Организация и эффективность гибких автоматизированных производственных систем

Гибкость производства — это его способность производить широкую номенклатуру изделий и быстро и экономично осуществлять переход от выпуска одного к выпуску другого типа изделий.

В соответствии с этим гибкое производство должно обладать следующими тремя свойствами:

ü производить широкую номенклатуру изделий;

ü быстро и экономично переходить от выпуска одного к выпуску другого типа изделий в пределах установленной номенклатуры;

ü допускать изменения номенклатуры выпускаемых изделий без изменения его технологического оснащения.

Гибкое автоматическое производство (ГАП)—это интегрированное автоматическое производство широкой номенклатуры изделий, обладающее способностью автоматически переходить от выпуска одного к выпуску другого типа изделий в пределах установленной номенклатуры и допускающее изменение этой номенклатуры без изменения его технологического оснащения.

ГАП создаются на уровне участка, цеха и даже целого предприятия и призваны обеспечить:

ü сокращение цикла изготовления изделий, прежде всего, за счет уменьшения времени выполнения контрольных, транспортных и складских операций и межоперационных пролеживаний, составляющего в общем до 95% длительности цикла изготовления;

ü повышение непрерывности производства и использования оборудования за счет организации работы во вторую и третью смены без участия рабочих и обслуживающего персонала;

ü уменьшение тяжести и повышение производительности труда; при достаточно надежной работе оборудования и хорошей стойкости инструмента ГАП обеспечивает повышение производительности труда в 3—5 раз по сравнению с обычным производством;

ü сокращение дефицита рабочей силы за счет применения безлюдной технологии и высвобождения при этом значительного числа рабочих.

ГАП реализуется с помощью производственных систем, обладающих свойствами гибкости и автоматичности функционирования.

Гибкая автоматическая производственная система (ГАПС) — это производственная система, реализующая гибкий автоматический процесс производства и представляющая собой взаимосогласованную совокупность станков с числовым программным управлением, промышленных роботов, автоматических транспортных средств, автоматических складов, центрального управляющего компьютера и обслуживающих все эти средства работников.

ГАПС включает следующие виды компонентов.

Станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Это станки, имеющие встроенные программные устройства автоматического управления, программы работ которых составляются на основе чисел, получаемых непосредственно из чертежей деталей. Каждый станок с ЧПУ может обрабатывать широкую номенклатуру деталей при ограниченном наборе технологических методов обработки.

Промышленные роботы. Промышленный робот (ПР) — это машина-автомат, запрограммированная на выполнение вспомогательных и некоторых основных производственных операций. По назначению ПР делятся на:

- производственные, осуществляющие основные операции технологических процессов сварки, сборки, окраски и т. д.;

- транспортные, осуществляющие межоперационную передачу заготовок, деталей и изделий, автоматизированную загрузку и разгрузку различного оборудования, складирование изделий и т. д.

Автоматические транспортные средства. В качестве автоматических транспортных устройств используются: подвесные и напольные транспортеры; транспортные тележки, снабженные захватными устройствами и управляемые от магнитных шин, проложенных под полом в соответствии с траекторией транспортного пути; управляются от компьютера, точность позиционирования — до 1 мм.

Автоматические склады и накопители. Важной частью ГАПС является система хранения и автоматического распределения предметов производства. Эта система, в общем случае, включает:

- центральный склад (ЦС), предназначенный для обслуживания всей производственной системы;

- промежуточные накопители (ПН), каждый из которых предназначен для хранения и автоматического распределения совокупности предметов производства, достаточной для непрерывной работы одного или группы обслуживаемых этим накопителем станков.

Центральный управляющий компьютер ГАПС. Важнейшим компонентом ГАПС, который интегрирует ее работу и превращает ее в единое целое, является центральный управляющий компьютер со своим оснащением. Он выполняет следующие функции:

- оперативное планирование работы всей ГАПС в соответствии с программой производства, задаваемой более высоким уровнем управления;

- хранение, поиск и передачу в локальные устройства управления соответствующих обрабатываемым деталям программ работы станков с ЧПУ;

- координацию работы всех компонентов ГАПС и оптимизацию режима ее работы;

- сбор информации и контроль всех находящихся в системе спутников с деталями во время их перемещения;

- управление движением спутников с деталями по предусмотренной технологии и оптимизацию загрузки станков;

- управление измерительными установками, измерение припусков и определение числа переходов при черновой обработке деталей;

- управление установками технического контроля и выдача информации о параметрах изделия;

- контроль и выдача информации о состоянии станков и других устройств системы; обнаружение ошибок и их оценка на всех рабочих позициях системы, недопущение аварийных ситуаций;

- подготовка и выдача документированной информации о результатах работы системы.

Работники ГАПС. Создание ГАПС приводит к двум существенным следствиям: по сравнению с обычным производством в несколько раз сокращается необходимое число работников; изменяется характер труда работников.

При этом можно выделить следующие основные профессии работников ГАПС:

- операторы, наладчики, которые должны иметь достаточно высокую квалификацию для обслуживания сложного оборудования и его наладки;

- вспомогательные рабочие, осуществляющие подготовку деталей и инструмента для запуска в систему; требования к квалификации этих работников являются относительно невысокими;

- вспомогательные рабочие, осуществляющие уборку стружки и поддержание чистоты в помещениях; требования к квалификации этих работников являются весьма низкими;

- технологи-программисты в том случае, если разработка программ станков с ЧПУ осуществляется непосредственно в рамках ГАПС; эти работники должны иметь наиболее высокую квалификацию и число их относительно невелико.

 

Виды гибких автоматических производственных систем

По содержанию реализуемого технологического процесса и виду производимых изделий можно выделить следующие виды ГАПС:

ü по механической обработке: призматических или/корпусных деталей, тел вращения, зубчатых колес и т. д.;

ü по изготовлению печатных плат;

ü по сборке: изделий машиностроения /подшипники, узлы и т. д.), механических приборов (часы/и т. п.), изделий радиоэлектронной аппаратуры.

В настоящее время наибольшее распространение получили ГАПС по механической обработке.

По величине системы и количеству имеющихся в ней станков все ГАПС можно разделить на следующие виды:

Гибкий автоматический модуль (ГАМ) — это ГАПС, содержащая от 1 до 3 станков с ЧПУ и внутренний накопитель, хранящий запас предметов производства не менее, чем на 8 ч работы.

ГАМ обеспечивает безлюдную технологию в течение смены и поэтому должен иметь все устройства, которые гарантируют надежное протекание всего процесса и высокое качество изделий, а именно:

- накопитель заготовок достаточной емкости; автоматическую доставку деталей на рабочую позицию станков;

- автоматический зажим деталей на станке;

- полностью автоматический цикл обработки;

- автоматический контроль качества изделий измерениями в процессе обработки или на встроенной в модуль измерительной станции;

- накопители инструмента на всех станках;

- диагностическую систему наблюдения за износом или поломкой инструмента с подачей сигналов на коррекцию или замену;

- диагностическую систему наблюдения за функционированием станков, транспортной системы и системы управления.

ГАМ имеет предметную специализацию при достаточно широкой номенклатуре изделий и обслуживается одним оператором. ГАМ применяются как минимальные ГАПС, создаваемые на первых этапах внедрения ГАП в существующих производственных системах, и как типовой модуль, используемый в комбинации с другими модулями для создания более крупных ГАПС.

Гибкий автоматический участок (ГАУ) — это предметно или технологически специализированная ГАПС, состоящая либо из нескольких ГАМ, либо из 6—8 непосредственно объединенных в систему станков с ЧПУ, транспортно-складской системы и компьютера. По своим производственным возможностям ГАУ приблизительно эквивалентен обычному административно обособленному участку. При модульном построении ГАУ транспортно-складская система имеет несколько уровней обслуживания с различными промежуточными накопителями. Управление участком тоже строится по иерархическому принципу. Обслуживающий персонал требуется для периодического осмотра станков и вычислительной техники, для подготовки деталей и их установки на станки, для наблюдения за ходом рабочего процесса.

Гибкий автоматический цех (ГАЦ) — это предметно специализированная ГАПС, состоящая либо из нескольких технологически или предметно специализированных ГАУ, либо из совокупности непосредственно объединенных в систему станков с ЧПУ и других необходимых компонентов.

По своим производственным возможностям ГАЦ приблизительно эквивалентен обычному цеху. Номенклатура обрабатываемых деталей относительно широка и почти не ограничена по малым структурным отклонениям. Ход рабочего процесса всей системы устанавливается произвольно, включая многочисленные вспомогательные и обслуживающие операции. Последовательность обхода станков оптимизируется с учетом технологических требований и загрузки станков. Операторы лишь периодически наблюдают за ходом работы системы, устраняют неисправности и поддерживают все устройства в требуемом состоянии.

Гибкий автоматический завод (ГАЗ) является высшей формой гибкой автоматизации производства. Ее создание должно быть основано на качественно новой концепции проектирования с учетом того, что управление оборудованием и его обслуживание будут возложены не на человека, а на машины. При этом оборудование ГАЗ должно обеспечить рациональное выполнение всех функций обработки, сборки, контроля и транспортировки изделий, а также его быструю переналадку на выпуск новой продукции. Оно должно обладать высокой универсальностью, взаимозаменяемостью и надежностью работы.

По виду систем управления все ГАПС можно разделить на ГАПС с прямым управлением станков от центрального компьютера и с комбинированным управлением, при котором станки с ЧПУ, роботы и складские системы имеют собственные микропроцессорные системы управления, которыми управляет центральный компьютер.

По степени приспосабливаемости к реальным ситуациям ГАПС делятся на:

- простые, в которых возможности оптимизации режимов обработки отсутствуют или весьма незначительны;

- адаптивные, в которых режимы обработки и количество проходов оптимизируются с учетом величины припуска, износа инструмента и других факторов.