Основы гибкой автоматизированной технологии

Технологией XXI века называют гибкую автоматизированную технологию и созданные на её основе гибкие автоматизированные производства (ГАП), которые органически сочетают комплексную автоматизацию с всемерной экономией трудовых ресурсов.

Гибкие автоматизированные производственные системы представляют собой совокупность технологического оборудования и систем обеспечения его работы в автоматическом режиме, способных самостоятельно переналаживаться при переходе на производство новых изделий.

По организационной структуре они выходят на следующие уровни: гибкие производственные модули; гибкие автоматизированные линии и участки; гибкие автоматизированные цеха; гибкие автоматизированные заводы.

В недалёком прошлом проблема механизации и автоматизации сводилась главным образом к последовательному внедрению машинной техники по всему производственному циклу, при этом технологические принципы обработки предмета труда практически не изменялись. В традиционном понимании система машин включает в себя три основных элемента: машины-орудия, машины-двигатели и передаточные устройства. Современное технологическое оборудование кроме этих трёх элементов включает и четвёртый: управляющее звено. Подавляющее большинство новых технологий реализовано в системах машин, включающих в себя все четыре вышеперечисленных элемента и им в потенциале присуще свойство комплексности.

С другой стороны, целью автоматизации является использование промышленных технологий без непосредственного участия человека. Но автоматизация должна быть нацелена не на замену человека, она должна быть ориентирована на обеспечение проявления всех преимуществ технологии. Это условие обязательно для автоматизации.

Комплексная автоматизация предполагает такую организацию производственных процессов, которая бы соответствовала технологии производства, а также требованиям равномерного, непрерывного и интенсивного использования всей технологической системы без участия человека при стабильном качестве выпускаемой продукции. Комплексность автоматизации проявляется в том, что она охватывает не только рабочие, но и вспомогательные элементы технологического процесса. Поэтому развитие автоматизированных производств должно охватывать не только основные процессы производства продукции, но и транспорт, складирование, проектирование и технологическую подготовку производства.

Необходимо отметить, что вытесняя живой труд из основных и вспомогательных производств, автоматизация ведёт к увеличению затрат умственного труда, связанного с обеспечением этих производств. Если этот труд не будет охвачен собственными системами автоматизации, программирования, управления, то эффективность автоматизации производственных процессов будет низкой.

Учитывая вышеизложенное, можно сформулировать следующие принципы автоматизации производства:

Автоматизация должна носить комплексный характер и охватывать целостные технологические процессы.

1. Автоматизации должна охватывать не только сам технологический процесс, но и примыкающие к нему (транспорт, складирования, проектирование, технологическую подготовку производства).

2. Автоматизированные системы должны быть гибкими технологически и экономически.

Технологическая гибкость подразумевает возможность изменения производительности системы при сохранении согласованной работы её элементов (саморегулируемость системы).

Экономическая гибкость подразумевает способность к многократной смене номенклатуры выпускаемой продукции с наименьшими затратами при неизменности основного технологического оборудования.

4. Автоматизация должна быть обеспечена высокой надёжностью используемого оборудования.

Представления о гибких автоматизированных производствах в наибольшей мере отражают современную концепцию автоматизации производства.

Гибкое производство - производство, которое позволяет за короткое время при минимальных затратах, на том же оборудовании, не прерывая производственного процесса и не останавливая оборудования, по мере необходимости переходить на выпуск новой продукции произвольной номенклатуры.

По степени гибкости существуют четыре группы производств:

1 группа производств предполагает жесткую технологию производства, когда оборудование предназначено для изготовления только одной детали. По окончании выпуска оборудование не может использоваться для изготовления других изделий. Примером такого производства может служить технологический процесс штамповки.

2 группа производств основана на перестраиваемой технологии, когда при изменении отдельных компонентов оборудования можно выпускать новое изделие. Примером такого производства может быть автоматическая линия из агрегатных станков.

3 группа производств основана на переналаживаемых технологических процессах и оборудовании. Примером может служить группа станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Переналадка в данном случае требует более короткой остановки (иногда до 5 мин.) для замены программы обработки детали на станке с ЧПУ.

4 группа производств основана на гибкой технологии производства и оборудовании, приспособленном для высокого уровня автоматизации.

Для перехода на выпуск новой продукции никакой переналадки не требуется, а сам переход осуществляется в автоматическом режиме. Примером могут служить интегрированные производственные системы с ЭВМ, управляющей ходом технологического процесса. Третья и четвёртая группы производств являются гибкими производствами, их иногда называют программируемыми, так как для перехода с одного объекта производства на другой необходимо изменять управляющие программы, а не оборудование.

Гибкое автоматизированное производство по сравнению с традиционными имеет ряд преимуществ:

· высокая мобильность и сокращение сроков освоения новой продукции;

· высокая производительность и качество выпускаемой продукции;

· улучшение условий труда;

· сокращение производственного цикла и снижение эксплуатационных затрат на производство.

Основным звеном гибкого автоматизированного производства является гибкая производственная система (ГПС). В свою очередь, гибкая производственная система структурно включает как минимум в себя:

· гибкий производственный модуль (ГПМ);

· роботизированный технологический комплекс (РТК);

· систему обеспечения функционирования ГПС.

Более сложная гибкая производственная система может включать в себя несколько гибких производственных модулей и роботизированных технологических комплексов, объединённых единой системой обеспечения их функционирования. В целом, гибкие производственные системы строятся по блочно-модульному принципу.

Гибкий производственный модуль (ГПМ) представляет собой автономно функционирующую единицу технологического оборудования с программным управлением, предназначенную для производства изделий произвольной номенклатуры, автоматически осуществляющую все функции, связанные с изготовлением продукции.

Например, в технологии обработки металлов резанием в качестве автономно функционирующей единицы технологического оборудования с программным управлением используют, как правило, станки типа “обрабатывающий центр”, снабжённые устройствами по загрузке заготовок, удалению обработанных деталей, подаче и замене инструмента, удалению отходов и т.д.

На обрабатывающем центре обеспечивается выполнение различных операций (точение, сверление, фрезерование и т.д.) при минимуме вспомогательных действий, связанных с установкой, закреплением, снятием обрабатываемой детали, переменой режущего инструмента и т.д. Обрабатывающий центр оснащён магазином инструментов, автоматической системой их смены и поворотными столами, обеспечивающими изменение положения обрабатываемой детали. Один такой обрабатывающий центр заменяет 5-6 обычных металлорежущих станков.

Таким образом, гибкий производственный модуль предназначен для выполнения рабочих элементов технологического процесса изменения состояния предмета труда.

Роботизированный технологический комплекс (РТК) представляет собой автономно функционирующую совокупность технологического оборудования, промышленного робота и средств их оснащения. В отличие от гибкого производственного модуля роботизированный технологический комплекс предназначен для выполнения вспомогательных операций.

Автоматическая система обеспечения функционирования ГПС представляет собой комплекс ЭВМ, программного обеспечения и центральный пульт управления, обеспечивающий координацию и согласование всех составных частей ГПС.

Основными технологическими характеристиками гибких производственных систем являются:

· способность работать без участия человека;

· автоматическое выполнение основных и вспомогательных операций;

· простота наладки;

· гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства;

· высокая экономическая эффективность при правильной эксплуатации.

Гибкая производственная система является высокоинтенсивной и трудосберегающей формой производства, она сравнима по производительности с автоматической линией, а по гибкости - с универсальным оборудованием.

Широкое внедрение гибких производственных систем является оптимальным путём интенсификации мелкосерийного производства с применением безлюдной технологии изготовления продукции.

Совокупность гибких производственных систем, образующих законченную технологическую цепочку обработки изделия, с автоматизированными складами исходных материалов и готовых изделий, системой обслуживания станков и инструментов представляет собой более высокую ступень - гибкое автоматизированное производство (ГАП) (рис. 2.1.).

Рис. 2.1. Принципиальная схема гибкой автоматизированной технологии механической обработки

I - автоматизированная система обработки деталей;

II - автоматизированная система складирования и транспортирования заготовок и деталей;

III - автоматизированная система инструментального обеспечения;

IV - автоматизированная система управления производством

Кроме того, как высший уровень автоматизации гибкое автоматизированное производство должно включать в себя полную автоматизацию проектирования и технологической подготовки производства.

Разработка и широкое использование гибкой автоматизированной технологии является в настоящее время основной тенденцией развития современного промышленного производства. Однако необходимо ещё раз подчеркнуть, что разрабатывать гибкое автоматизированное производство наиболее целесообразно под принципиально новые технологии, а не подстраивать под существующие.