Проблемы, возникающие при создании гибких производственных систем высокого уровня

Гибкое производство — это новая концеп­ция в машиностроении, которая радикально изменяет традиционные, выработанные года­ми подходы к организации производства к конструкторской и технологической подго­товке производства. Главное отличие этой концепции состоит в том, что она позволяет комплексно автоматизировать весь производ­ственный процесс — от идеи создания нового изделия до выпуска готовой продукции путем автоматизации всех основных и вспомога­тельных процессов, операций и управления на базе современных достижений технологии машиностроения, конструирования оборудова­ния, оснастки и современных ЭВМ. Новизна концепции заключается также в том, что орга­низационной формой производства необяза­тельно является поточное производство. Цен­трализованный непрерывный контроль, на­блюдение за ходом производства, наличие гибкой транспортной и обрабатывающей си­стем позволяют выработать наиболее опти­мальное решение по управлению производ­ством исходя из конкретных задач и фактиче­ского состояния всех элементов ГПС. Каждая из функциональных систем ГПС должна быть совершенной, но настоящий успех возможен только при четкой организации производства, исключающей все бесполезные затраты труда, средств, материалов и других ресурсов.

Гибкое производство нельзя считать един­ственным путем совершенствования машино­строения, но требование комплексного подхо­да является единственным путем решения долгосрочной цели - создания автоматическо­го завода. Создано несколько сотен ГПС, но нет еще примеров автоматизации всех про­изводственных задач. Дело в том, что каждая реализованная ГПС это компромисс между долговременными и текущими задачами и су­ществующими технологическими и техниче­скими возможностями, имеющимися финан­совыми средствами, возможностью обеспече­ния всех создаваемых ГПС самым совре­менным оборудованием, оснасткой, системами управления, и т. д. Важной особенностью ГПС является возможность постепенного наращи­вания и совершенствования любой создавае­мой или уже внедренной ГПС. Таким обра­зом, каждый внедренный ГПМ может стать ячейкой будущей ГПС более высокого уров­ ня.

Первое, что должно быть решено при соз­дании ГПС, это какой «гибкостью» должна обладать система. Предварительно необходи­мо пояснить само понятие гибкость, рассмо­треть различные качества гибкости, факторы, от которых она зависит. Качество гибкости производственных систем определяется сле­дующими главными показателями: произво­дительностью, себестоимостью, стабиль­ностью обеспечения качества продукции, эко­номической эффективностью использования всех средств, условиями работы человека. На базе этих главных пяти показателей производ­ства определяются четыре основных, наиболее важных качества гибкости:

универсальность — способность ГПС обра­батывать различные партии деталей по числу и номенклатуре (форме и размерам) во время нормальной работы системы без какой-либо ее модификации;

приспособляемость — способность ГПС по­сле ее отладки быть измененной таким обра­зом, чтобы обрабатывать другое число дета­лей и другие детали посредством введения надлежащих изменений извне или путем само­настраивания;

повторяемость — способность ГПС неодно­кратно возвращаться к выполнению ранее осу­ществленных работ после завершения новой работы;

нечувствительность — способность системы адаптироваться к количественным и каче­ственным отклонениям заготовок, процессов, условий при гарантии выполнения всех пред­писанных ей технических требований, без воз­никновения нарушений в работе и снижения качества продукции.

Факторы, определяющие гибкость, зависят от конкретных условий, целей и задач про­изводства, для которого создается ГПС. Ос­новные факторы, имеющие общее значение: число возможных вариантов деталей в тех­нологической группе, одновременно обрабаты­ваемой на ГПС;

степень сходства и разнообразия номенкла­туры деталей в технологической группе;

число технологических групп, которые можно обрабатывать на ГПС при мини­мальных, установленных заранее времени переналадки системы и количестве дополни­тельной оснастки и инструмента;

минимальное, заранее установленное время переналадки при переходе на обработку дру­гой технологической группы деталей;

дополнительные оснастка и инструмент, необходимые для обработки новой технологи­ческой группы деталей;

дополнительные капитальные вложения и оборотные средства при переходе на обра­ботку новых технологических групп деталей;

предельный разброс отклонений от устано­вленных техническими условиями значений па­раметров (качество заготовок, инструмента, размер припуска и др.) при гарантированном качестве изготовленных деталей;

возможность адаптации к случайному, практически любому маршруту прохождения деталей от станка к станку и возможность их обработки на разных станках системы;

возможность системы обрабатывать детали на одном станке (за один установ);

возможность ГПС учитывать и приспосо­бляться к случайному смещению производ­ственных заданий в зависимости от сложив­шейся фактической загрузки станков или тре­бований сборки;

возможность выполнения непредвиденных ранее заданий, условий, ситуаций, т. е. полное раскрытие и использование потенциальных возможностей системы;

возможность обеспечения минимальных потерь производительности при различных от­казах разных элементов системы и возмож­ность обеспечения минимального снижения производительности и качества при адаптации системы к внутренним или внешним раздра­жителям (возмущениям);

максимально возможное время работы си­стемы в безлюдном режиме;

продолжительность работы системы на от- ка з;

равномерность распределения загрузки станков в системе;

возможность работы системы без останов - ки одних станков во время простоев (отказов) других станков;

соотношение числа самоустраняемых отка­зов и отказов, требующих вмешательства опе­ратора;

время устранения различных отказов и не­поладок;

наличие автоматического устройства кон­троля отказов станков, инструмента, транс­порта и другого оборудования для уменьше­ния их влияния на производительность и каче­ство;

оптимизация универсальности и специали­зации оборудования системы;

усилия и время, необходимые для перехода на выпуск новой, более разнообразной про­дукции.

Приведенный перечень факторов, опреде­ляющих гибкость ГПС, не является исчерпы­вающим. Он будет дополняться и в связи с ре­шением различных задач создания ГПС.

Таким образом, можно сформулировать понятие максимальной гибкости как возмож­ность ГПС обрабатывать любые детали, в любой последовательности, в любом требуе­мом количестве при ограниченном участии обслуживающего персонала, как способность ГПС выпускать новые или модернизиро­ванные изделия без дополнительных капитало­вложений, без увеличения оборотных средств, без остановки производства, с малыми затра­тами средств и времени на переналадку техно­логической системы. Это не означает, что все создаваемые ГПС должны удовлетворять пол­ностью всем требованиям гибкости. Каждая система должна обладать экономически и тех­нически оправданными и возможными свой­ствами, но во всех случаях необходимо стре­миться к максимальной экономии трудовых, материальных и других ресурсов и к возмож­ности в будущем усовершенствовать данную ГПС.

Эффективность ГПС, возможность созда­ния ГАП высокого уровня во многом зависят от того, как быстро будут преодолены трудно - сти и проблемы, выявленные при создании этих новых образцов техники.

Одной из главных является проблема обес­печения высокой надежности всех элементов ГПС. Не всякое оборудование, приспособле­ние, режущий инструмент и устройство упра­вления могут быть использованы в ГПС, если надежность их работы недостаточна. Показа­тели надежности процессов обработки приве­дены в табл. 34. Повышения надежности в ГПС достигают созданием более совер­шенных конструкций, резервированием, вне­дрением систем диагностики, контроля и упра­вления элементами ГПС.

Недостатки ГПС связаны главным обра­зом с их высокой стоимостью, требующимися при их внедрении большими капиталовложе­ниями, особенно первоначальными. При этом станкостроители и те, кто использует системы, не могут при принятии решения дать четкое экономическое обоснование применения ГПС, так как имеется много взаимозависимых фак­торов, которые трудно поддаются количе­ственному выражению. Задача разработки бо­лее совершенных методик определения эффек­тивности ГПС остается актуальной.

В ГПС необходимо использовать более ка­чественные и точные отливки, поковки, сварные конструкции. Постоянство качества заготовок играет важную роль. Большое зна­чение имеет правильный выбор приспособле­ний для закрепления и установки деталей на станках. Приспособления должны позволять быстро устанавливать и закреплять детали, во многих случаях быть многоместными, обеспе­чивать позиционирование заготовок в весьма узких пределах допуска, позволять обрабаты­вать детали как можно полнее с одного уста- нова. Создание таких автоматизированных при­способлений — непростая задача. В некоторых случаях велика стоимость приспособлений, ко­торая часто выше стоимости остального обо­рудования. Приспособления должны быть универсальными или легко переналаживаемы­
ми. Большое разнообразие, сложность и недо­статочная точность и надежность существую­щих приспособлений затрудняют создание ГПС высокого уровня.

Создатели ГПС должны решить три зада­чи, связанные с применением приспособлений: осуществить отбор деталей в партии для групповой обработки и выбрать схемы уста­новки деталей в многоместных приспособле­ниях, рассчитать необходимое число приспосо­блений; при этом отбор деталей должен вестись не столько по форме, сколько по та­ким параметрам, как требования по точности обработки, подобию технологических перехо­дов обработки;

выбрать оптимальную схему крепления заготовки в приспособлении, конструкцию установочных элементов; эта задача должна решаться конструктором и технологом одно­временно, иначе может увеличиться число не­обходимых установов и тем самым будет на­рушен главный принцип построения обработ­ки в ГПС — максимальная концентрация пере­ходов обработки при минимальных затратах;

хранить и ремонтировать приспособления так, чтобы затраты времени на поиск приспо­соблений на складе были минимальны, а ре­монт обеспечивал полное восстановление точ­ности приспособлений.

34. Пока за! ели надежности основных переходов обработки корпусных ле г алей на с фре зерно-расточных станках с ЧПУ     Число инструментов в наладке Показатели, характеризующие надежность Наработка до замены инструмента в часах ра­боты станка Переходы обработки Доля в операции, % Доля отказов, % Число замен инструмента на 1ч ра­боты станка Число подналадок на 1ч ра­боты станка Фрезерование Растачивание Сверление Нарезание резьбы 40 15 37 8 2,6 7,6 4,8 2,6 15,5 61,0 16,9 6,6 0,06 0,23 0,06 0,04 0,050 0,195 0,050 0,005 6,67 0,653 0,617 2,000 Итого   17,6   0,39 0,3 -

Примечание. Таблица составлена по методическим рекомендациям «Обработка корпусных деталей крупными сериями на многоинструментных станках с ЧПУ с применением комбинированного инструмента», ЭНИМС, М.: 1982. 24 с.

Проблемными остаются вопросы правиль­ного выбора типов и числа режущего инстру­мента, его хранения. На первый план высту­пает задача автоматического слежения за состоянием режущего инструмента в процессе обработки и выбора режимов резания.

Большинство работающих в настоящее время ГПС не имеют автоматических систем определения поломок и состояния режущих кромок, что вызывает необходимость введе­ния дополнительных переходов, операций, обеспечивающих заданные шероховатость по­верхности и точность обработки. Это увеличи­вает зависимость работы системы от человека и не позволяет организовать работу с малым участием человека. Решение этой задачи — за­лог эффективности ГПС, причем не столько вследствие экономии от сокращения незапла­нированных смен инструмента, сколько в ре­зультате устранения дорогостоящих кон­трольных операций, машин контроля качества и переделок брака. Дальнейшее развитие стан­ков должно идти в направлении создания средств адаптивного контроля, измерения раз­меров деталей в процессе резания, устройств для автоматической компенсации износа ин­струмента, позволяющих получать точно за­данные размеры. Такие станки обеспечат бес­перебойную работу ГПС в течение 20 — 24 ч. Не решена полностью также задача обеспече­ния автоматизации смены инструмента. Если из магазинов в шпиндель инструмент подается автоматически, то загрузку инструментов в магазины выполняют вручную. Вручную за­меняют инструмент и при его поломке. Необ­ходимо ликвидировать эту ручную ра­боту.

35. Примерная классификация металлической стружки

 

Плотность, т/м-я

Вид стружки