Гнучкість виробництва - це його здатність робити широку номенклатуру виробів і швидко і економічно здійснювати перехід від випуску одного до випуску іншого типу виробів.
Відповідно до цього гнучке виробництво повинне мати наступні три властивості:
? робити широку номенклатуру виробів;
? швидко і економічно переходити від випуску одного до випуску іншого типу виробів в межах встановленої номенклатури;
? допускати зміни номенклатури виробів, що випускаються, без зміни його технологічного оснащення.
Гнучке автоматичне виробництво (ГАП) -это інтегроване автоматичне виробництво широкої номенклатури виробів, що має здатність автоматично переходити від випуску одного до випуску іншого типу виробів в межах встановленої номенклатури і допускаюча зміна цієї номенклатури без зміни його технологічного оснащення.
ГАП створюються на рівні ділянки, цеху і навіть цілого підприємства і покликані забезпечити:
? скорочення циклу виготовлення виробів, передусім, за рахунок зменшення часу виконання контрольних, транспортних і складських операцій і міжопераційних пролежувань, що становить загалом до 95% тривалості циклу виготовлення;
? підвищення безперервності виробництва і використання устаткування за рахунок організації роботи в другу і третю зміни без участі робітників і обслуговуючого персоналу;
? зменшення тяжкості і підвищення продуктивності праці; при досить надійній роботі устаткування і хорошої стійкості інструменту ГАП забезпечує підвищення продуктивності праці в 3-5 разів в порівнянні із звичайним виробництвом;
? скорочення дефіциту робочої сили за рахунок застосування безлюдної технології і вивільнення при цьому значного числа робітників.
ГАП реалізується за допомогою виробничих систем, що мають властивості гнучкості і автоматичності функціонування.
Гнучка автоматична виробнича система (ГАПС) - це виробнича система, що реалізовує гнучкий автоматичний процес виробництва і є взаємоузгодженою сукупністю верстатів з числовим програмним управлінням, промислових роботів, автоматичних транспортних засобів, автоматичних складів, центрального комп'ютера, що управляє, і обслуговуючих усі ці засоби працівників.
ГАПС включає наступні види компонентів.
Верстати з числовим програмним управлінням (ЧПУ). Це верстати, що мають вбудовані програмні пристрої автоматичного управління, програми робіт яких складаються на основі чисел, що отримуються безпосередньо з креслень деталей. Кожен верстат з ЧПУ може обробляти широку номенклатуру деталей при обмеженому наборі технологічних методів обробки.
Промислові роботи. Промисловий робот (ПР) - це машина-автомат, запрограмована на виконання допоміжних і деяких основних виробничих операцій. За призначенням ПР діляться на:
- виробничі, здійснюючі основні операції технологічних процесів зварювання, зборки, забарвлення і т. д.;
- транспортні, здійснюючі міжопераційну передачу заготівель, деталей і виробів, автоматизоване завантаження і розвантаження різного устаткування, складування виробів і т. д.
Автоматичні транспортні засоби. В якості автоматичних транспортних пристроїв використовуються: підвісні і підлогові транспортери; транспортні візки, забезпечені захватними пристроями і керовані від магнітних шин, прокладених під підлогою відповідно до траєкторії транспортного шляху; управляються від комп'ютера, точність позиціонування - до 1 мм.
Автоматичні склади і накопичувачі. Важливою частиною ГАПС є система зберігання і автоматичного розподілу предметів виробництва. Ця система, в загальному випадку, включає:
- центральний склад (ЦС), призначений для обслуговування усієї виробничої системи;
- проміжні накопичувачі (ПН), кожен з яких призначений для зберігання і автоматичного розподілу сукупності предметів виробництва, достатньої для безперервної роботи одного або групи обслуговуваних цим накопичувачем верстатів.
Центральний комп'ютер ГАПС, що управляє. Найважливішим компонентом ГАПС, який інтегрує її роботу і перетворює її на єдине ціле, є центральний комп'ютер, що управляє, зі своїм оснащенням. Він виконує наступні функції:
- оперативне планування роботи усієї ГАПС відповідно до програми виробництва, що задається вищим рівнем управління;
- зберігання, пошук і передачу в локальні пристрої управління відповідних оброблюваним деталям програм роботи верстатів з ЧПУ;
- координацію роботи усіх компонентів ГАПС і оптимізацію режиму її роботи;
- збір інформації і контроль усіх супутників, що знаходяться в системі, з деталями під час їх переміщення;
- управління рухом супутників з деталями за передбаченою технологією і оптимізацію завантаження верстатів;
- управління вимірювальними установками, вимір припусков і визначення числа переходів при чорновій обробці деталей;
- управління установками технічного контролю і видача інформації про параметри виробу;
- контроль і видача інформації про стан верстатів і інших пристроїв системи; виявлення помилок і їх оцінка на усіх робочих позиціях системи, недопущення аварійних ситуацій;
- підготовка і видача документованої інформації про результати роботи системи.
Працівники ГАПС. Створення ГАПС призводить до двох істотних наслідків: в порівнянні із звичайним виробництвом у декілька разів скорочується необхідне число працівників; змінюється характер праці працівників.
При цьому можна виділити наступні основні професії працівників ГАПС :
- оператори, налагоджують, які повинні мати досить високу кваліфікацію для обслуговування складного устаткування і його наладки;
- допоміжні робітники, що здійснюють підготовку деталей і інструменту для запуску в систему; вимоги до кваліфікації цих працівників є відносно невисокими;
- допоміжні робітники, що здійснюють прибирання стружки і підтримку чистоти в приміщеннях; вимоги до кваліфікації цих працівників є дуже низькими;
- технологи-програмісти у тому випадку, якщо розробка програм верстатів з ЧПУ здійснюється безпосередньо у рамках ГАПС; ці працівники повинні мати найбільш високу кваліфікацію і число їх відносно невелико.
Види гнучких автоматичних виробничих систем
За змістом технологічного процесу, що реалізовується, і виду вироблюваних виробів можна виділити наступні види ГАПС :
? по механічній обробці: призматичних або/корпусних деталей, тіл обертання, зубчастих коліс і т. д.;
? по виготовленню друкованих плат;
? по зборці: виробів машинобудування /підшипники, вузли і т. д.), механічних приладів (годинник/і т. п.), виробів радіоелектронної апаратури.
Нині найбільшого поширення набули ГАПС по механічній обробці.
За величиною системи і кількістю наявних в ній верстатів усе ГАПС можна розділити на наступні види:
Гнучкий автоматичний модуль (ГАМІР) - це ГАПС, що містить від 1 до 3 верстатів з ЧПУ і внутрішній накопичувач, що зберігає запас предметів виробництва не менше, чим на 8 ч роботи.
ГАМІР забезпечує безлюдну технологію впродовж зміни і тому повинен мати усі пристрої, які гарантують надійне протікання усього процесу і високу якість виробів, а саме:
- накопичувач заготівель достатньої місткості; автоматичну доставку деталей на робочу позицію верстатів;
- автоматичний затиск деталей на верстаті;
- повністю автоматичний цикл обробки;
- автоматичний контроль якості виробів вимірами в процесі обробки або на вбудованій в модуль вимірювальній станції;
- накопичувачі інструменту на усіх верстатах;
- діагностичну систему спостереження за зносом або поломкою інструменту з подачею сигналів на корекцію або заміну;
- діагностичну систему спостереження за функціонуванням верстатів, транспортної системи і системи управління.
ГАМІР має предметну спеціалізацію при досить широкій номенклатурі виробів і обслуговується одним оператором. ГАМІР застосовуються як мінімальні ГАПС, що створюються на перших етапах впровадження ГАП в існуючих виробничих системах, і як типовий модуль, використовуваний в комбінації з іншими модулями для створення більших ГАПС.
Гнучка автоматична ділянка (ГАУ) - це предметно або технологічно спеціалізована ГАПС, що складається або з декількох ГАМІР, або з 6-8 безпосередньо об'єднаних в систему верстатів з ЧПУ, транспортно-складської системи і комп'ютера. По своїх виробничих можливостях ГАУ приблизно еквівалентний звичайній адміністративно відособленій ділянці. При модульній побудові ГАУ транспортно-складська система має декілька рівнів обслуговування з різними проміжними накопичувачами. Управління ділянкою теж будується за ієрархічним принципом. Обслуговуючий персонал потрібно для періодичного огляду верстатів і обчислювальної техніки, для підготовки деталей і їх установки на верстати, для спостереження за ходом робочого процесу.
Гнучкий автоматичний цех (ГАЦ) - це предметно спеціалізована ГАПС, що складається або з декількох технологічно або предметно спеціалізованих ГАУ, або з сукупності безпосередньо об'єднаних в систему верстатів з ЧПУ і інших необхідних компонентів.
По своїх виробничих можливостях ГАЦ приблизно еквівалентний звичайному цеху. Номенклатура оброблюваних деталей відносно широка і майже не обмежена по малих структурних відхиленнях. Хід робочого процесу усієї системи встановлюється довільно, включаючи численні допоміжні і обслуговуючі операції. Послідовність обходу верстатів оптимізується з урахуванням технологічних вимог і завантаження верстатів. Оператори лише періодично спостерігають за ходом роботи системи, усувають несправності і підтримують усі пристрої в необхідному стані.
Гнучкий автоматичний завод (ГАЗ) є вищою формою гнучкої автоматизації виробництва. Її створення має бути засноване на якісно новій концепції проектування з урахуванням того, що управління устаткуванням і його обслуговування будуть покладені не на людину, а на машини. При цьому устаткування ГАЗ повинне забезпечити раціональне виконання усіх функцій обробки, зборки, контролю і транспортування виробів, а також його швидку переналадку на випуск нової продукції. Воно повинне мати високу універсальність, взаємозамінюваність і надійність роботи.
По виду систем управління усе ГАПС можна розділити на ГАПС з прямим управлінням верстатів від центрального комп'ютера і з комбінованим управлінням, при якому верстати з ЧПУ, роботи і складські системи мають власні мікропроцесорні системи управління, якими управляє центральний комп'ютер.
По мірі приспосабливаемости до реальних ситуацій ГАПС діляться на:
- прості, в яких можливості оптимізації режимів обробки відсутні або дуже незначні;
- адаптивні, в яких режими обробки і кількість проходів оптимізуються з урахуванням величини припуска, зносу інструменту і інших чинників.
Організація гнучких автоматичних виробничих систем
Організація ГАПС - це процес створення і вдосконалення ГАПС. Кожна конкретна ГАПС призначена для виробництва цілком певної номенклатури виробів, а її структура істотним чином визначається конкретними умовам виробництва на відповідному підприємстві. Проте, процес створення ГАПС може типізуватися, і відповідно до цього можуть бути виділені наступні його типові етапи.
Конструктивно-технологічна класифікація виробів. Відмітною особливістю цієї класифікації є значно глибша, ніж в звичайному виробництві, диференціація конструктивно-технологічних ознак виробів аж до виділення елементарних поверхонь, робочих переходів необхідного набору інструментів для обробки і необхідних пристроїв для закріплення деталей на верстатах. В результаті такої класифікації усі аналізовані деталі розбиваються на групи однорідних деталей, кожна з яких об'єднується в одну показну деталь з деякими укрупненими параметрами.
Встановлення конкретної номенклатури виробів, для виготовлення яких створюватиметься ГАПС. Ця номенклатура може включати одну або декілька груп виробів і формується з урахуванням необхідної конструктивно-технологічної близькості виробів, обсягів їх випуску, вимог високої продуктивності і точності виготовлення.
Розробка укрупненої структури технологічного процесу виготовлення встановленої номенклатури виробів. При цьому складається загальна схема технологічного процесу виготовлення усіх деталей цієї номенклатури, т. е. розробляється узагальнена типова технологія з урахуванням забезпечення необхідної гнучкості, продуктивності і ефективності виробництва.
Вибір технологічного оснащення ГАПС. При цьому спочатку на основі укрупненої структури технологічного процесу формуються загальні вимоги до необхідного набору верстатів, а потім формуються вимоги до окремих верстатів з ЧПУ і вибирається оптимальне їх число з урахуванням раціональної міри концентрації операцій на окремих верстатах, забезпечення автоматичності процесу виготовлення виробів, необхідної міри гнучкості виробництва і економічної ефективності усієї ГАПС.
Розробка детальної структури технологічного процесу виготовлення виробів кожного виду встановленої номенклатури. Проектування технологічного процесу обробки деталей на верстатах з ЧПУ вимагає не лише ретельної розробки загальної структури технологічного процесу, але і детальної розробки структури кожної операції аж до робітників і допоміжних ходів. При цьому необхідно: провести аналіз варіантів обробки різних елементарних поверхонь деталі; визначити оптимальні режими обробки; визначити набір інструментів і послідовність їх використання в кожній операції обробки деталі; визначити і угрузати з системою координат верстата траєкторії автоматичного руху інструментів.
Розробка програм роботи верстатів з ЧПУ. На цьому етапі розробляються програми, що управляють, для виконання кожної операції обробки деталі. Програма, що управляє, складається з окремих кадрів, кожен з яких визначає послідовність виконання певних дій робочих органів верстата. При цьому виділяють наступні основні дії: початок роботи (включення верстата); пошук і зміна інструменту, переміщення інструменту по прямолінійній ділянці траєкторії; переміщення інструменту по криволінійній ділянці траєкторії; кінець програми (виключення верстата).
Розробка просторового планування ГАПС і загальної структури її транспортно-складської системи. При цьому здійснюється: аналіз оптимального розміщення верстатів з ЧПУ; аналіз можливих варіантів побудови і розміщення центрального складу і проміжних накопичувачів ГАПС; аналіз характеру і інтенсивності транспортних потоків в системі; вибір найбільш раціонального варіанту просторового планування і транспортно-складської системи ГАПС.
Вибір складу промислових роботів і транспортно-складського устаткування ГАПС. Цей етап тісно пов'язаний з попереднім і виконується практично одночасно з ним.
Розробка програм роботи промислових роботів і транспортно-складського устаткування.
Розробка моделі і алгоритмів функціонування усієї ГАПС. У основі розробки загальної моделі функціонування ГАПС лежить принцип інтеграції : потоку предметів виробництва, потоку інструментів і потоку інформації. При цьому розробляються не алгоритми функціонування кожної одиниці устаткування ГАПС, а алгоритми взаємодії і координації роботи усіх одиниць устаткування ГАПС.
Вибирання засобів обчислювальної техніки для центральної системи управління ГАПС.
Розробка програмного забезпечення управління усієї ГАПС. Програмне забезпечення ГАПС повинне забезпечувати роботу системи в реальному масштабі часу з можливістю встановлення наступних режимів : повністю автоматичне управління від центрального комп'ютера; автономне мікропроцесорне управління кожною одиницею устаткування; автономне ручне управління з індивідуальних пультів управління кожною одиницею устаткування.