Вопрос № 16. Сущность и особенности использования гибких производственных систем

На сегодняшний день сфера распространения поточ­ных форм организации производства и соответствующих ви­дов поточных линий (ОНПЛ, ОППЛ, МНПЛ, МППЛ, АЛ, РЛ) огра­ничена в основном массовым и крупносерийным типами про­изводства, доля которых в общем объеме производства относительно невелика и постоянно уменьшается под воздействи­ем ряда факторов, порождаемых научно-техническим прогрес­сом. К числу таких факторов относятся частая сменяемость выпускаемых изделий, возрастание многономенклатурности производства изделий, деталей и сборочных единиц и т.д.

Развитие радиоэлектроники, вычислительной тех­ники и программирования, серийное производство высокопро­изводительных многоцелевых станков с ЧПУ (обрабатываю­щих центров), робототехника и использование групповой тех­нологии обусловили создание базы для автоматизации серий­ного, мелкосерийного и единичного производств, а также для перехода к гибкому автоматизированному производству и массовому внедрению гибких производственных систем (ГПС).

В общем случае под гибкой производственной системой по­нимается автоматизированное производство, построенное на современных технических средствах (станках с ЧПУ, роботи­зированных технологических комплексах, гибких производ­ственных модулях, транспортно-накопительных и складских системах и т.д.), способное обеспечивать выпуск широкой но­менклатуры продукции, однородной лишь по своим основным конструктивным и технологическим параметрам и способное безынерционно переходить на выпуск новых изделий любого наименования.

К числу основных факторов, обусловливающих эффективность функционирования ГПС, относятся:

1. групповая технология обра­ботки деталей.

2. комплексная автома­тизация всех основных и вспомогательных технологических операций;

3. программная переналадка технологического обо­рудования;

4. автоматизация конструкторско-технологической и организационной подго­товки производства;

5. автоматизация управления производ­ственно-технологическими процессами, осуществляемого в режиме реального времени;

6. оптимизация опе­ративно-производственного планирования, позволяющая по­лучить максимальную загрузку оборудования, минимизировать производственный цикл и обеспечить комплектность деталей и сборочных единиц для сборки.

В отличие от поточных и автоматических линий, имеющих узкую специализацию на изготовление определенного вида изделий, использование ГПС направлено на обеспечение выпуска серийных и мелкосерийных изделий дискретными партиями, номенклатура и размеры которых могут меняться во времени. При этом, использование ГПС должно способствовать сохра­нению для многономенклатурного производства преимуществ массового производства (непрерывности и ритмичности) и существенному повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции при сокращении численности рабочих-операторов.

Гибкие производственные системы отличаются от техни­ческих систем, состоящих из универсального оборудования и автономно работающих станков с ЧПУ и от производств, обо­рудованных линиями (АЛ, РЛ и др.) с механической связью. От первых ГПС отличаются высокой производительностью оборудования и труда как за счет одновременного выполнения многих опера­ций производственного процесса с одной установки обраба­тываемого предмета труда, так и за счет того, что ГПС может работать в автоматическом режиме круглосуточно. От авто­матических линий ГПС отличается более высокой гибкостью, позволяющей обрабатывать широкую номенк­латуру изделий и осуществлять быструю смену объектов производства.

Степень гибкости, как ключевая характеристика работы ГПС, может быть определена вели­чиной затрачиваемого времени или количеством необходимых дополнительных расходов, требующихся для перехода на выпуск изделий определенного наименования, а также широтой номенклату­ры выпускаемой продукции.

Степень гибкости производственной системы является многокритериальным параметром. В зависимости от специфики решаемой задачи, принято выделять раз­личные типы гибкости ГПС:

1. машинная гибкость - простота перестройки технологи­ческого оборудования для производства заданного множества изделий каждого наименования;

2. технологическая гибкость - способность системы про­изводить заданное множество деталей каждого наименования с использованием разных вариантов технологического процесса;

3. структурная гибкость - возможность расширения ГПС за счет введения новых дополнительных технологических моду­лей, а также возможность объединения нескольких систем в единый комплекс;

4. гибкость по объему выпуска - способность системы эко­номично изготавливать изделия каждого наименования при разных размерах партий запуска (характеризуется минимальным размером партии изделий, при котором использо­вание системы остается экономически эффективным);

5. гибкость по номенклатуре - способность системы к об­новлению выпускаемой продукции. (характеризуется сроками и стоимостью подготовки производства деталей нового наиме­нования). Для обеспечения данного типа гибкости важное значение имеет унификация конструктивных и технологических ре­шений, достигаемая за счет автоматизации процессов конст­руирования изделий и технологической подготовки производ­ства, а также широкого применения принципов групповой тех­нологии.

Действие указанных факторов обеспечивается за счет комплекса функциональных элементов ГПС, делящихся на две укрупненные части:

a) производственно-технологические функциональные эле­менты.

b) информационно-вычислительные и управляющие элементы.

Производственно-технологическая часть ГПС предназна­чена для выполнения всех основных и вспомогательных тех­нологических процессов и операций над элементами материального потока. При ее проектировании используется блочно-модульный прин­цип построения организационных уровней системы

Основными элементами производственно-технологиче­ской части ГПС являются: гибкий производственный моду­ль (ГПМ), роботизированный технологический комплекс (РТК) и система обеспечения (СО).

Гибкий производственный модуль - это единица тех­нологического оборудования с ЧПУ, предназначенная для производства изделий про­извольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик, автономно функционирующая, авто­матически осуществляющая все функции, связанные с изго­товлением продукции, имеющая возможность встраиваться в более сложную ГПС. В состав ГПМ входят:

a) специальное технологическое обору­дование (от одного до трех станков с ЧПУ);

b) контрольно-изме­рительная аппаратура и установки;

c) промышленные роботы и манипуляторы;

d) средства автоматизации технологического процесса;

e) средства идентификации деталей, заготовок, инст­румента и оснастки.

Роботизированный технологический комплекс - это совокупность единиц технологического оборудования от 3 до 10 станков с ЧПУ, роботов и средств их оснащения. Этот комп­лекс автономно функционирует и осуществляет многократные циклы. Предназначенные для работы в ГПС, роботизированные комплексы должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраиваться в ГПС. В качестве средств осна­щения они могут быть устройствами накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и т.д.

Основными характеристиками ГПМ и РТК являются:

1. способность работать автономно, без участия человека;

2. способность автоматически выполнять все основные и вспомогатель­ные операции производственного процесса;

3. гибкость, удовлетворяющая требованиям единичного и мелкосерийного производств;

4. простота наладки, устранения отказов основного обору­дования и системы управления;

5. совместимость с оборудованием традиционного и гибко­го производства;

6. большая степень завершенности обработки деталей с одной установки;

В настоящее время создаются и эксплуатируются ГПС пол­ного технологического цикла, на которых детали или изделия обрабатываются (изготавливаются) со 100%-й готовностью, и ГПС неполного цикла, когда для завершения изготовления детали требуются дополнительные операции, выполняемые вне данной системы. В соответствии с этим, создаются более сложные ГПС в виде гибких производственных комплексов (ГПК), гибких автоматизированных линий (ГАЛ), гибких авто­матизированных участков (ГАУ), гибких автоматизированных цехов (ГАЦ) и гибких автоматизированных заводов (ГАЗ).

Система обеспечения функционирования ГПС в общем случае включает:

1. ав­томатизированную транспортно-складскую систему - систе­му взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств с установкой в транспортной таре для временного накопления, распределения и доставки предме­тов производства и технологической оснастки к ГПМ, РТК или другому технологическому оборудованию в ГПС;

2. автома­тизированную систему инструментального обеспечения (АСИО), осуществляющую подготовку, хранение и автомати­ческую замену инструмента;

3. автоматизированную систе­му слежения за износом и поломками инструмента (АССИ);

4. автоматизированную систему обеспечения надежности, осуществляющую слежение за состоянием оборудования (АСОН);

5. автоматизированную систему управления каче­ством продукции (АСУКП);

6. автоматизированную систему удаления отходов производства (АСУОП).

Информационно-вычислительная и управляющая части ГПС обеспечивают управление и координацию деятельнос­ти производственно-технологических функциональных эле­ментов системы, реализующиеся иерархией ЭВМ. В общем случае, информационно-вычислительная и управляющая части ГПС могут включать в свою структуру следующие элементы:

1. систему автоматизирован­ного проектирования (САПР);

2. автоматизированную систему тех­нологической подготовки производства (АСТПП);

3. автоматизи­рованную систему управления технологическими процессами (АСУТП);

4. автоматизированную систему научных исследований (АСНИ);

5. локальные системы управления (ЛСУ);