<<
>>

1.2. Влияние структурно-компоновочных особенностейавтоматизированных производственных систем на эффективность загрузки оборудования

Анализ состава оборудования современных автоматизированных производственных систем [124, 291, 292] показывает их достаточно широкое разнообразие, но в данной работе мы будем рассматривать только то оборудование и те структурно-компоновочные решения, которые используются в мел-косерийном производстве, поскольку именно в гибких производственных комплексах (ГПК) наблюдаются наибольшие потери времени, связанные с известными проблемами выпуска широкого спектра номенклатуры изделий.

В таблице 1.1, на основе анализа различных моделей технологического оборудования, используемого на предприятиях машиностроения и авиастрое-

20

ния, представлены подсистемы автоматизации технологического оборудования с указанием функциональных особенностей и частотой использования в автоматизированных системах с мелкосерийным характером выпуска изделий.

Как видно из этого анализа, большинство единиц технологического оборудования, использующегося в ГПМ, обладают теми или иными свойствами гибкости, относительной автономности и масштабируемости с точки зрения встраиваемости в системы более высокого уровня.

Таблица.

1.1

Подсистемы автоматизации технологического оборудования

№ п/п Подсистема автоматизации технологического оборудования Частота ис-пользования 1 2 3 1 Управляемые следящие приводы главного движения и подач. 100 % 2 Системы управления классов HNC или CNC 92% 3 Системы управления классов PC NC 8% 4 Подсистема связи системы управления ГПМ с систе-мами управления верхнего уровня на базе существующих сетевых промышленных технологий. 10% 5 Наличие оперативного магазина инструментов в виде револьверной головки емкостью до 24 позиций (в токарных станках и обрабатывающих центрах). 35% 5 Встроенная система ликвидации стружки и СОЖ. 90% 6 Подсистема диагностики отказов элементов станка. 25% 7 Подсистема контроля режимов обработки. 10% 8 Подсистема адаптивного управления процессами ре-зания. 10% 9 Подсистема автоматизированного дооснащения ин-струментами из дополнительного магазина инстру-ментов в составе станка или ГПМ. 12% 10 Подсистема автоматизированной переналадки станочной оснастки. 5% 11 Подсистема активного контроля качества деталей. 10% 21

Окончание табл.

1.1

1 2 3 12 Подсистема пассивного контроля качества деталей с частотой выборки согласно управляющей программе. 15% 13 Подсистема манипулирования (установка и съем) де-талями. 10% 14 Универсальная роботизированная подсистема для манипулирования деталями, инструментами и оснасткой. 5% 15 Система идентификации объектов манипулирования. 5% В таблице 1.2 представлены наиболее часто встречающиеся средства автоматизации вспомогательных операций в ГПМ и ГПС.

Таблица 1.2 Средства автоматизации вспомогательных операций

№ п/п Средство автоматизации Частота использо-вания 1 2 3 1 Промышленные роботы для установки и съема дета-лей с оборудования. 90% 2 Промышленные роботы для установки и съема партий деталей с транспортных средств. 20% 3 Промышленные роботы, используемые для переналадки оборудования. 5% 4 Загрузочно-накопительные устройства 70% 5 Загрузочно-накопительные устройства модульного типа с расположением заготовок и деталей на унифи-цированных палетах. 15% 6 Загрузочно-накопительные устройства, совмещенные сТНС. 20% 7 Промежуточные, буферные накопители деталей, вы-ступающие в качестве интерфейсов ГПМ с ТНС. 10% 8 Буферные накопители деталей между оборудованием. 10% 9 Дополнительные магазины инструментов в ГПМ. 15% 10 Магазины инструментальных блоков. 10% 11 Контрольно-измерительные машины в составе ГПМ. 5% 22

Окончание табл. 1.2

1 2 3 12 Магазины станочной оснастки в составе ПТМ. 5% 13 Магазины оснастки ПР (магазины захватных уст-ройств). 7% 14 Транспортные средства на базе транспортеров. 45% 15 Транспортные средства на базе робокаров с жестким путеводом. 30% 16 Транспортные средства на базе робокаров с гибким путеводом. 20% 17 Транспортные средства в виде радиоуправляемых ро-бокаров. 5% 18 Система идентификации объектов в робокарах. 7% При анализе элементов автоматизации рассматривалось более чем 100 различных компоновок ГПК и ПТМ, используемых и опубликованных как за рубежом, так и в нашей стране.

В таблице 1.3 отдельно представлены складские системы с указанием их функциональных и компоновочных особенностей, а также частотой применения, используемые в ГПС.

Таблица 1.3 Складские системы

№ п/п Виды складских систем Частота применения 1 2 3 1 Складские системы, совмещенные с транспортными системами в ГПС. 20% 2 Локальные складские системы в составе ГПМ. 10% 3 Складские системы, дифференцированные по принадлежности (заготовки, готовые изделия, инструменты, оснастка). 90% 4 Универсальные по типам объектов хранения складские системы. 10% 5 Стеллажные складские системы. 60% 6 Складские системы с одним штабелером. 85% 23

Окончание табл.

1.3

1 2 3 7 Складские системы с несколькими независимыми штабелерами и зонами обслуживания. 15% 8 Складские системы с одной промежуточной позицией загрузки-разгрузки объектов хранения. 65% 9 Складские системы с несколькими промежуточными позициями загрузки-разгрузки объектов хранения. 35% 10 Складские системы с наличием системы идентифика-ции объектов хранения. 7% Особенности выбора и применения состава и структуры элементов ГПС заключается в том, чтобы сократить непроизводительные потери времени, ко-торые, в основном приходятся на операции загрузки-разгрузки деталей, доос-нащение отдельных ГПМ требуемым составом технологических ресурсов и эти непроизводительные потери времени, как правило, должны совмещаться с процессом обработки с целью снижения времен простоев и повышения эффективности использования технологического оборудования.

Потери времени в работе ГПС мелкосерийного производства, имеющие различные причины - переналадки [142,143, 255,13], простои оборудования, ремонты и т.п., всегда были существенны [62,14,286, 237] и в настоящее время также представляют серьезную проблему и по оценке международной организации инженеров-технологов [157] составляют от 20 до 50 % от общего времени функционирования системы. Причем, наибольшие потери времени характерны для ГПС по обработке тел вращения.

Наличие тех или иных потерь времени в структуре технологического процесса во многом зависит также от структурных особенностей применяемых компоновок ГПМ, ГПК и других организационных единиц автоматизированного производства. Анализ компоновок этих систем с точки зрения компонетики приведен в работах многих авторов, но нас больше интересует вопросы корреляции между различными потерями времени на обслуживание

24

и таких структурных особенностей компоновок ГПС, как структурная избыточность, типы применяемого вспомогательного оборудования, особенности организации транспортно-накопительной системы (ТНС), порядок обслуживания заявок и время их обслуживания, зависящие от типа применяемого оборудования.

Выбор той или иной компоновки ГПС, структуры и состава средств зависит от множества факторов (рис.

1.1):

типа производства, его серийности;

номенклатуры деталей;

повторяемости деталей и частоты обслуживания ГПМ ТС транспортными средствами (ТС);

типа используемого оборудования;

способов накопления деталей в пределах ГПМ и наличия соответствующих устройств автоматизации;

разновидности устройств транспортирования деталей;

разновидности способов хранения деталей и т.д.

Большое количество данных факторов обусловливает большое разно-образие структурно-компоновочных вариантов как ГПМ, - основных элемен-тов гибких систем, так и самих ГПС. В Приложении 1 приведены различные компоновки ГПМ и ГПС.

Выбор той или иной компоновки, структуры ТС и состава вспомогательных средств определяет в дальнейшем порядок обслуживания технологических и вспомогательных средств, гибкость обслуживания, которая во многом определяет соотношение потерь времен в расписаниях работы ГПС, загрузку станков с ЧПУ и ГПМ. Например, использование загрузочно-накопительных устройств (ЗНУ), имеющих модульную структуру (рис. 1.1.а, 1.1.6 и 1.2.а Приложения 1) позволяет использовать для хранения деталей типовые палеты и осуществлять их перевозку с помощью автоматизированных ТС, организо-

25

вывать множество позиций доступа к ГПМ для операций их загрузки-разгрузки с помощью ТС в составе ГПС, что в дальнейшем сказывается на эффективности обслуживания отдельных ГПМ [52-55,66,141,271,272].

Один из таких модульных вариантов ЗНУ по техническому проекту автора выпускался в 1986-1987 г.г. на Стерлитамакском заводе высокоточных станков и предназначался для оснащения ГПМ токарного типа.

Аналогичные устройства накопления деталей для ГПС на базе ГПМ сверлильно-фрезерной группы, в виде маятникового, линейного и поворотного модулей (см. рис.1.3.г-д Приложения 1), позволяют не только увеличить емкость накопления деталей в пределах ГПМ, но также совместить накопительную систему с транспортной, что является веским основанием повышения гибкости топологии участков (рис.

1.6.6-в, 1.7 Приложения 1) и загрузки технологического оборудования.

В обоих случаях повышение гибкости обслуживания достигается за счет определенной избыточности, вносимой предложенными ЗНУ и модулями, в виде увеличения позиций загрузки-разгрузки (ПЗР), - интерфейсов взаимодействия отдельных ГПМ с внешней транспортно-накопительной системой ГПС, что вносит организационные коррективы в порядок обслуживания ГПМ. С целью проверки данного утверждения был проведен численный эксперимент с помощью программы имитационного моделирования работы ГПК - FMSim (FMSim О 2000, Апокин А.В., Загидуллин P.P.). На одних и тех же вариантах данных по номенклатуре деталей и составу ГПК, на восьмичасовом горизонте планирования и различном разбросе величин партий и штучного времени, рассматривалась загрузка парка ГПМ и ТС гибкой системы с различными структурно-компоновочными решениями - увеличение ПЗР, увеличение избыточности топологии путевода ТС, изменение компоновки ГПС (рис. 1.8 Приложения 1).

26

Компоновки ГПС

?

"^ По номенклатуре

Для тел вращения

Для корпусных деталей

j По серийности

Участки и комплексы

Линии

?

Групповая организация участка

?

I

?

Предметно-замк-нутая организация

?

Т

По организации участков

Топология ТНС

1

Линейная

Замкнутая

Сетевая

Произвольная

Совмещен-ная со СС

I

Не совме-щенная со СС

Организация ТНС и СС

т

I

Гибкая ТНС

Жесткая ТНС

Тип ТНС

т

Полная

?

Избыточная

Структурная избыточность

т

I

?

Варианты средств автоматизации

F3

I

Варианты организационных схем обслуживания

т

I

I

Варианты моделей обслуживания заявок

РисЛ .1. Влияние разнообразия компоновочных факторов ГПС на модели расписания

27

Целью численного эксперимента было установление зависимостей между особенностями компоновки и структуры ГПС и характером полученных расписаний ГПС, производительностью оборудования.

Рассматривались токарные компоновки различного типа с различными препятствиями в топологии путеводов (рис. 1.2).

а) Открытая компоновка б) Компоновка с препятствиями

Рис. 1.2. Варианты рассмотренных компоновок

0,95

0,35

30 60 90 120 150 180 Время обработки партии деталей (мин)

открытая компоновка с 1 позицией i/o открытая компоновка с 2 позициями i/o открытая компоновка с 4 позициями i/o закр.комп. с 1 поз. i/o закр.комп. с 2 поз. i/o закр.комп. с 4 поз. i/o

птип |/«мп i- Л п/у» tin u О-мо mmap

открытая компоновка с 1 позицией i/o открытая компоновка с 2 позициями i/o открытая компоновка с 4 позициями i/o закр.комп. с 1 поз. i/o закр.комп. с 2 поз. i/o закр.комп. с 1 поз. i/o

nxim i/nun r 1 п/va i/n м О-кла m/ran

Рис. 1.3. Результаты численного моделирования компоновок ГПС

28

Результаты моделирования (рис. 1.3) показали изменение загрузки парка технологического оборудования гибкой системы - ГПМ и транспортной системы, в зависимости от различных структурно-компоновочных и, как следствие, - организационных факторов обслуживания заявок, от 5 до 55 %. Хотя результаты получены всего лишь с помощью приближенной имитационной модели, но характер изменений, их динамика, позволяют говорить о необходимости учета структурно-компоновочных и организационных факторов обслуживания объектов в ГПС в математических моделях расписаний систем ОКП, которые, как уже говорилось ранее, в подавляющем большинстве случаев не подлежат оперативной коррекции и являются жестко привязанными к традиционным простейшим схемам обслуживания.

Необходимо отметить, что структурно-компоновочные решения могут быть иметь существенные различия даже в пределах одной и той же ГПС, в зависимости от хода ТП, используемых вспомогательных обслуживающих устройств, способов загрузки-выгрузки объектов манипулирования и т.д. Все это определяет требование к системе ОКП - необходимость формализации и учета большинства структурных особенностей ГПС при обслуживании заявок и адекватность математических моделей и параметров расписаний существующему производству.

Между компоновкой ГПМ, ГПК, как отображением состава и структуры, всегда существует связь с теми или иными особенностями обслуживания, что зачастую выражается в виде эффективности обслуживания. Выбор той или иной компоновки определяется как требуемым составом оборудования, особенностями технологического процесса и функциональных возможностей, так и последующей эффективностью ее обслуживания с точки зрения мини-мизации непроизводительных времен.

Многообразие структурных особенностей ГПС вносит существенные изменения в традиционно сложившиеся упрощенные схемы оценки длитель-

29

ности вспомогательных операций, что требует дополнительного анализа схем обслуживания заявок и их учет в моделях расписаний систем ОКП.

<< | >>
Источник: Загидуллин Равиль Рустэм-бекович. Система оперативно-календарного планирования автоматизированного механообрабатывающего мелкосерийного производства на основе комплексных моделей [Электронный ресурс] : диссертация... д-ра техн. наук : 05.13.06. - Москва: РГБ,2007. - (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).. 2007

Еще по теме 1.2. Влияние структурно-компоновочных особенностейавтоматизированных производственных систем на эффективность загрузки оборудования:

  1. 1.2. Территориальная организация общественного производства (содержание, составные части, определение понятия)
  2. 4.7. Анализ структуры территориально-производственных систем
  3. Показатели движения и технического состояния основных производственных фондов
  4. 1. Система экономико-математических моделей, используемых в прогнозировании синтетических показателей экономического и социального развития Грузинской ССР
  5. 6.1. Кристаллическая структура ацетилацетоната, дибензоилметаната и р-нитробензоиланизоилметаната дифторида бора. Влияние природы а-заместителей на флуоресцентные свойства кристаллических р-дике- тонатов дифторида бора. Лазерная пикосекундная спектроскопия с временным разрешением растворов р-дикетонатов дифторида бора
  6. Научная новизна.
  7. 1.1. Анализ структуры автоматизированных производственных систем с точки зрения планирования
  8. 1.2. Влияние структурно-компоновочных особенностейавтоматизированных производственных систем на эффективность загрузки оборудования
  9. 1.4. Роль и место систем ОКП в автоматизированном производстве
  10. 1.7. Обзор существующих моделей и состояния работ в области оперативно-календарного планирования