16.3 Гибкие производственные системы и интегрированные автоматизированные производства

Серийное и особенно мелкосерийное производство характеризуется частой сменой видов обработки, широкой номенклатурой обрабатываемых изделий. Возрастание доли серийного производства в машиностроении обуславливает создание средств, позволяющих приблизить производительность серийного производства к производительности массового, не увеличивая при этом интенсивности труда рабочих и не ухудшая условий труда.

Повышение эффективности индивидуального, мелкосерийного и серийного производства обеспечивается как увеличением производительности оборудования, так и рационализацией управления производством. Последнее достигается при использовании управляемых от ЭВМ автоматизированных и автоматических станочных комплексов, на которых предусматривается работа в условиях так называемой "безлюдной технологии". Важнейшая особенность таких комплексов – гибкость, т.е. способность их к быстрой перестройке на выпуск нового изделия.

Совокупность в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ), отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающую свойством автоматизированной переналадки при выпуске изделий произвольной номенклатуры (в установленных пределах значений их характеристик), называют гибкой производственной системой (ГПС).

Станки с ЧПУ, контрольно-измерительное, транспортно-складское и иное оборудование ГПС управляется от ЭВМ, т.е. системы управления ГПС относятся к т.н. классу DNC (см. п/п 4.7.5).

В ГПС обеспечивается автоматизация информационного потока, а также потоков инструментов и деталей, и в их состав, в общем случае, входят (рис. 16.17):

- позиции обработки (станки с ЧПУ, ОЦ);

- позиции загрузки-выгрузки, склад заготовок и системы их транспортирования;

- склад и системы транспортирования инструментов.

Рассмотрим возможный вариант ГПС (рис. 16.18), включающей несколько станков 5, например ОЦ, многоэтажный склад заготовок 1 с краном-оператором (штабелёром) 3. В складе могут находиться заготовки, детали, приспособления.

Связь станков друг с другом и с многоэтажным складом осуществляется краном-оператором. Заготовки в специальной таре находятся в ячейках склада. Кран-оператор забирает требуемую заготовку вместе с тарой и транспортирует ее к месту закрепления деталей 2. Там рабочий устанавливает и закрепляет на палете заготовку (или спутник с заготовкой, если заготовки в складе находятся на спутниках). Кран-оператор транспортирует палету с заготовкой к требуемому станку и ставит их на поворотную платформу 4. По окончании обработки на станке очередной детали, она вместе с палетой поступает на вторую позицию поворотной платформы, платформа поворачивается, палета с новой заготовкой перемещается на станок, а палета с обработанной деталью транспортируется сначала в устройство стружкоочистки 6, а затем на другой станок или в позицию закрепления. Там деталь снимается с палеты и устанавливается в тару, вместе с которой краном-операторам отправляется в ячейку склада. При необходимости, например, перед чистовыми операциями, деталь после очистки может поступать в позицию измерений 7.

На рис. 16.19 и 16.20 показаны планировочные схемы реальных гибких производственных систем.

По организационным признакам различают следующие виды ГПС:

- гибкая автоматизированная линия (ГАЛ),

- гибкий автоматизированный участок (ГАУ),

- гибкий автоматизированный цех (ГАЦ).

В ГАЛ технологическое оборудование располагается в принятой последовательности технологических операций. В ГАУ предусматривается возможность изменения последовательности использования технологического оборудования. ГАЦ - это ГПС, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность ГАЛ, ГАУ, РТК для изготовления изделий заданной номенклатуры.

В нашей стране серийно выпускались унифицированные системы централизованного группового управления станками для обработки деталей типа тел вращения (системы АСВ) и для обработки корпусных деталей (системы АСК).

Автоматизированная система, например, для обработки тел вращения, осуществляет прямое ЧПУ станками от управляющего вычислительного комплекса (УВК), связанного с автономными системами управления станками (системы типа СNС или индивидуальные мини-ЭВМ).

Задача ЭВМ УВК заключается в оперативном накапливании управляющих программ (на одну смену работы), покадровой выдаче их пультам управления станками по запросу с рабочих мест и в обеспечении диагностики неисправностей системы управления участком.

Отдельная мини-ЭВМ управляет циклом работы склада, собирает и хранит сведения о состоянии склада, запоминает поступающие на склад детали, составляет ведомости комплектации заготовок, приспособлений и инструмента для запуска новой партии деталей.

Второй УВК выполняет следующие основные функции: разработку производственных операций; выдачу заданий рабочим местам на каждые полсмены с расчетом загрузки и минимума потерь при переналадке станков; учет выполнения операций; формирование библиотеки управляющих программ; учет выполнения месячного производственного задания с выдачей сводки хода выполнения.

Одна из таких систем (АСВ-21) включает 14 ед. технологического оборудования и имеет следующие показатели: годовой выпуск деталей - до 120 тыс. шт.; среднегодовая номенклатура обрабатываемых деталей - до 3 тыс.; средний размер партии - 20 штук; срок окупаемости - 4,5 года.

Возложение на ЭВМ задач оперативного планирования производства и управления службами подготовки производства ведет к снижению производственных простоев по организационным причинам и увеличению коэффициента использования станков. Введение "безлюдной технологии" во вторую и третью смены обеспечивается тем, что в 1 смену по плановым заданиям, выдаваемым ЭВМ, подготавливают технологические заделы (заготовки, оснастку, материалы), необходимые для работы в течение суток с минимальным количеством обслуживающего персонала. Возложение на ЭВМ задач диагностики, учета и контроля за ходом производства позволяет снизить простои оборудования и повысить его надёжность.

Развитие ГПС, систем автоматизированного проектирования изделий и деталей и планирования технологических процессов, автоматизированных систем управления производством не могло не привести к их интеграции и появлению интегрированных комплексов как в качестве понятия, так и в качестве целостных, реально существующих систем. В них автоматизированы не только процессы, связанные с обработкой деталей, но и вся инженерная подготовка производства, включая проектирование изделий основного производства и изделий технической подготовки производства (инструмента, оснастки и т.д.).

Такие системы называют интегрированными автоматизированными производствами (ИАП), за рубежом - computer integrated manufacturing (CIM). Учитывая наличие в различных изданиях разной терминологии для одних и тех же понятий, отметим, название ИАП (CIM) предпочитают использовать изготовители компьютеров, а станкостроители нередко применяют название ГПС и в узком, и в новом широком плане.

Информационно-управляющие системы (ИУС), входящие в ИАП, обеспечивают выполнение следующих процессов и используют следующие автоматизированные системы:

- САПР – система автоматизированного проектирования (проектирование изделий и деталей),

- АСТПП – автоматизированная система технологической подготовки производства (планирование технологических процессов),

- АСУП – автоматизированная система управления производством (программирование станков, роботов и других транспортных средств, планирование производства, изготовление),

- системы приёма, хранения и перевозки материалов, компонентов, изделий.

Таким образом, использование ИАП означает применение ЭВМ на всех стадиях процесса производства, включая проектирование, определение потребности в материалах, составление расписания работы и снабжения предприятия, складирование и отгрузку готовой продукции.