ГИБКИЕ ПРОИЗВЕДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ
В соответствии с ГОСТ 26229 гибкая производственная система (ГПС) (гибкое автоматизированное производство – ГАП) – совокупность в разных сочетаниях оборудования с программным управлением, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.
В промышленно развитых странах крупносерийное и массовое производство составляет лишь 20%, а единичное, мелкосерийное и серийное производство – 80 %.
В целях разрешения противоречий, обусловленных, с одной стороны, мелкосерийностью объектов производства, а с другой, крупными масштабами самого производства, были разработаны методы групповой технологии.
Верным шагом на пути автоматизации производства является разработка программируемых и за счет этого перенастраиваемых средств, то есть гибкого оборудования. К ним относятся станки с ЧПУ, в том числе обрабатывающие центры, промышленные роботы и другое оборудование. Еще большей гибкостью обладают системы, управляемые от ЭВМ. Подобные системы называют по разному:
- в Японии – гибкой автоматизацией, гибким производственным комплексом.
- в США – гибкой производственной системой (FMS). (ГПС).
- в нашей стране такого рода комплексы называют гибким автоматическим производством (ГАП).
ГАП функционирует на основе программного управления и групповой ориентации производства. На первом этапе ГАП может быть автоматизированным, то есть включать операции, выполняемые с участием человека.
ГАП включает исполнительную систему, состоящую из технологической, транспортной, складской систем и систему управления.
История развития
Периоды развития ГПС:
· период – 60–70 годы – разработка и проверка базисных принципов создания;
· период – 80 годы – разработка и создание элементной техники и технологии;
· период – 90 годы – разработка и создание системы комплексов ГП.
В нашей стране широкое распространение получили автоматические поточные линии, объединяющие комплексы автоматически работающих агрегатных станков и станков–автоматов.
Недостаток – узкая ориентация на изготовление определенного вида изделий. В связи с этим подобные средства можно использовать только там, где производство носит массовый, устойчивый характер.
В целях разрешения противоречий, обусловленных, с одной стороны, мелкосерийностью объектов производства, а с другой, крупными масштабами самого производства, были разработаны методы групповой технологии. Следующим шагом на пути автоматизации производства является разработка программируемых и за счет этого перенастраиваемых средств, то есть гибкого оборудования. К ним относятся станки с ЧПУ, в том числе обрабатывающие центры, промышленные роботы и другое оборудование. Еще большей гибкостью обладают системы, управляемые от ЭВМ. Подобные системы называют по разному:
Анализ ГПС позволяет сделать некоторые выводы:
- управление транспортными системами и работой станков осуществляется одной или несколькими отдельными ЭВМ;
- число станков в ГПС колеблется от 2 до 50. Однако 80% ГПС составлено из 4–5 станков и 15% из 8 – 10;
- реже встречаются системы из 30–50 станков (2–3%);
- наибольший экономический эффект от использования ГПС достигается при обработке корпусных деталей, нежели от их использования при обработке других деталей, например деталей типа тел вращения.
Различна и степень гибкости ГПС. В США преобладают системы для обработки изделий в пределах 4–10 наименований, в Германии – от 50 до 200; нормативный срок окупаемости ГПС в различных странах 2 – 4,5 года.
Основные понятия и определения
Производственным процессом в машиностроении называют совокупность действий, необходимых для выпуска готовых изделий. В основу производственного процесса положен технологический процесс изготовления изделий, во время которого происходит изменение качественного состояния объекта производства. Для обеспечения бесперебойного выполнения технологического процесса изготовления изделия необходимы еще и вспомогательные процессы
Наибольшее распространение получили ГАП в механообработке. Здесь сформировались типичные структуры – модули, объединяемые в линии или участки с помощью транспортно–складских систем. Состав модуля включает:
- обрабатывающий центр;
- накопитель паллет или кассет и средства ЧПУ. Сравнительные данные по использованию ГАП в различных технологиях:
· металлообработка ковкой – 50 %;
· металлообработка штамповкой – 21 %;
· формовка – 12 %;
· сборка – 5 %;
· остальные технологии – 12 %.
Сложнее всего происходит внедрение ГАП в сборочные производство, это связано:
· со сложностью и разнообразием объектов сборки и необходимой для
этой сборки оснастки;
· коротким циклом операций сборки;
· не жесткостью или упругостью деталей;
· необходимостью в настройке, подгонке и учете малых допусков в
сочленении деталей.
В сборочных ГАП центральным компонентом являются роботы с развитой сенсорикой и высоким уровнем машинного интеллекта, что влияет на увеличение уровня затрат при создании ГАП сборки. Поскольку роботы с интеллектуальными средствами управления еще не получили широкого распространения, то приходится резко повышать затраты на периферийное оборудование и оснастку, создавая условия для применения более простых роботов. При этом стоимость оснастки и периферии составляет до 70 % от общей стоимости сборочного модуля. Далее будут более подробно рассмотрены экономические и социальные аспекты использования роботов. Однако ГАП не является эффективным для любых типов производств.
В настоящее время роботы в основном применяются при операциях транспортирования, сборки, обслуживания обрабатывающего оборудования, сварки и контроля. С точки зрения вычислительной нагрузки на управляющую ЭВМ производственные операции можно подразделить на два вида:
-информационно простые операции, к ним относятся операции переноса большого числа предметов или тяжелых предметов;
-информационно сложные операции (сборки и контроля).
Основным направлением совершенствования роботов является развитие применения микро–ЭВМ с 8, 16 и 32–разрядными микропроцессорами, развитыми операционными системами и задачеориентированными языками программирования высокого уровня. Перспективным направлением является использование аналоговых микропроцессоров, т.е. больших интегральных схем, где в одном кристалле реализованы как цифровые элементы – микропроцессор, как и цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, схемы управления периферийными устройствами.
Для реализации высоконадежных систем управления роботами все больше находят применение адаптивные микропроцессоры с БИС, т.к. в этих устройствах имеются резервные узлы, средства диагностики отказов и самовосстановления, реализующие адаптивные внутренние связи, способствующие увеличению надежности роботоориентированных вычислительных устройств до показателей, отвечающих производственным требованиям.