Выбор объектов гибкого автоматизированного производства
Лекция 2
Выбор объектов гибкого автоматизированного производства
Под объектом автоматизированного производства понимается совокупность изделий, изготовляемых по различным технологическим процессам, на разных стадиях производства.
Как известно, изделия подразделяются на детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты. Экономически целесообразно создание ГПС для полного изготовления изделий или сборочных единиц. В этом случае сокращается производственный цикл и уменьшается объем незавершенного производства. Однако в настоящее время наибольшее распространение получили ГПС, автономно выполняющие отдельные переделы технологического цикла: получение заготовок, изготовление деталей, сборку. Хорошо зарекомендовали себя ГПС для выполнения технологического процесса (или его части) изготовления деталей определенных групп, принадлежащих разным сборочным единицам, но имеющих общие конструктивно-технологические признаки, например, корпусных деталей, валов и т.п.
На первоначальном этапе проектирования ГПС производится подбор оптимальной номенклатуры объектов автоматизированного производства. Рассмотрим наиболее сложную, ввиду широкой номенклатуры и разнообразия типов, задачу подбора деталей. К основным критериям выбора деталей для обработки в ГПС относятся:
1. Конструктивно-технологическое подобие по конфигурации и габаритным размерам деталей, характеру конструктивных элементов, числу и взаимному расположению обрабатываемых поверхностей, виду исходной заготовки, точности, шероховатости и другим техническим требованиям. Следует соблюдать подобие марок конструкционных материалов, поскольку одновременная обработка в ГПС деталей из разнородных материалов создает проблемы разделения отходов (стружки), ведет к росту номенклатуры инструментов и усложнению организации работы системы.
2. Устойчивость номенклатуры изделий, при которой переводу в ГПС подлежат только те типы деталей, которые будут находиться в производстве в течение сроков эксплуатации системы. При этом детали могут претерпевать любые конструктивные изменения в пределах технологических возможностей оборудования.
3. Степень замкнутости маршрута требует в первую очередь переводить на обработку в ГПС детали, которые могут быть полностью изготовлены в системе. Прерывание маршрута для выполнения вне системы каких-либо специфических операций (например, термической обработки) усложняет систему и увеличивает длительность производственного цикла.
Классификация деталей по однотипным группам дает возможность применения групповых форм организации производственных процессов, типизации технологических процессов обработки с использованием однородного основного и вспомогательного оборудования, базирования и ориентации с помощью единой технологической оснастки с минимальной переналадкой. В результате группирования по конструктивно-технологическим признакам устанавливают (создают) детали-представители (комплексные детали), для обработки которых требуется наибольшее количество технологических операций, характерных для деталей данной группы. Применительно к деталям-представителям в дальнейшем проводят анализ действующей и разработку проектной технологии.
Рекомендуемые материалы
Выбор номенклатуры деталей тесно связан с вопросами повышения их технологичности. Комплекс критериев технологичности деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ и в ГПС, условно можно разделить на две группы . Первая группа критериев определяет общие требования к детали; во вторую группу входят критерии технологичности, относящиеся к обрабатываемой поверхности. К общим требованиям относятся: обоснованный выбор материала детали и требований качества поверхностного слоя; обеспечение достаточной жесткости конструкции; наличие выраженных признаков ориентации; сокращение до минимального числа установов заготовки при обработке; возможность обработки максимального числа поверхностей с одного установа; максимальная унификация формы и размеров обрабатываемых элементов; задание координат обрабатываемых элементов с учетом возможностей устройств ЧПУ. Таким образом, при анализе технологичности деталей, обрабатываемых в ГПС, необходимо учитывать требования обработки, контроля, ориентации и транспортирования заготовок и деталей, обеспечения благоприятных условий работы режущего инструмента, снижения количества и стоимости технологической оснастки, повышения точности и производительности обработки, т.е. высокой надежности технологической системы.
Вторая группа критериев технологичности включает требования к отдельным поверхностям: упрощение геометрических форм и типизация основных повторяющихся элементов (радиусов сопряжений, диаметров отверстий и т.п.); расположение обрабатываемых поверхностей на одном уровне; уменьшение размера обрабатываемой поверхности и др.
Повышение технологичности конструкции деталей в значительной степени влияет на рост производительности оборудования и качества изделий при максимальном снижении затрат времени и средств на технологическую подготовку производства в целом и, в частности, на программирование. Примеры повышения технологичности конструкции деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, приведены в справочниках.
Подбор номенклатуры деталей с учетом станкоемкости их изготовления может быть проведен следующим образом.
Обозначим:
Tcij - станкоемкость i – той операции j – того изделия;
z – номенклатура изделий (количество наименований различных типоразмеров);
m - количество операций технологического процесса;
S - количество единиц основного технологического оборудования ГПС;
Fоб - эффективный годовой фонд времени работы основного технологического оборудования;
Nj - годовой объем выпуска j – того изделия.
Тогда при полном использовании основного технологического оборудования должно соблюдаться неравенство:
(1)
С учетом фактического использования станков коэффициент их загрузки определится:
(2)
Пользуясь соотношениями (1) и (2), искомую задачу можно решать по одному из двух вариантов.
Вариант 1. При заданном составе оборудования ГПС, т.е. при известной величине S подбирается номенклатура обрабатываемых деталей.
Вариант 2. При известной номенклатуре обрабатываемых деталей определяется состав основного технологического оборудования ГПС.
Проектирование технологических процессов
изготовления изделий
Исходными данными при проектировании ГПС и их разновидностей служат операционные технологические процессы или отдельные технологические операции получения заготовок, механической обработки, сборки, контроля и других процессов машиностроительного производства.
Создание эффективно функционирующих систем требует тщательного проведения технологической подготовки. Поэтому проектирование ГПС должно начинаться с анализа базовой или разработки проектной технологии. На основе анализа разрабатываются предложения по усовершенствованию базового технологического процесса с точки зрения его наиболее полного соответствия условиям гибкого автоматизированного производства.
К технологическим процессам ГПС предъявляются следующие основные требования:
- комплексность решений, учитывающих особенности технологических операций изготовления изделий, операций складирования, транспортирования и др.;
- высокая степень концентрации операций и переходов, предусматривающая многопозиционную обработку (например, на многоцелевых станках типа обрабатывающий центр (ОЦ);
- максимальное использование быстропереналаживаемого автоматизированного оборудования, преимущественно с ЧПУ, а также технологической оснастки, обеспечивающей требуемую степень автоматизации процесса;
- типизация технологических решений, необходимая для реализации групповой технологии;
- многовариантность, обеспечивающая максимальное использование технологических возможностей ГПС при изменении условий производства.
Перечисленные требования могут быть выполнены при организации производственного процесса на базе групповой технологии, групповых технологических операций. Как известно, метод групповой обработки деталей в условиях серийного производства с применением универсального оборудования был предложен С.П.Митрофановым. Сущность метода заключается в классификации или группировании деталей по признакам конструктивно-технологического подобия: формы и габаритов, идентичности материалов, единства базирования, общности маршрутной технологии и др. Применительно к ГАП подход к классификации деталей и разработке групповой технологии принципиально не отличается от подхода к организации групповой обработки на базе универсального оборудования.
Тем не менее содержание основных этапов разработки групповой технологии для ГАП имеет существенные отличия:
- наличие оборудования с ЧПУ снижает требования к конструктивно-технологическому подобию, что значительно расширяет возможности отбора деталей при их группировании, хотя и требует более высокой квалификации исполнителя;
- использование технологического оборудования типа обрабатывающий центр приводит к концентрации операций и переходов, упрощению маршрутов, повышению их унификации. В отличие от групповых поточных линий, выполненных на базе универсального оборудования, где принят жесткий маршрут движения деталей, в ГАП он произвольный, что значительно улучшает условия непрерывности работы системы;
- использование в ГПС промышленных роботов (ПР) приводит к необходимости группирования деталей по условиям подобия габаритов и поверхностей под сменные захватные устройства ПР;
- при использовании в ГПС координатно-измерительных машин группирование деталей должно учитывать возможность контроля всех деталей без переналадки;
- наличие инструментальных магазинов и автоматизированной системы инструментального обеспечения дает возможность ввода новых (измененных) деталей в отобранные группы. В неавтоматизированном производстве такая процедура затруднена, т.к. инструментные наладки проектируются под комплексную деталь.
Для условий ГПС группирование осуществляется, как правило, на уровне технологического процесса, а не групповых технологических операций. Это связано с тем, что в соответствии с принципом завершенности ГПС создаются либо для выполнения всего технологического процесса изготовления изделий, либо его законченной части, определяемой чаще всего технологическим переделом (штамповка, механическая обработка, сборка и т.п.).
Предварительное группирование деталей при разработке ГПС создает предпосылки для использования метода модульной технологии. Метод модульной технологии позволяет решить задачу синтеза технологических процессов из заранее сформированного набора унифицированных конструкторско-технологических решений. Составными частями конструкторско-технологических решений являются конструктивное описание элемента деталей и технология его получения. Для этого детали расчленяются на элементарные поверхности, каждая из которых описывается определенным математическим уравнением и характеризуется определенными технологическими требованиями - точностью, шероховатостью и т.п. Таким образом, конструкторско-технологические решения устанавливают взаимосвязь между геометрическим описанием границы зоны обработки, свойствами обрабатываемого материала, требованиями по точности и качеству обработки элементарных поверхностей и применяемым инструментом и траекторией его перемещения. Для каждого конструкторско-технологического решения создается специальное программно-математическое обеспечение - программный технологический модуль (ПТМ). ПТМ объединяются в библиотеку, которая используется при структурном синтезе операций. Принцип модульной технологии позволяет формализовать и ускорить проектирование технологических процессов. В сочетании с методом групповой технологии он облегчает получение альтернативных вариантов технологических процессов.
При разработке маршрутного технологического процесса особое внимание уделяется сокращению количества операций, выполняемых вне ГПС. В состав ГПС целесообразно включать оборудование для контроля, термообработки, маркировки, мойки и т.п. Для обеспечения принципа концентрации операций и переходов прежде всего решается вопрос о количестве установов (позиций) обрабатываемой детали. Первый установ, как правило, выбирают из условий наиболее удобного базирования заготовки по «черным» базам. В ряде случаев подготовка баз выполняется в отдельной операции на станках с ЧПУ, обладающих повышенной жесткостью и сравнительно невысокой точностью. Следует отметить, что обеспечение точности базирования предъявляет ряд общих требований к заготовкам, в частности, к поверхностям, используемым для базирования и закрепления. Второй и последующий установы предусматривают использование обработанных на предшествующих позициях поверхностей в качестве постоянных технологических баз. Конечной задачей является поиск схемы, обеспечивающей наиболее полную обработку детали со всех сторон с наименьшим количеством установов. При выборе последовательности операций следует учитывать необходимость соблюдения принципов совмещения (единства) и постоянства баз,деления процесса обработки на стадии (черновую, чистовую, отделочную) и других рекомендаций для построения маршрута изготовления деталей на станках с ЧПУ.
Методы разработки операционных технологических процессов во многом аналогичны методам проектирования маршрутной технологии. Так, проектирование технологической операции на базе типовых переходов осуществляется выбором вариантов обработки отдельных элементов детали и общей последовательности обработки. В определенной последовательности переходы объединяются в технологическую цепочку, составляющую одну технологическую операцию. При этом необходимо исходить из задачи достижения требуемой точности и сокращения затрат вспомогательного времени на замену инструмента, выполнение вспомогательных ходов. Многие технологические переходы реализуются на станках с ЧПУ в виде так называемых стандартных циклов.
Обратите внимание на лекцию "2 Основные процессы в биосфере".
Установление рациональной последовательности выполнения переходов обработки деталей на токарных, фрезерных и многоцелевых станках с ЧПУ, а также общие принципы проектирования технологических процессов изготовления типовых деталей (корпусных, валов, фланцев и др.) подробно описывается в учебной и справочной литературе.
Типовые технологические процессы автоматической сборки основываются на классификации собираемых изделий, сборочных единиц и соединений, типовых сборочных операциях и типовых конструкциях автоматических сборочных устройств. Для каждого вида сборочных соединений выделяются типовые представители, на которые и разрабатываются рациональные варианты технологических процессов. Маршрутную технологию общей и узловой сборки составляют на основе технологических схем сборки, выделяя не только основные, но и вспомогательные операции.
Технологический процесс автоматической сборки требует создания сложных автоматических устройств, выполняющих все необходимые операции без участия человека: подготовку деталей и комплектующих изделий к сборке (промывку, очистку, контроль); загрузку сопрягаемых деталей в бункерные, магазинные, кассетные или другие загрузочные устройства и накопители; захват и подачу сопрягаемых деталей в ориентирующие и базирующие устройства; ориентацию сопрягаемых деталей на сборочных позициях с требуемой точностью; соединение и фиксацию сопряженных деталей; контроль точности относительного расположения сопрягаемых деталей и сборочных единиц; транспортирование готовой сборочной единицы для выполнения последующих сборочных операций.
Наиболее предпочтительна автоматическая сборка по методу полной взаимозаменяемости, менее удобна сборка по методам неполной и групповой взаимозаменяемости, редко используется сборка по методу регулирования с применением подвижных или неподвижных компенсаторов. Автоматическая сборка по методу пригонки недопустима.
Имеются две тенденции проектирования технологических процессов автоматической сборки: дифференциация сборочных операций и концентрация сборочного процесса на одном рабочем месте. Первая тенденция, наиболее распространенная в машиностроении, связана с расчленением сборочного процесса на элементарные операции. Это направление предполагает использование простых манипуляторов и ПР, не требует сложного сборочного оборудования и сложной технологической оснастки, наиболее эффективно в условиях крупносерийного производства. Вторая тенденция основана на использовании стационарного оборудования, монтажных приспособлений, сборочных головок с набором сменных рабочих инструментов, позволяющих осуществить весь сборочный процесс на одном рабочем месте.
