Предпроектные исследования ГПС

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общая последовательность выполнения предпроектных расчетов ГПС

Цель настоящего курсового проекта состоит в том, чтобы произвести этап предпроектных исследований ГПС с использованием возможностей системы «Каскад».

Проектирование ведется в следующей последовательности:

- расчет основного технологического оборудования;

- расчет вместимости склада паллет;

- расчет потребности в инструментах и вместимости инструментального склада;

- разработка планировки ГПС;

- моделирование работы ГПС в среде системы "Каскад";

- статистическое моделирование функционирования ГПС;

- экономические расчеты.

2. Расчет основного технологического оборудования

Таблица 2.1 - Производственная программа:



Определить модель и число станков в ГПС при следующих исходных данных:

1. Суточный фонд времени работы ГПС - 16 час.;

2. Количество дней работы в год - 300;

3. Производственная программа представлена в соответствии с таблицей 1.

При изготовлении сложных корпусных деталей возникает необходимость использования нескольких станков фрезерной, сверлильной и расточной групп. Но в настоящее время эти станки можно заменить многоцелевыми станками.

По наименованию деталей, большая часть которых относится к корпусным подбираем группу многоцелевого станка, на столе которого можно разместить любую деталь. По габаритным размерам деталей выбираем многоцелевой станок модели - ИР800МФ4. Технические характеристики станка ИР800МФ4 приведены в таблице 2.

Таблица 2.2 - Технические характеристики станка ИР800МФ4:



Виды станка ИР800МФ4 представлены на рисунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 - Общий вид (вид сбоку) станка ИР800МФ4:

Рисунок 2.2 - Вид сверху станка ИР800МФ4:

Номинальная трудоемкость годовой производственной программы Tн:



Где:

t - штучное время (трудоемкость) j-ой технологической операции в технологическом процессе обработки i-ой заготовки;

mt - число технологических операций в техпроцессе i-ой заготовки, выполняемых на станках данной модели;

N - годовая программа выпуска деталей i-го наименования;

L - номенклатура заготовок в производственной программе, обрабатываемых на станках данной модели.

Находим трудоемкость годовой программы по каждой детали:

Т1 = 5000 Ч (3,77 + 10,95 + 27,12) / 60 = 3486 (час.);

Т2 = 15000 Ч 32,25/ 60 = 8062 (час.);

Т3 = 7600 Ч 29,87/ 60 = 3783 (час.);

Т4 = 11400 Ч (4,81 + 1,41) / 60 = 1181 (час.);

Т5 = 17000 Ч (3,07 + 22,12) / 60 = 7137 (час.);

Тн = 3486 + 8062 + 3783 + 1181 + 7137 = 23649 (час.).

Эффективный годовой фонд времени Fo, час работы станков данной модели рассчитаем по формуле:

Где:

Fcут - суточный фонд времени работы оборудования, мин.;

d - количество дней работы в году, d = 300.

Fо = Fсут Ч d = 16 Ч 300 = 4800 (час.).

Расчет числа станков каждой модели Ср (в штуках), производим по формуле:



Где:

k - коэффициент использования оборудования, k = 0,9.

Ср = 23649 / (4800 Ч 0,9) = 5,46 = 6 (штук).

Необходимое число станков на данное техническое задание составляет 6 штук модели ИР800МФ4.

3. Расчет вместимости склада паллет

В программе «Каскад» перед началом работы необходимо активизировать "свою" технологическую базу данных (раздел "Каскад/ Технологическая база/Выбор базы"). Ввод данных осуществляется в двух окнах в соответствии с рисунком 3.

В нижнем окне указываются предельные размеры (в колонках min и max) партий запуска заготовок в обработку для всех ДУ, указанных в задании на проектирование.

В верхнем окне вводятся:

а) время безлюдной работы (мин) F, а F = 480 мин.

б) допустимый % недогрузки станка - процент времени от F, допустимый на плановые простои станка (обычно принимается 1-3%), принимаем 1%;

в) номенклатура партий запуска - соответствует наибольшему числу переналадок оборудования за цикл безлюдной работы, соответствует 8;

г) дискретность итерации переменных (z) - величина приращения минимальных партий запуска при переборе вариантов СЗ. Тотальная проверка всех вариантов СЗ производится при z = 1, однако в большинстве случаев оказывается слишком трудоемкой и требует больших затрат времени на работу процедуры, увеличение значений z ведет к сокращению длительности цикла, однако снижает точность производимых вычислений. Рекомендуется подбирать такое значение z, при котором формируется 1500-2000 вариантов СЗ, принимаем z = 30;

д) время смены РИ в шпинделе и время смены ДУ на столе - паспортные характеристики станка, включаемого в состав ГПС, соответствует значению 5 секунд.

Запуск на выполнение производится по нажатию клавиши <R>.

После завершения расчетов выдается соответствующее сообщение в соответствии с рисунком 3.1.

Для просмотра результатов расчета следует войти в раздел "Анализ обрабатываемых ДУ" в соответствии с рисунком 3.1.

Ввод исходных данных приведен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Вывод исходных данных:

Результат формирования сменного задания представлен на рисунке 3.2. Далее представлены результаты расчета емкости склада представлены на рисунке 3.3. Расчетом установлено, что емкость склада заготовок рассчитанная вероятностным методом и составляет 235 штук.



Рисунок 3.2 - Результат формирования сменного задания:

Рисунок 3.3 - Анализ обрабатываемых ДУ:

4. Расчет потребности в инструментах и вместимости инструментального склада

Графические результаты, на основании которых получена проектная потребность ГПС в инструментах представлены на рисунке 4.1.

Гистограмма распределения (а) и вероятностная кривая (б) потребности ГПС в инструментах изображены на рисунке 4.2.



Рисунок 4.1 - Результаты, на основании которых получена проектная потребность ГПС в инструментах:

Рисунок 4.2 - Гистограмма распределения (а) и вероятностная кривая (б) потребности ГПС в инструментах:

Вероятность ошибки: нулевая, так здесь рассматривается 100% вероятность. Из рисунка следует, что общее число инструментов, необходимых для выполнения технологических переходов всех партий запуска, составит 100 шт.

Возможно, размещение некоторого числа режущих инструментов в магазинах станков непосредственно перед началом работы участка ГПС, что в свою очередь позволяет сократить требуемую вместимость склада режущих инструментов. Полученное число позиций на складе режущих инструментов может быть изменено в процессе моделирования структуры ГПС.

Емкость магазина составляет 30, следовательно, для работы ГПС из шести станков необходимо, чтобы емкость склада режущего инструмента вмещала 420 режущих инструментов.

5. Разработка планировки ГПС

Исходные данные:

- Модель основного технологического оборудования - ИР800ПМФ4;

- Габаритные размеры станка - 7885 х 6691 х 3455 мм.;

- Количество станков - 6 шт.;

- Требуемое число позиций на складе паллет - 420 шт.;

- Проектная потребность станков в режущих инструментах - 240 шт.;

- Расстояние между станками - 1000 мм.

Предварительный выбор варианта построения географической информационной системы.

Начальную проработку планировки выполнили в следующей последовательности:

а) станки выстраиваются в одну линию. Рассчитывается общая длина L линии станков (длина участка) по формуле:

Где:

Ср - количество станков, шт.;

Lст - длина станка, мм.;

lp - расстояние между станками, мм., выбирается согласно нормативу.

L = 6 * 7885 + 1000 * (6-1) = 52310 мм.

б) проверяется возможность использования линейного склада ДУ.

Длина такого склада L1 не должна превышать длину участка, а значит принимаем L1 ? L:

L1 = l * N

Где:

N - число позиций на складе ДУ, шт.;

l - расстояние между осями соседних позиций склада, м.

L1 = 220 * 1000 = 220000 мм.,

При L1 > L.

Полученная длина линейного склада значительно больше длины нашего участка.

В этом случае прорабатывается компоновка многоярусного склада ДУ.

Проверяется возможность использования в проекте многоярусного однорядного склада.

Предположив, что длина склада равна длине участка, рассчитывается число ярусов склада С:

Где:

Nг - число позиций склада по горизонтали (на одном ярусе), штук.

Nг = L / l

Nг = 52310 / 1000 = 53 шт.,

С = 422 / 53 ? 4 ярусов.

Высота получаемого склада не ограничивается высотой здания, зоной обслуживания КШ, и стандартным исполнением склада, то в разрабатываемой планировке принимается однорядный многоярусный склад, расположенный вдоль линии станков, а в качестве транспортного средства выбирается кран-штабелер САТСС-0,16.

г) решается вопрос хранения запаса режущих инструментов. Необходимо автоматического склада инструментов, на планировке он размещается в один ряд с тыльной стороны станков. В качестве средства доставки РИ к станкам используется инструментальный робот. Длина инструментального склада рассчитывается по формуле:

L2 = I Ч d

Где:

I - проектная потребность станков в режущих инструментах, шт.;

d - диаметр рядом стоящих инструментов в магазине, мм.

L2 = 240 * 130 = 31200 мм.

Это значение превышает длину участка.

Для этого рассчитаем число позиций склада по горизонтали (на одном из яруса):

Рассчитаем число ярусов склада C:

Вспомогательное оборудование:

1) Кран-штабелер СА-ТСС-0,25.



Рисунок 5.1 - Кран-штабелер:

Таблица 5.1 - Технические характеристики:

Параметр	Значение
Грузоподъемность, т	0.05, 0.1, 0.16
Высота стеллажа, Н, м	3.4, 4.0, 4.6, 5.2, 5.8, 7.0.
Размеры грузовой единицы, kxb	400х300, 400х400, 500х500, 600х400
Расстояние от рельсового пути до нижнего рабочего положения грузозахвата, мм	450
Скорость перемещения кран-штабелера, м/с	1,0
Скорость подъема грузозахватного органа, м/с	0,2
Скорость выдвижения грузозахватного органа, м/с	0,25
Суммарная мощность электродвигателей, кВт	4,0

2) Транспортный робот рельсовый ТР - 0,5.

Рисунок 5.2 - Транспортный робот рельсовый:



Таблица 5.2 - Технические характеристики:

Параметр	Значение
Скорость перемещения, м/с	1,6
Ускорение, м2/с	20
Время смены РИ, с	15

Рисунок 5.3 - Схема расположения станков:

6. Моделирование работы ГПС в среде системы "Каскад"

При эксплуатации ГПС возникают простои производственного оборудования, которые часто являются причиной несоответствия показателей работы ГПС планировавшимся при ее создании. Особенности данных простоев в том, что они:

а) проявляются лишь в процессе функционирования ГПС;

б) имеют место при гарантированной надежности всех элементов системы.

Внешне указанные простои проявляются как результат взаимообусловленной работы модулей и их агрегатов, время выполнения которыми технологических и транспортных операций рассеивается в широких пределах. Совокупное влияние указанных факторов и предопределяет величину внутри цикловых простоев оборудования, не поддающихся учету аналитическими методами расчетов. Современным средством оценки величины внутри цикловых простоев оборудования является компьютерное моделирование процесса функционирования ГПС с помощью специальных программ.

Одним из таких программных комплексов является интегрированная система моделирования ГПС "Каскад".

Изначально для моделирования ГПС в системе «Каскад» необходимо задать:

1) структуру ГПС;

2) параметры оборудования;

3) сменное задание;

4) алгоритмы управления оборудованием.

Таблица 6.1 - Исходные данные:



Общие сведения содержат сводные данные по работе каждого модуля (станка, устройств АСИ и АЗИ, накопителей, транспортных средств) и самой ГПС в целом.

Результаты последовательно выводятся в текстовой в соответствии с рисунком 6.1 и графической форме в соответствии с рисунком 6.2.

Текстовая информация выводится в виде двух таблиц - верхней и нижней. Верхняя таблица содержит результаты моделирования, касающиеся всего производственного участка (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 - Общие сведения обработки (параметры оборудования - паспортные данные):

В графической форме представлены сводные данные о работе и простоях отдельных станков и системы в целом.

Сводные данные получены на основании обработки циклограмм работы оборудования.

Простои дифференцированы на четыре группы по причинам их появления:

- из-за доставки режущих инструментов;

- из-за смены инструментов и установок в рабочих зонах;

- из-за доставки ДУ к станкам;

- из-за отсутствия ДУ в накопителе.



Рисунок 6.2 - Диаграмма соотношения простоев и работы оборудования ГПС:

Ниже приводится временная диаграмма (циклограмма) функционирования оборудования ГПС на протяжении цикла выполнения сменного задания (рисунок 6.5).

На временных диаграммах "прорисованы" монолитные куски выполнения на станках технологических операций, а также простои станков из-за их несвоевременной доставки транспортным средством.

Вертикальные линии, поднимающиеся от циклограммы транспортного средства к циклограммам станков, символизируют моменты доставки заготовок на соответствующие станки.

Рисунок 6.3 - Циклограмма функционирования оборудования ГПС:



График 6.4 - Зависимость коэффициента загрузки от времени смены ДУ на столе станка:

График 6.5 - Зависимость коэффициента загрузки от времени смены РИ, при последовательной отработки перемещений:

График 6.6 - Зависимость коэффициента загрузки от времени смены РИ, при одновременной отработки перемещений:

В результате проделанной работы коэффициент загрузки увеличился с 0,63% до 0,81%.



7. Статистическое моделирование функционирования ГПС

Эффективность ГПС, рассчитанная посредством анализа циклограммы работы оборудования, будет справедлива лишь для рассматриваемого варианта сменного задания (СЗ).

Использование модели в рассмотренном виде возможно для оценки диспетчерских решений: состава СЗ, очередности запуска заготовок в обработку, способа размещения заготовками в ячейках склада.

На практике в разные циклы безлюдной работы ГПС могут выполняться разные варианты СЗ.

Очевидно, что для разных СЗ величина цикловых простоев и загрузка оборудования будут варьироваться. Технические параметры ГПС, обеспечивающие высокую загрузку оборудования при одних вариантах СЗ, могут оказаться неприемлемыми при других.

Следовательно, для оценки технических параметров оборудования необходимы многократные прогоны программы при различных вариантах СЗ, содержание которых приводит к значительным колебаниям эффективности ГПС. Процесс многократных прогонов модели можно автоматизировать, если:

а) предварительно сформировать множество возможных вариантов СЗ;

б) прогнать модель при каждом варианте СЗ;

в) выполнить статистическую обработку показателей эффективности ГПС.

Если при моделировании работы ГПС для конкретного варианта СЗ эффективность системы характеризуется конкретным значением параметра, например, коэффициента загрузки kГПС, то при моделировании на множестве СЗ критериями эффективности служат предельные и среднее значения коэффициента загрузки ГПС, а так же закономерности его вероятностного распределения. Тем самым обеспечивается более объективная оценка эффективности системы. Помимо kГПС, могут использоваться и другие критерии (всего 12), среди которых: продолжительность выполнения сменного задания, расход режущего инструмента и т. д.

Выполнение статистических исследований ГПС включает этапы:

а) подготовка выборки вариантов сменного задания;

б) сортировка вариантов сменного задания и партий запуска по задаваемым критериям;

в) моделирование работы ГПС на выполнении сменных заданий;

г) просмотр и анализ результатов.

Подготовка выборки вариантов сменного задания производится в разделе «Каскад/Аналит. расчет/Экспресс-анализ».

Ввод исходных данных и запуск на выполнение производится так же, как при расчете количества установок или режущих инструментах. После завершения расчета (формирования вариантов сменного задания) необходимо войти в подраздел «Варианты сменного задания».

Подраздел содержит перечень (базу данных) по всем вариантам сменного задания, выявленным в результате работы программы. Назначение - тотальный просмотр вариантов СЗ, подготовка СЗ по заданным граничным условиям (по числу ДУ, по количеству и номенклатуре режущих инструментов, по составу и др.).

Поскольку выявленное число вариантов СЗ может достигать нескольких тысяч, то моделировать работу ГПС при каждом из них не предоставляется возможным. Поэтому готовится выборка из 50-100 вариантов СЗ, обладающая свойствами всего множества вариантов СЗ (так называемая репрезентативная, или представительная выборка). Специальные исследования показали, что с достаточной точностью можно считать представительной выборку, подготовленную при ограничении номенклатуры применяемых режущих инструментов (50 ? j, j ? 100). Выборка вариантов С3 представлена на рисунке 7.1



Рисунок 7.1 - Выборка вариантов С3:

После получения выборки вариантов СЗ нужного объема производится выход в главное меню системы «Каскад».

Сортировка вариантов сменного задания и партий запуска выполняется в разделе «Каскад/Моделирование/Статистика».

Сортировка вариантов СЗ выполняется с целью установить очередность их выполнения.

Статистическое моделирование работы ГПС начинается из раздела «Статистика/Старт».

При этом блок моделирования автоматически запускается для каждого очередного варианта выборки СЗ, порядковый номер которого высвечивается на экране.

Результаты моделирования для каждого варианта СЗ записываются в файл statist.kas, размещаемый по адресу d:/Kaskad/PrakU/statist.kas.

Просмотр результатов осуществляется в разделе «Статистика/Результаты».

Раздел содержит сведения по вероятностному распределению значений 12 показателей, характеризующих качество работы ГПС:

1) время выполнения сменного задания;

2) плановая станкоемкость сменного задания;

3) фактическая станкоемкость сменного задания;

4) простои станков ГПС из-за транспортно-накопительной системы;

5) простои станков из-за системы инструментообеспечения;

6) простои станков из-за автоматической смены инструментов;

7) коэффициент загрузки ГПС;

8) коэффициент использования транспортного средства ТНС;

9) коэффициент использования автоматизированного склада ГПС;

10) коэффициент использования транспортного средства АСИО;

11) коэффициент использования автоматизированного склада инструментов;

12) потребность в режущих инструментах.

Рисунок 7.2 - Распределение коэффициента загрузки ГПС:

Рисунок 7.3 - Распределение коэффициента использованного склада ТНС:



Рисунок 7.4 - Распределение коэффициента использованного склада АСИО:

Рисунок 7.5 - Распределение потребности в режущих инструментов:

8. Экономические расчеты

Перед началом расчета нужно:

а) подготовить выборку вариантов сменного задания;

б) промоделировать работу ГПС на данной выборке.

Выборка вариантов СЗ сохраняется в виде файла Stat_mod.kas в папке Kaskad/Analit. Каждая строка файла, начиная со второй, содержит исходную информацию об одном варианте СЗ выборки. Первое число строки есть число заготовок NСЗ.

Результаты моделирования на выборке вариантов СЗ сохраняются в файле Statist.kas в папке Kaskad/PrakU.

Каждая строка файла Statist.kas, начиная с третьей, содержит результаты моделирования, соответствующие строкам исходных данных файла Stat_mod.kas. Данные по ТСЗ и kГПС для каждого варианта СЗ хранятся в столбцах с соответствующими названиями.

Рисунок 8.1 - Расчет коэффициента загрузки:

Рисунок 8.2 - Расчет производительности:

Расчет коэффициента загрузки осуществлён в программе «srok_2» и представлен на рисунке 8.1.

На рисунке 8.2 представлен расчет производительности.



Рисунок 8.3 - Расчет срока окупаемости:

Рисунок 8.4 - Расчет себестоимости обработки:

На рисунке 8.3 был представлен расчет срока окупаемости нашего проекта.

На рисунке 8.4 представлен расчет собственности обработки, далее на рисунке 8.5 представлены показатели по расчету расхода режущих инструментов.

А на рисунке 8.6 представлен расчет количества изделий за цикл работы.



Таблица 8.1 - Техническое предложение по созданию ГПС:

инструментальный технический оборудование



Рисунок 8.5 - Расчет расхода режущих инструментов:

Рисунок 8.6 - Расчет количество изделий за цикл работы:

Размещено на Allbest.ru

...