Гибкое производство - новая концепция в машиностроении

Станки благодаря ЧПУ стали автоматическими. Однако такая автоматизация, повысив их производительность, не дала решающего роста производительности труда в целом в машиностроении. И это несмотря на значительное повышение мощности отдельных станков и их точности. Это обусловлено следующими причинами.

При традиционной организации производства детали находятся в механообрабатывающих цехах только 1% времени создания и производства продукции. Удельный же вес нахождения детали на станке составляет всего лишь 5% нахождения её в цехе. В свою очередь только 25-30% общего времени нахождения детали на станке затрачивается непосредственно на обработку резанием. На протяжении десятилетий усилия станкостроителей, машиностроителей и исследователей в основном были направлены на уменьшение времени нахождения детали на станке и в цехе. С этой целью оптимизировались режимы резания, совершенствовались конструкции режущих инструментов и инструментальные материалы, автоматизировались рабочие циклы станков. Между тем практически вне круга интересов инженеров и исследователей оставались другие этапы создания и производства продукции. Именно этим можно объяснить недостаточно высокий уровень организации труда на ряде машиностроительных предприятий.

Другая причина заключается в том, что вновь внедряемому прогрессивному оборудованию не создаётся соответствующая производственная обстановка и организация труда. Это связано опять же с традиционным, исторически сложившимся подходом: сначала создаётся новое оборудование, под него проектируется новая технология, а затем новая организация труда, которая, являлась третьей в очерёдности, не успевает перестроиться. В результате автоматизация оборудования идёт в отрыве от всего комплекса производственных задач. Часто при введении новых станков оставляют "старый" технологический процесс. Нередко новые станки становятся только "фасадом", прикрывающим устаревшую технологию производства, если организация производства не обеспечивает их эффективного использования.

Гибкое производство радикально изменяет традиционные, выработанные годами подходы к организации производства. Поточная технология, в основе которой заложена дифференциация процесса обработки деталей на многочисленные операции и переходы, выполняемые на различных станках, к середине 60-х годов потеряла свои экономические преимущества, т.к. продукция стала значительно сложнее и её ассортимент стал изменяться чаще.

Настало время выбирать между дальнейшей специализацией станков с автоматизацией вспомогательных операций и созданием универсальных многоцелевых станков с ЧПУ с тем, чтобы деталь централизованно полностью отрабатывалась на одном станке. Выбор был сделан, появились обрабатывающие центры, а затем и ГПС.

В своём развитии ГПС шли через ряд этапов, которые связаны с различными уровнями автоматизации процесса производства. Можно выделить четыре таких уровня.

Первый уровень автоматизации предполагает, как правило, управление последовательностью и характером движений в процессе обработки с целью получения заданной формы, размеров и качества поверхности обрабатываемой детали. Наибольшее воплощение этот уровень нашёл в технологическом оборудовании с ЧПУ.

На втором уровне автоматизации кроме цикла обработки осуществляется автоматизация установки, закрепления, раскрепления и снятия деталей со станка - автоматизация загрузки.

Третий уровень кроме автоматизации цикла обработки и загрузки деталей предполагает автоматическое выполнение следующих функций, ранее выполняемых станочником:

- контроль за состоянием инструмента и своевременная его замена;

- контроль качества обработки (размеров, точности формы и взаимного расположения поверхностей и т.д.);

- контроль и подналадка хода технологического процесса на основе адаптивного управления;

- контроль за состоянием работоспособности станка;

- выполнение вспомогательных функций, например удаление стружки.

Четвёртый уровень автоматизации предлагает автоматическую переналадку оборудования на обработку изделия другого наименования. То есть автоматически переналаживаются станки, приспособления, инструмент, циклы и режимы обработки, загрузочные устройства, контрольные системы и т.д.

Таким образом, сущность концепции гибкого автоматизированного производства состоит в том, что оно позволяет переходить с выпуска одного изделия на выпуск другого без переналадки оборудования или с переналадкой, осуществляемой параллельно без остановки выпуска текущего изделия.

Отличие новой концепции от традиционной состоит в том, что она позволяет полностью интегрировать весь производственный цикл - от идеи до выпуска готовой продукции - путём автоматизации всего комплекса конструкторских работ, технологических процессов и функций управления на базе ЭВМ, причём как в единичном, серийном, так и в массовом производствах. Эта концепция начала применяться в металлообработке и получает распространение в сборке и других видах производства, таких как заготовительное, испытание продукции и др.

Лекция 2

План:

1. Основные понятия и определения, относящиеся к гибкому производству.

2. Место ГПС в механообрабатывающем производстве.

Основные понятия и определения, относящиеся к гибкому производству

В технической литературе у нас и за рубежом наибольшее распространение получил термин "гибкая производственная система" (ГПС в Россиии и Италии, FFS в ФРГ, FMS в США). Используются термины: "гибкая автоматизация", "гибкий производственный комплекс" (Япония); "гибкий цех" (Франция); "автоматизированное мелкосерийное производство" (ASP, Англия); "вариационная производственная система" или " система с изменяемой производственной задачей" (VMS, США); " производственная система, интегрированная с помощью ЭВМ" (CIM, США); "автоматизированная с помощью ЭВМ система" (СТАМ, ФРГ).

Программируемая автоматизация широко распространилась в конструкторских работах, в подготовке и планировании производства. У нас созданы системы автоматизированного проектирования - САПР. За рубежом их называют "CAD" (Computer Aided Design), что означает "конструирование с помощью ЭВМ". К САПР относится и понятие АРМ - автоматизированное рабочее место. САПР может применяться для решения технологических задач. Такая технологическая САПР получила название "автоматизированная система технологической подготовки производства" (АСТПП); для управления предприятием - "автоматизированная система управления предприятием" (АСУП). В зарубежной практике используется для всех этих систем один термин - "CAM"(Computer Aided Manufacturing), что означает "использование ЭВМ в производстве".

В зарубежной практике наиболее употребляемым термином является "CAD-CAM", который может приравниваться к "САПР+АСТПП+АСУП". Обобщающим термином является "CIM" (Computer Integrated Manufacturing), т.е. "компьютерная интеграция производства".

Основными характеристиками гибкого производства являются - степень автоматизации, степень гибкости и уровень интеграции.

Степень автоматизации - это показатель, равный отношению объёмов работ, выполняемых без участия и с участием человека, или соотношение времени "безлюдной" работы и времени работы системы, когда требуется какое-либо участие человека. Этот показатель включает и степень надёжности работы системы, которая определяется соотношением времени работы и простоев системы, вызванных отказом оборудования, систем управления, ЭВМ и других компонентов системы.

Степень гибкости - это фактически мобильность, определяемая объёмом затрат, с которыми можно перейти на выпуск новой продукции, а также разнообразием номенклатуры изделий, обрабатываемых одновременно или поочерёдно.

Уровень интеграции - это показатель количества различных производственных задач, функций, которые увязываются в единую систему и управляются центральной ЭВМ. Это - конструирование, технологическая подготовка производства, обработка, сборка, контроль, испытания, делопроизводство, ремонт и содержание оборудования и др.

Основные понятия и определения, относящиеся к ГПС, содержаться в ГОСТ 26228-85 "Системы производственные гибкие. Термины и определения".

ГПС - это несколько единиц технологического оборудования, снабжённого средствами и системами, обеспечивающими функционирование оборудования в автоматическом режиме, при чём ГПС обладает свойством автоматизированной переналадки при переходе на производство новых изделий в пределах заданной номенклатуры. По организационным признакам ГПС подразделяются на следующие виды: гибкая автоматизированная линия (ГАЛ); гибких автоматизированный участок (ГАУ); гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) и гибкий автоматизированный завод (ГАЗ). ГАЛ и ГАУ состоят из гибких производственных модулей (ГПМ), роботизированных технологических комплексов (РТК) или (и) отдельных единиц технологического оборудования.

ГПМ- это единица технологического оборудования, оснащенная автоматизированным устройством программного управления и вспомогательными устройствами, способная функционировать автономно а также имеющая возможность встраивания в систему более высокого уровня. Разновидностью ГПМ является роботизированный технологический комплекс (РТК). Это совокупность единицы технологического оборудования, промышленного робота(ПР) и другиих средств оснащения, которая способна автоматически осуществлять многократные циклы обработки по программе. В общем случае в ГПМ входят накопители, приспособления-спутники (паллеты), устройства загрузки и разгрузки, в том числе промышленные роботы и манипуляторы, устройства замены технологической оснастки, автоматизированного контроля, дииагностики и переналадки, удаления стружки и другие устройства.

Таким образом, организационную структуру ГПС укрупненно можно представить следующим образом (рис. 2.1).

Структурной особенностью ГАЛ является расположение технологического оборудования в соответствии с принятой последовательностью выполнения технологических операций (рис. 2.2).

В ГАУ предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования (рис. 2.3).

ГАУ подразделяются по функциональному назначению на передельно-технологические, реализующие определённые технологические переделы - заготовительные, пластической деформации, мехобработки, сварочные, сборочные и т.д. и предметно-замкнутые - для обработки корпусных деталей, тел вращения, зубчатых колёс и т.д.

Простейший ГАУ (рис. 2.4) состоит из несколько станков типа ОЦ, общего перегружателя заготовок, закреплённых на паллетах. Каждый станок имеет свой комплект паллет.

Опыт создания различных ГПС показывает что варианты компоновок ГАУ сводится к следующим 4 видам (рис. 2.5):

а) с продольным расположением ГПМ относительно транспортной магистрали;

б) с поперечным расположением ГПМ, примыкающих к центральному складу;

в) с диагональным расположением ГПМ относительно транспортной магистрали;

г) с кольцеобразным расположением ГПМ относительно терминального узла транспортной системы.

На первых этапах освоения эффективной оказалась кольцеобразная компоновка, как наиболее удобная для наблюдения и переналадки. Схема с жёстким примыканием ГПМ к автоматическому складу является наиболее простой по набору технических средств, но недостаточно гибка. Наибольшей гибкостью обладают структуры с робокарами.