Гибкие производственные системы – основное направление комплексной автоматизации машиностроительного производства

Решающим  явилось создание ЧПУ и станков  типа обрабатывающих центров (ОЦ);  последние  являются одновременно широкоуниверсальными и полностью автоматизированными  станками. С конца 1950-х гг. начался  стремительный рост выпуска станков  с ЧПУ и типа ОЦ. Началась автоматизация  управления станками и всей производственной системой на базе применения ЭВМ. Автоматизация  единичного и серийного производств  фактически позволит устранить границы, которые существуют между единичным, серийным и массовым производствами.

Широкая универсальность и мобильность, полная автоматизация на базе ЭВМ, блочно-агрегатный метод создания ОЦ и другого оборудования гибких производственных систем (ГПС) дают возможность еще больше повысить производительность труда и применять  гибкие системы в массовом производстве.

Анализ  развития технологии металлообработки за прошедшее столетие позволяет  сделать определенный прогноз состава  оборудования к началу третьего тысячелетия.

По  данным комитета по использованию ЭВМ  в производстве Национального исследовательского совета США, в настоящее время  около 15 % производимых в мире станков  объединены в ГПС.

Основной  скачок в повышении производительности труда произошел на рубеже 1990-х  гг., когда ГПС перестали быть экспериментальными; устаревание заводов  преодолевается путем внедрения  новой организации труда и  технологии, соответствующей концепции  ГПС. В начале 1980-х гг. в мире, по зарубежным данным, насчитывалось примерно 125 ГПС (хотя первые из них появились  в США еще в 1967 г.), в том числе  в Японии — 40, в США — 26, в странах  Западной Европы — 25.

  В ряде западных стран работы по созданию ГПС ведутся по национальным программам, финансируемым правительствами, что  связано с желанием ускорить более  широкое внедрение этой новой  техники в машиностроении.

  1.3.Основные  преимущества ГПС

Основные  преимущества ГПС заключаются в  следующем.

Увеличение  мобильности производства позволяет  осуществить:

1) сокращение сроков освоения новой  продукции и поставки продукции  потребителю. Изменения конструкции  изделия могут быть реализованы  в кратчайшие сроки. В интегрированном  (ГПС, САПР, АСТПП) производстве  имеется возможность вносить изменения в конструкцию выпускаемых изделий по ходу производства;

2) повышение гибкости производства  за счет значительного сокращения  времени переналадки. Переналадку  фактически осуществляют только  при переходе на обработку  другой группы деталей и не  делают при переходе с обработки  одной детали на другую внутри  группы. При полностью гибком  производстве предполагается возможность  обработки различных деталей  без останова станка на переналадку; 

3) улучшение управления производством  по всем цехам и своевременное  удовлетворение условиям, складывающимся  при сборке.

4) увеличение производственных мощностей  как за счет высвобождения  станков, инструмента, приспособлений  и оснастки для других производственных  задач, выпуска другой продукции,  так и за счет возможностей  по частям наращивать производственные  мощности путем добавления дополнительных  станков и оборудования;

5) возможность модернизации, обновления  заводов на базе новейших достижений  науки и техники без остановки  производства и при меньших  капитальных затратах. 

Увеличение  фондоотдачи производства развивается  по следующим направлениям:

1) сокращение времени всего производственного  цикла. Время «от ворот до  ворот» сокращается в среднем  в 30 раз; 

2) детали проходят полную обработку  через всю систему без ожиданий.

3) сокращение числа необходимых  станков по сравнению с обработкой  того же числа деталей на  станках с ЧПУ составляет 20...50%. 

Рост  производительности труда влияет:

1) на повышение производительности  на всех стадиях производства, в том числе при проектировании, технологической подготовке, обработке,  сборке, контроле, а также на всех  вспомогательных работах (складирование,  межцеховой и внутрицеховой транспорт). Опыт эксплуатации больших САПР  для сложных изделий показывает, что производительность труда  конструктора увеличивается в  4 — 5 раз, а в отдельных случаях  — в 10 раз; 

2) возможность обеспечения длительного  времени работы без присутствия  человека или при ограниченном  числе операторов-наблюдателей;

3) сокращение числа персонала. Централизация  обработки деталей, управление  станками от центральной ЭВМ,  устройства диагностики работоспособности  и состояния станков и процессов  увеличивают возможности многостаночного  обслуживания. Оператор становится  управляющим процессами производства, а не оператором станков. Нередки  случаи, когда число операторов, обслуживающих ГПС, сокращается  в 10—15 раз по сравнению с  необходимым числом станочников  в расчете на одинаковый выпуск  продукции. 

На  первых этапах внедрения ГПС может  увеличиваться число программистов  и других инженерно-технических  работников, однако и в этом случае общее число персонала сокращается  не менее чем на 30 %. 

  2.Общая  схема  ГПС

            ГПС представляет собой систему с комплексно автоматизированным производственным процессом, работа всех компонентов которой (технологического оборудования, транспортных средств, средств контроля и инструментообеспечения и др.) координируется как единое целое системой управления, обеспечивающей быстрое изменение программ функционирования технических средств системы при смене объекта производства (рис. 7.1).

  Технологическая система представляет собой совокупность взаимосвязанных технологических машин (станков с ЧПУ, роботов, манипуляторов и др.), осуществляющих формообразование деталей в автоматическом режиме.

  Транспортная  система состоит из транспортных и накопительных устройств, осуществляющих межоперационное хранение и доставку заготовок, приспособлений, готовых деталей к основному технологическому оборудованию и автоматическому складу.

  Складская система служит для хранения нормативного запаса заготовок, приспособлений и инструмента выдачи их в производство, накопления и хранения готовых деталей.

  Система инструментообеспечения осуществляет оперативную подготовку и хранение инструментальных наладок и приспособлений, а также его контроль, учет и доставку инструмента и оснастки к основному технологическому оборудованию.

  Система контроля осуществляет: контроль технических

средств ГТ1С и деталей; диагностику работоспособности автоматического оборудования, входящего в состав технологической, транспортной, складской систем и системы инструментообеспечения, контроля.

  Система управления состоит из средств вычислительной техники в виде управляющего вычислительного комплекса со средствами программного обеспечения и осуществляет: разработкуоперативных заданий для станков и систем обслуживания (переработка, передача и накопление информации, относящейся к согласованию перемещения в пространстве и времени заготовок, инструментов, оснастки и др.); учет выполнения плановых заданий; управление технологическим и вспомогательным оборудованием (переработка, передача и накопление информации, относящейся к технологическим режимам обработки, маршрутам и др.). 

Обобщенная  схема ГПС

(→ - информационные потоки ; ↔ - материальные потоки) 
 
 

2.1.Составные  части ГПС

  Составными  частями ГПС являются:

  гибкий  производственный модуль (ГПМ) — единица  технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему;

  роботизированный  технологический комплекс (РТК)—совокупность  единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств  оснащения, автономно функционирующая  и осуществляющая многократные циклы.

  При этом необходимо учитывать следующее:

1. РТК, предназначенные для работы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраиваться в систему;
2. в качестве технологического оборудования может быть использован промышленный робот;
3. средствами оснащения РТК, обеспечивающими их функционирование, могут быть: устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и другие.

  Роботизированная  технологическая линия — совокупность технологических комплексов, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами для выполнения операций в принятой технологической последовательности.

  Роботизированный  технологический участок — совокупность роботизированных технологических комплексов, связанных между собой транспортными средствами и системой управления, или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемых одним или несколькими промышленными роботами, в которой предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования. 
 
 

  2.2.Система обеспечения функционирования и управление ГПС.

  Система обеспечения функционирования ГПС — совокупность в общем случае взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой при помощи ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.

  В систему обеспечения функционирования ГПС входят:

1) автоматизированная транопортно-складская система (АТСС);

2. автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);
3. система автоматизированного контроля (САК) ; 4) автоматизированная система удаления отходов (АСУО); 5) автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП); 6) автоматизированная система научных исследований (АСНИ); 7) система автоматизированного проектирования (САПР); 8) автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП); 9) автоматизированная система управления (АСУ) и т. д.

  Автоматизированная  транспортно-складская система (АТСС) — система взаимосвязанных автоматизированных транапортных и складских устройств для укладки, хранения, временного накопления, разгрузки и доставки предметов труда, технологической оснастки.

  Автоматизированная  система инструментального обеспечения (АСИО) — система взаимосвязанных  элементов, включающая в себя участки  подготовки инструмента, его транспортирования, накопления, устройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающие подготовку, хранение, автоматическую установку и замену инструмента.

  Более важным становится управление гибким производством. Заказы-наряды на работу, производственные программы и график прохождения компонентов по всему  технологическому маршруту — все  это находится в центральной  управляющей ЭВМ и ЭВМ подсистем  всего производства. Каждая ЭВМ имеет  сеть связанных микропроцессоров, которые  управляют отдельными технологическими операциями. Каждая отдельная ЭВМ  ведет учет фактического выполнения операций, осуществляет слежение за процессом.