Гибкие производственные модули

ГПМ является автоматической технологической ячейкой для выполнения различных техноло гических и производственных процессов (рис. 86). Из внешней технологической среды в ячейку поступают объекты обработки, инструмент, технологическая оснастка, технологические материалы и управляющие программы. Результатом работы ячейки являются изготовленная продукция, технологические отходы и информация.

Характерной особенностью ГПМ является использование принципа программного управления, обеспечивающего программную перестройку модуля при замене выпускаемой продукции. Этим обеспечивается гибкость модуля.

Стандарт дает следующее определение гибкого производственного модуля. Гибкий производственный модуль – 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.

Прежде всего, ГПМ можно разделить по технологическому признаку, в зависимости от назначения: механическая обработка, сварка, окраска, сборка, технический контроль и т.д. Назначение модуля определяеттип используемого в его составе оборудования и особенности компоновки.

В составе ГПМ можно выделить:

· основное технологическое оборудование, реализующее технологические операции, закрепленные за модулем;

· вспомогательное оборудование, обеспечивающее автоматизацию обслуживания основного оборудования;

· устройство связи с внешним материальным потоком (например, с автоматизированной транспортной системой), позволяющее передавать модулю материальные объекты и получать их из модуля (например, локальный накопитель заготовок в составе модуля);

· локальную систему управления, обеспечивающую заданный автоматический рабочий цикл модуля и возможность его перепрограммирования;

· устройство связи локальной системы управления с АСУ ГПС и другими системами.

Состав оборудования ГПМ позволяет автоматически выполнять технологический процесс, программно перестраивать модуль при смене изготавливаемой продукции и встраивать модуль в более сложные технологические системы.

На рис. 87 приведен пример типового ГПМ для механической обработки корпусных деталей, построенного на базе обрабатывающего центра ИР-500МФ4, который рассматривался ранее. В модуле могут обрабатываться сложные детали габаритами до 500´500´500 мм. При этом время обработки одной детали значительно и лежит в пределах от одного до нескольких часов.

В составе модуля можно выделить: обрабатывающий центр 1, шкаф силового электрооборудования 2, электронный блок контрольно-измерительного устройства 3, устройство ЧПУ 4, восьмиместный накопитель спутников 5, приемно-передающий стол 6, автоматическое технологическое приспособление для базирования и закрепления спутников на столе станка 7, инструментальную кассету 8.

Обрабатывающий центр оснащается автоматическим транспортером для удаления стружки, автоматическим ограждением рабочей зоны и измерительной головкой для контроля точности обработки.

Обрабатываемые заготовки на подготовительном участке устанавливаются на приспособления-спутники, базируются и закрепляются на них. Подготовленные комплекты доставляются к локальному накопителю 5 ГПМ и поочередно устанавливаются в каждую из восьми его позиций.

Код поступившего в накопитель спутника считывается кодовым датчиком, что позволяет идентифицировать обрабатываемую заготовку. В устройство ЧПУ загружается соответствующая управляющая программа.

В модуле использован накопитель карусельного типа с шаговым приводом для поворота. Для загрузки заготовки на станок накопитель поворачивается в позицию, при которой спутник с нужной заготовкой оказывается против приемной позиции приемно-передающего стола 6. После этого спутник с помощью механизма приемно-передающего стола перемещается на приемную позицию последнего, который поворачивается на 180°.

Стол станка перемещается в крайнее правое положение, в результате чего направляющие технологического приспособления станка и приемно-передающего стола совмещаются. Спутник перемещается в технологическое приспособление и закрепляется. После этого стол станка отводится в позицию обработки и начинается обработка.

Во время обработки происходит загрузка очередного спутника на свободную позицию приемно-передающего стола. По завершению обработки спутник с обработанной деталью возвращается на приемно-передающий стол. Последний поворачивается на 180° и выполняется очередной цикл загрузки станка. Одновременно спутник с обработанной деталью удаляется в накопитель. Все описанные действия выполняются автоматически.

Для автоматической замены инструмента в магазине станка используется инструментальная кассета 8, которая на инструментальном участке укомплектовывается необходимым инструментом, устанавливается на спутнике и в потоке спутников с заготовками доставляется в накопитель станка. При необходимости замены инструмента (определяется управляющей программой) спутник с кассетой передается на стол станка и отрабатывается программа обмена инструмента из кассеты и магазина станка.

В процессе обмена шпиндель станка своим конусом захватывает коническую оправку инструментальной наладки, движением вверх вынимает ее из кассеты и перемещается в зону инструментального манипулятора. Последний вынимает из шпинделя инструмент и помещает его в свободное гнездо инструментального магазина. Одновременно манипулятор может переместить ненужный инструмент из магазина в шпиндель станка.

Шпиндель станка перемещается к инструментальной кассете и укладывает инструмент в свободный ложемент кассеты. После этого шпиндель станка может выбрать из кассеты очередной инструмент для передачи в инструментальный магазин. Так происходит до окончания выбора всех инструментов в кассете. В кассету помещается
10 инструментов.

Описанный модуль может использоваться как в составе ГПС, так и автономно. Автономная работа модуля обеспечивается наличием локального накопителя. При автономной работе модуль может функционировать в необслуживаемом режиме в вечернюю и ночную смены, что позволяет существенно увеличить коэффициент загрузки оборудования.

Особенностью ГПМ является возможность его автоматизированной перестройки при изменении объекта и технологического процесса обработки. Основной принцип при этом – программная перестройка за счет смены управляющей программы устройства управления. Такой принцип позволяет автоматизировать многономенклатурное мелкосерийное производство и существенно увеличить производительность труда.

В обычном мелкосерийном производстве коэффициент использования рабочего времени составляет около 30 %. При использовании ГПМ появляется возможность круглосуточной работы, в том числе и без обслуживающего персонала в ночную смену. В результате, коэффициент использования годового фонда времени может возрасти до 98 %, а размеры предприятия могут быть сокращены в два – три раза.

Гибкие производственные модули и гибкие производственные системы на их основе становятся основным средством производства в машиностроении и металлообработке. Оборудование для них производится во всех промышленно развитых странах. Пример сложного механообрабатывающего ГПМ с промышленным роботом, выполняющим вспомогательные и транспортные операции показан на рис. 88.

В состав ГПМ входит обрабатывающий центр 1 и два автоматических станка 2 и 4. Их обслуживает робот 3, имеющий возможность перемещения вдоль станков по направляющим 5. Робот выполняет загрузку-разгрузку станков и операции межстаночного транспорта. Для взаимодействия с внешней транспортной системой используются столы 6.

Гибкие производственные модули могут применяться для автоматизации различных процессов в различных видах производств. Все эти модули основаны на единой концепции гибкой технологической ячейки. Рассмотрим в качестве примера использование модулей в малотоннажном химическом производстве, где находят применение гибкие аппаратурные модули.

Гибкий аппаратурный модуль – это относительно автономная химико-технологическая система, способная функционировать как самостоятельно, так и в комбинации с другими, подобными ей по принципу организации системами. Аппаратурный модуль состоит из быстро и легко заменяемых основных и вспомогательных технологических аппаратов, которые, в свою очередь, играют роль модулей более низкого уровня.

Аппаратурный модуль обычно проектируют для нескольких технологических процессов. Для этого аппаратурно подобные процессы объединяют в группы, и для каждой из этих групп проектируют гибкий аппаратурный модуль. Модули создаются как для отдельных операций, так и для их групп.

Унифицированный модуль для реализации процессов тонкого органического синтеза показан на рис. 89: 1 – мерники с якорной мешалкой и греющей рубашкой; 2 – дозирующие насосы; 3 – реактор емкостного типа с лопастной мешалкой и рубашкой; 4 – отстойник; 5 – насадочная колонна, 6 – сборники.

Модуль позволяет производить разные продукты по отличающимся технологическим процессам, что определяет его гибкость. Управление технологическим процессом осуществляется от АСУ ТП. Автоматическое регулирование режимных параметров реализуется на ЭВМ с использованием классических законов ПИ- или ПИД - регулирования. Требуемый закон формируется программно из типовых программных модулей.

Модульный принцип аппаратурного оформления гибких химико-технологических систем заключается в использовании модулей различных уровней иерархии. Модули самого нижнего уровня представляют собой легко заменяемые конструкционные элементы технологических аппаратов. Из модулей нижнего уровня компонуют аппараты, которые, в свою очередь, являются модулями следующего уровня иерархии. Они имеют необходимые средства для коммутации с другими аппаратами. Комбинируя эти аппараты, формируют аппаратурные модули в виде простейших химико-технологических систем. Из аппаратурных модулей подобным же образом формируют химико-технологические системы любой сложности.

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГПМ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ