Лекции по "Производственный менеджмент"

Лекция 9. Особенности организации и управления

автоматизированным производством

 

Основные вопросы темы:

 

1. Сущность, виды и основные параметры автоматических линий
2. Организационно-технические особенности эксплуатации роторных линий
3. Робототехнические комплексы и их эксплуатация
4. Сущность и особенности использования гибких производственных систем

 

Вопрос №1. Сущность, виды и основные параметры автоматических линий

 

Автоматизация производства в машиностроении развивается в направлении создания автоматических станков и агрегатов, автоматических поточных линий, автоматических участков, цехов и даже заводов.

Степень автоматизации производственных процессов может быть различной. При частичной автоматизации часть функций по управлению оборудованием автоматизирована, а часть - выполняется рабочими-операторами (полуавтоматические комплексы). При комплексной автоматизации все функции управления автоматизированы, рабочие только налаживают технику и контролируют ее работу (автоматические комплексы).

При комплексной автоматизации производственных процессов должна применяться такая система автоматических машин, при которой процесс превращения исходного материала в готовый продукт происходит от начала до конца без физического вмешательства человека. Для этого требуется автоматизация не только технологических, но и всех вспомогательных и обслуживающих операций. Комплексная автоматизация производственных процессов является главным направлением технического прогресса, обеспечивающим дальнейший рост производительности труда, снижение себестоимости и улучшение качества продукции.

Этапы развития автоматизации производства определяются развитием средств производства, электронно-вычислительной техники, научных методов технологии и организации производства. Исторически первыми были созданы автоматические линии с жесткой кинематической связью. Для второго этапа развития автоматизации характерно появление электронно-программного управления: были созданы станки с ЧПУ, обрабатывающие центры и автоматические линии, содержащие в качестве компонента оборудование с программным управлением. Переходом к третьему этапу развития автоматизации послужили новые возможности ЧПУ, основанные на применении микропроцессорной техники, что позволило создавать принципиально новую систему машин, в которой сочетались бы высокая производительность автоматических линий с требованиями гибкости производственного процесса. Более высокий уровень автоматизации характеризуется созданием автоматических заводов, оснащенных оборудованием с системами искусственного интеллекта.

Наиболее распространенным вариантом комплексной автоматизации производства является использование автоматических производственных линий (АЛ).

Автоматическая линия - это система согласованно работающих и автоматически управляемых станков (агрегатов), транспортных средств и контрольных механизмов, размещенных по ходу технологического процесса, с помощью которых обрабатываются детали или собираются изделия по заранее заданному технологическому процессу в строго определенное время, называемое тактом АЛ.

Роль рабочего на АЛ сводится лишь к наблюдению за работой линии, к наладке и подналадке отдельных механизмов, а иногда - к подаче заготовки на первую операцию и снятию готового изделия на последней операции. Это позволяет рабочему одновременно управлять значительным числом машин и механизмов. Характер труда рабочего при этом меняется коренным образом и все более и более приближается к труду техника и инженера.

Основным параметром (нормативом) АЛ является производительность. Производительность линии определяется по производительности последнего выпускающего станка. Принято различать технологическую, цикловую, фактическую, потенциальную производительность линии.

Технологическая производительность АЛ характеризует возможное число полных рабочих ходов линии в единицу времени и определяется по формуле:

 

;

(9.1.1)

 

где tм – машинное время непосредственной обработки детали, т.е. время рабочих ходов станков линии или т.н. основное время (tо), мин.

 

Цикловая производительность АЛ характеризует возможное число рабочих циклов линии в единицу времени и рассчитывается по формуле:

 

;

(9.1.2)

 

где Тц – продолжительность одного рабочего цикла линии, мин.

 

;

(9.1.3)

 

где tх – время холостых ходов рабочих машин, связанных с загрузкой и разгрузкой, межстаночным транспортированием, зажимом и разжимом деталей, т.е. вспомогательное время (tв), мин.

tоп – оперативное время обработки одной детали, мин.

 

Для большинства АЛ продолжительность рабочего цикла и всех его элементов остается неизменной в процессе работы машины, в связи с чем значения технологической и цикловой производительности являются постоянными величинами. В реальных условиях периоды бесперебойной работы рабочих машин АЛ чередуются с простоями, вызванными различными причинами. Вследствие этого, фактическая производительность АЛ отклоняется от цикловой и определяется по формуле:

 

;

(9.1.4)

 

где Ки.в – коэффициент использования рабочих машин линии по времени:

 

;

(9.1.5)

 

где Fэф – эффективный фонд времени работы рабочих машин АЛ в анализируемом периоде, мин.;

Тпр – время простоев рабочих машин в этом же периоде, мин.;

tпвц – время внецикловых простоев, приходящихся на единицу продукции, мин.

 

;

(9.1.6)

 

где tпр – время собственных (режимных) простоев АЛ, мин.;

tпр – время организационно-технических простоев АЛ, мин.

 

Учитывая выражения 9.1.5 и 9.1.6, формулу 9.1.4 можно переписать в виде:

 

;

(9.1.7)

 

Собственные (режимные) простои линии функционально связаны с ее конструкцией и режимом работы. Их величина определяется конструктивным совершенством линии, ее надежностью, квалификацией  обслуживающего персонала. К ним относятся простои, связанные с регулировкой механизмов, подналадкой и текущим ремонтом оборудования линии, сменой инструмента на рабочих машинах и т.п.

Организационно-технические простои обусловлены внешними причинами, функционально не связанными и не зависящими от конструкции АЛ и системы ее обслуживания. К таким причинам относятся отсутствие заготовок, неявки рабочих, брак на предыдущих стадиях производственного процесса и т.п.

С учетом потерь времени только по причинам режимного характера, определяется потенциальная производительность АЛ:

 

;

(9.1.8)

 

Соотношение различных показателей производительности позволяет определить эффективность работы АЛ. Для этого принято рассчитывать т.н. коэффициент технического использования АЛ (Кт.и) и коэффициент ее общего использования (Ко.и):

 

;

(9.1.9)

 

;

(9.1.10)

 

Автоматические линии с гибкой связью как правило оснащаются независимым межоперационным транспортом, позволяющим передавать детали с операции на операцию независимо от другой пары операций. После каждой операции на линии создается бункерное устройство (магазин) для накопления межоперационного задела, за счет которого осуществляется непрерывная работа станков.

 

Вопрос №2. Организационно-технические особенности создания

и эксплуатации роторных линий

 

Одной из разновидностей комплексных автоматических линий являются роторные автоматические линии (РЛ).

Автоматическая роторная линия представляет собой комплекс рабочих машин (роторов), транспортных машин (роторов), приборов, объединенных единой системой автоматического управления, в котором одновременно с обработкой заготовки перемещаются по дугам окружностей рабочих роторов совместно с воздействующими на них рабочими инструментами.

Рабочие и транспортные роторы находятся в жесткой кинематической связи и имеют синхронное вращение.

Рабочий ротор представляет собой жесткую систему, на периферии которой на равном расстоянии друг от друга монтируются рабочие инструменты в быстросъемных блоках и рабочие органы, сообщающие инструментам необходимые движения. Каждый инструмент на различных участках своего пути совершает все необходимые элементы движения для выполнения операции. Для малых усилий применяются механические исполнительные органы, для больших - гидравлические (например, штоки гидравлических силовых цилиндров).

Инструмент, как правило, монтируется комплексно в предварительно налаживаемых (вне рабочих машин) блоках, сопрягаемых с исполнительными органами рабочего ротора преимущественно только осевой связью, что обеспечивает возможность быстрой замены блоков.

На периферии транспортных роторов на равном расстоянии друг от друга устанавливаются заготовки для изготовления деталей или сборочные единицы для сборки изделий. Транспортные роторы принимают, транспортируют и передают изделия (заготовки) на рабочие роторы. Они представляют собой барабаны или диски, оснащенные несущими органами. Часто применяются простые транспортные роторы, имеющие одинаковую транспортную скорость, общую плоскость транспортирования и одинаковую ориентацию предметов обработки.

Для передачи изделий между рабочими роторами с различными шаговыми расстояниями или различным положением предметов обработки транспортные роторы могут изменять угловую скорость и положение в пространстве транспортируемых предметов.

Рабочие и транспортные роторы соединяются в линии общим синхронным приводом, перемещающим каждый ротор на один шаг за время, соответствующее такту линии. На автоматической роторной линии одновременно могут обрабатываться детали нескольких типоразмеров, имеющие сходные технологии своего изготовления. Благодаря этому, РЛ могут применяться не только в условиях массового производства, но также и в серийном производстве. В настоящее время такие линии широко используются при производстве радиодеталей, штамповок, на операциях упаковки, расфасовки и т.п.

Основными календарно-плановыми нормативами, лежащими в основе организации роторных линий являются:

1. Такт линии, определяемый временем перемещения заготовки и инструмента на расстояние шага ротора:

 

;

(9.2.1)

 

где Iпр – шаг ротора (расстояние между двумя смежными позициями ротора), ед. длины;

Vтр – транспортная (линейная) скорость движения инструмента или предмета труда, т.е. окружная скорость ротора:

 

;

(9.2.2)

 

где ω – угловая скорость вращения ротора, оборотов/сек. или оборотов/мин.;

r – радиус ротора, ед. длины;

Т – период вращения (время, за которое ротор совершает полный оборот), ед. времени.

 

Окружные скорости двух роторов пары (рабочего и транспортного) всегда должны быть равны, что является условием точности позиционирования предметов труда и инструментов друг относительно друга:

 

;

(9.2.3)

 

2. Продолжительность производственного цикла обработки заготовки на линии:

 

;

(9.2.4)

 

где Lпо – длина пути от места загрузки заготовки до места конечной выдачи обработанной детали.

 

Время, в течение которого рабочий инструмент участвует в производственном процессе (время полного цикла), больше периода непосредственной обработки детали и характеризуется временем полного оборота ротора:

 

;

(9.2.5)

 

где Lп – длина полной окружности ротора.

 

Структурно время полного цикла равно сумме входящих в него интервалов, связанных с поворотом ротора на определенные углы (ai):

 

;

(9.2.6)

 

где tп – время передачи заготовки из транспортного ротора в инструментальный блок рабочего ротора (угол a1), мин.;

tкп – время контроля за правильностью позиционирования, наличием или отсутствием заготовки перед обработкой (угол a2), мин.;