Автоматизация технологических процессов машиностроение пример. Комплексная механизация и автоматизация производства

Приведены сведения по различным аспектам и видам автоматизации машиностроения, в том числе по комплексной автоматизации проектирования и изготовления изделий, автоматизации технологических процессов сборки. Значительное

внимание уделено особенностям проектирования технологических процессов в условиях автоматизированного производства, математическому моделированию в технологических системах, автоматизации проектирования технологических
процессов и управлению техническими объектами и процессами. Рассмотрены вопросы формирования виртуальных производственных систем на базе распределенных производственных систем, использования CALS-технологий и информационных технологий при проектировании и сопровождении изделий на этапах их жизненного цикла.
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизированные
технологии и производства». Может быть полезен специалистам, работающим в области машиностроительных технологий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении / Под ред. Н.М. Капустина. — М.: Машиностроение, 1985.

2. Автоматизация проектирования технологических процессов и средств оснащения / Под ред. А.Г. Раковича, Г.К. Горанский, Л.В. Губич, В.И. Махнач и др. — Минск, ИТК АН Беларусь, 1997.

3. Автоматизированные системы проектирования технологических процессов механосборочного производства / Под ред. Н.М. Капустина. — М.: Машиностроение, 1979.

4. Андреев Г.Н., Новиков В.Н., Схиртладзе А.Г. Проектирование технологической оснастки машиностроительного производства. — М.: Высшая школа, 2002.

5. Андрющенко В.А. Следящие системы автоматизированного сборочного оборудования. — Л.: Машиностроение, 1979.

6. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. — Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение, 1982.

7. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, примеры, методология. — М.: Наука, 1988.

8. Вороненко В.П., Схиртладзе А.Г., Брюханов В.П. Автоматизированное производство. — М.: Высшая школа, 2001.

9. Гибкие производственные комплексы / Под ред. П.Н. Белянина, В.А. Лещенко. — М.: Машиностроение, 1984.

10. Гжиров Р.И., Серебреницкий П.П. Программирование обработки на станках с ЧПУ. — Л.: Машиностроение, 1990.

11. Диалоговое проектирование технологических процессов. Н.М. Капустин, В.В. Павлов, Л.А. Козлов и др. — М.: Машиностроение, 1983.

12. Евгенев Г.Б. Системология инженерных знаний. — М.: Изд-во. МГТУ им.
Баумана, 2001.

13. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. — М.: Машиностроение, 1976.

14. Капустин Н.М., Васильев Г.Н. Автоматизация конструкторского и технологического проектирования. Система автоматизированного проектирования. В 9 кн. Кн. 6. — М.: Высшая школа, 1986.

15. Капустин Н.М., Дьяконова Н.П., Кузнецов П.М. Автоматизация машиностроения / Под ред. Н.М. Капустина. — М.: Высшая школа, 2002.

16. Капустин Н.М., Кузнецов П.М. Структурный синтез при автоматизированном проектировании технологических процессов деталей с использованием генетических алгоритмов // Информационные технологии, 1998. № 4. С. 34-37.

15. Капустин Н.М., Кузнецов П.М. Формирование виртуальной производственной системы для выпуска изделий в распределенных системах //Машиностроитель. 2002. № 6. С. 42-46.

16. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. — М.: Машиностроение, 1988.

17. Кузнецов М.М., Усов Б.А., Стародубов B.C. Проектирование автоматизированного производственного оборудования. — М.: Машиностроение, 1987.

18. Металлорежущие станки и автоматы / Под. ред. А.С. Проникова. — М.: Машиностроение 1981.

19. Куропаткин П.В. Оптимальные и адаптивные системы. — М.: Высшая школа, 1980.

20. Моделирование робототехнических систем и гибких автоматизированных производств / Под ред. Н.М. Макарова. В 9 кн. Кн. 5. — М.: Высшая школа, 1986.

22. Машиностроение. Энциклопедия. Раздел III. Технология производства машин / Под ред. П.Н. Белянина. — М.: Машиностроение, 2000.

23. Мухин А.В. Новые концепции организации промышленного производства // Наука производству. 2001. №5. С. 2 - 7.

24. Норенков И.П. Принципы построения и структура. Системы автоматизированного проектирования. В 9 кн. Кн. 1. — М.: Высшая школа, 1986.

25. Норенков И.П. Разработка САПР. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 1994.

26. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000.

27. Основы автоматизации машиностроительного производства / Под. ред. Ю.М. Соломенцева. — М.: Высшая школа, 1999.

28. Норенков И.П., Кузьмин П.К. Информация поддержки наукоемких изделий. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002.

29. Павлов В.В. Типовые математические модели в САПР ТП. — М.: Мосстанкин, 1989.

30. Павлов В. В. CALS-технологии в машиностроении (математические модели). — М.: Изд-во МГТУ Станкин, 2002.

31. Программное управление станками / Под ред. В.Л. Сосонкина. — М.: Машиностроение, 1981.

32. Павлов В.В. CALS-технологии в машиностроении (математические модели). — М.: Изд-во МГТУ Станкин, 2002.

33. Роботизированные производственные комплексы / Под ред. Ю.Г. Козырева, А.А. Кудинова. — М.: Машиностроение, 1987.

34. Справочник технолога машиностроителя / Под ред. A.M. Дальского. В 2 т. — М.: Машиностроение, 2001. «Издательство машиностроение - 1».

35. Схиртладзе А.Г., Соколов В.И., Фадеев В.А. Металлорежущие станки с программным управлением и подготовки программ. — Харьков: Высшая школа, 1992.

36. Технология машиностроения. Основы технологии машиностроения / Под ред. A.M. Дальского. В 2 т. Т. 1. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997.

37. Технология машиностроения. Производство машин / Под ред. Г.Н. Мельникова. В 2 т. Т. 2. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998.

38. Технология производства гусеничных и колесных машин / Под ред. Н.М. Капустина. — М.: Машиностроение, 1989.

39. Трудоношин В.А., Пивоварова Н.В. Математические модели технических объектов. В 9 кн. Кн. 4. — М.: Высшая школа, 1986.

ИС-ПРО для предприятий машиностроения

PDM - Product Data Management (система управления данными о продукции)
CAPP - Computer-Aided Process Planning (автоматизированная система технологической подготовки производства)
ДСЕ - деталь или сборочная единица
ССЗ - сменно-суточное задание
ССИ - структура и состав изделий
ПКМ - покупные материалы
ПКИ - покупные комплектующие изделия

Система ИС-ПРО обладает архитектурными и функциональными возможностями, необходимыми для решения задач управления основным и вспомогательным производством на предприятиях машиностроения.

Основой для управления производством на предприятиях отрасли является система конструкторских и технологических данных о продукции.

ИС-ПРО по структуре, сложности и гибкости своих информационных объектов достаточным образом соответствует структуре, сложности и гибкости объектов PDM и CAPP систем (контур PDM), с которыми необходимо обеспечивать взаимодействие по процессам и данным в рамках отраслевых решений.

Основные задачи

ERP функционал любой системы управления машиностроительным предприятием (в части управления себестоимостью, снабжением, сбытом и т.д.) может иметь практический смысл, только если обеспечены качество, полнота и своевременность донесения изменений из контура PDM в контур ERP.

ИС-ПРО предлагает набор возможностей, как архитектурно-функциональных, так и сервисных, для решения основных управленческих задач. Решение этих задач обеспечивает качественную реализацию любого дополнительного функционала.

Основные задачи должны быть логически выделены, как с точки зрения использования предприятием, так и с точки зрения процесса внедрения. Это следующие задачи:

Управление нормативно-справочной информацией в части структуры и состава изделий (включая нормы расхода материалов), номенклатуры покупных материалов и изделий (ПКМ и ПКИ);

• Управление нормативно-справочной информацией в части маршрутно-операционных технологий;
• Материальное планирование производства;
• Управление материально-техническим снабжением;
• Управление расходом ПКМ и ПКИ в производстве;
• Планирование производства деталей и сборочных единиц (межцеховой и внутрицеховой контуры);
• Планирование агрегатной и окончательной сборки;
• Диспетчирование и контроль хода производства деталей и сборочных единиц (ДСЕ);
• Управление комплектованием сборки и выпуска готовых изделий;
• Диспетчирование и контроль хода сборки;
• Учет, анализ и оптимизация трудовых затрат производственного персонала;
• Управление качеством и обеспечение материальной и операционной прослеживаемости.

Конечно же, этим перечнем не ограничиваются задачи автоматизации на машиностроительном предприятии. Но именно эти задачи практически на 100% определяют уровень рентабельности и конкурентоспособности предприятия. Эти задачи являются базовыми, потому что вся остальная автоматизация управления предприятием невозможна без их решения.

Типизированные решения этих задач на базе ИС-ПРО существуют в широком диапазоне требуемой сложности и полноты.

Методика ИС-ПРО для машиностроения

Практическая ценность данных для управления машиностроительным предприятием опирается на полноту, точность и своевременность информации о производственном цикле изделий. Поэтому качество и мощность системы управления напрямую зависит от глубины отражения оперативных производственных процессов и детальности информации о составе и технологии изделий.

Методика ИС-ПРО предполагает глубокую проработку и отражение оперативных процессов (процедур) в производстве и технических данных об изделиях.

Таким образом, в основе методики - приоритет оперативного контура управления и глубины технических данных об изделии.

Оперативное управление

Под оперативным управлением производством будем понимать диспетчирование и контроль хода производства изделий с точностью до технологических операций, в разрезе партий запуска ДСЕ и производственно-диспетчерских заказов. Это задача управления операционным потоком в производстве.

Также, в рамках оперативного управления производством, необходимо управлять процессом движения, расхода и преобразования материалов, заготовок и ДСЕ, осуществлять диспетчерский контроль формирования сборочных комплектов в разрезе номеров изделий. Это задача управления материальным потоком в производстве.

Таким образом, решение задачи оперативного управления производством сводится к решению двух задач:

• Диспетчирование и Контроль Хода Производства (ДКХП) или управление операционным потоком.
• Прослеживаемость Материальных Компонентов в Производстве (ПМКП) или управление материальным потоком.

Организационно-производственная структура

В рамках системы данных ИС-ПРО, важнейшим элементом является организационно-производственная структура, в рамках которой исполняются производственные циклы изделий.

Например:

• Тип производства: сложное, многономенклатурное, точное машиностроение.
• Виды производственных процессов: металлозаготовительное производство, механообрабатывающие производства, смежные производства (гальваника, термическая обработка и др.), сборка.
• Организационно-производственная структура и основные этапы производственного процесса отражают специфику типа производства, видов производственных процессов и маршрут изготовления готового изделия.

Элементы методики

Методика ИС-ПРО основана:

• во-первых, на иерархии управляющих документов (механизмов), запускаемых в работу с последующим контролем и регистрацией исполнения.
• во-вторых, на ключевых процессах планово-производственной деятельности.
• в-третьих, на объектах контроля хода производства, таких как производственно-диспетчерские заказы, партии запуска.

МЕХАНИЗМЫ

Данная иерархия отражает ключевые механизмы планово-производственного процесса: планирование, с учетом наиболее общих характеристик предприятия; трансформация плана в формы, пригодные для диспетчерского контроля; генерация оперативных производственных заданий на уровнях партий ДСЕ и операций (на основе планово-диспетчерских форм).

КЛЮЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ

ОБЪЕКТЫ КОНТРОЛЯ

• Производственные партии ДСЕ
• Производственно-диспетчерские заказы
• Производственные подразделения

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра технологии автоматизированного

Машиностроения

Ю.Л.Апатов
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ (АППМ)

Конспект лекций для студентов специальности 120100 – «Технология

Машиностроения» дневной, заочной и ускоренной форм обучения.

^

Киров, 2001

Дисциплина «Автоматизация производственных процессов в маши-ностроении (АППМ)».

Составитель: к.т.н., доцент кафедры ТАМ Апатов Ю.Л.

1. Основные понятия и определения. Механизация и автоматизация производства. Автоматические и автоматизированные процессы и оборудо-вание. Степень автоматизации.

Механизация – начальная ступень при переходе от автоматизации производства, она направлена на замену ручного труда машинным, при этом в её основу положено применение отдельных устройств или приспособлений, а обьектом её служит отдельно взятая технологическая операция (меха-низированная сборка или использование пневмовинтовёрта).

^ Комплексная механизация – следующая ступень, заключающаяся в обхвате средствами миеханизации нескольких смежных техзнологических операций.

Автоматизация – савокупность мероприятий технологического и ор-ганизационного плана, направленная на эффективное управление техпроцес-сом механической обработки или сборки. При этом управлению подверга-ются режимы обработки, точность обработки, время выполнения операций и т.д., а обьектом управления является сам техпроцесс.

^ Комплексная автоматизация – высшая степень автоматизации, при ко-торой обьектом является не только техпроцесс, но и часть производственного процесса (испытания изделия, консервация, упаковка, транспортировка и т.д.).

Основным направлением современного развития автоматизации яв-ляется создание так называемых ГПС. В зависимости от степени автоматиза-ции процессы обработки деталей, да и само оборудованое подразделяют на две большие группы:

1 – Автоматизированные процессы – то есть такие процессы, которые управляются частично с использованием человека – оператора.

2 – Автоматические процессы – производимые без участия человека в качестве управляющего элемента.

2. Автоматы и полуавтоматы. Понятие о рабочем цикле. Автоматичес-кий рабочий цикл. Симметричный и асимметричный циклы, их применение.
В зависимости от степени автоматизации оборудования различают:

1 – Полуавтоматы – для их характерно применение ручной загрузки деталей на станок и использование полеавтоматического цикла работы (т.е. для повторения каждого рабочего цикла необходимо вмешательство опера-тора.

2 – Автоматы – для них характерна автозагрузка деталей и они реали-зуют автоматический цикл работы.

Рабочий цикл – отрезок времени, необходимый для срабатывания данного автомата, либо промышленного робата и т.д. при выполнении задан-ной программы. В простейшем случае он состоит из суммы времени на ос-новные технологические переходы, а также на вспомогательные перемеще-ния (инструмент относительно детали). Это так называемое неперекрывае-мое время.

Т ц = t o (м) + t в, (1)
где t o (м) – основное (или машинное) время работы машины. Оно за-трачивается непосредственно на обработку детали, т.е. на изменение её раз-меров, формы и состояния поверхности.

T в – вспомогательное (неперекрываемое)время, т.е. время когда обработка не производится. (Подвод инструмента к детали, установка детали на станке).

Схема рабочего цикла – характерристика рабочего цикла, она показы-вает порядок перемещения инструмента, характер перемещения (м/мин), а также величину этого перемещения (мм) при работе в автоматическом и по-луавтоматическом режиме.

Существует 4 схемы рабочих циклов:
1 – ^ Асимметричный рабочий цикл . Интрумент выполняет следующие
этапы:

Рисунок 1 – Асимметричный рабочий цикл в применении для операции сверления
Быстрый подвод. В этом случае сверло подходит к детали не касаясь её.

Рабочая подача.
РП = L + L 1 + L 2 (2)
Ускоренный возврат инструмента в исходное положение (быстрый отвод).
БО = РП + БП (3)
На рисунке 1 представлена схема обработки сверлением.

На схеме обозначено:

L – глубина обработки (толшина детали);

L1 – недобег инструмента, исключающий касания инструментом де-тали на ускореной подаче;

L2 – недобег, назначаемый для устранения возможных заусенцев на детали.

L1, L2 назначаются конструктивно в пределах 3-4 мм.

Указанный рабочий цикл находит наибольшее применение для таких операций как сверление, развёртывание, зенкерование и т.д.
^ 2– Симметричный рабочий цикл .
Цикл характерен для нарезания резьбы, причём перед началом медленного отвода предусматривается реверс вращения инструмента.

Примечание: схемы рабочих циклов позволяют перейти к определению времени выполнения данных переходов, зная величину подачи и величину перемещений. Рабочее перемещение назначается из техпроцесса. а само время выполнения переходов используется для расчёта времени рабочего цикла, а также в последствии для расчёта производительности станка.
РП = 20 БП = 20

МО =20 БО = 20

3 – Упрощеный рабочий цикл . Применяется в случаях, когда инст-румент удаётся расположить в непосредственной близости от конца детали.

4 – Сложный рабочий цикл . Применяется при сверлении глу-боких отверстий с периодическим отводом стружки за счёт перио-дического отвода сверла.

РП 1 = БП =

РП 3 =
БО 3 =
3. Эффективность автоматизации. Цель и задачи. Современное состо-яние и направление развития автоматизации.
Эффективность автоматизации заключается в следующем:

I – Повышается производительность механической обработки и сборки за счёт сокращения основного времени, а в большей степени – вспо-могательного.

II – Отмечается снижение трудоёмкости обработки деталей.

III – Повышается качество и однородность продукции, за счёт исключения субъективного фактора (влияния самого человека).

IV – Сокращаются занимаемые производственные площади за счёт сокращения проходов между станками и более полного использования объема здания (пространство между станками и над ними) (верхний транспорт).

V– Снижается себестоимость продукции за счёт зарплаты высвобо-ждающихся рабочих.

VI – Улучшаются условия труда, исключаются из техпроцесса утомительные и однообразные операции ранее выполнявшиеся в ручную.
Все выше перечисленные факторы являются целью мероприятий по автоматизации. К задачам автоматизации дополнительно относятся: автома-тизация транспортирования деталей, их контроль, складирование и т.п.

В настоящее время в машиностроении автоматизация получила наи-большее распространение прежде всего в крупносерийном и массовом произ-водстве (автомобиле- тракторостроение и т.д.). Последнее можно объяснить: относительной простотой оборудования, практически неизменной конструк-цией деталей и постоянством применяемой оснастки и инструмента.

В значительной степени отстаёт автоматизация мелко- и среднесерий-ного производства в следствие его особенностей. Индивидуальное или еди-ничное производство вообще не является на сегодняшний день объектом ав-томатизации. Значительные сложности при автоматизации представляет сбо-рочное производство, а именно:

I – непостоянство формы и размеров деталей поступающих на сборку (уплотнения и т.д.);

II – Чрезвычайно большое разнообразие деталей, входящих в изделие, это диктует необходимость проектирования большого числа устройств и ро-ботов.

III – Требуется очень высокая точность ориентации деталей перед их соединением.

IV – Недостаточная производительность существующих видов оборудования, которое неможет конкурировать с рабочим-сборщиком.

Современное производство большей частью (75 – 80%) является се-рийным производством. На процесс автоматизации в этих условиях влияют следующие факторы:

А – частая сменяемость деталей и конструкций изделия;

Б – постоянно сокращаются сроки выпуска этих деталей с одновре-менным увеличением номенклатуры.

Номенклатура - Количество типоразмеров деталей, проходящих через данную автоматическую линию.

В – Постоянно увеличивающиеся требования по точности деталей и качеству их обработки;

Г – Очень малая доля основного технологического времени в общем производственном цикле производства данной детали.

Рисунок 2 – Диаграмма распределения времени обработки деталей

Т1 – время всего производственного цикла получения деталей;

Т2 = Т1 ∙ 0,05 – среднее время нахождения детали на станке. Осталь-ное время расходуется на ожидание деталью очереди на обработку, транс-портировку, контроль и т.п. вспомогательные операции;

Т3 = Т2 / 3 – время непосредственно затрачиваемое на обработку де-тали, т.е. на изменение размеров и формы поверхностей, их взаимного распо-ложения и их механических свойств. Остальное время идёт на загрузку и раз-грузку детали на станок, на контроль без снятия детали со станка, на время управления станком и т.д.

Вывод: в современном производстве обьектом автоматизации могут служить не только основные технологические операции, но и все перечис-ленные вспомогательные операции. Причина – время Т3 уже предельно со-кращено и большого выигрыша при сокращении времени не даёт.
4. Пути повышения производительности труда в серийном производс-тве, особенности его автоматизации. Актуальность разработки ГПС, тре-бования, предъявляемые к ним со стороны техпроцесса.
Основным направлением автоматизации серийного производства яв-ляется создание ГПС. Их особенность в том, что это системы.состоящие из основного технологического оборудования и комплекта вспомогательного оборудования, а также переналаживемой оснастки, обьединённое общей сис-темой управления и предназначенное для получения деталей заданной но-менклатуры в заданном обьёме выпуска в заданные сроки и требуемого каче-ства. Среди ГПС выделяют две разновидности:

1 – ГАЛ – несколько единиц технологического оборудования (стан-ков) расположенных и связанных между собой транспортными устройствами строго в порядке выполнения операций.

Относительная простота конструкции таких линий.

Применяется переналадка станков на различные детали, что обеспе-чивает «гибкость» данной линии.

– Нет возможности изменить порядок обработки деталей на станках (низкая «маршрутная гибкость»)

Ст.№1

Ст.№n

2 – ГАУ – в этом случае станки расположены произвольно к мар-шруту обработки детали.

(+) Возможность изменить порядок использования оборудования (вы-сокая «маршрутная гибкость»). Этим достигается наиболее полная загрузка оборудования, а критерием выбора маршрута является минимальная перена-ладка станка.

(–) Большая занимаемая площадь (из – за)транспортных систем).

(–) Более сложные и дорогие транспортные средства (устройства).

В основе применяемого технологического оборудования для ГПС ле-жат станки с ЧПУ и промышленные роботы. Существуют более простые раз-новидности ГПС:

ГПМ – гибкий производственный модуль – одна единица технологи-ческого оборудования (многоцелевой станок), оснащённая устройством за-грузки и разгрузки деталей (промышленный робот), и имеется накопитель для заготовок (не большой ёмкости), комплект режущего инструмента (рас-положенный в магазине станка), необходимая оснастка (приспособления), контрольно-измерительные механизмы и устройства, устройства диагно-стики самого оборудования, общая единая система управления.

РТК – роботизированный технологический комплекс – одна единица промышленного робота, выполняющего основную технологическую опера-цию (сборка, сварка, зачистка и др. операции по виду инструмента), для этого он дополнительно оснащается: питателем заготовок, приспособлениями, за-хватным устройством, дополнительно ориентирующими механизмами, тре-буемым инструментом, общей системой управления (для этих функций чаще всего используют дополнительные «технологические» каналы системы управления роботом).
5. Основные количественные характеристики автоматизированных технологических процессов. Производительность механообработки и сборки. Разновидности и методика определения.