Классификация и выбор структуры атсс

Лекция 4

Классификация и выбор структуры атсс

Назначение и функции АТСС

Автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) – система взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения, временного накопления и доставки предметов труда, технологической оснастки.

АТСС должна обеспечивать выполнение следующих основных функций:

§ прием, хранение, учет и выдача объектов;

§ транспортирование объектов к позициям загрузки-разгрузки, обработки, контроля, накопителям или складам.

Характер транспортных связей оказывает решающее воздействие на компоновку ГПС и определяет уровень гибкости системы.

В состав АТСС входят: автоматические склады, накопители, поворотные и подъемные столы, перегружатели, транспортно-складская тара, транспортные средства, устройства контроля и управления.

Рекомендуемые материалы

Характеристика автоматических складов и накопительных устройств

Склады на промышленном предприятии играют важную роль в производственном процессе, они поддерживают или задают ритм производства. От уровня технической оснащенности и организации работ на складах зависят организованность, общий ритм и эффективность производственного процесса. В значительной степени возрастает роль складов в условиях ГАП.

Автоматизированная складская система ГАП предназначена для выполнения следующих функций:

§ прием с внутризаводского или внутрицехового транспорта сырья, материалов, заготовок, инструмента, пустой тары и их временное складирование;

§ выдача указанных грузов по заранее предусмотренному графику или на основании команд;

§ прием от транспортной системы ГАП готовых изделий, отходов производства, брака и их временное хранение;

§ выдача на внутризаводской или внутрицеховой транспорт указанных грузов.

Функциональными элементами автоматических складов являются стеллажи, штабелеры, транспортно-складская тара (поддоны для заготовок и деталей, кассеты для инструментальных комплектов и т.п.), устройства для перегрузки тары со штабелера на накопитель, напольные накопители, устройства для передачи тары с накопителей на транспортную систему ГПС или в обратном направлении. Автоматическую работу склада обеспечивает система управления, построенная на основе ЭВМ.

В зависимости от конструктивных особенностей и технической оснащенности склады различают по типам стеллажей и штабелеров, вместимости, типам и параметрам складской тары, выполняемым производственным функциям, уровню и техническим средствам автоматизации.

Наибольшее распространение получили стеллажные склады с автоматическими кранами-штабелерами (рисунок 1). Такие склады во многих случаях оказываются наиболее универсальным и эффективным типом склада различного назначения: для накопления запасов заготовок, хранения приспособлений и инструментов, готовых изделий, отходов производства и т.д. Стеллажные склады с автоматическими кранами-штабелерами рекомендуется применять при больших запасах хранения. Склады с мостовыми кранами-штабелерами используются для более крупных грузов и меньших грузопотоков.

Рисунок 1 –  Стеллажные склады с краном-штабелером

Рисунок 2 –  Стеллажный склад с двумя кранами-штабелерами

Рисунок 3 –  Подвесной склад

Рисунок 4 –  Элеваторный склад

Компоновки стеллажных складов с двумя кранами-штабелерами (рисунок 2) применяют реже ввиду усложнения системы управления, обеспечивающей безаварийную работу механизмов. Однако преимуществом компоновки склада с двумя кранами-штабелерами является исключение простоев станков при выходе из строя одного крана-штабелера. В этом случае система продолжает работу при некотором снижении производительности.

Подвесные автоматические склады (рисунок 3) используются в ГПС, когда в виде транспорта применяется подвесной толкающий конвейер с автоматическим адресованием грузов.

 Элеваторные автоматические склады (рисунок 4) целесообразно применять при небольших запасах хранения, небольших размерах грузов, особенно в тех случаях, когда нет возможности разместить на участке стеллажный склад.

Функции резервных складов выполняют накопительные устройства на рабочих позициях. Их используют при небольших запасах хранения, для компенсации разницы между временами транспортирования и изготовления изделий, а также для обеспечения бесперебойной работы ГПС в случае отказов отдельных подсистем. В зависимости от выполняемых функций, размеров грузопотоков и транспортных партий, запасов хранения, типа изготовляемых в ГПС изделий накопительные устройства выполняют в виде столов, кассет, магазинных и бункерных устройств, накопителей элеваторного, барабанного, конвейерного и других типов.

Упорядоченное размещение деталей в специальных кассетах  особенно эффективно при партионной обработке на технологических операциях очистки, обезжиривания, травления, термообработки, нанесения различных покрытий. На технологических операциях с поштучной обработкой изделий кассеты можно использовать на входе и выходе оборудования для загрузки и разгрузки деталей. В производстве используется большое число типов кассет, разнообразных по форме и размерам, емкостью 50…2000 деталей. Кассеты очень быстро и легко заменяются, могут использоваться как тара для межоперационного транспортирования без потери ориентации.

Тактовые столы типов  СТ150, СТ220, СТ350 имеют 12 или 24 пластины. Заготовки устанавливаются либо непосредственно на пластины, либо на приспособления-спутники, которые крепятся к пластинам.

Бункерные загрузочные устройства применяют преимущественно для загрузки мелких, сравнительно легко ориентируемых изделий, допускающих активное ворошение при размещении навалом.

Устройства подобного типа компактны, надежны в работе и обладают достаточно высокой производительностью. Однако при использовании устройств в серийном производстве возникает ряд трудностей: ограниченная номенклатура загружаемых с помощью данного типа устройства изделий; сложность переналадки с одного типоразмера изделий на другой даже в пределах группы; сложность изменения производительности при смене объекта производства.

Магазинные загрузочные устройства используют при производстве средних и мелких изделий, ориентация которых затруднена. Магазины загружаются изделиями в ориентированном положении вручную.

Расчет характеристик автоматического склада

Основной расчетной характеристикой склада является его емкость, которая определяется через число (Кнаим.) наименований деталеустановок, изготовляемых в ГПС в течение месяца:

,                                 (1)

где  - месячный фонд времени работы станка, ч.;

         S – число станков в ГПС;

       -средняя станкоемкость изготовления одной деталеустановки, мин.;

          - месячный объем выпуска детали-представителя.

В свою очередь

         ,                                  (2)

где F_об - эффективный годовой фонд времени работы оборудования, ч.;  при трехсменном режиме  F_об = 5715 ч;

             -  нормативный коэффициент загрузки оборудования, = 0,8;

,                                       (3)

где  - станкоемкость изготовления детали-представителя на i-    той операции;

         - число операций технологического процесса изготовления детали-представителя.

Первый вариант. Полученное число  определяет минимальное число ячеек склада при условии, что для каждой деталеустановки используется только один стол-спутник с приспособлением.

Для обеспечения нормальной работы ГПС на длительный период времени (на случай увеличения числа изготавливаемых деталей) целесообразно в складе иметь некоторый (например, 10%) запас ячеек.

Тогда оптимальная емкость  склада будет равна

,                                    (4)

Второй вариант. Если для каждого наименования детали-установки используется несколько спутников (для организации непрерывной партионной обработки), то формула (4) видоизменится с учетом следующих данных:

Кол-во спутников                

Тогда                                                                                   

                                                                                                        Третий вариант.  Заготовки и детали размещаются в таре.

Тогда                                                               

где  - емкость тары;

n - принятый размер операционной партии (необязательно равный n_мес). Желательно n иметь кратным  , т.е.   n = kE_T, где k = 1, 2, 3, ….

Далее, задаваясь размерами ячейки склада, его расположением относительно оборудования (вдоль или поперек линии станков) и конструкцией (одно- и многорядный, одно- и многоярусный стеллажный и т.п.), определяют габаритные размеры автоматизированного склада.

Размеры ячейки склада определяют:

- по размерам стола-спутника (при использовании в ГПС многоцелевых станков с ЧПУ со сменными столами-спутниками);

- по размерам тары, выбранной для транспортирования партии заготовок-деталей (применяется для мелких и средних деталей);

- по габаритным размерам изготовляемых деталей (применяется для крупных деталей при поштучном хранении их в складе).

При определении емкости накопительных устройств приходится решать противоречивую задачу. С одной стороны, для повышения гибкости производства, а также коэффициента использования оборудования требуется большой запас заготовок, инструмента и другой оснастки. С другой стороны, наличие заготовок у станков, ожидающих очереди на обработку, увеличивает объем незавершенного производства, что экономически нецелесообразно. Обычно емкость накопителя определяют с учетом компенсации максимально допустимого единовременного простоя t_max  участка системы:

Е_н = t_max Q_ц,                                              

где Q_ц = 1/Т_ц – цикловая производительность рассматриваемого участка.

Характеристика транспортных средств АТСС

Транспортная система функционально связана с основным и вспомогательным оборудованием ГПС и служит для перемещения заготовок, изделий, технологической оснастки. Основными операциями, реализуемыми транспортной системой, являются: перемещение заготовок, деталей и полуфабрикатов в соответствии с технологическими маршрутами их изготовления, подача объектов производства на рабочую позицию технологического оборудования. Суммарные затраты на транспортную систему составляют примерно 28% от общих капитальных затрат в ГПС. Транспортная схема должна обеспечивать: минимальное число переустановок грузов, автоматизацию всех этапов процесса транспортирования, максимальное совмещение времени транспортных операций с временем обработки, использование эффективных транспортных средств, применение однотипных средств транспортирования.

Характер транспортных потоков определяется видом связи между гибкими производственными модулями (ГПМ).

При прямой связи объекты производства с помощью транспортных средств подаются со склада к оборудованию. После выполнения операции на одном ГПМ объект производства передается к другому, минуя склад. Такая связь используется преимущественно в условиях крупносерийного производства изделий со значительным временем выполнения операций. Затраты на транспортирование при этом относительно невелики.

При косвенной связи транспортирование объектов осуществляется только через склад по принципу «склад – станок – склад». Во втором случае возрастают интенсивность транспортных потоков и затраты на транспортирование, однако обеспечивается более полная загрузка технологического оборудования. Кроме того, к каждому ГПМ адресуется минимальное число объектов производства, а новая партия направляется к модулю только после окончания изготовления предыдущей партии. В основном используется в гибких автоматизированных участках (ГАУ).

При построении АТСС можно выделить два варианта: с совмещенными и раздельными транспортной и складской подсистемами.

В первом варианте транспортирование и складирование объектов выполняется одним и тем же устройством – краном – штабелером.

 Схема с раздельными подсистемами складирования и транспортирования (рисунок 5) работает следующим образом:

Рисунок 5 – Схема АТСС с раздельными подсистемами складирования и транспортирования

Из стеллажного склада 1 краном-штабелером 2 заготовки передаются на перегрузочный стол 3, откуда они транспортной тележкой 4 подаются к накопителям 5 станков 6. После обработки изделия транспортируются на перегрузочный стол 7 для контроля, передачи на другие операции или обратно на склад.

Транспортные схемы ГПС могут иметь линейную или замкнутую компоновку. При линейной компоновке в качестве транспортных средств используются машины циклического действия: краны-штабелеры, транспортные манипуляторы и роботы, рельсовые и безрельсовые тележки. Замкнутые системы выполняют на базе транспортных средств непрерывного действия конвейерного типа.

Межоперационное транспортирование с помощью крана-штабелера является самым простым и дешевым.

Кран-штабелер 4 (рисунок 6) перемещается вдоль фронта станков 1 и обслуживает как станки, так и стеллажный склад 3.

По команде от системы управления штабелер забирает из ячейки склада  заготовку и перемещает ее на автоматическое загрузочное устройство 2 станка. Готовые детали штабелер забирает с загрузочного устройства и переносит их в свободные ячейки стеллажа. В этом случае не требуется специальной транспортной системы для обслуживания станков, т.к. эти функции выполняет кран-штабелер. Таким образом, вариант совмещенной транспортно-складской системы является наиболее простым. Компоновка систем может быть разной: с одним стеллажом и одним штабелером, расположенным с одной стороны; с двумя стеллажами и одним краном-штабелером, расположенным между ними и т.п.

 Рисунок 6 – Схема АТСС с краном - штабелером

Рельсовые тележки (рисунок 7) требуют значительных затрат при создании транспортных путей, отличаются малой гибкостью (трудно приспосабливаются к изменению структуры ГПС, сохраняется прямолинейность траектории транспортной системы). Однако рельсовый транспорт имеет ряд преимуществ: практически не ограничивается грузоподъемность тележек, обеспечивается автономность функционирования и высокая надежность.

 

Рисунок 7 – Схема АТСС с рельсовым транспортом

Транспортные промышленные роботы можно считать  разновидностью предыдущего вида транспорта. Они выполняют операции по транспортированию изделий, их накоплению, обслуживанию складского оборудования, загрузке – разгрузке станков.     Транспортные роботы делятся на напольные, вертикального перемещения, подвесные. Преимущества транспортных роботов – малые габариты, большой диапазон регулирования производительности, автономность работы. Наибольшее применение в ГПС нашли подвесные транспортные роботы, основное преимущество которых – экономия производственных площадей. Преимущественное распространение транспортные ПР нашли в ГАЛ изготовления деталей типа тел вращения.

Конвейеры (рисунок 8) предназначены для непрерывного транспортирования грузов и представляют собой простые и дешевые средства автоматизированного производства, дополнительно выполняющие функции складирования и промежуточного накопления заготовок и деталей. Основные типы конвейеров:  ленточные, скребковые, вибрационные, пластинчатые, винтовые, элеваторные, подвесные, роликовые, толкающие, тележечные. Конвейерные системы имеют высокую пропускную способность, обеспечивают более плотное расположение оборудования и не предъявляют особых требований к полам цехов. Основной сферой применения конвейеров являются гибкие автоматизированные линии крупносерийного производства. Недостатки конвейерных транспортных средств – их громоздкость, затрудненный доступ к станкам, сложность перекомпоновки ГПС. При длительном цикле технологических операций конвейеры большую часть времени простаивают.

Рисунок 8 – Схема АТСС с роликовым конвейером

Безрельсовые тележки (робокары) перемещаются непосредственно по полу цеха, оснащаются устройствами для приема и передачи спутников с деталями, имеют электронное управление. По сравнению с другим транспортом ГПС они имеют следующие преимущества: малые габаритные размеры, большой диапазон скоростей перемещений, автономность работы, возможность использования трассы для других видов транспорта, легкость переадресования транспортных потоков. Недостатки робокаров – более сложная система управления тележкой и АТСС в целом, увеличенные расстояния между станками для маневрирования тележек.

Эффективность применения робокаров во многом определяется системой управления. В практике в основном используются:

1. Электромагнитное (индукционное) управление, при котором маршрут движения тележки задается кабелем, прокладываемым в пазах пола цеха, через который пропускается ток (5…32 кГц). Магнитное поле индуцирует напряжение в  приемных катушках; сигнал рассогласования подается на электропривод рулевого управления.

В другой разновидности  разметку маршрута проводят краской, содержащей ферромагнитный порошок. По обеим сторонам тележки устанавливаются магнитные датчики, измеряющие величину отклонения от проложенного маршрута.

        2. Оптическое (фотоэлектрическое) управление, при котором маршрут движения определяется металлической лентой (фольгой) с высокой светоотражающей способностью. В нижней части тележки смонтированы осветитель и светоприемник; по интенсивности отраженного светового потока можно судить о положении тележки на маршруте.

3.  Системы автономной навигации, в которых позиционные данные измеряются непрерывно или с  достаточной частотой. Данные обрабатываются бортовым компьютером, в памяти которого заложена карта маршрута. Разновидности подобных систем:

а) гироскопические - основаны на применении прецизионного гироскопа для измерения направления движения в сочетании с одометром для измерения пройденного пути;

б) одометрические – колеса тележки с обеих сторон снабжаются прецизионными устройствами для измерения угла поворота;

в) системы слежения при помощи ультразвуковых маяков (излучателей), которые расположены в определенных местах помещения. Отраженные сигналы считываются приемным устройством  и обрабатываются бортовым компьютером. Измерение направлений на три маяка позволяет однозначно определить положение тележки   для  управления рулевым механизмом;

г) системы слежения при помощи лазерных маяков, при которых в определенном месте помещения устанавливается лазерная система с прецизионным устройством для измерения углов и передатчиком, который пересылает данные в бортовой компьютер тележки. На тележке установлены три датчика, регистрирующих лазерное излучение;        

д) системы распознавания настенной маркировки – на боковых стенах помещения наносится маркировка в виде вертикальных полос. Бортовая телекамера, идентифицируя эту маркировку, позволяет выбрать направлению на указанные метки, после чего компьютер рассчитывает положение тележки.

4.  Системы технического зрения имеют большое количество разновидностей, на практике наиболее часто используются:

а) лазерные сканирующие системы с ретрорефлекторами, которые устанавливаются под потолком помещения и используются в качестве эталонных точек маршрута. Лазерный сканер, оснащенный вращающимся устройством, размещается на тележке. Измерение углов отклонения лазерного луча позволяет определить как величину отклонения тележки от заданного маршрута, так и ее точное положение на маршруте;

б) системы распознавания полосовых кодов, которые наносятся на пол помещения вдоль маршрута тележки через каждые несколько метров. На тележке расположены телекамеры, изображения с которых обрабатываются бортовым компьютером;

в) системы с использованием точечной маркировки, в которых в качестве маркеров используются стеклянные шары в пластмассовом корпусе. Бортовой компьютер выделяет на изображении, сформированном телекамерой, эти шары, обрабатывает информацию и управляет поворотным устройством тележки.

Во всех робокарах имеются датчики малых перемещений и контактные датчики для предотвращения наезда на препятствие. В более сложных конструкциях эти средства дополняются ультразвуковыми локаторами, оптическими дальномерами и телекамерами, позволяющими выявлять препятствия на достаточном удалении.  

Тележки оснащаются широкой номенклатурой автоматизированных погрузочно-разгрузочных устройств. На участке одновременно могут работать несколько транспортных тележек, каждая из которых выполняет заданную работу в заранее определенной зоне обслуживания.

Таким образом, разнообразие компоновочных решений АТСС определяется, в первую очередь, реализацией транспортных потоков и может быть сведено к четырем типам:

Тип I – АТСС с краном-штабелером и совмещенными подсистемами складирования и транспортировании;

Тип 2 – АТСС с рельсовым транспортом (разновидность – транспортные ПР) и раздельными подсистемами складирования и транспортирования;

Тип 3 – АТСС с робокарами и раздельными подсистемами складирования и транспортирования;

Тип 4 – АТСС с конвейерами, причем подсистемы складирования и транспортирования могут существовать как в совмещенном, так и в раздельном вариантах.

Расчет количества транспортных устройств АТСС

 и их загрузки

Количество транспортных устройств АТСС определяется временем их работы:

,                           (9)

  где  - суммарное время работы транспортного устройства в течение месяца, ч.;

- месячный фонд работы транспортного устройства, ч.; = 381 ч (при трехсменном режиме).

В свою очередь,  определяется:

а) для типа I

Т_кш =,   (10)

б) для типов 2-4

,                                                   (11)         ,                            (12)

где    -  время работы крана-штабелера, ч.;

         - время работы тележки (рельсовой или безрельсовой) или конвейера, ч.;

         - число перемещений транспортного устройства в течение   месяца:

                 - от стеллажа (склада) к станку или от станка к  стеллажу;

                 - от станка к станку;

                 - от позиции загрузки-разгрузки или приема-    передачи к стеллажу или от стеллажа к позиции;

                 - от позиции приема-передачи к станку или от станка к позиции;

          - (с соответствующим индексом) время одного перемещения транспортного устройства, мин.

          ,                                       (13)

          - время передачи кадра от ЭВМ к системе ЧПУ транспортного устройства,  = 0,02…0,15 мин;

  - время подхода транспортного устройства к заданному месту, мин.

,                                            (14)

где  ,  - средние длины перемещения транспортного устройства по осям Х (горизонталь) и Y (вертикаль), м;

 - скорость перемещения транспортного устройства вдоль осей Х и У, м/мин;

 - время съема-установки стола-спутника, тары или заготовки; = 0,15…0,25 мин.

Число и длины перемещений транспортного устройства зависят от маршрута следования заготовки в процессе обработки.

Выбор типа АТСС

Основными факторами, влияющими на компоновочное решение и технические параметры АТСС, являются:

§ Конструктивные и технологические параметры изготовляемых изделий (деталей);

§ программа изготовляемых изделий (деталей);

Вам также может быть полезна лекция "1.2 Геометрические характеристики плоских сечений".

§ особенности технологических процессов производства;

§ расположение и характеристики производственных площадей.

Положив в основу принятия решений характер и напряженность транспортных потоков, схему расположения основного технологического оборудования, сравнительные величины затрат, можно рекомендовать алгоритм выбора типа АТСС, представленный на рисунке 9.

Более подробно материал лекции изложен в учебном пособии:

Моисеев Ю.И., Котюк В.А. Классификация и выбор систем складирования, транспортирования и инструментального обеспечения гибких автоматизированных производств: Учебное  пособие. - Курган:  КМИ,  1993.  - 58 с.