Особенности технологического проектирования автоматических производственных систем

Компоновочные структуры автоматических ПС зависят от типа производства и принципа межоперационного транспорти­рования. В AЛ массового производства реализован принцип меж- операционной передачи станок — станок. По этому принципу строят и ГАЛ в крупно- и среднесерийном производстве (см. рис. 7.7, б). Компоновочные структуры ГПС мелкосерийного про­изводства строят по принципу межоперационного транспорти­рования станок — склад — станок и, как правило, предусматри­вают централизованный межоперационный склад-накопитель (см. рис. 7.7, а, в), обслуживаемый одним или несколькими опера­тивными транспортными устройствами. Емкость склада обеспе­чивает работу ГПС на период оперативного планирования от 6 до 10 рабочих смен.

AЛ являются сложными техническими системами с большим количеством инструментов, исполнительных механизмов и кон­трольных устройств. Для уменьшения снижения производитель­ности вследствие отказов отдельных элементов технических си­стем AЛ разбивают на участки, предусматривая между ними на­копительные подсистемы. Их число устанавливают на основе расчета фактической производительности AЛ в зависимости от надежности технологических систем, определяющих внецикловые потери.

Оптимальное число последовательных позиций AЛ жесткого типа на одном участке

где  — такт работы AЛ или поточной линии жесткого типа; — внецикловые потери по оборудованию, которые являются комплексным показателем надежности технологических систем, характеризующим безотказность работы оборудования, устойчи­вость и стабильность ТП, — параметр потока отка­зов, характеризующий их интенсивность (среднее число отказов в минуту); — среднее время обнаружения и устранения отка­зов, мин.

Между участками АЛ или поточных линий предусматривают накопители, емкости которых должны быть достаточными для работы смежного участка на период времени устранения отказа, вызванного отказом станка, системы управления, внезапной по­ломкой инструмента, его преждевременным износом и т. п. Ем­кость накопителя определяют по формуле

где =1,3…1,5.

Типичными для AЛ жесткого типа будут структуры, пока­занные на рис. 7.14. Короткие AЛ состоят из одного участка (см. рис. 7.14, а), линии с числом станков (позиций) более 10, как правило, разбивают на два или несколько участков с нако­пителями между ними (см. рис. 7.14, б, в).

Рис. 7.14. Структура AЛ массового и крупносерийного про­изводства:

а — без разделения на участки; б, в — с разделением на участ­ки последовательного и последовательно-параллельного действия соответственно; 1 — станки (позиции) линии; 2 — накопитель

  

ГПС на предприятиях внедряют поэтапно, поэтому следует определить очередность их использования для групп деталей. Это очень важно в связи с большими капитальными затратами на их проектирование и создание. Поэтому для обеспечения наиболь­шей эффективности первой очереди ГПС необходимо сосредо­точить в ГПС максимальную концентрацию обработки наибо­лее предпочтительной группы деталей или их станкоемкостей. Если в изготавливаемых изделиях не выявляются однозначные подобные предпочтительные группы деталей, коэффициент зна­чимости k -й группы можно определить по формуле

где — параметр, характеризующий долю де­талей k -й группы в общем объеме деталей,

— число наименований деталей в k -й группе; — годовой объем выпуска j -й детали k -й группы; т — общее число наиме­нований обрабатываемых в цехе деталей; — годовой объем выпуска   j -й  детали.

Ранжированием групп по убыванию определяют в первом приближении очередность внедрения ГПС для соответствующих групп деталей. Может оказаться так, что в наиболее предпочти­тельную группу будут включены детали, равномерно входящие во все изделия, и их влияние на каждое изделие окажется не­значительным. Поэтому на первых этапах внедрения ГПС необ­ходимо рассчитывать коэффициент значимости  групп де­талей для каждого изделия:

Здесь -соответственно число разных деталей изделия в £-й группе и в изделии в целом.

По значению  оценивают значимость групп деталей для конкретных изделий и судят о целесообразности и наибольшей эффективности первоочередного внедрения ГПС.

Одной из составляющих ГПС является автоматизированная транспортно-складская система (АТСС), которая является орга­низационной основой ГПС, обеспечивающей возможность пла­нирования производства и реагирования на возникшие в ходе производства ситуации. Она материализует действия АСУП и обеспечивает взаимодействие различного оборудования ГПС. Поэтому при выборе компоновочной схемы ГПС в первую оче­редь необходимо увязать расположение ГПМ и АТСС.

Относительно транспортной магистрали станочные модули размещают вдоль, поперек, под углом, а также кустами с ис­пользованием кольцевых структур при загрузке станков робота­ми (рис. 7.15). Выбор варианта определяется видом транспорта, способом загрузки заготовок на станок, направлением и спосо­бом удаления стружки, а также другими факторами. Например, при использовании безрельсовых транспортных роботов для дос­тавки заготовок и деталей в кассетах и наличии в станке струж­коуборочного транспортера с тыльной стороны эффективным яв­ляется размещение станочных модулей под углом (см. рис. 7.15, в). При такой планировке транспортный робот используется не толь­ко для передачи кассет с заготовками и деталями, но и для транс­портирования емкости со стружкой на участок сборки.

При использовании стружкоуборочных конвейеров применяют размещение станочных модулей вдоль или поперек транспорт­ной магистрали. Продольное расположение характерно при об­работке заготовок в ГПС на приспособлениях-спутниках. В этом варианте наиболее просто осуществляется стыковка загрузочных устройств станка с рельсовыми или безрельсовыми транспорт­ными роботами и транспортерами спутников.

Опыт проектирования показывает, что в пролете шириной 18 м удается разместить до трех рядов оборудования ГПС обра­ботки тел вращения и один или два ряда оборудования при об­работке корпусных деталей. В пролете шириной 24 м размещают до четырех рядов станков при обработке тел вращения и мел­ких корпусных деталей и два или три ряда оборудования при обработке корпусных деталей.

На компоновку ГПС наряду со структурой и схемой АТСС влияют и другие системы обеспечения функционирования про­изводства. Важнейшим компонентом ГПС является система обес­печения инструментом, которая включает участок инструменталь­ной подготовки и технические средства для доставки и замены инструментов в магазинах станочных модулей.

Рис. 7.15. Схемы размещения станочных модулей относительно трас­сы движения транспортного робота: а — вдоль; б — поперек; в — под углом; г — в виде кольцевой структу­ры; 1 — ГПМ; 2 — стружкоуборочный конвейер; 3 — транспортный робот; 4 — емкость для стружки; 5 — загрузочный робот

 

Как правило, уча­сток инструментальной подготовки входит в состав ГПС, одна­ко возможно инструментальное обслуживание цеховым отделе­нием. Доставку и замену инструментов в магазинах и револь­верных головках станочных модулей в более простых ГПС осуществляют вручную.

В более совершенных системах, рассчитанных на продолжи­тельную работу в безлюдном режиме, предусматривают автома­тическую доставку и замену инструментов. Для этой цели ис­пользуют транспортные роботы АТСС и пристаночные манипу­ляторы или предусматривают отдельную транспортную систему.

На рис. 7.16 показана схема ГПС, в которой для автоматичес­кой замены инструментов в многоцелевых станках 6 предусмотре­на автоматизированная система инструментообеспечения, включа­ющая склад-накопитель инструментов 5, робот на тележке 3 для подачи инструментов в магазины станков и в склад-накопитель, а также станцию 1 для предварительной настройки инструментов. Для транспортирования заготовок в ГПС применена рельсовая те­лежка 9, вдоль трассы которой размещены накопители палет 8. Запаса палет достаточно для работы без обслуживания в третью смену. В начале ГПС предусмотрена зона 10 загрузки и выгрузки заготовок и деталей и моечная машина 12. На участке ГПС распо­ложен управляющий вычислительный комплекс 2 и пульт управ­ления 11. Для удаления стружки от станков предусмотрены кон­вейеры 7, с помощью которых стружку транспортируют к емкос­тям 4, расположенным в зоне, удобной для обслуживания внутрицеховым транспортом. ГПС предназначена для обработки корпусных деталей двухсот наименований массой до 500 кг.

Рис. 7.16. ГПС для изготовления корпусных деталей с автоматизированной системой обеспечения инстру­ментом и уборки стружки

Для малых ГПС, содержащих 6—8 станочных модулей, отде­ление инструментальной подготовки не предусматривают, раз­мещая одно рабочее место (станцию) по настройке инструмен­тов с приборами настройки и терминалом у станков.

 При изготовлении корпусных и плоскостных деталей на мно­гоцелевых станках в ГПС возможны два варианта установки за­готовок для обработки. В условиях среднесерийного производ­ства заготовки устанавливают непосредственно в приспособле­ния-спутники, расположенные на сменном столе (модуль ИР500ПМФ4) или в магазине (модуль ИР500ПМ1Ф4). Достав­ляют заготовки к рабочему месту транспортным роботом в таре, таким же способом их возвращают на склад или передают на следующую станцию.

При частых переналадках в условиях мелкосерийного произ­водства более предпочтительным является вариант автоматиза­ции с обработкой в приспособлениях-спутниках. В этом случае заготовки в приспособления-спутники размещают в отделении установки заготовок, полуфабрикатов и съема обработанных де­талей. Рядом обычно располагают агрегат мойки универсально­сборной оснастки и приспособлений-спутников, а также пози­ции сборки и разборки оснастки.

На рис. 7.17 приведена планировка ГПС модели АСК-20, пред­назначенная для обработки корпусов, столов, звеньев звездочек и других деталей станков в условиях мелкосерийного производства. В ГПС предусмотрены четыре ГПМ 1 модели ИР500ПМ1Ф4 с шестипозиционными накопителями и моечный агрегат 7. Систе­ма обеспечения функционирования включает в себя транспорт­но-накопительную систему на базе транспортного робота 5, пе­ремещающегося по рельсовому пути 6; участок загрузки и раз­грузки приспособлений-спутников с рабочими позициями 2, приемными столами 12, устройствами ориентации 14 и уравнове­шенными манипуляторами 1 5; участок сборки универсально-сбор­ной переналаживаемой оснастки на приспособления-спутники со стеллажами 3 для хранения элементов оснастки, слесарным вер­стаком 13 и шкафами 11; участок инструментальной подготовки, оборудованный прибором 9 для настройки инструментов вне стан­ка, рабочими местами 4, инструментальным стеллажом 8 и руч­ной тележкой 10. Некоторые современные ГПС оборудуют систе­мами полуавтоматической настройки инструментов непосредствен­но на станке. Рядом с участком инструментальной подготовки расположен диспетчерский пульт 16, а на антресольном этаже — управляющий вычислительный комплекс. Емкость станочного ма­газина приспособлений-спутников обеспечивает непрерывную ра­боту модуля в течение смены и более.

Рис.7.17. Планировка ГПС для изготовления корпусных деталей в условиях мелкосерийного производства

 

Число позиций  загрузки и разгрузки приспособлений- спутников зависит от количества С_Гпс многоцелевых станков ГПС, работающих с приспособлениями-спутниками, проходящи­ми через участок загрузки и разгрузки, и продолжительности t обработки заготовок в приспособлении-спутнике при одном за­креплении и среднем времени  снятия деталей со спутника и установки заготовок. Однако поскольку в ГПС обрабатывают за­готовки разных деталей, удобнее использовать среднюю продол­жительность   их обработки на станке. Тогда

где К₃ = 0,85;  — эффективный фонд времени позиции в соответствии с режимом работы участка (одна или две смены).

В задачу рабочих по загрузке приспособлений-спутников вхо­дит также укладка обработанных полуфабрикатов или деталей в унифицированную тару для последующей отправки на автома­тизированный склад. Численность рабочих , обслуживающих позиции загрузки и разгрузки приспособлений-спутников, оп­ределяют по формуле

где — эффективный годовой фонд времени рабочего, рав­ный

 1 720 ч.

Количество собираемых в течение года приспособлений на участке сборки универсально-сборной оснастки вычисляют по формуле

где — среднее количество приспособлений-дублеров, ис­пользуемых при обработке партии заготовок; — средний раз­мер партии изготавливаемых деталей.

Численность рабочих, занятых на участке сборки универсаль­но-сборной оснастки, определяют исходя из того, что один сле­сарь-сборщик собирает до 1000 компоновок средней сложности в год. Площадь участка сборки универсально-сборной оснастки можно определить по следующим данным:

 

Численность слесарей на участке сборки..... 1  2,3    4

Норма площади на человека, м²............ 20 15 12