3.1. Гибкие производственные системы

В современном машиностроении задача автоматизации производства определяется тем, что в результате углубляющегося разделения труда, роста предметной и технологической специализации снижается роль массового и крупносерийного производств.

Для решения поставленных задач в серийном производстве должны быть созданы условия, отвечающие по производительности крупносерийному, а по гибкости и приспособляемости – серийному производству. Сближение возможностей производств этих типов происходит на базе станков с ЧПУ, широкого внедрения в сферу производства персональных мини-ЭВМ, создания систем адаптивного управления процессом изготовления деталей на металлорежущих станках, внедрения в производство технологии групповой обработки деталей. Однако эффективность от этого внедрения может быть достигнута только при комплексном подходе, т. е. путем объединения станков и создания гибких переналаживаемых систем, управляемых от ЭВМ, позволяющих автоматизировать трудоемкие процессы технологической подготовки производства, осуществлять оперативное планирование, диспетчирование, учет заготовок (деталей), управлять основным и вспомогательным оборудованием.

В этих системах определенное место отведено промышленным роботам и манипуляторам, обеспечивающим не только повышение уровня автоматизации и производительность труда, но и возможность двух-, трехсменной работы оборудования.

Для работы в условиях ГПС могут использоваться модернизированные серийные полуавтоматы, станки с ЧПУ или специально разработанные модели автоматизированного оборудования.

Целесообразность включения отдельных видов оборудования определяется требованиями конкретного производственного процесса, уровнем концентрации и совмещения операций. Модернизируемые станки, встраиваемые в ГПС, должны отвечать требованиям, которые диктуются условиями работы в составе ГПС, и требованиям, предъявляемым к металлорежущим станкам, комплектующим РТК. Эти станки должны обеспечивать высокую производительность, максимально возможный уровень концентрации и совмещения операций, а также иметь максимально возможную унификацию отдельных узлов и комплектующих изделий, крепежной и инструментальной оснастки. В станках следует предусматривать автоматическую смену инструмента, совмещенную во времени с выполнением вспомогательных переходов. Должны быть обеспечены условия для отвода стружки из зоны резания, устройства обдува и обмыва под давлением базирующих поверхностей приспособлений для закрепления заготовок или спутников. В системах управления должны быть предусмотрены панели для обмена сигналами взаимосвязанным оборудованием ГПС и систем диагностики. Металлорежущие станки должны оснащаться устройствами, обеспечивающими автоматическое поддержание точности в условиях «малолюдной» технологии, реализуемой в ГПС.

Система обеспечения функционирования ГПС – совокупность в общем случае взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой с помощью ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.

Гибкие производственные системы подразделяются по организационным признакам на следующие уровни:

1) гибкий производственный модуль (ГПМ) – единица технологического оборудования с программным управлением и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующая, осуществляющая многократные автоматические циклы, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры и имеет возможность встраиваться в гибкую производственную систему;

2) гибкий автоматизированный участок (ГАУ) – производственная система, функционирующая по технологическому маршруту, в которой предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования; гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) - производственная система, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций;

3) гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) – производственная система, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных линий, гибких автоматизированных участков для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Если не требуется указывать на организационный уровень производственной системы, то правомочным во всех случаях является использование обобщающего термина - ГПС.

Гибкая производственная система независимо от организационного уровня состоит из гибких производственных модулей (ГПМ) и роботизированных технологических комплексов (РТК).

Роботизированный технологический комплекс – совокупность единиц технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы. РТК, предназначенные для работы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему.

Различие между ГПМ и РТК в том, что в РТК загрузка и выгрузка оборудования осуществляется только промышленным роботом, а в ГПМ - либо роботом, либо другими устройствами.

Гибкость производственной системы является многокритериальным и неоднозначным понятием. В зависимости от конкретно решаемых задач разработчики ГПС на первый план выдвигают различные формы гибкости: машинную; технологическую; структурную; производственную; маршрутную; по продукту, по объему; по номенклатуре.

Функционирование ГПС характеризуется надежностью ее работы. Под надежностью понимают свойство ГПС выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам работы. Для ГПС надежностью является бесперебойный выпуск годной продукции в объемах, обусловленных заданной программой, и в течение всего срока службы. Надежность характеризуется следующими параметрами: отказ, сбой, работоспособность.

В систему обеспечения функционирования ГПС входят:

- автоматизированная транспортно-складская система (АТСС);

- автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);

- система автоматизированного контроля (САК);

- автоматизированная система удаления отходов (АСУО);

- автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП);

- система автоматизированного проектирования (САПР);

- автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП);

- автоматизированная система управления (АСУ).

Основным требованием, которое предъявляется к технологическому оборудованию исходя из концепции ГПС, является автоматизация не только основных, но и вспомогательных функций.

Для обработки деталей типа «тел вращения» используются токарные и шлифовальные станки с ЧПУ, токарные обрабатывающие центры (ТОЦ). В настоящее время наиболее распространенными ГПМ для токарной обработки являются комплексы на базе станков: 1В340ПФ30, 1720ПФ30, 16К20Т1, 16К20Ф3, а также токарный обрабатывающий центр с высоким уровнем автоматизации «Модуль ИРТ 180ПМФ4». Для обработки корпусных и плоских деталей используют сверлильно-фрезерно-расточные станки с ЧПУ, а также обрабатывающие центры (ОЦ). К таким ГПМ можно отнести: ИР200ПМФ4, ИР320ПМФ4, ИР500ПМФ4, ИР800ПМФ4, 2204ВМФ4, а также 2254ВМФ4.

Рис. 3.1.1. Схема обрабатывающего центра с двухпозиционным