Вопрос 25 Виды гибких проиводственных систем. Структура гибких проиводственных систем

Гибкая производственная система (ГПС) - 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 периода времени.

Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) - ГПС, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных между собой средствами межоперационного транспортирования и автоматизированной системой управления, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций. На ГАЛ можно изготовлять широкую номенклатуру деталей, близких по массогабаритным характеристикам. Транспортная система ГАЛ перемещает изготовляемые изделия только по заранее определенным маршрутам. Гибкость производства обеспечивается за счет применения станков с ЧПУ, смены на последних отдельных агрегатов, узлов и многошпиндельных головок, поворота изготовляемой детали на необходимый угол и др.

Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) -гибкая производственная система , состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления, в которой средства межоперационного транспортирования обеспечивают свободу адресации материальных потоков и, следовательно, изменения последовательности использования технологического оборудования.

В состав гибкой автоматизированной линиии гибкого автоматизированного участка может дополнительно входить отдельно функционирующее технологическое оборудование, не связанное с остальной системой управления или общей транспортной системой.

ГАУ служит для выполнения практически всех видов обработки (технологических операций) при изготовлении продукции машиностроения.

Из операционных ГАУ комплектуются предметные и узловые ГАУ (рисунок 1).

Предметные ГАУ- системы машин, на которых полностью (комплексно) изготовляется (от заготовки до готового изделия) определенная группа изделий, например, втулок, валов, планок, корпусов и т.п. или две группы изделий и более (тела вращения и корпуса).

Узловые ГАУ - системы машин, продуктом производства которых являются комплекты деталей и узлы определенных типоразмеров. Комплекты изготовляемых деталей дополняются со склада недостающими покупными деталями, а затем они ритмично поступают на автоматизированный участок сборки.

Операционные ГАУ входят в состав предметных, а последние - узловых.

В ГАУ могут быть неавтоматизированные рабочие места, где выполняются отдельные ручные операции. Например, загрузка заготовок на приспособления-спутники и разгрузка с них выполняется вручную, а доставка спутников на станки и закрепление их в рабочей зоне – автоматически.

Гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) - гибкая производственная система, представляющая собой совокупность гибкой автоматизированной линии и (или) гибкого автоматизированного участка, предназначена для выпуска изделий заданной номенклатуры или выполнения какого-либо технологического передела.

Гибкий автоматизированный завод (ГАЗ) - гибкая производственная система, представляющая собой совокупность гибкого автоматизированного цеха, предназначена для выпуска готовых изделий в соответствии с планом основного производства. В состав ГАЗ могут также входить отдельно функционирующие неавтоматизированные участки и цехи.

Рисунок 1–Классификация ГПС (ГАУ) по функциональному назначению

Структурой ГПС называется сеть связей между ее элементами, которые могут рассматриваться как в статике (конфигурация и конструкция), так и в динамике (изменения во времени). Каждая ГПС может быть представлена в виде комплекса подсистем.

Рисунок 1 Функциональные подсистемы ГПС

Взаимодействие функциональных подсистем ГПС показано на рисунке 2

Рисунок 2 Взаимодействие подсистем ГПС

Технологическая подсистема ГПС включает основные технологические устройства, использование которых определяется типом обрабатываемых деталей и технологией их обработки. К таким устройствам относятся машины и приспособления на соответствующих РМ, с помощью которых реализуются операции технологических процессов обработки, сборки, а также операции мойки, чистки и т.д.

Информационная подсистема на локальном уровне состоит из подсистемы управления и подсистемы надзора и диагностики. Она обеспечивает возможность функционирования ГПС без непосредственного участия оператора. Подсистема управления может содержать центральный (главный) компьютер и автономные подсистемы для управления работой каждой из составляющих подсистем. Подсистема надзора и диагностики обеспечивает проверку как корректности работы машины, так и точности обработанных деталей.

Движение информации в ГПС имеет иерархическую структуру, в которой можно выделить три уровня принятия решений. В дальнейшем будет рассматриваться только низший (текущий) уровень.

Подсистема перемещения материалов включает технические средства, обеспечивающие связи между элементами производственной подсистемы и управляет перемещениями инструментов, деталей и приспособлений для их закрепления. Эта подсистема обеспечивает складирование, транспортирование соответствующих элементов и манипулирование ими. Складирование заключается в хранении обрабатываемых изделий до и после обработки, а также в обеспечении требуемых перерывов в перемещении элементов для нормальной работы технических устройств. Транспортирование служит для изменения местоположения (перемещения) соответствующих элементов. Манипулирование обеспечивает перемещение с одновременной сменой ориентации, например перемещение детали в рабочую зону станка. Рассмотренные действия могут реализовываться независимо друг от друга либо быть объединены. Последнее перспективнее, хотя и требует разработки более сложной системы управления. Наиболее часто встречается объединение двух функций: транспортирования и манипулирования или транспортирования и складирования.

Разделение ГПС на подсистемы касается в первую очередь производственных ячеек высокого уровня. На нулевом уровне практически все рассмотренные функции выполняет оператор, обслуживающий данное РМ.

Выбор формы организации ГПС зависит от коэффициента кооперации рабочих мест Н.

Концентрированная форма. Данная структура ПС характеризуется тем, что все операции, необходимые для полной обработки изделия, выполняются на одном РМ. В зависимости от типа производства на нем может обрабатываться одно изделие либо целый ряд часто сменяемых изделий (с учетом технических возможностей данного РМ). В соответствии с принципами концентрации труда можно создавать производственные ячейки, в том числе полностью автоматизированные. Обеспечение материалами в данном случае охватывает:

- доставку заготовок с внешнего склада на РМ, а складирование заготовок на промежуточном складе; - перемещение заготовок на станок и их закрепление; - обработку; - снятие обработанной детали со станка; - складирование обработанных деталей на промежуточном складе; - транспортирование деталей на центральный склад, другие ГПС либо на сборку.

Концентрация данных функций с одновременной их автоматизацией приводит к созданию автономных (гибких) РМ как формы интегрированных ПС.

Замкнутая форма (ячейка). Организация ПС в данном случае является результатом специализации системы. Обрабатываемые изделия требуют одних и тех же технологических операций, однако технологические маршруты обработки различны. Это обусловливает движение заготовок в различных не связанных между собой направлениях, пропуск некоторых РМ, в связи с чем можно говорить о разветвленной сети связей между ними как о характерной для данной структуры. Транспортирование и складирование в данном случае также связаны с РМ. По сравнению с линейными структурами номенклатура обрабатываемых изделий значительно шире, а в ГПС может одновременно обрабатываться много различных изделий.

Вопрос 26 Вспомогательные устройства транспортно-накопительных подсистем: поддоны, палеты, толкатели. устройства поворота и ориентации деталей, устройства деления потоков (назначения, конструкции, обсласть применения)

Делители потока.

Применяются для деления потоков в ветвящихся автоматических линиях (рис. 1.). Делятся по принципу движения заслонок: качающихся, возвратно-поступательных и вращающихся.

Деление осуществляется посредством:

- качающихся заслонок поворачивающейся под действием самой заготовки (рис. 1.,а);

-с помощью возвратно – поступательных заслонок (рис. 1.,б,в);

Применяются в том случае когда возникает необходимость в разделении общего потока на несколько самостоятельных потоков между однотипными станками. Устанавливаются между механизмом ориентации и накопителем или между накопителем и питателем. Конструкции разнообразны и зависят от формы и размера деталей и от конструкции накопителей и питателей.

Рис. 1. Делители потоков: а.- с чающимися заслонками; б.в – с помощью возвратно-поступающих заслонок.

Ориентирующие устройства.

Во многих случаях в автоматизированном производстве заготовка или деталь должны быть поданы в рабочую зону или на транспортные системы или к захватным или к поворотным устройствам и т.д. в ориентированном положении. Для этого используются различной конструкции ориентирующие устройства в виде шиберов, секторов с возвратно – поступательными или качающимися движениями, вращающихся дисков, лопатных механизмов, трубок втулок и т.п. Схемы ориентирующих устройств приведены на рис. 2.и 3.

Ориентация деталей возможна также и при их транспортировании При этом используется нессиметричность формы деталей и расположение центра тяжести. Способ ориентирования может быть пассивным и активным.

Пассивные ориентирующие устройства получили широкое распространение при вибрационном транспортировании деталей. Общим в принципе их действия является то, что неправильно ориентированные детали сбрасываются с транспортного устройства и возвращаются к началу потока, а далее следуют лишь правильно ориентированные.

Активные ориентирующие устройства придают детали сложное положение в пространстве в независимости от их исходного положения при поступлении в ориентирующее устройство. Принцип принудительного изменения используют так же при необходимости переориентации. Для несложных деталей малых размеров – применяют простые ориентирующие устройства, для дет. сложных форм или тяжёлых – ориентирующие устройства типа кантователей или универсальных поворотных устройств. Иногда используются действие магнитного поля.

Ориентируемые заготовки условно делят на:

- заготовки простой формы, ориентируемые с помощью вырезов в лотках, скосов, отсекателей;

- заготовки со смещённым центром тяжести, которые ориентируются разом или при повороте во время прохождения их через щель или вырез в лотке;

- симметричные и ассиметричные заготовки, которые ориентируются при провале в спец. окно лотка (ориентация по трафарету).

- заготовки ориентируемые с помощью спец. устройств.

Плоские заготовки типа кругов, колец (рис 2.,а) с d>h, ориентируются с помощью спирального лотка рабочая поверхность которого наклонена по радиусу к центру бункера под b=3-5⁰ для обеспечения сброса второго слоя заготовок. Буртик лотка m<h.

Колпачки с d ³ h ориентируются пассивным способом с помощью выреза с язычком (рис 2.,б).

Заготовки ориентированные донышком вниз проходят по язычку не опрокидываясь, т.к. язычок является достаточной опорой для обеспечения устойчивого положения заготовки. Заготовки расположенные отверстием вниз, надавливаются на язычок теряют равновесие и падают в бункер.

Цилиндры с l > d ориентируются пассивным способом (рис. 2., в) для сброса неправильно ориентированных заготовок под лотком установлен скос, расположенным на высоте 1,1 d от поверхности лотка.

Для ориентировании ступенчатых дисков применяют пассивный способ (рис 2.,г) с использованием особенностей формы. Заготовки, расположенные большим диаметром вниз свободно проходят мимо сбрасывателя и перемещаются далее по лотку.

Рис. 2. Схемы ориентирующих устройств.

Заготовки с большим диаметром вверх – сталкиваются сбрасывателем с лотка в бункер.

Заготовки типа стержней с головками (рис 2.,д) ориентируются активным способом при помощи прорези, выполненным на прямолинейном участке лотка.

Для активной ориентации валиков с уступом (рис.3.,а) используют смещение центра тяжести.

Для ориентации тонких заготовок в виде скоб, треугольников, секторов применяют пассивный способ (рис. 3.,б). Для пластин Т образной формы – активный способ ( рис.3.,в).

При необходимости переориентации заготовок в ходе техпроцесса применяют способ активной ориентации.

Рис. 3. Схемы ориентирующих устройств.

Поворотные устройства.

Используют в станках для перемещения обрабатываемой детали или инструмента на позицию. Это многопозиционные столы и барабаны, блоки многошпиндельных автома­тов, револьверные головки, дисковые магазины и делительные устройства (рис. 4.).

К поворотным устройствам предъявляются требования точности поворота на заданную угловую величину, точности и жесткости фикса­ции в рабочей позиций, осуществление поворота за минимальное время, при ограничениях на возникающие при этом динамические нагрузки.

Точность поворотных устройств, следует оценивать с вероятностных позиций. Под точностью здесь принять понимать точность углового позиционирования; характеризующуюся текущей погрешностью угла поворота. В лучших системах управления автоматиче­ских поворотных устройств, для минимизации погрешностей команды подают с соответст­вующим упреждением. Точность современных поворотных станков с ЧПУ составляет 3..6 угловых секунд.

Быстродействие характеризуется средней скоростью поворота w_ср – до 1,0 с^-1. Универсальность оп­ределяется возможным диапазоном числа делений, который в современных автоматиче­ских поворотных столах равен 2...20000 и выше.

В качестве привода поворотных устройств используют шаговые двигатели (рис.4,а), позво­ляющие получать широкую универсальность по диапазону делений, состыковываться с системами управления с ЧПУ или ЭВМ. Поворотные устройства с гидроприводом (рис.4,б) и с маль­тийским механизмом (рис.4,в) широко применяются в станках и револьверных головках с постоян­ным фиксированным углом поворота.

Рис. 4 Схемы поворотных устройств.

Применяют такие схемы с периодическим включе­нием кинематической цепи различными муфтами (рис.4,в,г), и храповые механизмы (рис.4,е)

Транспортным пакетом называется укрупненная грузовая единица, сформированная из штучных грузов в таре и без нее, с применением различных способов и средств пакетирования, сохраняющая форму в процессе обращения и обеспечивающая возможность комплексной механизации погрузочно-разгрузочных и складских операций.

Одним из основных средств пакетирования являются поддоны (плоские, стоечные и ящичные).

Поддоны для гибких автоматизированных производств выбирают в соответствии с теми же методическими принципами, которые изложены выше применительно к созданию механизированных и автоматизированных складов любых типов.

Все поддоны можно классифицировать:

-по назначению- транспортные и технологические (кассеты, спутники);

-по роду транспортируемых грузов- универсальные (для грузов широкой номенклатуры) и специальные (для определенных грузов);

-по конструкции (плоские, стоечные, ящичные, одно- и двухна-стильные, одно- и двухзаходные);

-по материалу (металлические - из стали или легких сплавов, деревянные, пластмассовые, картонные, композитные с применением древесно-стружечных плит и других материалов);

-по продолжительности использования (разового использования, многооборотные);

-по области применения (внутрискладские поддоны, для внутризаводских перевозок, для внешних магистральных перевозок);

-по размерам (150 х 200; 200 х 300; 300 х 400; 400 х 600; 600 х 800; 800 х 800; 800 х 1000; 800 х 1200; 1600 х 1000; 1600 х 1200).

Многооборотные поддоны являются частью транспортно-складского оборудования ГАП, участка, цеха, предприятия. Поддоны разового использования можно рассматривать как разновидность транспортной упаковки грузов.

Особенностью специальных технологических поддонов для ГАП является то, что на них определенные грузы (заготовки, полуфабрикаты, детали) располагают в фиксированном положении, а иногда и закрепляют заранее, как, например, на поддонах-спутниках многооперационных сверлильно-фрезерно-расточных станков, и подают на них детали на станок непосредственно в зону обработки.

Поддоны-кассеты и поддоны-спутники изготовляют штампованными, сварными, литыми, и они могут служить самостоятельным устройством для формирования грузовой транспортно-складской единицы, или их укладывают на стандартные поддоны.

Транспортно-складские поддоны универсальны по роду размещаемых в них грузов и могут быть металлическими или пластмассовыми, а по конструкции плоскими, стоечными и ящичными.

Перемещения деталей типа тел вращения в ГПС осуществляются чаще всего с использованием простейших транспортных палет без закрепления на них изделий. Такие палетыодновременно выполняют
функции транспортирования и складирования.

Существуют три их разновидности:

1) одиночные палеты, которые перемещаются поодиночке и не могут быть уложены в несколько ярусов;

2) выдвижные палеты, установленные в специальных контейнерах, с возможностью выдвижения-задвижки;

3) многоярусные палеты, которые можно располагать поблизости от РМ одна на другой, в штабелях.

Перспективным является создание универсальных многопредметных палет на основе универсальных модулей. Такие палеты состоят из рамы обеспечивающей возможность обработки различных по форме изделий на различных РМ, вставок, которые используются для установки специальных элементов, служащих для размещения заготовок (деталей); форма и размеры этих элементов определяются формой и размерами заготовок (деталей).

Несущая рама (сварная стальная конструкция) имеет размеры европалет (1200 х 800 мм), хотя могут быть использованы и меньшие габариты. Имея гладкую опорную поверхность, рама может быть установлена на полу либо перемещаться на роликах или с помощью цепных транспортеров. Расположенные поперек или вдоль рамы защитные трубки предохраняют изделия от повреждений в ходе транспортирования. В углах рамы приварены подпорки для укладывания изделий в несколько ярусов. Расстояния между ярусами могут быть изменены с помощью вставляемых мерных стержней.

Для выбора палет можно использовать следующие критерии: соответствие габаритам европалет; масса изделий и палет; количество изделий, размещенных на палете (зависит от размеров и формы изделий); минимальное штучное время обработки одного изделия; требуемое время безлюдной работы ГПС.

В общем случае можно рекомендовать:

- для изделий, имеющих сравнительно малые размеры и длительное время обработки, когда запаса изделий на одной-двух палетах достаточно для обеспечения устойчивой работы ГПС, использовать одиночные палеты;
- для крупногабаритных изделий с малым временем обработки применять выдвижные и многоярусные палеты с дополнительными устройствами для манипулирования ими.

К таким палетам относятся палеты со смонтированными на них крепежными приспособлениями или специальные транспортные палеты. Время, необходимое для замены палет, можно значительно сократить, вынеся действия закрепления-открепления заготовок из рабочей зоны на дополнительный носитель сменных палет, который обеспечивает быстрый их возврат обратно в рабочую зону.

Наиболее распространены станочные (входящие в комплектацию ГПМ), транспортные и вспомогательные палеты.

Чаще всего в ГПС используются палеты, служащие одновременно как для базирования и закрепления деталей, так и для транспортирования и манипулирования ими. Это обеспечивает гибкость транспортной подсистемы, поскольку, с одной стороны, все палеты имеют унифицированную рабочую поверхность, а с другой — столы системы транспортирования и манипулирования приспособлены для использования палет конкретного типа.

В случае использования станочных палет, входящих в ГПМ, заготовка крепится на них вне пределов рабочей зоны, параллельно с обработкой иной детали. После этого она перемещается в рабочую зону, где автоматически фиксируется для обработки.