3.1. Цель и задачи построения временных связей процесса

Основные функции ГПС и ее основною элемента ГПМ следующие: механическая обработка заготовок; загрузка заготовок и выгрузка деталей с основного и вспомогательного оборудования; подача загото­вок и деталей на позиции загрузки-выгрузки; складирование и накоп­ление заготовок и деталей; контроль качества деталей; контроль состояния элементов ГПС; контроль выполнения технологических процессов; управление технологическим процессом, материальными и информационными потоками; обеспечение станочной, контрольной и вспомогательной оснасткой; диспетчирование материальных и информационных потоков; связь с верхними уровнями управления; удаление отходов.

Несмотря на разнообразие, можно выделить три основные компоновки, характеризующиеся типом применяемого устройства манипулирования (УМ) заготовкой ч его расположением относительно рабочей зоны основного оборудования (рис. 3.1). Первый тип компоновок ГПМ (рис. 3.1, а) строят на базе токарного станка ЧПУ с магазином инструментов и УМ портального типа с расположением портала параллельно оси вращения шпинделя станка. Такая линейная компоновка оправдала себя на практике как наиболее компактная и наиболее доступная для технического обслуживания. В настоящее время приблизительно 70 — 80 % всех ГПМ для токарной обработки строят по такой схеме.

Второй тип компоновок (рис. 3.1, б) характеризуется применением УМ портального типа, работающих в прямоугольной простран­ственной системе координат. Такая схема характеризуется максимальным удобством с точки зрения размещения периферийного оборудования, обслуживаемого УМ (накопители, позиции контроля и др.), а также меньшими временами обслуживания вследствие меньших перемещений по сравнению с перемещениями при линейной

Рис. 3.1. Типовые компоновки ГПМ для токарной обработки: 1— токарный станок с ЧПУ; 2 — манипулятор; 3 — периферийное оборудова­ние

компоновке.

Третий тип компоновок (рис. 3.1, в) характеризуется применением напольных или встроенных УМ, расположенных перед рабочей зоной многоцелевого станка (МС).

Укрупненный анализ структур ГПС показывает, что разнообразие их компоновок определяется типом применяемой автоматической транспортно-складской системы (АТСС) и относительным расположением ГПМ и транспортного пути, что определяет схему обслуживания ГПМ и складского хозяйства транспортными средствами. Исходя из этого выделяют три основные компоновки: линейную (рис. 3.2, а), кольцевую (рис. 3.2, б), сетевую (рис. 3.2, в).

Состав оборудования для систем ГПС следующий: 1) система обработки, включающая ГПМ и станки с ЧПУ; 2) транспортная система, включающая: транспортный путь (гибкий или "жесткий путевод), транспортные средства (роботизированные тележки, портальные или подвесные манипуляторы, спутники), позиции и станции перегрузки и ориентации палет и спутников; 3) система складирования, включающая: склады заготовок и деталей, склады технологической оснастки, склады инструмента, промежуточные (буферные) накопители; 4) система контроля, включающая: устройства контроля и контрольно-измерительные машины (КИМ), позиции контроля и подготовки инструмента; 5) система управления, включающая: центральную ЭВМ (ЭВМ управления ГПС), системное обеспечение управлением, базу данных управляющих программ, программное

Рис. 3.2. ГПС: Типовые компоновки токарных

1 — ГПМ; 2 — транспортное средство; 3 — склад;

4 — штабелер склада

обеспечение диспетчирования и планирования, программное обеспечение диагностики оборудования и хода технологического процесса; 6) система ликвидации отходов, включающая моечные станции, машины для снятия заусенцев, конвейер для уборки стружки.

Наиболее часто применяют линейную и кольцевую (см. рис. 3.2, а, б), но в связи с развитием АТСС, в которых применяют безрельсовые роботизированные тележки, все большее предпочтение отдается сетевым схемам.

Понятие временных связей применительно к ГПС с широким диапазоном номенклатуры изготовляемых деталей определяют при помощи загрузки оборудования. Загрузка оборудования для одного и того же ГПС может колебаться в больших пределах в зависимости от партий запуска, числа и номенклатуры изготовляемых деталей. Понятие производительности, измеряемой в штуках в единицу времени, применимо к одноменклатурному производству.

Потери непроизводительного времени в ГПС и ГПМ составляют 7 — 40 % общего фонда времени работы в одну или две смены. При этом размеры партий менее 40—60 шт. существенно снижают произ­водительность и экономичность ГПМ. Как правило, оптимальное число деталей в партии следующее: для ГПМ - 50 - 500, для ГПС (типа ГАУ) — 500 — 2000. Наиболее экономически оправданными являются партии, соответствующие верхним границам приведенных диапазонов. При нижних границах эффективность ГПС значительно уменьшается вследствие того, что увеличивается доля непроизводи­тельного времени, затрачиваемого на переналадку оборудования, транспортирование заготовок и деталей и другие организационные потери. Наиболее значительны потери времени в мелкосерийном производстве, поскольку они соизмеримы со временем загрузки оборудования. Кроме того, здесь уже не могут использоваться такие

методы устранения диспропорций в загрузке оборудования, как задействование дополнительных единиц оборудования и создание межоперационных заделов, что широко применяется в крупносерий­ном и массовом производстве.

Рассмотрим более детально структуру непроизводительного времени, а именно — время, затрачиваемое на переналадку в ГПМ, и время простоев оборудования. Все время, связанное с переналадкой оборудования, выражается в виде подготовительно-заключительного времени на одну деталь в штучно-калькуляционном времени

ti = tn зi/Ai + tmi, где Ai — величина партии запуска i-го наименования.

Здесь tn 3i — для станков с ЧПУ и ГПМ определяют по формуле tn 3i = tni + topri + tn oi, где tni — время переналадки станка и технологической оснастки; topri- — время получения и сдачи заготовок и технологической оснастки, ознакомление с чертежом; tn oi — время пробной обработки первой заготовки. Время переналадки

tni = tKi + NKHitml +spitpi где tKi, tинi, tpi — время соответственно переналадки крепеж­ной оснастки, замены одного инструментального блока, расточки кулачков; Nhh;-, Spi- — число соответственно заменяемых инструментальных блоков и расточек кулачков (булева переменная).

В ГПМ, имеющем значительное количество периферийного оборудования, каждая подсистема претерпевает изменения при переходе к изготовлению другой детали (рис. 3.3). Изменения эти заключаются в установке требуемых для обработки какой-либо г-й партии загото­вок, инструментов, патронной или центровой оснастки, управляющих программ, захватов ПР, в регулировке упоров и установке диапазонов регулирования параметров элементов. При этом конкретная операция переналадки может содержать в себе такие операции, как поиск, выдачу и транспортирование необходимой оснастки в зону ГПМ. Сумму времени на всех операциях переналадок в r-м ГПМ можно

представить следующим образом: tni = , где n число подсистем ГПМ,

требующих переналадки; tnj- — время переналадки /-го элемента или подсистемы в г-м ГПМ (инструментальной головки, патронной оснастки и т.п.).

Наличие переналадки означает несоответствие установленной оснастки, параметров и диапазонов регулирования параметров эле­ментов оборудования в ГПМ тому составу оснастки, параметрам и диапазонам регулирования, которые требуются для обработки той или иной партии заготовок. Рост числа и времени переналадок озна­чает снижение гибкости системы. С целью повышения универсальности и гибкости технологических систем большинство современных эле­ментов ГПМ имеют расширенные функциональные возможности.

Рис.

Непроизводительные потери времени в ГПС, обусловленные простоями каждого г-го ГПМ, без учета времени его переналадок, можно представить в следующем виде:

где fQCi — время простоя i-го ГПМ вследствие рассогласования работы модулей в ГПС или нерационально составленного расписания; toc/Ti — время простоя ГПМ, обусловленное наличием операции транспортировки (обработка ожидаемой партии заготовок на предыдущем ГПМ завершена, но партия заготовок в данный момент находится в процессе транспортирования).

Оба этих слагаемых в (3.1) являются непостоянными величинами и зависят от организации расписания. Величина tni, как мы уже отметили выше, также не является постоянной величиной. Поскольку целью является сокращение непроизводительных отрезков времени и повышение за счет этою загрузки ГПС, а значит и каждого ГПМ, то необходимо tni toci и toc Т1 рассматривать в совокупности со всеми временами, т.е. в общей временной структуре ГПМ. Тогда подобную структуру можно выразить в виде времени занятости ГПМ, приходящегося на j-ую партию заготовок:

Где t1з.ni- -время загрузки партии деталей в ГПМ: t1oprij – время организационного обслуживания 1-го ГПМ для изготовления партии деталей j-го наименования; t1TciJ — время настройки технологической системы i-ro ГПМ; t1yji — время установки заготовок манипулятором на станок; t1Mij— время обработки заготовки на станке (время отра­ботки УП); t1kiJ — время контроля заготовки (детали) в ГПМ; t1ciJ — время сьема заготовки (детали) манипулятором со станка;t1oi — время отдыха оператора на г-м ГПМ; tр'пi — время разгрузки партии заготовок (деталей) в i-м ГПМ.

На рис. 3.4 приведена циклограмма работы ГПМ по временной структуре (3.2). Из всех составляющих только величины i0C[, t0CTl и tni являются в (3.2) переменными величинами и благодаря их сокра­щению до определенного минимума, как показано в верхней части циклограммы, можно повысить загрузку ГПМ. Все остальные времена в (3.2) не зависят от характера расписания и процесса переналадок, могут быть нормируемы, зависят от технических и конструктивных характеристик элементов ГПМ и не зависят от организации процесса. Подобное выделение tni как переменной величины во временной

структуре ГПМ frnMj- говорит о связности ее с временной структурой расписания ГПС, где tГПМi характеризует продолжительность отдельных работ.

Поскольку параметрами любого расписания ϴ являются обслуживающие устройства, отдельные работы, интервал расписания во времени, а также потери времени, то для ГПС можно представить

следующую структуру расписания:

— интервал времени планирования между началом тн и концом плана — тк; N — множество ГПМ в ГПС; — время занятости i-го ГПМ над партией заготовок.