Задачи технического контроля в автоматизированном производстве

При автоматизации технологических процессов необходимо решать задачу автоматизации технического контроля технологического процесса и его результатов. Технический контроль в промышленном производстве решает следующие основные задачи:

· поддержание необходимого уровня качества технологического процесса путем выявления разладки и расстройки процесса и проведения коррекций;

· разбраковка выпускаемых изделий по нормируемым техническим параметрам с целью предотвращения попадания брака к потребителю;

· сортировка изделий по нормируемым техническим параметрам на группы при использовании селективной сборки.

Пусть в результате осуществления технологического процесса изготавливается изделие, качество которого характеризуется некоторым параметром X (например, размер обработанной детали, твердость, процентное содержание примесей и т.д.). Изделие может характеризоваться набором параметров, тогда все сказанное ниже справедливо для каждого параметра.

Из-за отклонений режимов технологического процесса и влияния различных внешних причин параметр X подвержен случайным колебаниям. Для изделия, соответствующего установленным требованиям качества, эти колебания не должны превосходить допустимую величину

,

где X_min, X_max – границы поля допуска (нижняя и верхняя соответственно) на параметр X; – допуск (поле допуска) на параметр X.

Поскольку значение параметра X зависит от многих случайных величин, то для конкретного изделия значение этого параметра будет случайным. Следовательно, параметр X может рассматриваться как случайная величина.

Всю совокупность значений нормируемого параметра X изделия, обеспечиваемых в ходе технологического процесса изготовления, можно охарактеризовать статистическими параметрами:

· математическим ожиданием µ,

· дисперсией (стандартным отклонением) D (s).

При отладке технологического процесса за счет проведения комплекса организационно-технических мероприятий добиваются для процесса значений µ и s, обеспечивающих выполнение требований качества к изделию по параметру X. При дальнейшем ходе процесса необходимо выявлять изменения µ и s и выполнять поднастройку процесса (при изменении µ) или подналадку процесса (при изменении s).

Оптимальным является технологический процесс, налаженность и настроенность которого в процессе функционирования неизменны. С точки зрения теории вероятности такой процесс статистически устойчив. На практике это условие не соблюдается. Система технического контроля позволяет более или менее эффективно выявлять возникающие отклонения, на основе чего возможно восстановление характеристик процесса.

Кроме того, поскольку в ходе технологического процесса неизбежно возникает некоторое количество бракованных изделий, задачей технического контроля является предотвращение поступления этого брака потребителю за счет выявления и изъятия бракованной продукции (разбраковка произведенных изделий). На технический контроль могут расходоваться значительные производственные ресурсы. При автоматизации технологических и производственных процессов неизбежно возникает задача автоматизации технического контроля.

Для решения этой задачи в массовом производстве необходимы высокопроизводительные средства. Ввиду постоянства процессов и объектов массового производства эти средства могут быть специализированными или специальными. Все средства автоматизации технического контроля качества технологических процессов можно разбить на две основные группы:

· средства для контроля непосредственно в ходе технологических операций для управления качеством процессов;

· средства для послеоперационного контроля для разбраковки и рассортировки изготовленных изделий.

Рассмотрим основные принципы, используемые для решения сформулированных выше задач на примере механообрабатывающего производства, для которого вопросы технического контроля представляют наибольшую сложность.

2.5.3 Средства для автоматического контроля в процессе обработки

При выполнении механической обработки деталей на станках необходимо обеспечить отклонение обрабатываемых размеров деталей в пределах технического допуска. Поскольку окончательная геометрия детали формируется на финишных операциях, то средства для контроля в процессе обработки созданы в первую очередь для высокоточных финишных операций (шлифование, хонингование).

На рис. 41 показаны принципиальные схемы устройств, предназначенных для контроля диаметров валов в процессе их обработки на круглошлифовальных станках. Устройство на рис. 41, а является одноточечным или одноконтактным. Измерительный рычаг 2 прижимается к поверхности обрабатываемого вала 1 измерительной пружиной, которая на рисунке не показана. В процессе шлифования радиус вала уменьшается, и рычаг поворачивается относительно шарнира 4, установленного в корпусе прибора.

Положение рычага измеряется с помощью датчика перемещений 3, измерительный сигнал которого поступает в информационно-управляющий блок контрольного устройства. Для уменьшения погрешности прибора измерительный рычаг оснащается износостойким измерительным наконечником, контактирующим с обрабатываемым валом. Наконечник выполняется из твердых сплавов или алмазным.

Недостатком одноточечных устройств является существенная зависимость точности измерения от размерной цепи, включающей элементы конструкции станка и реагирующей на силовые и тепловые деформации станка.

При использовании устройство необходимо настраивать на окончательный размер шлифуемого вала. В тот момент, когда шлифуемый вал достигает настроечного размера, информационно-управляющий блок выдает команду системе управления станка для прекращения обработки.

На рис. 41, б показана схема двухточечного (двухконтактного) прибора для контроля в процессе шлифования валов. Прибор имеет два измерительных наконечника 1, которые соединены с подвижными измерительными каретками 2. Для перемещения кареток имеются направляющие 3 (выполнены в виде пружинного параллелограмма). В верхней каретке установлен датчик перемещений, который измеряет взаимное положение кареток.

Корпус измерительного устройства соединен с устройством подвода-отвода 6, основу которого составляет гидравлический цилиндр, управляемый распределителем 5. Устройство может настраиваться на контроль валов разных диаметров. Для этого измерительные наконечники 1 перемещаются относительно кареток 2 и фиксируются в нужном положении.

Двухточечное устройство в меньшей степени реагирует на тепловые и силовые деформации элементов станка и точность его выше по сравнению с одноточечным устройством. Подобные устройства получили широкое распространение для автоматизации контроля и управления шлифованием.

На рис. 41, в представлен вариант конструктивного выполнения двухточечного прибора для контроля в процессе шлифования. Его характеристики совпадают с характеристиками предыдущего прибора.

Рассмотренные схемы являются примерами и не исчерпывают всего многообразия конструктивных схем приборов для контроля валов в процессе обработки. Подобные приборы разработаны и для других видов финишной обработки.

На рис. 42 показаны конструктивные схемы приборов для контроля в процессе шлифования отверстий. Особенностью процессов обработки отверстий (внутреннее шлифование и хонингование) является сложность доступа к контролируемой поверхности из-за размещения внутри отверстия обрабатывающего инструмента (шлифовального круга или хона). В связи с этим предпочтение отдается таким измерительным схемам, при которых чувствительные элементы контрольного устройства, воспринимающие контролируемый размер, занимают минимальный объем.

Наиболее проста одноточечная схема измерения (рис. 42, а). Измерительный рычаг 1 вводит измерительный наконечник в обрабатываемое отверстие. Пружиной наконечник прижимается к обрабатываемой поверхности. Второй конец измерительного рычага 1 воздействует на датчик перемещений 3, создающий измерительный сигнал для информационно-управляющего блока прибора.

Ввод измерительного наконечника в отверстие в начале обработки и вывод его из отверстия в конце обработки производится поворотом корпуса 2 устройства вокруг вертикальной оси.

Измерительные устройства, построенные по двухточечной измерительной схеме (рис. 42, б), требуют большего свободного пространства, однако, как было сказано выше, погрешность измерения при этом существенно снижается. Измерительные рычаги 1 соединены с каретками 2, которые имеют пружинные направляющие 4 для перемещения относительно корпуса 5.

С верхней кареткой соединен датчик перемещений 3. Подвод устройства в рабочее положение в начале обработки и отвод в нерабочее положение в конце производится поворотом корпуса вокруг оси 6.

Поскольку пространство внутри отверстия мало, то измерительные наконечники обычно имеют малую жесткость и их длину приходится ограничивать. Последнее обстоятельство не дает возможности контролировать отверстие на значительном расстоянии от наружного торца.

Известны устройства, построенные по трехточечной измерительной схеме и свободные от указанного недостатка (рис. 42, в). Измерительный рычаг 1 с помощью шарнира крепится к корпусу 5 устройства. Последний вводится внутрь отверстия и базируется по его поверхности опорными наконечниками 2. Корпус через рычаг подвески 4 крепится к станку.

С корпусом 5 соединен датчик перемещений 3, измеряющий положение рычага 1 относительно корпуса 5, которое пропорционально контролируемому изменению диаметра отверстия. Поскольку описанное устройство базируется по контролируемой поверхности, то оно может применяться для контроля глубоких отверстий.

Рассмотренные выше схемы реализуются в различных серийных приборах для контроля в процессе обработки деталей. Для контроля валов часто используется двухточечная схема. Приборы, построенные по этой схеме, часто называют двухконтактными скобами. Конструкция двухточечной настольной индуктивной скобы показана на рис. 43. Измерительные кронштейны 9 несут твердосплавные цилиндрические сменные наконечники 8 и с помощью направляющих и винтов 10 крепятся к измерительным кареткам 12 и 1. Имеются ограничители хода кареток 14. Измерительные усилия кареток создаются с помощью пружин и могут регулироваться эксцентриками 13, изменяющими натяжение пружин.

Нижняя каретка 12 несет индуктивный датчик перемещений 11, измерительный стержень которого упирается в торец настроечного винта 5, соединенного с верхней измерительной кареткой 1. Выбор зазора в резьбе настроечного винта производится с помощью пружины 2 и серьги 3. Ход настроечного винта ограничивается ограничителем 4. Зубчатый валик 6 предназначен для перемещения кронштейнов по направляющим в процессе настройки скобы. Резиновый кожух 7 защищает внутреннюю полость скобы от попадания грязи и жидкости. Скоба крепится винтами к гидравлическому подводящему устройству, устанавливаемому на столе станка. Индуктивный датчик скобы при помощи кабеля с разъемом подключается к отсчетно-командному блоку.

На рис. 44 изображена функциональная схема электронной части прибора. Мостовая измерительная схема, в которую включен индуктивный датчик ИД, питается от электронного генератора с частотой 9–14 кГц через трансформатор Tpl. Выходной сигнал мостовой схемы и сигнал цепочки смещения нуля R2, R2, R3 поступают на сумматор. Алгебраическая сумма сигналов усиливается и выпрямляется фазочувствительным детектором ФЧД. Для предохранения последующих элементов от перегрузки на выходе ФЧД включены диоды Д1 и Д2.

Выпрямленное измерительное напряжение поступает на фильтр низкой частоты ФНЧ. В обычном режиме фильтр работает как усилитель сигнала. При контроле деталей с разрывами измерительной поверхности постоянная времени фильтра увеличивается включением конденсатора С1 выключателем Вк. При этом обеспечивается фильтрация колебаний измерительного сигнала, вызванных разрывами контролируемой поверхности, и высокая точность измерения.

Усиленный измерительный сигнал с фильтра низкой частоты подается на микроамперметр µА, являющийся отсчетным устройством прибора, и на формирователи окончательной ФКО и предварительной ФКП управляющих команд. На выходах формирователей включены электромеханические реле Р2 и РЗ, которые своими контактами управляют исполнительными органами станка.

При подаче предварительной команды уменьшается подача шлифовального станка для обеспечения чистовой обработки. При подаче окончательной команды обработка детали прекращается. Подача окончательной команды должна соответствовать достижению заданного значения диаметра шлифуемого вала.

Момент подачи команд может настраиваться в зависимости от условий обработки, для чего предусмотрены органы настройки. Кроме того, предусмотрена регулировка чувствительности (цены деления) прибора и нуля его шкалы. Все элементы прибора питаются от стабилизированного блока СПБ. Режим работы прибора индицируется сигнальными лампами Л1, Л2, ЛЗ. Электронная часть прибора имеет блочный печатный монтаж, что повышает его надежность и облегчает ремонт. Принятые в приборе конструктивные и схемные решения достаточно типичны для многих отечественных и зарубежных устройств аналогичного назначения.

Для установки двухконтактных измерительных скоб приборов автоматического контроля на автоматических или полуавтоматических кругло-шлифовальных станках предназначено гидравлическое подводящее устройство. Применение такого устройства позволяет автоматизировать подвод скобы для измерения шлифуемой детали и осуществить возврат скобы в исходное положение с целью освобождения рабочей зоны при удалении обработанной детали и установке в центре станка очередной заготовки.

Пример конструкции подводящего устройства показан на рис. 45. Корпус скобы 2 крепится винтами к кронштейну 4 подводящего устройства. Кронштейн 4 винтами 5 закреплен на скалке 7, которая с помощью планки соединена с поршнем 1 гидравлического цилиндра 3. Гидроцилиндр 3 установлен на основании 17, которое закрепляется на столе шлифовального станка.

При перемещении скобы направляющий стержень 13, пропущенный с небольшим зазором через втулку 9, предотвращает конструкцию от поворота вокруг оси поршня. Рабочий ход в направлении контролируемой детали ограничивается призмой 8 и нерегулируемым упором 12, надежное прижатие сферического торца которого к граням призмы обеспечивает точную и стабильную фиксацию скобы на измерительной позиции.

Управление подводом и отводом скобы производится от цикловой системы управления процессом шлифования в соответствии с фазами автоматического цикла шлифования.

В исходном положении шлифовальной бабки масло из напорной магистрали гидросистемы станка нагнетается в левую полость гидроцилиндра 3, а из противоположной полости направляется на слив. Благодаря этому, поршень 1 перемещается вправо и прижимается к пружинному кольцу 6, ограничивающему его перемещение, а измерительная скоба 2 удерживается в исходном положении.

На первой фазе автоматического цикла осуществляется ускоренный подвод шлифовальной бабки к обрабатываемой детали. По окончании подвода происходит реверсирование потоков рабочей жидкости, и правая полость гидроцилиндра сообщается с напорной магистралью, а левая – со сливной. Благодаря этому, поршень 1 со скобой 2 плавно движется в сторону обрабатываемой заготовки, и скоба занимает рабочее положение для контроля диаметра шлифуемого вала.

Команда на отвод шлифовальной бабки и измерительной скобы в исходное положение формируется иформационно-управляющим блоком прибора автоматического контроля в момент достижения заданного размера детали. Давление из напорной магистрали подается в левую полость гидроцилиндра и обеспечивается слив масла из противоположной полости. В результате измерительная скоба возвращается в исходное положение.

Приборы для контроля в процессе обработки разнообразны и разработаны для многих финишных операций механической обработки. Разработкой и производством таких приборов занимаются многочисленные специализированные фирмы и организации.

2.5.3 Автоматизированные приборы и контрольные
автоматы

Для послеоперационного контроля изготовленных изделий, их разбраковки и сортировки в автоматизированном производстве используются автоматизированные и автоматические контрольные средства. Автоматизированные средства в большинстве случаев выполняются в виде многомерных приборов с встроенной логикой для обработки измерительной информации, поступающей от датчиков прибора, что позволяет существенно повысить производительность контрольных операций и их объективность.

Максимальную производительность контрольных операций позволяют обеспечить контрольные автоматы. Такие автоматы могут использоваться как для простой разбраковки (удаление бракованных изделий из поставки потребителю) изделий, так и для их сортировки на группы по некоторому контролируемому параметру.

Автоматы проектируются под определенный объект контроля, параметры которого могут варьироваться в ограниченных пределах. Многообразие объектов контроля порождает и многообразие конструкций контрольно-сортировочных автоматов. При реализации автоматов используются различные подходы и конструктивные схемы, выбор которых зависит от целого ряда условий как связанных с технологическим процессом, так и от него не зависящих.

Рассмотрим примеры построения контрольных автоматов для контроля деталей в технологических процессах механической обработки. На рис. 46 показана принципиальная схема построения контрольного автомата для разбраковки цилиндрических роликов по длине, использующегося в подшипниковой промышленности в автоматических линиях по производству подшипников качения.

В выемки транспортирующего диска 1 загружаются контролируемые ролики 2. При вращении транспортирующего диска ролики переносятся в измерительное пространство клиновидного калибра 3, образованного боковыми поверхностями двух конических дисков. В том месте, где расстояние между дисками равно длине l контролируемого ролика 2, последний застревает и начинает двигаться вместе c калибром, имеющим более высокую скорость вращения, чем транспортирующий диск. Радиус R застревания ролика однозначно зависит от его длины l. Застрявшие ролики снимаются ножами 4. Нож снимает только те детали, длина которых больше расстояния между стенками калибра в месте установки ножа. В зависимости от числа съемных ножей меняется число сортировочных групп.

Описанный датчик применяется для сортировки роликов длиной 10–25 мм, диаметром до 3 мм на группы с допуском 0,2 мм. Производительность контроля достигает до 10000 шт/час. Автомат прост по конструкции, однако возможности его существенно ограничены.

Наиболее общим принципом построения контрольно-сортировочных автоматов является использование в их составе измерительной позиции, снабженной датчиками контролируемых параметров объекта. Измерительные сигналы от этих датчиков обрабатываются логическим устройством информационно-управляющего блока автомата, в результате чего контролируемое изделие относится к той или иной группе. Исполнительный механизм автомата направляет прошедшее контроль изделие в соответствующую группу.

Пример построения измерительных позиций автомата для контроля размеров деталей показан на рис. 47. Измерительная позиция на рис. 47, а предназначена для контроля и сортировки бочкообразных роликов по диаметру на 48 размерных групп. Позиция на рис. 47, б обеспечивает контроль ролика по длине. Пределы измерения диаметров и высоты роликов 5–10 мм.

При контроле диаметра (рис. 47, а) ролик 2 базируется на столике 1 по нижнему торцу и образующей. Изменение диаметра ролика воспринимается измерительным стержнем 3, подвешенным на пружинных направляющих к каретке 4. Перемещения измерительного стержня с помощью рычага 5 передаются на фотоэлектрический датчик 9, закрепленный на второй каретке 8. Измерительное усилие обеспечивает пружина 7.

Ход измерительного стержня ограничивается регулируемым упором 6. Настройка измерительной головки по диаметру производится перемещением каретки 4 относительно каретки 8 в горизонтальном направлении при помощи микрометрической пары 12. Для установки измерительного наконечника по высоте можно перемещать всю каретку 8 относительно неподвижного кронштейна 11 с помощью микрометрической пары 10. Таким образом, используя эту пару можно установить необходимое контролируемое сечение по высоте ролика, а с помощью микрометрической пары 12 – произвести согласование диапазона измерения и настроечных границ датчика 9 с диапазоном изменения диаметров контролируемых роликов.

В измерительной головке для контроля высоты (рис. 47, б) ролик 1 базируется нижним основанием на столик. Изменение высоты ролика воспринимается измерительным рычагом 2 и передается на электроконтактный датчик 6. Измерительное усилие создается пружиной 8. Перемещения рычага oгpaничены регулируемым упором 7. Для настройки измерительной головки каретка 4, несущая измерительный рычаг и электроконтактный датчик, сделана подвижной относительно кронштейна 3. Настроечные перемещения каретки создаются микрометрической парой 5.

В качестве примера автомата, построенного с использованием описанного принципа, рассмотрим автомат для сортировки игольчатых роликов диаметром 1,6–3 мм и длиной 8–30 мм на три группы по длине (плюсовая, минусовая и годная) и на 12 групп по диаметру (плюсовая, минусовая и десять годных).

Конструктивная схема автомата приведена на рис. 48. Засыпанные в бункер 5 ролики, с помощью непрерывно вращающегося диска, подаются в приемник 4. При совпадении паза транспортирующего диска 3 с окном приемника очередной ролик западает в него и перемещается на позицию измерения длины. Измерение длины производится с помощью электроконтактного датчика 2. В случае брака открывается заслонка сортировочного устройства, и ролик проваливается в один из отсеков брака по длине. Годные ролики транспортируются далее на позицию измерения диаметра.

Контроль роликов по диаметру производится с помощью фотоэлектрического датчика 1. Датчик контролирует отклонение диаметра ролика, сравнивает результат с предельными размерами сортировочных групп и выдает сигнал, идентифицирующий принадлежность ролика к определенной размерной группе.

Результаты измерения в виде сигнала магнитной головкой записываются на магнитной ленте, укрепленной на диске, который вращается синхронно с транспортирующим диском. Сигналы считываются воспроизводящими головками, включенными на входы усилителей, соответствующих определенной сортировочной группе.

На выходе каждого усилителя включен электромагнит сортировочного устройства, который срабатывает только в том случае, когда записанный на магнитную ленту сигнал будет проходить перед воспроизводящей головкой. Электромагниты открывают заслонки 6 в тот момент, когда над ними проходит ролик соответствующей группы.

Электромагнит при срабатывании открывает заслонку и ролик проваливается по лотку в соответствующий отсек. За последней воспроизводящей головкой расположена стирающая головка, которая удаляет записанные сигналы. Захват, измерение и сортировка роликов производятся на ходу при непрерывном вращении транспортирующего диска.

Автомат обеспечивает сортировку роликов по диаметру с погрешностью 0,5 мкм при производительности 10000 роликов в час. Такая высокая производительность характерна для массового производства.

С использованием аналогичных принципов строятся автоматы для контроля изготовленных изделий по другим нормируемым параметрам. Например, известны автоматы для контроля твердости термообработанных деталей, автоматы для контроля дефектов поверхности и структуры изделия и др.

Жесткая автоматизации эффективна в массовом производстве, доля которого по современным оценкам составляет, как отмечалось ранее, например, для машиностроения 15–20 % от общего объема производства. В то же время, при выпуске специальных и специализированных средств жесткой автоматизации в условиях гибких автоматизированных производств, сроки их поставки и стоимость уменьшаются, что расширяет возможности применения таких средств.

3 Гибкая автоматизация: Гибкие производственные модули, гибкие производственные системы, интегрированные производства

3.1. Гибкое автоматизированное производство и гибкие
производственные системы

Гибкая автоматизация эффективна для серийного многономенклатурного производства. По мере совершенствования гибких автоматизированных производств снижается планка требований к объему партии выпуска продукции. В перспективе такие производства могут быть эффективными и для индивидуального производства продукции.

При комплексной автоматизации производственных процессов возникает необходимость автоматизации физических, управленческих, информационных и творческих функций человека в производстве. Для этой цели используются различные автоматизированные системы:

ГПС – гибкая производственная система для автоматизации технологических процессов;

САПР – система автоматизации проектирования;

АСНИ – автоматизированная система научных исследований;

АСТПП – автоматизированная система технической подготовки производства;

АСУП – автоматизированная система управления производством;

АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом.

Комплексное применение этих систем предполагает автоматизацию обмена информацией между ними за счет использования единых баз данных и реализацию принципов безбумажной технологии. Все эти системы широко используют средства вычислительной техники для автоматизации обработки информации и управления различного уровня.

Комплексно автоматизированное производство (рис. 49), основанное на принципах гибкой автоматизации, называют гибким автоматизированным производством (ГАП), а в будущем это производство может превратится в полностью автоматическое производство. В зарубежной технической литературе такое производство часто называют интегрированным производством, поскольку в нем осуществляется интеграция различных высокоавтоматизированных производственных систем.

Экономическая эффективность гибкого автоматизированного производства может быть оценена годовым экономическим эффектом от внедрения ГАП

,

где N - объем годового выпуска продукции; – сумма затрат на оплату труда производственных и вспомогательных рабочих, ИТР и обслуживающего персонала; на наладку оборудования; на амортизацию и текущий ремонт оборудования; на износ инструмента и приспособлений; на энергию; на освоение производства и потери от брака; – единовременные затраты до и после внедрения ГАП, учитывающие затраты на оборудование, систему управления, автоматизированную транспортно-накопительную систему, систему инструментального обеспечения, технологическую оснастку, производственные и вспомогательные площади и прочие единовременные затраты; – социальный эффект на одного высвобождаемого работника; – число высвобождаемых работников

,

– трудоемкость комплекта продукции до и после внедрения ГАП соответственно; – годовой фонд времени одного рабочего.

Повышение производительности труда

, .

Технологическую основу гибкого автоматизированного производства составляют гибкие автоматизированные производственные системы. Основные понятия, связанные с такими системами стандартизированы.

ГПС – совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, 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.

Определение ГПС отражает ее свойство гибкости, позволяющее производить изделия произвольной номенклатуры. По принципу организации ГПС делятся на: гибкие автоматизированные линии (ГАЛ); гибкие автоматизированные участки (ГАУ) и гибкие автоматизированные цехи (ГАЦ). Гибкие автоматизированные линии строятся на основе технологического маршрута изготавливаемой продукции. Гибкие автоматические участки обычно создаются на основе единства обрабатывающего оборудования.

Для сравнения гибкости разных вариантов ГПС можно использовать индекс гибкости

,

где М – номенклатура изготавливаемых изделий, k – доля впервые изготавливаемых изделий (коэффициент обновления), n – средний объем изготавливаемой партии.

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 изготовлением продукции, 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.

Если определение ГПМ предполагает его гибкость, то определение РТК не связано непосредственно с понятием гибкости и предполагает автоматическое многократное повторение определенного рабочего цикла.

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

В составе ГПС можно выделить следующие автоматизированные системы:

· автоматизированная транспортно-накопительная система (АТНС), которую, в свою очередь, можно разделить на автоматизированную складскую систему (АСС) и автоматизированную транспортную систему (АТС);

· автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);

· система автоматизированного контроля (САК);

· автоматизированная система удаления отходов (АСУО);

· автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ГПС).

Обобщенная компоновка ГПС приведена на рис. 50. В составе ГПС можно выделить гибкие производственные модули ГПМ, автоматизированную складскую систему АСС (автоматизированный склад), автоматизированную транспортную систему АТС и автоматизированную систему управления АСУ ГПС. При небольших масштабах ГПС АСС и АТС могут рассматриваться в виде единой транспортно-накопительной системы АТНС.

Гибкие модули ГПМ реализуют основные и вспомогательные операции технологического процесса и могут иметь разное назначение: выполнение механической обработки; термическая обработка; окраска и гальванические покрытия; сборка; технический контроль изделий и другие технологические операции. На уровне модулей могут использоваться роботизированные технологические комплексы РТК, оборудование с ЧПУ и отдельные единицы другого автоматического технологического оборудования.

В составе ГПМ можно выделить основное оборудование ООб (станок, технологическая установка и др.) и вспомогательное оборудование ВОб. ООб служит для выполнения основных технологических операций для данного ГПМ, а ВОб обеспечивает автоматическое функционирование основного оборудования путем автоматизации, например, загрузки-разгрузки основного оборудования.

В качестве вспомогательного оборудования модулей могут использоваться промышленные роботы (ПР), автоматические манипуляторы, приемно-передающие столы и т.д. Оборудование ГПМ управляется от локальной системы автоматического управления СУ ГПМ, которая обеспечивает автоматическое выполнение требуемого рабочего цикла оборудования.

Автоматизированный склад обеспечивает накопление и хранения заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, инструмента, технологической оснастки и других предметов и материалов, необходимых для осуществления техпроцесса. Вместо одного склада в больших системах могут использоваться несколько складов и промежуточных накопителей. В этом случае уместно говорить об автоматизированной складской системе (АСС). Как правило, автоматизированный склад имеет локальную систему управления.

Автоматизированная транспортная система АТС обеспечивает материальные потоки внутри ГПС и в ее составе можно выделить транспортные средства ТрС, транспортную магистраль ТМ и локальную систему управления СУ. Конфигурация материальных потоков определяется транспортной магистралью ТМ, которая может иметь физическую реализацию в виде конвейеров, рельсовых путей и др., или реализовываться в виде логической организации маршрутов гибких автоматизированных транспортных средств.

АТС обеспечивает решение задач межоперационного транспорта, внутри участкового транспорта или внутрицехового транспорта. Взаимодействие АТС с ГПМ осуществляется через локальные накопители Н модулей. Наличие таких накопителей делает возможным режим асинхронной работы ГПМ и АТС, что дает определенные преимущества.

Общее управление в ГПС осуществляет АСУ ГПС, которая является двухуровневой иерархической системой (может быть и большее число уровней). Нижний уровень иерархии образуют локальные системы управления СУ конкретным оборудованием, обеспечивающие управление рабочим циклом этого оборудования. Верхний уровень АСУ ГПС осуществляет управление производственным циклом ГПС в целом.

Обмен информацией между локальными СУ и верхним уровнем в процессе управления производится с использованием информационной магистрали АСУ ГПС, которая может иметь разную реализацию. Соединение локальных СУ с магистралью АСУ ГПС производится с использованием устройств сопряжения с объектом УСО.

В рамках рассмотренной структуры реализуются названные выше функциональные автоматизированные системы ГПС: АТНС, АСИО, САК, АСУО, АСУ ГПС. Состав реализованных в конкретной ГПС функциональных автоматизированных систем и объем реализации каждой системы определяют уровень автоматизации ГПС в целом и ее гибкость.

ГПС используются в различных производствах. При этом их состав соответствует описанному, а отличаются они типом технологических процессов и используемым технологическим оборудованием. Так, например, гибкие системы химического производства реализуют химико-технологические процессы.

Гибкая автоматизированная производственная система химического предприятия – интегрированная система, состоящая из гибких химико-технологических подсистем, гибких подсистем транспорта и гибких подсистем складов, связанных материальными, энергетическими и информационными потоками, и функционирующая в режиме реального времени под управлением ЭВМ.

Существенной особенностью гибких химико-технологических систем (ХТС) является непостоянство ассортимента производимой продукции, что является причиной изменения их аппаратурного состава, конструкций аппаратов, технологических операций и их порядка. Это влечет за собой изменение значений режимных параметров, технологической и организационной структуры.

На рис. 51 показан пример гибкой ХТС с перестраиваемой структурой. Эта система состоит из трех технологических аппаратов R1, R2 и R3 периодического действия. В системе производятся два продукта П1 и П2.

При производстве продукта П1 используется система последовательной структуры (рис. 51, а), а при производстве продукта П2 – параллельно-последовательная структура (рис. 51, б). Перестройка структуры должна производиться в автоматизированном режиме под управлением АСУ ТП.

Непосредственное управление технологическим процессом ХТС осуществляет АСУ ТП. Эта система решает ряд задач управления, которые образуют свою иерархию. Нижний уровень АСУ ТП представлен подсистемами информационного контроля и автоматического регулирования режимных параметров технологических процессов.

Второй уровень управления образуют задачи управления сменой функциональных состояний технологических аппаратов периодического действия (задача циклового управления). Верхний уровень задач АСУ ТП представляют задачи управления взаимодействием технологических аппаратов и материальными потоками (например, транспортированием реакционной массы из одних аппаратов в другие).