Принципы организации и структура АПС

Стр 1 из 19Следующая ⇒

Nbsp; Интегрированные автоматизированные технологические комплексы конспект лекций СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Роль автоматизации в развитии и повышение эффективности производства РЭА. Современный уровень развития автоматизации производства РЭА. Вклад отечественной техники в развитие теории и средств автоматизации. Технико-экономические, социальные и философские аспекты применения гибкой автоматизации с использованием роботов и микропроцессорных устройств. Традиционное «жесткая» я «гибкая» автоматизации, их сравнительный анализ. Причины и предпосылки создания АПС. Задачи, стоящие при создании новых АПС. Раздел 1. Принципы организации и структура АПС Принципы организации и структура АПС. Структурная схема АПС. Принципы создания гибких систем. Организационно-технологическая структура АПЭА. Системы построения гибких технологических автоматов с ЧПУ. Раздел 2. Автоматические транспортно-накопительные системы (АТНС) Автоматические транспортные системы. Характеристика и классификация АТНС. Автоматическая транспортная система и ее классификация. Напольные транспортные системы. Анализ транспортных систем. Конвейеры - основные средства АТНС. Классификация конвейеров. Монорельсовые транспортные системы. Автоматизированная складская система. Классификация складов. Складская тара. Перегрузочные устройства. Компоновочные решения расположения оборудования и складов. Гравитационный склад. Требования к автоматизированным складам. Характеристики стеллажного склада. Раздел 3. Система автоматического контроля (САК) САК в гибких производственных системах. Система автоматического контроля. Назначение САК. Принципы построения САК. Структура САК. Структура подсистемы контроля. Аналоговые и смешанные схемы подсистемы контроля. Раздел 4. Системы управления роботами и производственными системам Принципы построения интегрированной системы управления. Структура СУ АПС. Системы автоматического управления в технологических процессах. Структурные преобразования систем автоматического управления (САУ). Типовые звенья САУ и их характеристики. Устойчивость систем автоматического управления. Качество локальных систем автоматического управления. Система управления автоматическими транспортными системами. Управление напольными транспортными роботами. Схема управления транспортной системой. АСУ в производстве. Автоматизированные системы управления участками, линиями АПС. Централизованные и децентрализованные СУ в ГАЛ. Система технического зрения (СТЗ). Этапы распознавания образцов. Типы СТЗ и их описание. Устройство распознавания СТЗ сборочного оборудования. Методы и устройства распознавания кристаллов ИС. Основные рецепторы СТЗ Раздел 5. Элементы роботов, систем управления и контроля Элементы систем управления оборудованием и роботами. Датчики. Циклические датчики. Индуктивные датчики. Фотоэлектрические датчики. Датчики считывания. Использование магнитных барабанов для измерения перемещения. Датчики механических перемещений. Накапливающие датчики. Датчики считывания. Тактильные датчики. Сельсины в индикаторном и трансформаторном режимах. Вращающийся трансформатор (револьвер). Приводы системы управления. Исполнительные элементы. Двигатели постоянного тока. Виды возбуждения. Типы управления. Методы регулирования двигателей постоянного тока. Регулировочные и механические характеристики. Асинхронные двигатели и их характеристики. Линейные шаговые двигатели. Принцип их работы, устройство и характеристики. Импульсные системы регулирования. Преобразование импульсных структурных схем. Системы с цифровыми ЭВМ. Цифровые регуляторы. Релейные системы автоматического управления. Автоматизированное технологическое оборудование. ПИД-регуляторы. Идентификация моделей динамических систем. Классический ПИД-регулятор, П-, И-, ПИ-, ПД-, ПИД-регуляторы. Модификации ПИД-регуляторов. Принцип разомкнутого управления. Эквивалентные преобразования структур ПИД-регуляторов. Особенности реальных регуляторов. Нечеткая логика, нейронные сети и генетические алгоритмы. Нечеткая логика в ПИД регуляторах. Искусственные нейронные сети. Генетические алгоритмы Контроллеры для систем автоматизации. Программируемые логические контроллеры (ПЛК). Архитектура, Характеристики. Компьютер в системах автоматизации. Компьютер в качестве контроллера. Промышленные компьютеры. Устройства ввода-вывода. Ввод аналоговых сигналов. Вывод аналоговых сигналов. Ввод дискретных сигналов. Вывод дискретных сигналов. Ввод частоты, периода и счет импульсов Аппаратное резервирование. Резервирование ПЛК и устройств ввода – вывода. Общие принципы резервирования. Модули ввода и датчики. Модули вывода. Процессорные модули. Резервирование источников питания. Оценка надежности резервированных систем Раздел 6. Автоматизированное технологическое оборудование, роботы и РТК Системы управления роботами в РТК. Особенности применения промышленных роботов в производстве РЭА. Классификация СУ роботами. Системы программного управления ПР. Позиционные и контурные СПУ. Виды автоматизированного оборудования. Принципы построения АТО. Установки последовательного и параллельного действия. Установки последовательно – параллельного действия. Примеры автоматизированного технологического оборудования (АТО). Требования, предъявляемые к АТО. Вакуумное технологическое оборудование (конструкция). Автоматическое оборудование для сборки печатных плат. Характеристики промышленных роботов. Требования, предъявляемые к промышленным роботам. Модульный принцип построения промышленных роботов. Технологическая классификация промышленных роботов. Расчет и планирование РТК. Последовательность расчета и проектирования РТК. Анализ технологического процесса. Формирование участка РТК с одним роботом. Геометрическое согласование параметров робота и оборудования. Планирование РТК. Захватывающие устройства промышленных роботов и манипуляторы. Механические захватывающие устройства. Расчет механических захватывающих устройств. Магнитные захватывающие устройства. Вакуумные захватные устройства. Эластичнее захватные устройства. ВВЕДЕНИЕ Последние годы отмечены тенденцией смены жесткой автоматизации Производственных систем на системы, обладающие необходимой гибкостью и эластичностью, способные к перестройке на мелкосерийную продукцию. Необходимо помнить, что до того как появились первые, гибкие автоматизированные системы, были созданы станки с числовым программным управлением, обрабатывающие центры, программно-переналаживаемые установки. В сферу деятельности человека все более проникает ЭВМ. Но эффективной быстропереналаживаемой автоматизированной системы не получилось. Только после того как появились надежные и эффективные роботы, появились первые гибкие автоматизированные производства (ГАП) Появление и развитие ГАПов обусловлено рядом причин. Одной из основных причин является то, что основное время, затрачиваемое на обработку в машиностроении, составляет 5-10% общего времени для получения готовой детали или изделия, 10-15% в производстве изделий электронной техники. Остальное время уходит на хранение и транспортировку, что увеличивает сроки на изготовление и себестоимость. Вторая причина - недостатки жесткой автоматизации, которые заключаются в следующем: 1. Невозможность быстрой переналадки на выпуск новых изделий или других типоразмеров и необходимость реконструкции производства. 2. Удельный вес массового производства в электронике и электронном машиностроении незначителен. 3. В установках многономенклатурного производства жесткая автоматизация неэффективна. Для появления ГАП нужны были определенные предпосылки, основными из которых являются: 1 - прогресс микроэлектроники; 2 - появление дешевых микропроцессоров, микроконтроллеров и микроЭВМ; 3 - прогресс в автоматизации ТПП и подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ; 4 - быстрый прогресс в развитии и создании промышленных роботов.

Введение

Современный этап развития производства характеризуется широким внедрением гибких переналаживаемых производств и систем автоматизированного проектирования, автоматических линий, машин и оборудования со встроенными средствами микропроцессорной техники, многооперационных станков с числовым программным управлением (ЧПУ), робототехнических, роторных и роторно – конвейерных комплексов.

Специфика производства электронной аппаратуры заключается в том, что часть изделий выпускается крупными сериями и небольшой номенклатурой, а другая, большая часть (до 75%) – мелкими сериями с разнообразной номенклатурой. Для изделий РЭА крупносерийного малономенклатурного производства наиболее эффективными являются автоматические линии с управлением от ЭВМ, командоаппаратов и контроллеров с жесткой структурой управления, для изделий с серийным и мелкосерийным многономенклатурным типом производства — ГПС с управлением от ЭВМ, построенные на базе оборудования с микропроцессорным управлением, промышленных роботов, робототехнических комплексов, автоматизированных транспортно – складских систем, систем автоматического контроля (САК), гибких автоматизированных участков и цехов, систем автоматизированного проектирования, автоматизированной технологической подготовки производства, автоматизированного управления (АСУП и АСУ ГПС), в перспективе объединенные в комплексную интегрированную систему со сквозным циклом «проектирование – изготовление» РЭА (ЕАС – ПИ) [1].

Применение гибкой автоматизации производства позволяет существенно повысить производительность труда, сократить длительность производственного цикла, снизить потребность в рабочей силе, оборудовании, производственных площадях, увеличить фондоотдачу и объем производства, уменьшить общий срок разработки и освоения новых изделий, повысить качество выпускаемых изделий и их идентичность. Основные факторы, обеспечивающие высокие эксплуатационные и экономические показатели гибкой автоматизации производства, приведены в табл. 1. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, создание ГПС из станков с ЧПУ, управляемых от ЭВМ и обслуживаемых автоматизированными транспортно – накопительными устройствами, промышленными роботами (ПР), повышает производительность станков в 1,5 – 2 раза по сравнению с суммарной производительностью такого же числа отдельных станков с ЧПУ [1, 2].

Автоматизация производства (традиционными средствами) — такое направление (комплекс мер и средств) развития машинного производства, при котором человек освобождается не только от физических усилий, но и от управления процессом. Обязанности его сводятся к наблюдению за процессом. Он осуществляет технологическую подготовку и периодическую загрузку оборудования (в зависимости от степени автоматизации).

Частичная автоматизация производства (автоматизация отдельных производственных операций) является сочетанием автоматизированного и механизированного труда и осуществляется прежде всего там, где непосредственное участие человека невозможно (опасные для жизни человека условия труда; быстропротекающие процессы) или утомительный (тяжелый, монотонный, рутинный) труд.

Таблица 1.

Ступени гибкой автоматизации производства [1]

Применяемые средства и способы гибкой автоматизации производства	Достигаемые результаты применения
1. Многоцелевое технологическое оборудование с микропроцессорным управлением	Повышается концентрация операции, увеличивается время непрерывной работы, повышается производительность работ, качество и идентичность изделий, сокращается потребность в рабочей силе, производственных площадях и оборудовании, сокращается продолжительность производственного цикла изготовления РЭА, увеличивается системная гибкость, надежность и живучесть ГПС.
2. Микропроцессорные локальные системы управления (ЛСУ) технологическим и другими видами оборудования	Обеспечивается многофункциональный характер управляемых от ЛСУ станков, увеличивается производительность оборудования, повышается качество выпускаемых изделий, снижается объем аппаратной части, повышается надежность и уровень унификации оборудования, снижается стоимость ЛСУ и оборудования, упрощается сопряжение с ЭВМ группового управления.
3. Промышленные роботы (ПР)	Автоматизация операций загрузки – выгрузки оборудования, инвариантность к этим операциям, автоматизация некоторых транспортных операций, при этом исключается ручной труд, сокращается длительность операций загрузки – выгрузки, транспортирования, повышается автономность работы оборудования, увеличивается коэффициент загрузки, снижается потребность в рабочей силе.
4. Комплексы оборудования ГПК, ГПС (с управлением от ЭВМ), робототехнические комплексы (РТК), автоматизированные транспортно – складские системы (АТСС), системы автоматического контроля (САК)	Автоматизация не только основных, но и вспомогательных операций (транспортные, складские, контрольно – измерительные работы); исключается (сокращается) потребность в рабочей силе; сокращается весь производственный цикл выпуска изделий; САК повышает достоверность контроля и способствует этим повышению качества изделий, диагностика изделий позволяет повысить надежность, гибкость, упрощается согласование с ЭВМ цехового уровня.
5. ЭВМ для управления комплексом	Оперативное управление группой оборудования с одновременным повышением коэффициента его загрузки; обеспечивается учет и оптимизация распределения ресурсов, повышается производительность, сокращаются объем страховых заделов и незавершенное производство; сокращаются многие дополнительные операции, которые вводились из – за учета длительного хранения полуфабрикатов на складе; повышается надежность, гибкость, упрощается согласование с ЭВМ цехового уровня.
6. Высокий уровень унификации, стандартизации всех средств автоматизации производства, включая ТП, оборудование, ПР, оснастку, инструмент, программное обеспечение	Сокращаются трудоемкость и сроки проектирования, изготовления и отладки указанных средств, снижается себестоимость, повышается надежность
7. Система автоматизированного проектировании (САПР) и научных исследований (АСНИ) на базе больших ЭВМ	Автоматизация процесса проектирования изделий РЭА с проведением предварительных исследований способствует повышению качества РЭА, сокращает трудоемкость и сроки проектирования.
8. Автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП) на базе больших ЭВМ.	Автоматизация разработки ТП, управляющих программ на все виды оборудования и все планируемой продукции и хранение их в памяти ЭВМ, автоматизация проектирования технологического оснащения, сокращаются сроки технологической подготовки производства.
9. Автоматизированные системы управления производством на основе больших ЭВМ	Автоматизация процессов планирования, материального обеспечения производства, оперативного управления процессом изготовления деталей РЭА.
10. Комплексные интегрированные системы единой цепи проектирование – изготовление (ЕАС – ПИ)	Объединение всех процессов, связанных с проектированием, подготовкой производства и изготовлением изделий в единую непрерывную цепь, успешная адаптация конструкции изделия к условиями производства, повышается эффективность выпуска изделий, значительно сокращается объем преобразований информации об изделии, выполняемых при раздельном использовании САПР, АСТПП, АСНИ, АСУП, АСУ ГПС, что дает возможность осуществить принцип – один раз ввести и многократно использовать информацию, т.е. оставить устройства ввода и преобразования информации только в одном месте; значительно сокращается цикл проектирование – изготовление; повышается качество изготовления изделий; снижается себестоимость.

При комплексной автоматизации производства участок, цех, завод действуют как единый взаимосвязанный комплекс. Она целесообразна в условиях высокоразвитого производства на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надежных унифицированных технических средств, технологического оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе при общем контроле человека за работой всего комплекса.

Технологический автомат АТО – есть технологическая машина, в которой выполнение цикла и его возобновление осуществляется без участия человека. Например, автомат для установки интегральных схем (ИС) на плату [1 – 3].

Гибкость производственных комплексов (ГПК) и систем (ГПС) есть понятие комплексное. Под гибкостью ГПК и ГПС понимается степень их готовности к выпуску различных изделий одновременно или последовательно. Способы обеспечения гибкости приведены в табл.2.

Таблица 2.

Способы обеспечения гибкости производства

Способы обеспечения гибкости	Достигаемый эффект
1. Автоматизированная технологическая машина АТО	Автоматизированные приводы с дистанционным управлением на каждую координату движения и элементы цикла; модульный принцип построения; возможность автоматической подачи исходного материала и удаления готового изделия, смены силовых головок, инструмента, установочных и зажимных приспособлений из своих накопителей и накопителей системы; ЧПУ на микропроцессорной основе.
2. Манипуляторы ПР	Автономность приводов с дистанционным управлением по координатам (число управляемых координат), возможность автоматической смены захватов; применение сенсорных и других адаптивных устройств; модульность построения; ЧПУ на микропроцессорной основе.
3. Автоматизированный участковый и цеховой транспорт	Легко изменяемая траектория движения, произвольная последовательность и периодичность обслуживания оборудования (по степени готовности АТО и его запросу); управление на микропроцессорной основе.
5. Автоматизированная система управления ГПС, ГПК и ее математическое обеспечение (МО)	Многоступенчатая автоматизированная система управления (АСУ) построенная по иерархическому принципу на основе ЭВМ, мини – и микроЭВМ, позволяющая осуществлять автоматизированно – оперативное планирование, диспетчерирование, регулирование и управление, контроль и учет, технологическую подготовку, расчет управляющих программ для АТО с ЧПУ и их загрузку в память ЛСУ АТО по запросу. Снабжает операторов своевременной объективной информацией, обеспечивает оператору диалоговый режим работы, изготавливает необходимую технологическую документацию.

Перечисленные в табл. 2 мероприятия и решения не всегда выполнимы и экономически оправданы, поэтому приходится говорить не о гибкости вообще, а о степени гибкости системы, т. е. отношении , где С_г – степень гибкости; Г_Д – достигнутая гибкость; Г_ТР – требуемая гибкость. При С_г=1требование гибкости полностью удовлетворяется, при С_г >1 система будет иметь избыточную гибкость, т. е. она для конкретных заданий будет использована не полностью, С_Г<1 означает, что в системе не все изделия могут быть изготовлены при оптимальных условиях или вовсе не будут изготовлены.

Гибкость ГПС и ГПК может быть достигнута:

1) совершенствованием структуры системы, структур и конструкции АТО и других элементов, их переналадкой, но без перестройки;

2) переналадкой и частичной перестройкой системы и ее элементов с добавлением однотипного оборудования;

3) переналадкой и перестройкой, но с добавлением оборудования других типов (включая не освоенное предприятием), дополнением МО, улучшением его алгоритмов и программ.

Гибкость системы, обеспечиваемая структурой системы, конструкцией ее элементов (АТО, ПР и других средств), – это достигнутая краткосрочная гибкость. Она применяется в рамках действующей программы, т. е. при выпуске базового изделия и его вариантов; при переходе на выпуск новой модификации изделия она связана с автоматизированной загрузкой исходного материала, выгрузкой изделия, сменой управляющей программы УТП, инструмента, переюстировкой приспособлений и др.

Долгосрочная гибкость, достигаемая перестройкой системы и ее элементов, применяется обычно при переходе с выпуска одного базового изделия на другое и требует перепланировки системы или ее элементов (участков, модулей), перекомпоновки основного и вспомогательного оборудования с заменой его и дополнением аналогичными моделями или новыми.

Трудоемкость и стоимость гибкости зависят от технических и организационных аспектов.

Технические аспекты: запас по мощности, диапазон скоростей, подач, других режимов, число силовых головок существующего технологического основного и вспомогательного оборудования, транспортно – складских устройств; комплекс технических средств управления (в том числе ЭВМ), емкость накопителей заготовок, деталей, инструмента, приспособлений; степень унификации присоединительных и установочных поверхностей и размеров технологических и технических средств; удобство программирования, степень совместимости устройств управления АСУ и ее математическое обеспечение (алгоритмическое, информационное, программное).

Организационные аспекты: период изготовления (в течение какого времени планируется выпуск данной продукции); номенклатура изделий; периодичность смены изделий; устойчивость системы к помехам и др.

Рациональное сочетание гибкости, получаемой переналадкой и перестройкой, обеспечивает наименьшие расходы на выпуск изделия в системе в течение длительного времени. Гибкость в определенном смысле определяет конфигурацию производственной системы и ее элементов, технологию, организацию и управление ее функционированием и влияет на затраты, связанные с выпуском продукции. Следует стремиться к обеспечению оптимальной или экономически приемлемой гибкости, однако в каждом конкретном случае вопрос о выборе степени гибкости следует решать индивидуально, учитывая сложность и трудоемкость выпускаемых изделий, объем их выпуска, тип производства, номенклатуру, рыночный спрос, тенденции их совершенствования и др.

Некоторые специалисты предлагают более дифференцированно воспринимать понятие гибкости, выделяя в нем машинную гибкость, гибкость процесса, гибкость по продукту, маршрутную гибкость, гибкость по объему выпуска, гибкость по расширению, гибкость по номенклатуре. Машинная гибкость – это легкость перестройки технологических элементов ГПС для производства заданного множества изделий; гибкость процесса – возможность выпускать заданное множество изделий из различных материалов разными способами; гибкость по продукту и быстрый и экономичный перевод ГПС на производство нового продукта; маршрутная гибкость (живучесть) – продолжение выпуска заданного множества типов изделий при отказах отдельных технологических компонентов; гибкость по объему – способность производства экономически выгодно работать при различных объемах выпуска изделий; гибкость по расширению – возможность легкого расширения производства за счет введения новых технологических компонентов; гибкость по номенклатуре характеризует разнообразие изделий, которые способна выпускать ГПС.

В общем виде можно сказать, что гибкость прямо или косвенно обеспечивается:

1) связями всех единиц АТО, ПР, контрольного и вспомогательного оборудования в единый производственный комплекс с помощью АТСС и автоматизированных участков комплектования;

2) использованием и встраиванием МП – устройств управления в оборудование;

3) применением для загрузки – выгрузки технологического оборудования манипуляторов ПР;

4) применением микро – и мини – ЭВМ для группового управления всеми видами оборудования и приближения их вместе с видеотерминалами к рабочим местам;

5) объединением микро- или мини ЭВМ группового управления в вычислительную сеть с оптимальным распределением функций вычислений и памяти;

6) принудительной синхронизацией работы всех производственных комплексов;

7) унификацией, модульным принципом построения всех компонентов ГПС и процессов;

8) программированием технологии, управления и конфигурации всей ГПС.

Гибкая автоматизация производства применяется для многономенклатурного серийного и мелкосерийного производства; основывается на групповой и типовой технологии, использовании унифицированных технических средств: технологического оборудования с ЧПУ, гибких производственных модулей, автоматизированных транспортных, складских систем и комплексов из них и управления ими, построенного на базе вычислительной техники (микропроцессорных устройств – на нижнем уровне и больших управляющих ЭВМ – на верхнем). Гибкость автоматизации производства заключается в быстрой перестройке производства на выпуск нового изделия как в сфере технических средств, так и в сфере управления (в пределах возможностей технологического оборудования). Гибкая производственная система – совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. Гибкий производственный модуль – это единица оборудования с программным управлением для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, и имеющая возможность встраивания в ГПС.

Промышленный робот (ПР) – автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления, предназначенного для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Манипулятор – управляемое устройство или машина, предназначенная для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещениях объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом (захватом). Автооператор – автоматическая машина, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора (или совокупности манипулятора и устройства передвижения) и неперепрограммируемого устройства управления. Роботизированный технологический комплекс есть совокупность единицы технологического оборудования, ПР и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы. Предназначенные для работы в ГПС РТК должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему. Промышленный робот может быть загрузочным, транспортным или использован как технологическое оборудование (например, для установки ИС на печатную плату (ПП), сверления отверстий в ПП, для снятия заусенцев с деталей, полученных прессованием, и др.). Средствами оснащения РТК могут быть автоматические устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства, минитранспортеры и другие устройства, обеспечивающие функционирование РТК, например РТК для сборки электронных узлов. По организационному признаку различают следующие виды ГПС: гибкие автоматизированные линии (ГАЛ); гибкие автоматизированные участки (ГАУ); гибкие автоматизированные цехи (ГАЦ) и гибкие автоматизированные заводы (ГАЗ).

Гибкая автоматическая линия – это ГПС, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности операций.

Гибкий автоматизированный участок – это ГПС, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

Гибкий автоматизированный цех – это ГПС, представляющая собой совокупность ГАЛ, ГАУ, РТК в различных сочетаниях для изготовления изделий заданной номенклатуры. В систему обеспечения функционирования ГПС входят АТСС, АСИО, САК, АСУП, САПР, АСТПП, АСНИ. В случае, когда ГПС функционируют с АСНИ, САПР, АСТПИ и АСУП, они образуют единую интегрированную систему (ЕАС ПИ) «проектирование – изготовление». В условиях частой сменяемости продукции, расширения номенклатуры ее выпуска, сокращения сроков освоения средства автоматизации должны быть унифицированы, построены по модульному принципу, иметь широкую универсальность и способность к быстрой переналадке, т. е. быть гибкими. Такое гибкое автоматизированное производство позволит в дальнейшем создать заводы – автоматы, работающие по принципу безлюдной технологии и круглосуточно. Другим направлением автоматизации является совершенствование традиционных средств автоматизации, обладающих наибольшей производительностью, но имеющих малую универсальность и малую мобильность к переналадке. Эти средства на протяжении длительного времени хорошо зарекомендовали себя в условиях массового и крупносерийного производства, для которого характерна нечастая сменяемость изделий (одно изделие может выпускаться в течение ряда лет), малая номенклатура, малая доля вспомогательного и подготовительно-заключительного времени в общей трудоемкости изготовления изделия. Традиционные средства автоматизации – автоматические линии – строятся на базе специального и специализированного оборудования, соединенного автоматическим транспортом, работающим в режиме жесткого такта. Совершенствование традиционных средств заключается в повышении уровня унификации их элементов, стандартизации присоединительных и установочных размеров, автоматизированной подготовке производства, автоматизированном обеспечении заготовками, инструментом, приспособлениями; ведении контроля за правильностью установки инструмента, точностью его изготовления и степенью износа; применении устройств управления линиями – командоаппаратов, обеспечивающих связь с центральной ЭВМ автоматизированной системы управления производством и выполняющих диагностику работы оборудования, и др. Тенденция к повышению уровня автоматизации, усложнению средств автоматизации, созданию из них интегрированных комплексов и систем привела к бурному развитию прикладной математики, широкому использованию математических методов, методов моделирования на ЭВМ в подготовке и управлении производством с целью оптимизации использования материальных, людских ресурсов, технологического оборудования. Чем точнее составлена модель, тем точнее результаты ее решения, рациональнее производство. Однако достигнуть полной адекватности модели реальному процессу невозможно.

1. Принципы организации и структура АПС

Основы построения АПС

Принципы организации и структура АПС

При разработке ГПС анализируется номенклатура деталей и изделий с учетом требований системы, исходя из геометрических форм и размеров деталей или изделий, величина партии, возможных колебаний таких параметров, как материал, состояние заготовки, сроки выполнения заказов.

Затем выбираются конфигурации следующих потоков:

1) заготовок - обусловливается расположением и емкостью накопителей в зависимости от формы, размеров и массы деталей, а также манипулирующих устройств и приспособлений-спутников;

2) инструментального - зависит от планируемого количества инструментов, методов его предварительной подготовки и настройки, поддержания в рабочем состоянии, доставки на рабочее место, возможности автоматической смены в инструментальных магазинах;

3) информационного - определяется наличием и степенью готовности рабочей документации и доставки ее на рабочие места, связью с ЭВМ, скоростью внутренней и внешней обработки информации, наличием системы диагностики неисправностей и их профилактики;

4) вспомогательного - зависит от необходимости ликвидации отходов, очистки станков и заготовок.

Завершается разработка ГПС выбором конфигурации системы обеспечения качества в зависимости от возможностей встраивания этой системы в основной процесс, количества позиций контроля и их расположения в ГПС.

Объединением двух или нескольких производственных систем на базе единой автоматизированной системы управления начинается интеграция производственных процессов управления производством. Интеграция, как правило, объединяет отдельные разнородные производственные системы (функции, задачи). Интеграция производства отличается от комплексной автоматизации тем, что последняя предполагает автоматизацию отдельных производственных функций, но при этом их увязка между собой или в единую систему управления производством не происходит, тогда как интеграция производства предопределяет увязку двух, нескольких или всех функций и задел производства на базе единой ЭВМ или сети ЭВМ. Таким образом, интеграция производства - это объединение единой системой управления всех (полная интеграция) или отдельных производственных функций при сохранении их автономности (рисунки 1.1, 1.2).

Рисунок – 1.1 Состав и структура ГАП

Рисунок – 1.2 Обобщенная структура ГАП

Уровень интеграции - это показатель количества различных производственных задач и функций, которые объединены в единую систему и управляются центральной ЭВМ завода.

Если при комплексной автоматизации интеграция производства позволяет без остановки и при минимальных затратах регулярно переходить на выпуск новой продукции, то формируется гибкое интегрированное производство. На рисунке 1.3 приводиться обобщенная структура ГАП.

СОФС - система обеспечения функционирования систем; АТСС - автоматизированная транспортно-складская система; АСИО - автоматизированная система инструментального обеспечения; АСУО - автоматизированная система удаления отходов; АСОК - автоматизированная система обеспечения качества; АССН - автоматизированная система обеспечения надежности. АССИ - автоматизированная система слежения за инструментом; АСПИ - автоматизированная система подналадки инструмента; АСАБ - автоматизированная система анализа брака.

Рисунок - 1.3 Обобщенная структура ГАП

В соответствии с ГОСТом 26228-84 «Системы производственные гибкие. Термины и определения» ГПС представляет собой совокупность или отдельную единицу технического оборудования и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающую свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий различной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. По организационной структуре ГПС подразделяются на следующие уровни:

- гибкий производственный модуль (ГПМ);

- гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) и гибкий автоматизированный участок (ГАУ);

- гибкий автоматизированный цех (ГАЦ);

- гибкий автоматизированный завод (ГАЗ). По степени автоматизации:

- гибкий производственный комплекс (ГПК),

- гибкое автоматизированное производство (ГАП).

В указанном ГОСТе уровни ГПС имеют следующие определения: ГПМ - гибкая производственная система, состоящая из единицы технологического оборудования, оснащенная автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующая, осуществляющая многократные циклы и имеющая возможность встраивания в систему более высокого уровня.

ГАЛ - гибкая производственная система, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.

ГАУ - гибкая производственная система, состоящая из нескольких ГПМ. объединенных автоматизированной системой управления, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

ГАЦ - гибкая производственная система, представляющая собой совокупность ГАЛ и (или) ГАУ, предназначенная для изготовления изделий заданной номенклатуры.

ГАЗ - гибкая производственная система, представляющая собой совокупность ГАЦ, предназначенная для выпуска готовых изделий в соответствии с планом основного производства.

ГПК - гибкая производственная система, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления и автоматизированной транспортно-складской системой, автономно функционирующая в течение заданного интервала времени и имеющая возможность встраивания в систему более высокой ступени автоматизации.

ГАП - гибкая производственная система, состоящая из одного или нескольких ГПК, объединенных автоматизированной системой управления производством и транспортно-складской автоматизированной системой, и осуществляющая автоматизированный переход на изготовление новых изделий при помощи автоматизированной системы научных исследований (АСНИ), САПР и АСТПП (рисунок 1.1).

Основными принципами функционирования ГПС являются следующие:

- безлюдная технология, отражающая главную цель ГПС - максимальное высвобождение человека из участия в производственном процессе;

- групповая технология обработки изделий, обеспечивающая на данном этапе минимальные затраты, связанные с переналадкой технических средств ГПС, уровень развития которых не дает возможности в ближайшее время достичь экономически оправданной степени гибкости и создать идеальный вариант ГПС;

- работа в три смены, что вызвано необходимостью интенсификации использования высокопроизводительного дорогостоящего технологического оборудования и других высокоэффективных средств автоматизации с целью повышения экономических показателей эксплуатации, а также отсутствием или ограниченным количеством персонала;

- автоматический переход на обработку другого изделия, реализуемый путем программной перестройки всей ГПС, т. е. путем замены программы функционирования системы управления ГПС, ведущей к соответствующим изменениям управляющих программ и технических средств, в том числе механизмов и устройств, обеспечивающих их переналадку. Этот принцип органично связан с принципом групповой технологии, гарантирующим минимальные затраты на перестройку ГПС;

- ориентация на замкнутый цикл обработки в пределах каждого вида производства, так как в этом случае может быть достигнута комплексная автоматизация производственного процесса и резкое сокращение длительности производственного цикла.

Основные принципы технологии ГПС:

- безлюдное производство, обеспечивающее работу производственной системы в пределах всего производственного цикла;

- безлюдная технология - автоматическая работа производственной системы при выполнении основных операций технологического процесса;

- малооперационная технология - с минимальным количеством операций, с максимальным их укрупнением;

- модульно-групповая технология - предусматривает типизацию наготавливаемых изделий и автоматизацию проектирования технологических процессов на основе типизации конструкторско-технологических элементов;

- переналаживаемая технология - предусматривает разработку технологических процессов изготовления группы изделий в рамках одной ГПС с заданными техническими характеристиками при изменяемых условиях производства;

- завершенность - предусматривает выполнение всех операций технологического процесса в рамках одной ГПС;

- безотладочная технология - предусматривает разработку технологических операций, не требующих проведения отладочных работ на рабочих позициях;

- компьютерная технология - имеется в виду максимально возможное использование ЭВМ для подготовки и управления технологических процессов передачи большинства функций программно-аппаратным средствам;

- активно управляемая технология - предусматривает организацию управления ТП и коррекцию проектных решений, включая базу технологических данных на основе информации о процессе;

- безбумажная технология - в которой хранение, передача и обработка информации осуществляется средствами ЭВМ с выдачей информации для человека через терминальные устройства;

- информационная обеспеченность - предусматривает обеспечение каждого технологического процесса в достаточной степени средствами контроля, диагностики и преобразования информации для управления;

- интеграция - это объединение систем технологической подготовки производства и управления ТП, а далее и проектирование в интегрированную систему;

- оптимальность.

Структурные схемы ГПС

Поскольку ГПС является сложной системой, состоящей из множества элементов и подсистем, необходимо учитывать их взаимосвязь. Эта задача решается методами структурного анализа. Можно выделить производственно-технологическую и организационно-техническую структуры ГПС.

Производственно-технологическая структура ГПС состоит из двух компонентов.

Технологическая структура включает номенклатуру обрабатываемых или собираемых деталей, обрабатываемые или сопрягаемые поверхности, выполняемые операции с их взаимосвязями и характеризуется числом и типоразмером деталей, их классификационными признаками, последовательностью запуска и размером партии, характером операций, затратами времени на их выполнение, степенью гибкости технологического маршрута и др.

Производственная структура включает в виде элементов производственные подразделения: технологические модули, участки, линии, вспомогательные и доделочные отделения и т. п. - характеризуется годовой программой выпуска, суммарной трудоемкостью, производительностью, коэффициентом сменности, средним значением коэффициента загрузки и использования оборудования, составом элементов структуры, их взаимосвязи.

Организационно-техническую структуру можно разделить на организационную, функциональную, компоновочную и информационно-управляющую.

Организационная структура характеризуется составом и взаимосвязями подразделений ГПС и их внешними связями, формами организации труда, включая организацию переналадок, организацию движения материальных потоков и т. п.

Функциональная структура определяет заделы отдельных подразделений ГПС и служб их обеспечения, функции обслуживающего персонала; форму и содержание технической документации.

Компоновочные структуры различаются расположением основного и вспомогательного технологического оборудования, их составом, расположением складских и загрузочно-разгрузочных устройств, транспортными связями и т.п.

Информационно-управляющая структура определяет состав и распределение функциональных задач, технические средства, информационные потоки, средства программного обеспечения как системы управления ГПС в целом, так и ее отдельных подсистем.

1.1.3. Функции ГПМ

Основными компонентами ГПС являются ГПМ, автоматические, складская и транспортная система (АСС и АТС).

Гибкий производственный модуль, являющийся основой ГПС, должен выполнять в автоматическом режиме следующие функции:

- переналадку на изготовление другого изделия;

- загрузку заготовок в технологическое оборудование и выгрузку готовых изделий;

- очистку установок от отходов производства, очистку и смазку инструмента;

- вывод отходов технологического процесса за пределы модуля,

- контроль правильности базирования и установки заготовок;

- контроль состояния инструмента, рабочих сред и формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;

- замену инструмента и рабочих сред;

- контроль параметров обрабатываемого изделия и формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;

- адаптивное управление технологическим процессом на основе принятых критериев эффективности;

- связь с верхним уровнем управления с целью обмена информацией и приема управляющих воздействий;

- диагностику технического состояния и поиск неисправностей механизмов и устройств ГПМ.

ГПМ в общем случае состоит из технологического оборудования (станка с ЧПУ, пресса, машины, литья под давлением, специальных установок, сборочных автоматов и др.); промышленного робота (автооператора); накопительных и ориентирующих устройств и системы управления.

1.2. Принципы создания гибких систем

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 609; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!