63222 (Структуры и компоновочные схемы гибких производственных модулей и систем)

структуры и Компоновочные схемы гибких производственных модулей и систем

Структурно-компоновочные схемы ГПС

Современная ГПС представляет собой сложную совокупность различного основного и вспомогательного технологического оборудования, транспортно-складской системы, режущего, вспомогательного и измерительного инструмента, автоматизированных систем управления и систем обеспечения функционирования. На рис.1 показана структурно-компоновочная схема ГПС механической обработки, где выделены основные составляющие ее компоненты. Изменение состава и взаимодействия компонентов ГПС влияют на структуру.

Для решения различных технологических задач ГПС может комплектоваться различным оборудованием, например однотипными взаимозаменяемыми многоцелевыми станками с ЧПУ, разнотипными дополняющими друг друга специализированными станками с ЧПУ (фрезерными, расточными, токарными, сверлильными и др.), а также универсальными или специальными станками, например для снятия заусенцев, финишной обработки отдельных поверхностей и др. Оборудование может быть сконцентрировано на одной производственной территории, а может находиться в различных местах. И в том и в другом случае исходят из того, чтобы создать оптимальные условия для эксплуатации конкретной ГПС.

Существуют различные критерии выбора элементов ГПС, наиболее важными из которых являются:

• получение наибольшей производительности, обеспечивающей максимальный выпуск продукции требуемого качества;

• уменьшение себестоимости продукции (сокращение транспортных перемещений, внутриучасткового или внутрицехового пролеживания продукции, уменьшения машинного времени обработки деталей и т.д.);

• достижение максимального экономического эффекта (ряд зарубежных пользователей ГПС считают, что если затраты на ГПС не окупаются в пределах 2,5—3 лет, то ее создание нерентабельно).

Под структурной схемой ГПС следует понимать расположение компонентов ГПС, обеспечивающих наиболее рациональное функционирование всей системы. При этом к компонентам ГПС относят технологическое оборудование, транспортную систему, склады, управляющее оборудование и т.п. Производственные возможности ГПС определяют технические характеристики ее отдельных компонентов, например емкость склада, от чего зависит возможность работы участка в режиме безлюдной технологии, или простои оборудования из-за взаимного влияния, т.е. из-за опустошения емкостей магазинов перед станком, или переполнения магазина заготовок после станка.

Структурная схема ГПС определяется типом обрабатываемых деталей, технологическим процессом их изготовления. В зависимости от типа изделий ГПС могут быть предназначены обработки корпусных деталей (около 70 % всех ГПС), деталей типа тел вращения (около 30 %) и смешанного типа (небольшое количество).

Рисунок 1 – Структурно-компоновочная схема ГПС механообработки: 1 — приспособления — спутники, 2 — инструментальные магазины, 3 — робот-штабелер, 4 — заготовки и детали, 5 — монтажный стол, 6 — накопители с автоматической загрузкой, 7 — обрабатывающее оборудование, 8, 9 — самоходные транспортные тележки-робокары,10 — измерительная машина, 11 — пункт оперативного накопления, 12— ЭВМ, 13 — пульт оператора, 14 — отделение заточки инструмента,15 — отделение комплектации и настройки инструмента, 16 — отделение сборки приспособлений-спутников, 17 — отделение комплектации магазинов

Условные обозначения:

- автоматизированная система управления гибким производством,

- автоматизированная система транспортировки деталей заготовок и инструментов

Каждая ГПС оснащается своим технологическим оборудованием, например многоцелевыми станками с ЧПУ сверлильно-фрезерно-расточной группы для обработки корпусных деталей и станками с ЧПУ токарной и шлифовальной групп для обработки деталей тел вращения.

Технологическое назначение ГПС существенно влияет на выбор структурной схемы участка. Например, корпусные детали обрабатываются обычно в приспособлениях-спутниках, а тела вращения нет; длительность обработки корпусных деталей существенно больше, чем тел вращения, поэтому различны внутриучастковые запасы заготовок и устройства для их хранения; для обработки корпусных деталей нужна более широкая номенклатура режущего инструмента и технологической оснастки, чем при обработке тел вращения, и т.д.

ГПС могут создаваться как в действующих модернизируемых неавтоматизированных производствах, так и во вновь строящихся высокоавтоматизированных производствах.

В первом случае ГПС является практически автономно функционирующим комплексом, находящимся внутри неавтоматизированного производства. Для работы такой ГПС необходимо создать дополнительные внутрицеховые системы, например, индивидуальный пункт управления с набором соответствующего оборудования; промежуточные накопители заготовок, расположенные вблизи обрабатывающего оборудования; максимально совместить функции хранения и перемещения заготовок и обработанных изделий с целью сокращения расходов на создание транспортно-складской системы и уменьшения занимаемой его производственной площади; увязать работу транспортно-складской системы ГПС с работой внутрицехового и межцехового транспорта и т.д. Следует отметить, что такие ГПС, являясь операционными, или, как максимум, предметными не всегда в достаточной степени эффективны, так как они могут применяться лишь для расшивания "узких мест" при изготовлении какой-либо одной детали, а не изделия (узла). Подобные ГПС следует рассматривать в качестве промежуточного этапа внедрения автоматизации производства.

Более рентабельны ГПС, с применением которых решается комплекс технологических проблем; изготовление деталей, а в отдельных случаях и сборка узла. Часто для этой цели имеется несколько операционных и предметных ГПС, сгруппированных в одном производственном помещении. В этом случае ГПС работает в едином цеховом автоматизированном комплексе, создаются автоматизированные системы управления, снабжения заготовками, инструментом и другими необходимыми материалами. Таким образом отпадает необходимость в наличии индивидуальных систем обеспечения функционирования ГПС, что обуславливает использование иных (чем в случае автономной ГПС) структурных схем ГПС.

Обычно в структурной схеме такого автоматизированного производства станки могут группироваться следующим образом: токарные и фрезерные нормальной точности для предварительной обработки заготовок с повышенной мощностью привода главного движения; фрезерные станки для окончательной обработки; токарные станки для финишной обработки; многоцелевые станки сверлильно-фрезерно-расточной группы и т.д. При необходимости рядом устанавливаются токарные, фрезерные, шлифовальные станки различного уровня автоматизации для завершения полного технологического цикла изготовления деталей (например, обработка классных поверхностей, затупление острых кромок, снятие заусенцев и т.п.).

Классификация компоновочных схем ГПС

1. Компоновочные структуры (схемы) ГПМ и ГПС характеризуют взаимосвязь основного и вспомогательного оборудования — станков, обслуживающих их транспортных устройств, межоперационных складов.

На основе опыта формирования их структур можно сделать следующие выводы.

Компоновочные структуры (схемы) ГПС зависят от серийности производства, для которого создается ГПС. Типовые компоновочные структуры следующие (в зависимости от типов организации материальных потоков): с централизованным складом; с промежуточным накопителем; с комбинированной структурой.

Варианты размещения с централизованной структурой применяют в единичном и мелкосерийном производстве деталей с большой станкоемкостью, а также крупногабаритных деталей. Реализуются они по схеме склад-станок- склад (Скл-С-Скл) на ГПС с верхним уровнем управления АТСС (рис. 2, а) и по схеме участковый накопитель - станок - участковый накопитель (Н-С-Н) - на ГПС, где требуется малая вместимость накопления и невысокий уровень управления АТСС (рис. 2, б). Варианты размещения с промежуточным накоплением реализуются по схеме Скл-Н-С-С-Н-Скл и Скл-Н-С-Н-С-Н-Скл в производстве, требующем частых переналадок (рис. 2, в и 2, г), и являются наиболее распространенными.

2. Типовые компоновочные структуры в зависимости от принятой технологии подразделяются: по методу группирования однотипного оборудования, при котором упрощается проблема максимальной загрузки оборудования; по методу групповой технологии - группирование разнотипного оборудования оптимальной производительности, но при этом усложняется проблема равномерной загрузки оборудования; по методу жесткой технологической последовательности операций.

В интегрированном производстве можно применять сочетание указанных методов.

3. Типовые компоновочные структуры в зависимости от взаиморасположения рабочих зон и зон обслуживания согласно методическим рекомендациям Минстанкопрома следующие (рис. 3): фронтальная (рис. 3, а); поперечная (рис. 3, б); дипольная (рис. 3, в); угловая (рис. 3, г); круговая (рис. 3, д); комбинированная (рис. 3, ё).

Фронтальная, поперечная, дипольная и угловая компоновки являются линейными. Наиболее простая линейная компоновка - фронтальная. Она распространена как в ГПС для изготовления деталей типа тел вращения с использованием портальных роботов или манипуляторов, так и корпусных деталей.

Рис. 2 - Типы организации материальных потоков

Рис. 3 - Рекомендуемые схемы размещения основного технологического оборудования

Дипольная компоновка рекомендуется в случае необходимых перестановок и дает возможность промышленному роботу или манипулятору обслуживать два станка. Поперечная компоновка применима для ГПС, изготовляющих корпусные детали и детали типа тел вращения. В качестве пристаночного транспорта может применяться конвейер или портальный робот.

Условия компоновки ГПС позволяют сократить ее протяженность и целесообразны в случае изготовления деталей типа тел вращения. Круговую компоновку применяют в ГПС для изготовления различных деталей при использовании в качестве транспортного и загрузочного средства манипулятора вращательного типа. Комбинированная компоновка предпочтительна, если она выполняется в форме решетки с квадратными ячейками.

4. Типовые компоновочные структуры в зависимости от способов реализации подачи инструмента следующие: с ручной тележкой, с общим автоматическим транспортом для деталей и инструмента; со специальным транспортом для инструмента.

5. Типовые компоновочные структуры в зависимости от компоновки АТСС по направлению протяженности склада следующие: вдоль линии панков; перпендикулярно линии станков; без склада.

Склады вдоль линии станков целесообразно использовать при однорядном расположении станков; поперечные склады рекомендуются при многорядном расположении станков. Планировка с поперечным складом занимает меньшую площадь, но требуется транспорт, обслуживающий станки.

6. Способы удаления отходов могут быть следующими: централизованный, обеспечивающий автоматическую уборку стружки; децентрализованный, более дешевый, требующий периодического обслуживания человеком.

7. При проектировании компоновочных структур следует стремиться к минимизации используемой производственной площади, суммарного пути перемещения транспортных средств (ТС) и суммы затрат на создание транспортной системы.

8. Компоновочные структуры должны обеспечивать свободный доступ обслуживающего персонала к основному и вспомогательному оборудованию, зоны их обслуживания и ремонта.

9. Компоновочные структуры должны быть такими, чтобы обеспечивалось согласование материальных потоков со смежными участками или цехами.

10. Вместимость межоперационных складов-накопителей должна обеспечить хранение запаса заготовок (полуфабрикатов), ожидающих обработки на отдельных станках, с учетом времени установки различных деталей, хранение запаса заготовок (полуфабрикатов), компенсирующего наложенные простои оборудования вследствие его случайных отказов, оптимизацию загрузки станков.