Автоматизация производства и применение новейших технологий

Системы автоматизированного  проектирования (САПР) начали внедряться в конце 50-х гг. для технических  расчетов, в 60-х гг. - для проектно-конструкторских работ (ЭВМ использовалась в режиме пакетной обработки данных). Так, например, разработанные САПР технологических процессов (САПР ТП) позволяют проектировать на ЭВМ технологические процессы горячей штамповки и штампы, выдавая всю необходимую технологическую информацию. Человек участвует только в кодировании исходных данных.

Возможны два  принципиально различных способа  автоматизированного проектирования:

1. Синтез проектируемого объекта (конструкции, технологического процесса, цеха) применяется к заданным конкретным требованиям и технико-экономическим условиям при крупносерийном и массовом выпуске продукции (индивидуальное проектирование);
2. Поиск с использованием информационно-поисковых систем по заданным характеристикам типового или группового объекта из имеющейся в памяти ЭВМ номенклатуры объектов для предприятий с единичным, мелкосерийным и серийным характером производства (групповое или типовое проектирование).

Описание группового технологического процесса для деталей представляет собой список технологических операций (технологический маршрут) с закрепленными за каждой из них оборудованием и оснасткой. Технологический процесс для каждой конкретной детали, принадлежащей данной группе, определяется выбором из группового технологического процесса операций необходимых для изготовления этой детали. При выборе операций используют формализованные правила (условия), устанавливающие соответствие технологических, конструктивных и производственных параметров детали, с одной стороны, и операций технологического процесса, размеров и типов оснастки - с другой. Такие САПР ТП предназначены в основном для предприятий с единичным и мелкосерийным производством.

На предприятиях с массовым и крупносерийным производством  повышаются требования к качеству проектного решения. Даже незначительное уменьшение, например, расхода металла или трудозатрат в одном технологическом процессе дает большой экономический эффект при изготовлении сотен тысяч и миллионов деталей. При этом необходимо индивидуальное проектирование (синтез) технологического процесса и оснастки применительно к изготовляемой детали с учетом особенностей ее формы и размеров и возможностей используемого технологического оборудования, а также оптимизация проектного решения. Процесс проектирования разбивают на элементарные, но универсальные операции (элементы расчетов, принятия решений, геометрических преобразований и др.), каждая из которых уже не зависит от особенностей деталей и проектируемых процессов. Однако в совокупности комплекс элементарных операций обеспечивает принятие решения для деталей любых форм и технологических требований для выбранного класса задач.

В 70-х гг. появление мини-ЭВМ  и терминалов дало возможность получать с помощью САПР ТП чертежи и  графики в интерактивном режиме при небольших трудовых и финансовых затратах.

САПР позволяет ускорить процессы проектирования и повысить качество проектов, быстрее использовать новейшие достижения науки и техники, лучше удовлетворять потребности  в новых изделиях.

Автоматизированная  система управления производством.

Автоматизированная система управления производством (АСУП) это ряд технологий, позволяющих управлять и контролировать работу производственного оборудования при помощи ЭВМ. Эта технология идет дальше обычной автоматизации в основном за счет обеспечения гибкости производственного процесса. Компьютер может передать на управляемую им единицу оборудования новый набор команд и изменить выполняемую оборудованием задачу.

Первые автоматизированные системы планирования – системы  планирования материальных ресурсов(Manufacturing Resources Planning), MRP-системы – появились в США в 60-е годы, и до настоящего времени не потеряли своей актуальности. В это время лидерство американской промышленности было безусловным. Однако появление сильной конкуренции со стороны Европы и Японии требовало соответствующих решений.

Проблема наличия необходимых  материалов и комплектующих в  нужное время, в нужном месте и  в нужном количестве особенно актуальна  для массовых сборочных производств, где простои конвейера недопустимы.

Методология MRP и соответствующие  программные решения разрабатывались специально под производства, использующие систему КАНБАН или just-in-time. Данная методология служит для реализации следующих целей:

• минимизация запасов на складах сырья и готовой продукции;
• оптимизация поступления материалов и комплектующих в производство и исключение простоев оборудования из-за не прибывших вовремя материалов и комплектующих.

Следует понимать, что MRP – это методология, на практике представляющая собой компьютерную программу.

В настоящее время для  планирования ресурсов предприятий  с серийным производством используется подход, получивший название MRP II– планирование производственных ресурсов.

Ядром системы является методика планирования потребностей в материалах MRP (Material Requirements Planning).

АСУП, претендующая на звание MRP II-системы, должна соответствовать  требованиям документа «MRP II Standard System», который разработан Американским обществом по контролю за производством и запасами (American Production and Inventory Control Society - APICS) и содержит описание 16 групп функций, которые должна поддерживать АСУП. Уровень поддержки делится на обязательный и необязательный (опциональный).

Основная задача АСУП это управления всеми составными частями производства, то есть управление основным используемым при обработке оборудованием ГПС (основное оборудование ГПС это станки оснащенные системой ЧПУ), а также дополнительным (к вспомогательному, но не менее важному оборудованию ГПС можно отнести различное технологическое оснащение, необходимое для выполнения определенной операции технологического процесса обработки детали, промышленных роботов, роботов транспортеров и т.д.). «Технологическим процессом» называется часть «производственного процесса» (производственный процесс начинается с обработки заготовки и заканчивается сборкой деталей в узлы) содержащая действия (совокупность операций и переходов, выполняющихся в определенной последовательно) по изменению состояния предмета производства (заготовки), технологический процесс связан непосредственно с изменением размеров, формы и свойств материала обрабатываемой заготовки.

По степени  автоматизации АСУП подразделяют на:

• автоматические (полностью автоматика, без участия человека-оператора);
• автоматизированные (автоматика с участием человека-оператора, дополняющего работу АСУП).

АСУП можно разделить на несколько уровней, их число зависит от исполнения ГПС:

• на внешнем уровне находится устройство управления станком, роботом, транспортом;
• следующий уровень представляет собой концентратор каналов связи от устройств нижнего уровня, который может быть выполнен в виде микро ЭВМ;
• третий уровень, это система управления ГПС;
• четвертый – система управления заводом.

Основные функции  АСУП:

• управление транспортными перемещениями;
• наблюдение за всем производственным процессом;
• вывод данных на печать;
• вывод информации на монитор;
• сигнализирование при необходимости в случае аварийной ситуации;
• технологическая подготовка производства;
• управление технологическим процессом производства;
• управление инструментальным обеспечением;
• оперативное планирование.

Состоит АСУП из средств вычислительной техники — управляющих ЭВМ, связанных в единый комплекс с помощью интерфейсных устройств и линий передачи данных, и программного обеспечения, предназначенного для управления отдельными единицами автоматизированного оборудования всех подсистем и системы в целом. Она базируется на использовании оборудования с ЧПУ, ГПМ. Программное управление автоматизированных систем технического оборудования основывается на применении программы, определяющей порядок действий с целью получения требуемого результата. Вычислительные машины, устройства сопряжения с объектами и передачи данных являются аппаратурными средствами системы управления ГПС, функционирующими под управлением программных средств.

В состав АСУ  ГПС входят следующие подсистемы:

подсистема  УТСС (подсистема АСУП, необходимая для управления транспортно-складской системой)

подсистема  УТПП (подсистема АСУП, осуществляющая управление технологическим процессом производства)

подсистема  ТПП (подсистема АСУП, осуществляющая технологическую подготовку производства)

подсистема  УИО (подсистема АСУП, для управления инструментальным обеспечением)

подсистема  ОКП (подсистема АСУП, осуществляющая оперативно-календарное планирование)

Промышленные роботы.

Промышленные  роботы представляют собой программируемые  устройства для выполнения операций с материалами и рабочими инструментами, которые иначе пришлось бы выполнять  рабочим. ПР – это автоматическая машина, стационарная или передвижная, содержащая исполнительное устройство в виде манипуляционного механизма с несколькими степенями подвижностями и репрограммируемое устройство программного управления, служащее для реализации двигательных и управляющих функции в производственном процессе.

В ходе создания и развития автоматизированных производств  ПР явились важным и эффективным средством автоматизации особенно при большой номенклатуре и частой смене объектов производств. Они используются для выполнения операций, где требуется высокая степень стабильности, а также работ, опасных или не удобных для человека. При этом ПР оказались способными выполнять не только вспомогательные, но часто и основные операции в технологическом процессе. Применение роботов в ГАП оказалось эффективным в связи с их двумя главными свойствами:

1. универсальностью, т.е. возможностью реализации различных видов движений в различных последовательностях.
2. перепрограммированием, т.е. возможностью быстрого изменения программы их функционирования.

ПР могут выполнять в автоматическом режиме следующие функции:

• переналадку на изготовление другого изделия;
• установку изделий, подлежащих обработке в технологическом оборудовании;
• выгрузку готовых изделий;
• очистку установок от отходов производства;
• контроль правильности базирования и установки обрабатываемого изделия;
• контроль рабочих сред и средств, осуществляющих обработку, формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;
• замену средств обработки и рабочих сред;
• контроль параметров, обрабатываемого изделия и формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;
• автоматическое управление технологическим процессом на основе принятых критериев эффективности;
• связь с верхним уровнем управления с целью обмена информацией и приема управляющих воздействий;
• диагностику технического состояния и поиск неисправностей.

Задачи, которые роботы решают в настоящее время на промышленных предприятиях можно разделить на три основных категории:

• манипуляции заготовками и изделиями;
• обработка с помощью различных инструментов;
• сборка.

В зависимости  от назначения и задач в ГПС используются следующие типы ПР:

1. складские ПР (используются для работы АСС, которые выдают по запросам основного производства требуемые виды заготовок, полуфабрикаты, инструмент, технологическую оснастку, приспособления);
2. транспортные ПР:

• подвижные (подвесные или напольные (автоматизированные тележки или робокары));

• неподвижные (для обслуживания напольных или подвесных конвейеров);

3. подвижные для обслуживания станков и ТО (подвесные и напольные);
4. неподвижные встраиваемые на станках и ТО;
5. неподвижные напольные для обслуживания станков и ТО;
6. для транспортировки контрольных средств;
7. для выполнения контрольных операций;
8. для выполнения сборочных операций;
9. для удаления стружки и другие.