Комплексная автоматизация производства. Гибкие производственные решения

Опубликовано admin мая 29, 2013 в Роботетхника

Начиная с появления первых машин, человек осознанно стремился к тому, чтобы они действовали сами, без вмешательства с его стороны, а возросшие масштабы человеческой деятельности в преобразовании природы, численности человечества и потребностей привели к необходимости резкого увеличения производительности труда посредством автоматизации технологических машин.

Лозунг «Даешь больше продукции!» привел к созданию таких станков-автоматов, на которых можно было обрабатывать только одну поверхность детали, и ни на что другое они уже не были годны. Такие автоматы и автоматические линии предназначались для выпуска одного или нескольких однотипных изделий. Их переналадка на выпуск иной продукции часто экономически нецелесообразна. Они и сегодня играют большую роль на всех этапах производственного процесса — от получения заготовок до их обработки и сборки. И хороши они там, где вид выпускаемой продукции сменяется редко, например при выпуске массовых изделий типа зубчатых колес, винтов, сверл и др.

С ускорением научно-технического прогресса изделия стали выпускать все меньшими сериями и в короткие сроки. В этих условиях на производство пришло принципиально иное технологическое оборудование — станки с числовым программным управлением. Такие станки сохраняют высокую степень универсальности, т. е. позволяют легко осуществить переход от обработки одной детали к другой за счет применения программного управления.

Но и на этих станках физические затраты труда все еще велики. При обслуживании станков с ЧПУ на долю человека выпадают самые, казалось бы, простые и неквалифицированные операции (установить и снять заготовку, сменить затупившийся инструмент и др.), которые все чаще стали выполняться роботами. Такие роботы должны работать слаженно с технологическим оборудованием. Для этого требуется четкая организация рабочих мест, удобные для роботов приспособления, новые конструкции механизмов смены инструментов и др. Роботизация производства, развитие микроэлектроники и вычислительной техники вплотную подвели человечество к созданию полностью автоматизированных цехов и заводов, работающих в режиме «безлюдной» технологии, т. е. при весьма ограниченном участии людей.

Идея создания заводов-автоматов не нова. Еще в 30-х гг. в США был создан автоматический завод по выпуску автомобильных рам Адама Смита. Число рабочих сократилось в 50 раз. В 1950 г. у нас в стране был построен завод-автомат по изготовлению автомобильных поршней в г. Ульяновске. При суточной производительности в 2000...3500 изделий его обслуживали всего 5 человек. Однако эти заводы имели жесткую компоновку и жесткую логику управления, непригодную для быстрых переналадок: элементная база тех лет не позволяла осуществлять гибкое производство в зависимости от хода технологического процесса и вида обрабатываемых деталей.

Замена систем управления с жесткой логикой, задаваемой командными аппаратами, системами управления с гибкой логикой, задаваемой программным обеспечением, а затем и переход к прямому цифровому управлению от ЭВМ группой станков на базе микропроцессорных средств создали в автоматизации производства новые возможности. Автоматизация стала охватывать не только управление технологическими процессами, но и процессы обработки информации и проектирования самой технологии, т. е. оптимальной последовательности изготовления изделия.

Это направление охватывает организацию и управление производственной деятельностью, проектирование и технологическую подготовку производства.

Важным элементом, объединяющим «усилия» оборудования различных типов по изготовлению изделий, являются транспортные средства. В условиях жесткой автоматизации оборудование расставляется в цеху в определенной последовательности, а транспортные устройства обычно имеют дело с одним типом деталей, которые они перемещают от одного станка к другому. Когда продукция меняется часто, то к ней должны приспосабливаться не только станки, но и транспортные устройства, а маршрут обработки тоже должен стать иным. Для новой детали может потребоваться другое время обработки на каждом станке, иное время перевозок. Необходимо программировать действия транспортной системы, основным элементом которой становится автоматическая тележка — робокар. Она не только обслуживает станки, но и поддерживает связи со складом инструментов, приспособлений, заготовок и готовой продукции, где работает робот — штабелер.

Объединение всех перечисленных элементов автоматизированного производства и привело к созданию ГПС — гибких производственных систем. Каждый из элементов ГПС выполняет свои функции. Подсистема проектирования уточняет и анализирует характеристики изделия, разрабатывает программы для станков с ЧПУ, проектирует детали и узлы конструкции и выпускает необходимую документацию.

Технологическая подготовка производства (ТПП) включает в себя комплекс работ по созданию новых и совершенствованию существующих технологических процессов, приспособлений, оборудования и организации работ. В состав автоматизированной системы технологической подготовки производства (АСТПП) входят технологическое проектирование средств оснащения технологических процессов, их изготовление, группирование изделий и проектирование. Процесс обработки информации и управление им осуществляются единым математическим, программным, информационным, лингвистическим и техническим обеспечением.

Автоматизация процесса подготовки производства охватывает исследование, проектирование, конструирование и технологию. Это стало возможным при создании автоматизированной системы проектирования (САПР). САПР включает всю информацию об изделиях, которая хранится в базе данных. С помощью соответствующего пакета прикладных программ решаются задачи конструирования, моделирования и ТПП. Задачи ввода, преобразования и вывода графической информации реализуются базовой графической системой.

Чтобы ГПС была высокопроизводительным и эффективным средством производства, следует использовать принцип групповой технологии. Для этого устанавливается перечень изделий для изготовления на ГПС. Если для каждого изделия проводить отдельно ТПП, то резко возрастет время ТПП и снизится гибкость системы. Поэтому надо предварительно сгруппировать как сами изделия, так и технологические операции.

Группирование однородных изделий осуществляется путем определения основного признака (например, общей формы или назначения — корпуса, валы, рычаги), устанавливается диапазон размеров изделий, используемые материалы, выделяются и обеспечиваются общие для всех изделий базы, например для захватных устройств ПР, определяются основные методы обработки поверхностей деталей.

Детали можно группировать не только по форме, но и по наличию плоскостей симметрии, массе, свойствам материала. Группирование позволяет выделить тип детали, имеющей много общих с другими деталями признаков. Такая деталь называется типовой. Именно для этой детали разрабатываются системы инструментального обеспечения, автоматизированная система спутников, на которых будут крепиться эти детали при их обработке и перемещениях.

Такая подготовка позволит технологу оперативно решать вопросы обработки любой другой детали из партии при минимальной регулировке и изменениях последовательности обработки.

Подсистема технологической подготовки производства осуществляет разработку и выбор необходимого оборудования, приспособлений и программ для изготовления приспособлений, определяет необходимые данные действия для измерения и контроля, разрабатывает технологический процесс.

Подсистема изготовления, складирования, сборки и контроля управляет этими процессами, оборудованием, роботами и качеством продукции.