного оборудования для свободного перемещения в пространстве под управлением ЭВМ.
Источником снабжения робокаров материальными потоками является автоматизированный склад со штабелерами, осуществляющими адресуемый доступ к любой ячейке склада. Склад сам по себе является достаточно сложным объектом управления.
В качестве его системы управления используют программируемые контроллеры, ЭВМ или же специализированного устройства.
Наиболее распространенные робокары с индуктивным маршрутослежением имеют следующие характеристики: грузоподъемность -- 500 кг; скорость перемещения -- 70 м/мин; ускорения при разгоне и торможении соответственно -- 0,5 и 0,7 м/с2; ускорение при аварийном торможении 2,5 м\с2; величина подъема палеты -- 130 мм; точность остановки робокара -- 30 мм; время цикла перегрузки -- 3 с; радиус поворота на максимальной скорости -- 0,9 м; время работы без подзарядки аккумуляторов -- 6 ч; напряжение аккумуляторной батареи -- 24В; мощность каждого из двух приводных двигателей -- 600 Вт; собственная масса робокара -- 425 кг.
Важным преимуществом робокаров как транспортных средств является отсутствие сколько-нибудь серьезных ограничений на расстановку оборудования, которая может быть осуществлена из соображений наибольшей эффективности по любым критериям. Маршрут робокаров нередко оказывается достаточно сложным, с параллельными ветвями и петлями.
Иногда в ГПС применяются все же не робокары, а транспортные средства со свободной адресацией кареток, несущих спутники. Пример компоновки гибкой системы с подобным видом транспорта. Управление этой транспортной системой осуществляется от программируемого контроллера или от ЭВМ.
Конструктивная модификация
ГПС с линейным транспортом, кареткой
свободной адресации и
Используется также
Более сложную структуру
имеет ГПС в тех случаях, когда
наряду с транспортным потоком деталей
имеется еще и транспортный поток
инструмента. Существует немало способов
практической реализации такой структуры.
Например, транспортирование деталей
может осуществляться с помощью
каретки свободной адресации, а
доставка инструментальных наладок
выполняется рельсовой
Портальное трехкоординатное устройство для перегрузки инструментов из внешнего инструментального магазина в инструментальные магазины станков. Поток деталей между рабочими ячейками и центральным накопителем палет организован с помощью каретки свободной адресации. Наличие двух потоков усложняет структуру ГПС, но независимость этих потоков позволяет осуществлять оптимальное управление для каждого из них по отдельности.
Известны структурные
решения с совмещением
Структурный анализ позволяет
установить совокупность повторяющихся
объектов в ГПС. К числу объектов,
требующих как автономного
Конструктивные особенности объектов должны быть ориентированы на взаимную интеграцию без доработок и переделок. В этом случае множественность указанных объектов составит семейство совместимых компонентов, способных порождать многочисленные варианты ГПС в соответствие с конкретным техническим заданием на их разработку.
Структуры гибкого многономенклатурного
производства характеризуются составом
или номенклатурой основного
технологического оборудования и его
количеством, которое зависит от
программы выпуска и
При формировании структуры такого производства учитываются порядок следований операций и их длительность. Разработку ГПС обычно осуществляют исходя из следующих условий:
задано ли множество реализуемых производственных функций;
заданы ли взаимосвязи между производственными функциями;
заданы или же подлежат выбору элементы технических средств комплекса управления;
учитывается или нет расположение элементов производственной системы;
указаны или нет Связи между элементами производственной системы;
имеется или отсутствует возможность выполнения одной и той же задачи несколькими различными элементами.
Классификация операций производственных структур производится двояким образом.
1. По принципу назначения выделяются следующие операции:
подготовка полных исходных данных по управлению складом заготовок;
подготовка данных по маршруту транспортирования заготовок;
управление складом инструментов;
управление транспортировкой грузоединиц;
управление оборудованием технологического процесса;
управление складом готовых изделий.
2. По принципу реализации
производственного процесса
* динамическое и статическое
ведение состояния склада
динамическое и статическое ведение состояния склада инструментов;
осуществление транспортирования грузоединиц;
составление полного отчета по состоянию технологического оборудования;
отправка на склад готовых изделий.
Эффективность и производительность основного оборудования многономенклатурного производства непосредственно зависят от уровня его использования и загрузки.
Обеспечение загрузки оборудования
в многономенклатурном
Загрузка оборудования ГПС
в многономенклатурном
Первые устанавливают
укрупненные балансы
При проектировании ГПС многономенклатурного производства выбор производственных (и технологических) структур осуществляется только на основании объемных планов.
Расписание работы оборудования
многономенклатурной ГПС
Гибкие автоматизированные системы. По организационной структуре ГПС разделяются на следующие виды;
гибкая автоматическая линия (ГАЛ) -- гибкая производственная система, в которой технологическое оборудование располагается в принятой последовательности технологических операций;
роботизированная технологическая линия (РТЛ) -- совокупность роботизированных технологических комплексов, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами хотя выполнения операций в принятой технологической последовательности;
гибкий автоматизированный участок (ГАУ) -- гибкая производственная система, функционирующая по технологическому Маршруту в соответствии с расписанием загрузки оборудования, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования;
· Роботизированный технологический
участок (РТУ) - совокупность единиц технологического
оборудования, связанных между собой
транспортными средствами и системой
управления, или нескольких единиц
технологического оборудования, обслуживаемых
одним или несколькими
· гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) -- гибкая производственная система, представляющая собой совокупность гибких автоматизированных линий, роботизированных технологических линий, гибких автоматизированных участков и роботизированных технологических участков, что обеспечивает возможность изготовления изделий заданной номенклатуры.
Основным элементом
РТК -- это совокупность, образованная единицей технологического оборудования, промышленным роботом и средствами пристаночного оснащения, автономно функционирующая и совершающая многократные технологические циклы.
ГПМ -- это единица технологического
оборудования с программным управлением
и средствами автоматизации технологического
процесса, автономно функционирующая,
осуществляющая многократные технологические
циклы, обладающая свойством автоматизированной
переналадки при производстве изделий
различной номенклатуры (разумеется,
в установленных пределах их типоразмеров
и других технических характеристик),
имеющая возможность
ГПС организуются преимущественно для комплексной обработки, обеспечивающей выпуск полностью обработанных деталей. Однако в ряде случаев отсутствует необходимый набор гибких производственных модулей для комплектования ГПС с полным циклом обработки деталей. В таких ситуациях, а также в силу специфических особенностей реализации технологических процессов на тех или иных предприятиях организуются ГПС с вынесением некоторых операций на другие производственные участки. Эти участки по сравнению с указанной ГПС могут иметь и более низкий уровень автоматизации. ГПС для предварительной обработки целесообразно объединять с переналаживаемым комплексами резки заготовок и размешать в заготовительных цехах и производствах. По своей структуре ГПС разделяются на простые и сложные.
Простая ГПС - это производственная система, предназначенная для выполнения технологического процесса или его законченной в организационном отношении части. Она состоит из нескольких ГПМ, отдельных станков или РТК, объединенных автоматизированной транспортно - накопительной системой (ТСС).
Сложная ГПС -- это гибкая производственная система, в состав которой входят единицы основного технологического оборудования (ГПМ, РТК или переналаживаемые станки), вспомогательное оборудование, система обеспечения функционирования производства (СОП) и уггравляюще-вычислительный комплекс (УВК). В состав сложной ГПС могут входить как простые ГПС, так и отдельные станки, например для подготовки баз и выполнения финишных операций; система обеспечения функционирования производства, включающая участки хранения и настройки инструмента, сборки приспособлений, мойки деталей, технического контроля, отделения для переукомплектования, установки и переустановки деталей; системы транспортирования и хранения деталей и инструментов, уборки отходов производства (в том числе стружки), подачи масла и эмульсии, а также ремонтные службы (в том числе занятые на работах по механике, гидропневмоавтоматике и гидропневмоприводу, электроприводу и электрике по электронике).
Рассмотрим это несколько подробнее.
Создание ГПС является неотъемлемой частью проектирования или реконструкции предприятия с учетом принципов группового производства. Всякая ГПС включает в себя два комплекса: производственный и управляюще-вычислительный. Заметим, что степень автоматизации и соответственно доля функций управления, возложенных на компьютерную управляюще-вычислительную систему, может быть различной. Однако все необходимые для данной производственной системы функции управления должны выполняться. Часть этих функций выполняется компьютерным комплексом, а часть -- управляющим персоналом. Таким образом, система управления ГПС в общем случае представляет собой человеко-машинный комплекс.
Производственный комплекс включает в себя собственно производственную систему и систему обеспечения функционирования производством (СОП).
В общем случае в систему обеспечения производства входят:
автоматизированная транспортная и транспортно - складская система (АТСС);
автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);
система автоматизированного контроля (САК);
система автоматизированного удаления отходов (АСУО):
* система обеспечения
профилактики и ремонта
* система автоматизированного проектирования, конструкторского и технологического (САПР-К и САПР-Т)
* автоматизированная система
технологической подготовки
автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП);
автоматизированная система управления гибкой производственной системой (АСУ ГПС) и некоторые другие системы.
Состав оборудования для ГПС, а также состав, функции и оборудование интегрированной системы обеспечения функционирования производства определяются исходя из конкретной производственной ситуации на том предприятии, где предполагается организовать ГПС, а также из возможностей и экономической эффективности поставок перспективного оборудования. При организации гибких автоматизированных участков по структурным схемам /./, 1.2, 1.3, 1.4, 7.5и 1.8 система обеспечения функционирования производства оказывается вынесенной за пределы участка, а накопители размещаются на площади самого этого участка.
При организации цеховых ГПС с применением структур в соответствии со схемами 1,6 и 1.7 все системы, как и все технологическое оборудование, размещаются на площадях, отводимых непосредственно под ГПС. Реализация ГПС по схеме 1.1 рекомендуется для одностороннего расположения станков, а по схемам 1.2 к 1.6 -- для двустороннего расположения.
Для перемещения и складирования
заготовок, деталей, инструмента и
приспособлений применяются транспортные
роботы, которые позволяют
На верхнем уровне перемешается устройство циклическогодействия, транспортирующее тару, поддоны и спутники к рабочим местам. На нижнем уровне осуществляется возврат тары, поддонов и спутников от рабочих мест тосте каждой технологической операции. Обычно для выполнения операций по возврату используется роликовый приводной конвейер.
Кроме указанных, возможны и
иные схемы компоновок ГПС, использующие
роликовые конвейеры в
Различные схемы таких устройств. Вдоль линейной или замкнутой трассы конвейеров могут разместиться до 25 станков, а также общеучастковые накопители. Система обеспечения функционирования производства вынесена за пределы участка.
Наконец, практически применяются ГПС. использующие для межоперационных перемещений напольные рельсовые транспортные устройства, а также безрельсовые устройства без водителей. перемещающиеся по специальным проездам. Количество установленных станков определяется размерами выпуска. Использование подобных схем целесообразно для производственных участков, в которых станки располагаются группами разнообразной конфигурации и требуется создание криволинейных трасс для межоперационных перемещений, а также в тех случаях, когда различные склады и участки подготовки производства размещаются в отдалении от технологического оборудования. Транспортные трассы в таких случаях обычно бывают закольцованы.
Различные варианты подобных структур ГПС.
Система управления ГПС относится
к многоуровневым иерархическим
системам управления. Для иерархических
систем характерно то, что информационно-управляющее
взаимодействие происходит только между
расположенными рядом уровнями иерархии
управления. Например, третий уровень
управления не может передавать управляющие
воздействия на первый уровень управления,
минуя второй. В случае структур
ГПС к нижнему уровню управления
относятся устройства числового
программного управления отдельными станками,
устройства управления краном-штабелером
и отдельными устройствами, входящими
в транспортно-складскую
Информационной базой
для управления ГПС является компьютерная
модель, отражающая состояние этой
ГПС и включающая модель склада-накопителя,
транспортно-накопительной
Основные задачи компьютерной техники при управлении ГПС следующие:
оперативно-календарное планирование производства, включая подетальное планирование на месяц, расчет сменно-суточного задания, расчет подетально-операционного плана на заданный период времени, отображение, контроль и коррекция сменно-суточных заданий, формирование партий запуска и выпуска, расчет загрузки оборудования;
технологическая подготовка производства, включая планирование и учет комплектования ГПС инструментом, оснасткой и управляющими программами на заданный календарный период, планирование обеспечения ГПС заготовками, разработку карт наладок и укомплектовочных карт инструмента, автоматизацию разработки технологических процессов и управляющих программ для станков с ЧПУ;
оперативное управление и ведение отчетности, включая выполнение сменно-суточных заданий, комплектование заказов, обеспечение заготовками, запуск деталей в обработку и их движение, возникновение брака, поступление и местонахождение грузоединиц в складах-накопителях, работу и простой оборудования;
технико-экономическое планирование и учет, включая учет выполнения производственной программы за сутки, смену и с начала месяца, расчет плана технико-экономических показателей ГПС и учет его выполнения;
3. Основные признаки по
которым различают
Рассмотрим классификации автоматических линий машиностроительного производства по различным признакам.
По технологическому признаку
различают линии
По технологической гибкости линии бывают непереналаживаемые, для -групповой обработки и гибкие. Линии для групповой обработки проектируются по условной детали, которая включает все элементы данной детали. Детали одной группы относятся К одному типу деталей (валы, диски, рычаги), имеют одинаковый технологический маршрут обработки и отличаются только размером поверхностей. Примером могут служить вилки карданных валов, промежуточные валы коробки передач, ступицы колес различных автомобилей.
Непереналаживаемые линии проектируются для обработки деталей с большой программой выпуска, конструкция которых не меняется длительное время (например, детали подшипников качения, изделия оборонной промышленности). Гибкие линии обладают возможностью переналадки для обработки однотипных, хотя и различных деталей, имеющих одинаковый маршрут обработки.

- Уровни аппарата управления горным предприятием
- Уровни естесвеннонаучного познания
- Уровни здоровья
- Уровни и виды банковских рисков
- Уровни и источники загрязнения атмосферного воздуха
- Уровни и методы регулирования торговой деятельности в России
- Уровни и парадигмы социологического знания
- Уровень совокупного риска
- Уровень структуры. Уровень представления
- Уровень существенности, аудиторский риск, их взаимосвязь
- Уровень цивилизованности современной России
- Уровень шума
- Уровень экономического развития Бразилии и его основные показатели
- Уровень экономического развития страны и её участие в мировом хозяйстве