по трэс

Смысл автоматизации заключается в дальнейшем совершенствовании технологического оборудования, ко-

гда t x → 0, η →1 . Фактическая производительность оборудования часто отличается от цикловой:

Пф = N ср / tпл ,

где Nср — количество выпущенной продукции; tпл плановый период времени с учетом внецикловых потерь времени из-за простоя машин.

Потери рабочего времени разделяются на технологические и организационные. К первым относят подачу материала, транспортировку объектов обработки, зажим и освобождение заготовок, установку и смену инструмента, заточку инструмента, регулировку и ремонт механизмов, ко вторым — получение запасных частей, уборку отходов, сдачу готовых изделий, передачу смены, простои, поломки, брак в производстве, переналадку, связанную с заменой технологической оснастки, и т. д. Для сокращения потерь времени:

∙создают машины непрерывного действия, где потери первой группы устраняются;

∙автоматизируют смену и регулировку инструмента (станки с ЧПУ);

∙повышают долговечность и надежность автоматических линий;

∙автоматизируют управление производством путем применения ЭВМ;

∙повышают качество продукции за счет автоматизации контроля;

∙механизируют и автоматизируют вспомогательные (транспортирование, складирование, погрузочноразгрузочные работы), а также складские работы.

Бурное развитие ЭА приводит в настоящее время к чрезвычайно быстрой смене объектов производства, что вызывает потери, связанные с переналадкой и заменой специального оборудования, и подчас вынуждает отказываться от механизированных систем, использовать ручной труд при сборочно-монтажных работах. Решение этой проблемы возможно путем создания участков или линий гибкого автоматизированного производства.

Экономическая эффективность новой техники определяется следующими критериями:

∙сроком окупаемости дополнительных капиталовложений:

K − K

tок = 2 − 1 ,

C1 C2

где К1, К2 — капиталовложения по двум сравниваемым вариантам; C1, С2 — годовая себестоимость продукции по двум вариантам;

∙ коэффициентом эффективности капиталовложений, определяющим прибыль на дополнительные вложения:

C=1/ tок ;

∙удельными капиталовложениями, исходя из которых, выбирают вариант, требующий минимальных затрат при создании одинаковых производственных мощностей: λ = K 2 / K1 при K 2 > K1 , λ > 0 .

16.3.АВТОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ И ИХ ОСНАЩЕНИЕ

Основным направлением, которое позволяет решить проблему существенного роста производительности труда, является внедрение в производство механизированных, автоматизированных и автоматических поточных линий.

Автоматическая линия (АЛ) представляет собой систему автоматических станков и агрегатов, которые устанавливаются в технологической последовательности и объединяются общими системами транспортирования заготовок, удаления отходов и управления. По характеру транспортной связи оборудования АЛ подразделяются

348

на две группы: жесткие (синхронные) и гибкие (несинхронные). Жесткие линии характеризуются тем, что на всех рабочих позициях детали обрабатываются одновременно, а после окончания операций перемещаются транспортером на соседние позиции. Отказ хотя бы одного элемента жесткой линии приводит к ее остановке, что снижает производительность. Жесткие линии на 70—90 % компонуются из унифицированных узлов и агрегатов, что обеспечивает низкую их стоимость, короткие сроки проектирования и изготовления. Гибкие линии состоят из независимо (по времени) работающих станков с гибкой транспортной связью.

Взависимости от способа перемещения обрабатываемых деталей АЛ подразделяются на спутниковые

ибесспутниковые. Спутниковые АЛ — это линии, в которых детали базируются, обрабатываются в течение всего технологического процесса в приспособлениях, называемых спутниками. Применение таких приспособлений позволяет точно базировать детали сложной формы, не имеющие базовых поверхностей, расширяет номенклатуру деталей, однако увеличивает затраты на обслуживание линий.

Бесспутниковые АЛ — в свою очередь подразделяются на прямоточные, поточные, бункерные.

Впрямоточных линиях (рис.16.5, а) детали с помощью транспортера перемещаются от одного станка к другому на расстояние L, равное расстоянию между рабочими зонами станков, а затем подаются в зону обработки. В поточных линиях (рис.16.5, б) заготовки передаются на расстояние d, равное размерам самой заготовки. Бун- керные линии (рис.16.5, в) снабжаются бункерами, откуда заготовки непрерывно подаются к станкам. Они применяются для обработки деталей небольшой массы и размеров.

Рис. 16.5. Схемы автоматических линий:

1 − 4 станки; 5 – бункеры; 6 – заготовки; 7 – рабочий ротор; 8 – транспортный ротор

349

Роторные линии (рис.16.5, г) отличаются тем, что в них заготовки обрабатываются в процессе перемещения от одной позиции к другой, и состоят из технологических роторов 7, на позициях которых выполняются технологические операции, и транспортных роторов 6, вращающихся синхронно с технологическими и осуществляющих межоперационное транспортирование заготовок. Роторы вращаются от общего привода через систему зубчатых колес, расположенных на вертикальных валах роторов. Роторная машина совершает непрерывное транспортирующие движение одновременно с необходимыми технологическими движениями, поэтому ее производительность не зависит от продолжительности технологических операций, а определяется временем перемещения ротора на значение шага между инструментами:

Rм = h / Vтр ,

где h — шаговое расстояние; Vтр — транспортная скорость. Тогда производительность:

П = 1/ Rм = Vтр / n ,

где n — количество роботов.

Независимость ритма роторной машины от длительности операций — важное условие резкого снижения межоперационных простоев и сохранения высокого коэффициента использования всех машин, входящих в АЛ. Областью рационального применения роторных АЛ являются технологические процессы, характеризуемые поверхностным действием орудий на предметы обработки: штамповка, прессование, литье, вытяжка, химическая обработка и т. д.

В зависимости от количества деталей, одновременно обрабатываемых на каждой позиции, линии подразделяются на однопозиционные и многопозиционные. Линии, скомпонованные из однопозиционных агрегатных станков, используются в основном для обработки сравнительно крупных деталей. Линии из многопозиционных станков производительнее благодаря уменьшению вспомогательного времени за счет совмещения транспортирования обрабатываемых деталей и выполнения технологических операций. Многопозиционные станки со сменой инструмента в виде барабана или с поворотным столом уменьшают число схем базирования деталей, что снижает вероятность нарушения базирования. Линия из многопозиционных станков 1, 3 (рис.16.6) с проходным транспортером-накопителем 2 имеет возможность функционирования тогда, когда один из станков остановлен для обслуживания и смены инструмента.

Рис. 16.6. Схема многопозиционной АЛ

Транспортные системы автоматических линий подразделяются на жесткие и гибкие.

Жесткое транспортное устройство линий спутникового вида состоит из межстаночного транспортера, перемещающего от станка к станку детали в спутниках, возвратного транспортера и поворотного устройства для изменения ориентации спутников. Межстаночный транспортер включает две круглые поворотные штанги 1 с флажками 2 и спутниками 3 (рис.16.7). Флажки препятствуют скольжению спутников по штангам в моменты их разгона и торможения путем прижима их к верхним базам 4. Это позволяет переносить спутники с помощью

350

штанг на высокой скорости (20 м/мин) с замедлением ее до 3 м/мин в начале и в конце цикла перемещения. Такая схема обеспечивает сохранность баз и требует небольшого усилия для перемещения спутников.

Рис. 16.7. Схема жесткого транспортера

Гибкость межагрегатных транспортных связей может быть достигнута с помощью накопителей деталей, расположенных между отдельными участками, обработкой деталей в параллельных потоках, а также созданием линий со сплошной структурой. Примером гибкой линии, состоящей из участков 1 и 3 и накопителя 2 между ними, является линия с проходным транспортером-накопителем (рис.16.8). При выходе из строя первого участка станки второго имеют возможность обрабатывать детали, поступающие из накопителя. Производительность таких линий выше, чем линий с жесткими транспортными связями.

Рис. 16.8. Схема гибкой транспортной системы с накопителем

Механизация и автоматизация процессов сборки ЭА осуществляется путем применения поточных линий:

∙механизированных, в которых большая часть операций производственного процесса выполняется с применением механизированного инструмента (пневматического, электрифицированного и др.), а процессы перемещения собираемых изделий механизированы путем применения конвейера без автоматического адресования;

∙автоматизированных, в которых большая часть операций выполняется с применением полуавтоматического и автоматического оборудования, а процессы перемещения изделий автоматизированы путем применения конвейера с автоматическим адресованием.

В зависимости от номенклатуры закрепленных за линией изделий поточные линии могут быть однопредметными и многопредметными. За однопредметной линией закреплена сборка изделия одного наименования, за многопредметной — изделий разных наименований, сходных по конструктивно-технологическим признакам. Технологической основой создания многопредметных линий является применение групповых или типовых ТП, позволяющих приблизить организацию серийного производства к условиям массового производства.

Для определения возможности организации одноили многопредметной поточной линии выполняется предварительный расчет количества рабочих мест:

	m
	∑ N i Ti
C =	i=1	,

Фд

351

где m — количество изделий в группе; Ni — программа выпуска i-го изделия, входящего в группу; Ti — фактическая трудоемкость изготовления i-го изделия; Фд — годовой действительный фонд времени работы линии.

Наилучшие технико-экономические показатели имеют линии с количеством рабочих от 10 до 50. Если количество рабочих превышает 50, то затрудняется управление линией, снижается ее надежность. В этом случае целесообразно организовать две линии.

Производительность автоматических линий можно определить так:

Q = K эф Фд /tц ,

где Кэф — технический коэффициент использования; tц — длительность цикла поточной линии. Технический коэффициент использования

K эф = Qц / QФ ,

где Qф, Qц — фактическая и цикловая производительность.

Фактическая производительность меньше цикловой на величину неизбежных затрат времени на замену инструмента, переналадку, профилактику оборудования. Кэф составляет 0,75—0,80 для непереналаживаемых линий и 0,65—0,70 для переналаживаемых.

Основным оборудованием автоматизированных транспортных систем, в том числе поточномеханизированных линий, являются конвейеры, монорельсовые подвесные дороги и транспортные роботы. Выбор типа конвейера зависит от массы и габаритных размеров собираемых деталей, возможности выполнения работ со съемом изделий или без него, наличия параллельных рабочих мест и других факторов.

Конвейеры для поточных линий классифицируют по ряду признаков несущего органа:

∙по конструкции — на ленточные, пластинчатые, тележечные, роликовые, элеваторы;

∙по назначению — на распределительные и рабочие;

∙по съему предметов — на ручные и механизированные;

∙по положению в пространстве — на горизонтально- и вертикально-замкнутые;

∙по характеру движения — на непрерывно-поступательные и периодические.

Ленточные конвейеры предназначены для транспортирования насыпных или штучных грузов и широко применяются из-за простоты их конструкции и низкой стоимости изготовления. Несущий орган — ленту — изготавливают из прорезиненного ремня или эластичного пластика. На ней могут транспортироваться изделия массой до 15 кг. В зависимости от габаритных размеров изделий ширина несущего органа может быть

200,300,400 и 500мм.

Типы ленточных конвейеров: непрерывно-поступательные ПТ-92...ПТ-95 с шириной ленты от 200 до 500 мм и скоростью 0,6—1,45 м/мин; периодические ПТ-106...ПТ-109 с теми же размерами и скорость до 10м/мин.

Для удобства монтажа типовые ленточные конвейеры изготавливают из отдельных секций (приводной и натяжной станций, промежуточных секций длиной 2500 мм на 4 рабочих места), при этом рабочие места могут располагаться в одностороннем, двустороннем или в шахматном порядке. Верхняя и нижняя ветви ленты поддерживаются роликовыми парами. Постоянное натяжение ленты обеспечивается винтовым натяжным устройством. Но жесткость и сравнительно малая прочность несущего органа такого конвейера не дают возможности закреплять на нем технологические приспособления и собирать детали большой массы, поэтому ленточные конвейеры чаще всего используют как распределительные.

Пластинчатые конвейеры применяются в основном для сборки более тяжелых изделий массой до 40 кг и длиной до 500 мм, а также в том случае, когда предъявляются повышенные требования к точности и качеству сборки или к механизации съема изделий. В качестве несущего органа конвейера применяется стальная пла-

352

стинк, которая одновременно выполняет функцию цепи. В зависимости от габаритных размеров изделия пластинчатые конвейеры имеют ширину несущего органа 100,300,400 и 500мм (ПТ-110...ПТ-112). Пластинчатые конвейеры могут быть распределительными и рабочими, а по расположению в пространстве — только верти- кально-замкнутыми и в большинстве случаев периодического действия.

Тяговым органом тележечных конвейеров является бесконечная цепь шарнирного типа, замкнутая между звездочками. Несущим органом является тележка, прикрепленная к цепи шарнирами. Размеры тележки нахо-

дятся в пределах от 200×250 до 450×500 мм, грузоподъемность — 50 кг и более (ПТ-113). Применение цепных горизонтально-замкнутых конвейеров обеспечивает удобную компоновку линий с рациональным использованием площади.

Распределительный конвейер применяют, если на линии необходимо иметь параллельные рабочие места и масса изделий составляет менее 8 кг. Рабочий конвейер используют только при отсутствии параллельных рабочих мест и массе передаваемых изделий более 8 кг.

Выбор способа съема изделия с несущего органа зависит от вспомогательного времени, необходимого для съема и установки на несущий орган конвейера, а также от массы изделий. При ручном съеме адресование изделий осуществляется либо по номерной (цветовой), либо по световой системе. Механизированный съем может осуществляться с помощью механического нумератора, командоаппарата, кодирования контейнера.

Номерная (цветовая) система адресования осуществляется путем числового кодирования или окрашивания участков несущего органа конвейера в разные цвета и закрепления за ним рабочих мест. Система имеет простую организацию, однако отвлекает и утомляет рабочего, снижает производительность труда.

При световой системе адресования на рабочем месте в нужный момент загорается сигнальная лампочка и рабочий узнает, что ему следует снять подошедшее изделие и взамен поставить собранное. Такая система удобна для сборщика и освобождает его от наблюдения за конвейером.

Механизированным съемом с помощью нумератора оснащаются горизонтально-замкнутые напольные конвейеры с наклонными тележками и непрерывно-поступательным движением несущего органа, работающего на скоростях 8 и 10 м/мин. В этом случае рабочий, закончив операцию, устанавливает тару 1 с собранным изделием на наклонную плоскость любой подошедшей тележки 3, где для удержания тары имеются два упора 2 (рис.16.9). Нажав на определенные клавиши двухразрядного нумератора 4 на тележке, он задает номер следующей операции. С помощью двух разрядного нумератора (по 10 шт. в ряду) можно закодировать до 90 различных операций. Перемещаясь от одного рабочего места к другому, закодированная тележка штырями 5 находит на кулачок 6 (который соответствует только данной операции), утапливает упоры 3, удерживающие тару, и последняя по наклонной плоскости скатывается на рабочее место.

Рис. 16.9. Конвейер с наклонными тележками

353

рег. пер

Такая система позволяет работать с любым количеством параллельных рабочих мест на линии, изменять маршрут сборки, осуществлять гибкую связь между рабочими местами.

Расположение несущего органа в пространстве зависит от формы и размеров помещения, где размещается поточная линия сборки, а также от возможности создания прямоточного производства. Горизонтальнозамкнутые конвейеры отличаются большей гибкостью и обеспечивают планировку линий различной формы (прямолинейную, Ш-образную, Т-образную). Вертикально-замкнутые конвейеры обеспечивают прямолинейную форму. Монорельсовые подвесные дороги применяют для межили внутрицеховых грузопотоков. В транспортную систему входят: путевые устройства, эстакада, грузоносители, средства автоматизации и управления. Их достоинствами являются высокая экономичность, использование малой производственной площади, высокая скорость, удобство обслуживания.

16.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ СБОРКИ

Проектирование однопредметной непрерывно-поточной линии, выполненной на конвейере, осуществляют по приведенной ниже последовательности.

1. Определяют ритм выпуска изделий по формуле

r= Фд nтр ,

N p

где Фд — базовый действительный фонд времени: Фд = Д × 8 × 60 × С × К ; Д — число рабочих дней; С —

число смен; Крег.пер — коэффициент, учитывающий время регламентированных перерывов в работе линии (0,94—0,95); nтр — количество изделий, транспортируемых в пачке; Nр — расчетная программа выпуска:

	П
N р = N 1 +		,
	100
где N — годовая программа выпуска; П — возможные технологические потери (1—3 %).
2. Рассчитывают количество рабочих мест, выполняющих параллельно одну и ту же операцию:
Cp i = Tоп i	/ r ,
где Tоп i — норма оперативного времени i-й операции.
3. Определяют коэффициенты загрузки рабочих мест как отношение расчетного числа рабочих мест к
принятому, фактическому:
K з i = Cp i / Cпp i .

Операции считаются синхронизированными, если 0,9<Кз i<1,2.

4. Находят общее количество рабочих мест сборщиков на линии:

	n	= ∑Tсб / r ,
K р = ∑ Cp i
	i=1
где Тсб — трудоемкость сборки изделия, равная	n	число операций.
	∑Тoп i ; n —
	i=1

Если количество рабочих мест равно или меньше 10, организация линии поточной сборки экономически нецелесообразна, если больше 50, — необходимо организовать две или более линий.

5. Рассчитывают общее количество рабочих мест на линии:

K общ = Кр + Крез + Ккомпл + Кконтр ,

354

где Крез — количество резервных мест (0,1—0,2) Кр; Ккомп, Кконтр — количество рабочих мест комплектовщиков

иконтролеров соответственно.

6.Рассчитывают шаг конвейера:

d =Vн r ,

где Vн — скорость непрерывного движения ленты конвейера.

При пульсирующем движении ленты конвейера со скоростью Vн

d =Vн Тпр ,

где Тпр — время передвижения предмета на один интервал. 7. Определяют длину конвейера:

L = Lр + L1 + L2 ,

где Lp — рабочая длина несущего органа конвейера; L1, L2 — длины приводной и натяжной станций соответственно, выбираемые по справочным данным, (1,5—2) м.

Рабочая длина несущего органа конвейера при однорядном расположении рабочих мест (рис. 16.10, а) рассчитывается так:

Lp = K max lуд ;

для двухрядного расположения рабочих мест (рис. 16.10, б)

Lp = (K max +1) lуд / 2 ,

где Кmax — максимальное количество рабочих мест на линии; lуд — расстояние между двумя соседними рабочими местами (обычно равно 1,2 м).

Рис. 16.10 Схемы поточных линий с односторонним (а) и двухсторонним (б) расположением рабочих мест: 1 – рабочие места; 2 – сборщик; 3 – лента; 4, 5 – натяжная и приводная станции

8. Рассчитывают количество предметов в заделе Nз, сборка которых не окончена:

	N з = N тех + N тр + N рез + N обор ,
где Nтех — технологический задел, представляющий		собой изделия на сборке на рабочих местах линии:
N тех = K р nтр ; Nтр —	транспортный задел; при непрерывном движении конвейера Nтр= Lp / dтр, при пульсирую-
щем Nтр= Кр nтр; Nрез —	резервный задел, равный 2—5 %	сменного выпуска изделий; Nобор — оборотный задел,

создаваемый на комплектовочной и упаковочной площадках в размере сменной потребности линии.

Полное использование фонда рабочего времени достигается внедрением многостаночного обслуживания и совмещением обслуживания операций. Для этого составляют график обслуживания, определяющий периоды

355

работы оборудования и рабочих, обслуживающих несколько операций на протяжении смены. Время работы рабочего на одном рабочем месте — это период комплектования задела

Tх = r K з ,

где Кз — коэффициент загрузки рабочего на одном рабочем месте на данной операции: K з = Tшт / r .

В течение периода комплектования задела сохраняется одинаковый план работы на смежных операциях, а величина межоперационного задела изменяется от нуля до максимального абсолютного значения. Положительная величина задела относится к концу периода Тх, а его отрицательная величина — к началу периода Тx.

Величина межоперационного оборотного задела Zmax

			np i		np i+1
Z	max	=		−		T	x	,
					T
		T
			шт i		шт i+1

где np i, np i+1 — количество рабочих мест на каждой из двух смежных операций, занятых в течение периода Тх. Производительность конвейера определяется формулой

Q =Vm / d ,

где V — скорость транспортирования, м/мин; m — масса изделия, кг; d — шаг конвейера, м. По полученному значению Q рассчитывают мощность привода конвейера:

W = 0,141(Lп Vmк / 36 + Lр Q / 270) ,

где mк — погонная масса ленты конвейера (6—9 кг/м).

16.5. РОБОТОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

Переход от автоматизированных поточных линий к качественно новому уровню автоматизации — автоматическим производственным системам, работающим с минимальным участием человека, осуществляется путем использования роботов. Промышленные роботы дают возможность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции, обеспечить быструю переналадку автоматический линий, что является предпосылками создания гибкого автоматического производства.

Слово "робот" впервые ввел в обращение Карел Чапек в своей пьесе "R.V.R." в 1920 г., где он говорит о механическом прообразе человека, выполняющего тяжелую работу. Чешское слово "robota" означает тяжелый, подневольный труд.

Быстрыми темпами робототехника стала развиваться 20 лет назад, что отвечало насущным потребностям общественного производства и необходимости замены человека на участках с опасными, вредными или монотонными условиями труда. Так, если в 1972 г. в Западной Европе работало в производстве 300 роботов, в США

— 850, в Японии — 1500, то к 1990 г. их количество возросло в 25 раз. Начало работ в СССР по созданию роботов относится к 1969 г., когда был разработан робот "универсал-50", но только в 1975 г. опытные образцы роботов "циклон-35" и "универсал-15М" нашли применение на производстве. Выдающуюся роль в развитии теории роботов и организации работ по их созданию сыграл академик И. И. Артоболевский, долгие годы возглавлявший Координационный совет по робототехнике АН СССР.

В настоящее время под роботом понимают автоматический манипулятор с программным управлением. В зависимости от участия человека в процессе управления роботами их подразделяют на биотехнические, автономные, полуавтоматические и автоматические. К биотехническим относятся дистанционно управляемые роботы, копирующие движения человека и имеющие средства обратной связи. Автономный робот может длительно

356

работать без участия человека. Полуавтоматический робот характеризуется сочетанием ручного и автоматического управления. Он снабжен устройством управления для вмешательства человека в процесс автономного функционирования путем сообщения дополнительной информации или последовательности действий.

За короткий период развития роботов произошли большие изменения в элементной базе, структуре, функциях и характере их использования. Это привело к делению роботов на поколения.

Роботы п е р в о г о	п о к о л е н и я (программные роботы) имеют жесткую (как правило цикловую) про-
грамму действий и элементарную обратную связь с окружающей средой или не имеют ее.
Роботы в т о р о г о	п о к о л е н и я (адаптивные роботы) обладают координацией движений с восприятием.

Они пригодны для малоквалифицированного труда при изготовлении изделий. Программа работы робота требует для реализации движений управляющей ЭВМ и программного обеспечения для обработки сенсорной информации и выработки управляющих воздействий.

Роботы т р е т ь е г о п о к о л е н и я обладают способностью к обучению и адаптации в процессе решения производственных задач и способны вести диалог с человеком, формировать всебе модель внешней среды, распознавать и анализировать сложные ситуации.

Структурная схема промышленного робота (ПР) включает ряд систем устройство (рис.16.11): механическую, приводов, управления, связи с оператором, информационную, а также операционное. Механическую систему выполняют, как правило, в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности. Привод обеспечивает силовое воздействие на соответствующий механизм, осуществляющий заданное перемещение. Система управления координирует движение рабочих органов манипулятора, осуществляет прием сигналов от датчиков внешней информации и использует их для выбора подпрограммы работы ПР. Приведем основные технические показатели роботов.

Рис. 16.11. Структурная схема ПР

1.Число степеней подвижности — сумма возможных координационных движений объекта манипулирования относительно опорной системы. Простые роботы-манипуляторы имеют две степени подвижности, сложные — шесть.

2.Грузоподъемность руки — наибольшая масса груза, перемещаемого при заданных условиях, например

скорости и т. д. ПР подразделяются на сверхлегкие (до 1 кг), легкие (1—10 кг), средние (10—200 кг), тяжелые

(200—1000 кг).

357