Автоматизация производственных процессов в машиностроении

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

производственный машиностроение контроль транспортный

Развитие современного машиностроения претерпевает фундаментальные изменения с новым, качественно отливающимся этапом автоматизации машиностроительного производства.

Автоматизация в машиностроении в первой половине XX века касалась в основном массового производства, и только с появлением в 50-х годах станков с числовым программным управлением автоматизация стала развиваться в единичном, мелко- и среднесерийном производстве.

Однако в этих производствах автоматизация не дала пока такого эффекта, как в массовом производстве, ни по повышению производительности труда, ни по снижению себестоимости. А вместе с тем более 80% всей продукции выпускается именно в серийном, мелкосерийном и единичном производстве.

Доля серийного и мелкосерийного производств непрерывно растет в связи с более быстрым устареванием и сменяемостью выпускаемой продукции.

Эта тенденция ограничивает возможности автоматизации массового производства на базе автоматической линий. Автоматическая линия, предназначенная для выпуска одного фиксированного для нее изделия, перестала быть прогрессивным средством производства, поскольку сдерживает переход на выпуск новых, более современных изделий.

Поэтому особую актуальность в последние десятилетия приобрела так называемая гибкая автоматизация единичного, мелко- и среднесерийного производства. Это связано с быстрым старением и сменяемостью выпускаемой продукции. Гибкая автоматизация направлена на создание гибких производственных систем (ГПС) - комплексов оборудования различного целевого назначения, управляемых от ЭВМ.

Внедрение ГПС имеет для промышленности поистине революционное значение, поскольку вызывает резкое сокращение себестоимости продукции, изготовляемой в условиях мелкосерийного производства.

В то же время результатом внедрения ГПС является значительное сокращение потребностей машиностроения в рабочей силе.

Именно ГПС, а не промышленные роботы знаменуют собой начало этапа научно-технической революции, который позволит в машиностроение достигнуть уровня автоматизации, давно существующих в перерабатывающих отраслях.

Основное преимущество ГПС состоит в том, что они представляют реальную возможность резкого снижения значительных скрытых производственных затрат, например, на незавершенное производство, и таких накладных расходов, как оплата труда вспомогательных рабочих. Применение ГПС приводит к созданию безлюдного производства, но все же в большинстве случаев их преимущества чаще проявляются в уменьшении накладных расходов, чем в сокращении стоимости рабочей силы.

Таким образом, создание и использование гибких автоматизированных производств, следует рассматривать как качественно новый уровень развития современного машиностроения

Дело в том, что ГПС является сложной системой, эффективность которой весьма чувствительна к малым изменениям структуры и характеристик оборудования, к параметрам технологических процессов и организационным решениям. Поэтому несущественные, на первый взгляд, погрешности при проектировании могут вызвать значительные отклонения в эффективности системы при эксплуатации.

Современным средством проверки качества комплекса решений, принимаемых при создании и использовании ГПС, является моделирование протекающих в них производственных процессов. Сокращение или полное устранение внутренних потерь позволяет оптимизировать проектные параметры ГПС, а сокращение внешних потерь - минимизировать эксплуатационные издержки. Тем самым обеспечивается возможность создания ГПС с заданным свойством - минимальным сроком окупаемости капитальных затрат.

1. Последовательность выполнения предпроектных расчетов ГПС

Задачей курсовой работы является проведение предпроектных исследования ГПС при помощи системы моделирования ГПС "Каскад".

Проектирование ведется в следующей последовательности:

а) разработка технологического процесса механической обработки, включающая непосредственно разработку технологического процесса и определение основного и вспомогательного времени на обработку всех деталей заданной номенклатуры;

б) расчет основного оборудования, включающий выбор моделей и расчет числа станков;

в) расчет вместимости склада паллет, включающий расчет числа позиций автоматического склада заготовок;

г) расчет потребности в режущих инструментах и емкости автоматического инструментального склада;

д) разработка и описание системы автоматического контроля качества изготавливаемых деталей, включающая выбор координатно-измерительной машины;

е) разработка и описание системы удаления отходов;

ж) разработка альтернативных структурно-компоновочных вариантов планировки оборудования ГПС;

з) моделирование работы ГПС, включающее статистическое моделирование в системе «Каскад»;

и) экономический расчет, включающий расчет срока окупаемости спроектированной ГПС.

2. Расчет основного оборудования

Модели станков выбираются уже при разработке технологии изготовления деталей, для выполнения которых и проектируется система.

Рациональная номенклатура возможных моделей станков ограничивается, как правило, их технологическими возможностями, габаритами рабочей зоны, стыкуемостью средств автоматизации загрузки и управления.

Корпусные детали (точнее не тела вращения) включают детали коробчатой формы (корпуса, рамы, коробки, крышки, опоры и др.). Плоские детали (плиты, планки, рейки, рычаги, шатуны, кулисы), а также детали арматуры (корпуса, крышки, детали соединительной и трубопроводной арматуры). Основным оборудованием для деталей данной группы являются станки сверлильно-фрезерно-расточной группы.

Так как номенклатура выпускаемых деталей включает в себя корпусные детали и детали типа валов, то целесообразно использовать в ГПС сверлильно-фрезерно-расточные станки. Для обработки данных деталей в соответствий с их предельными параметрами (размеры, масса) выбираем станок модели ИР 500МФ4.

Расчет числа станков каждой модели Ср основан на балансе эффективного (расчетного) годового фонда времени работы станков Fo и номинальной трудоемкости годовой производственной программы деталеустановок Tн, обрабатываемых на станках данной модели:

Ср = Tн / Fo* k,

где k - коэффициент использования оборудования (для ГПС k = 0,9).

Номинальная трудоемкость годовой производственной программы Tн в данном случае рассчитывается как:

,

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

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

Ni - годовая программа выпуска деталей i-го наименования;

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

Fo - эффективный годовой фонд времени работы станков данной модели. Рассчитывается по нормативам в зависимости от массы и уровня автоматизации станков. Для ГПС эффективный годовой фонд времени работы можно рассчитать как:

Fo = Fcут * d,

где Fcут - суточный фонд времени работы оборудования, мин;

d - количество дней работы в году, шт.

Производственная программа представлена в таблице 1

Таблица 1 - Производственная программа

№ п/п	Наименование детали	Габаритные размеры, мм	Штучное время, мин	Годовая программа, шт.	Предельные размеры партий выпуска, шт.
1	Плита нижняя Д1524А-35-422	420х350х340	1ДУ-3,77 2ДУ-10,95 3ДУ-27,12	5000	1-50
2	Корпус кулисного механизма 334012	470х420х350	29.87	13000	1-50
3	Корпус БД 8.020.98	450х360х300	1ДУ - 10.51 2ДУ - 4.23	9000	1-50
4	Корпус подшипника ШВА 01.03.01	240х230х180	34,66	13000	1-50
5	Корпус П943-1-32-403	400х350х270	9,36	12800	1-50
6	Палец кулисы 7Б 35.40.37	450х420х400	1ДУ - 5.97 2ДУ - 2.72	7000	1-50

Находим трудоемкость годовой программы по каждой детали:

Т1 = 5000 * (3,77+10,95+27,12) / 60 = 3486,6 (час)

Т2= 13000 *29.87 / 60 =6471,8 (час)

Т3 = 9000* (10.51+4.23) / 60 =2211 (час)

Т4= 13000 * 34,66 / 60 = 7509,6 (час)

Т5 = 12800 *9,36 / 60 = 1996,8 (час)

Т6 = 7000 *(5.97+2.72) / 60 = 1013,8 (час)

Находим номинальную трудоемкость производственной программы Тн:

Тн = Т1 + Т2 + Т3 +Т4 + Т5 + Т6 =

=3486,6+6471,8+2211+7509,6 +1996,8 +1013,8 = 22689,6 (час)

Эффективный фонд времени работы оборудования: Fо = 4060 час. Определяем расчетное число станков:

Ср= 22689,6 / (4060Ч0,85) = 6,57 (штук)

Принимаем Ср = 7 штук.

Так как расчетное число станков оказалось дробным числом (Ср = 6,57), то мы округляем это значение, т.е. принятое число станков равно 7 (Спр = 7).

Сверлильно-фрезерный - расточный станок ИР500МФ4

Предназначен для обработки корпусных деталей на поворотном столе. На станке производится сверление, зенкерование, развертывание, растачивание точных отверстий по координатам, фрезерование по контуру с линейной и круговой интерполяцией, нарезание резьбы метчиками. Класс точности станка Н.

Все узлы станка смонтированы на общей жесткой станине. Бесконсольная шпиндельная бабка расположена внутри портальной стойки. Поворотный индексируемый стол перемещается по отдельной станине. Перемещение подвижных узлов осуществляется от высокомоментных электродвигателей с постоянными магнитами, что обеспечивает стабильность времени разгона и торможения (в пределах 0,2 с). Комбинированные направляющие состоят из высокоточных роликовых опор, установленных с предварительным натягом, и накладок, изготовленных из антифрикционного полимерного материала, обладающего низким коэффициентом трения и высокой демпфирующей способностью.

Техническая характеристика ГПМ ИР500МФ4

Таблица 2 - Характеристики станка.

Параметр	Значение
Наибольшая масса обрабатываемого изделия, кг	700
Размеры рабочей поверхности стола, мм	500500
Число индексируемых позиций стола	72
Точность поворота стола, угл. с	±3
Пределы частоты вращения шпинделя (89 ступеней), об/мин	21,2-3000
Наибольший крутящий момент на шпинделе, кгс*м	70
Мощность главного привода, кВт	14
Точность позиционирования по осям X, V, 2., мм	0.025
Пределы подач стола, шпиндельной бабки, стойки, мм/мин	1-2000
Наибольшее усилие подачи, кгс.	1000
Скорость быстрого хода подвижных узлов, мм/мин	10000
Число инструментов в магазине	30
MAX инструмента, мм: при загрузке магазина без пропуска гнезд то же при пропуске одного гнезда	110 125
Наибольший вылет инструмента от торца шпинделя, мм.	300
Наибольшая масса оправки с инструментом, кг	15
Время смены инструмента, с.	6

Горизонтальный шпиндель станка смонтирован в отдельном корпусе на двух прецизионных подшипниках (один -- с цилиндрическими роликами, другой -- упорно-радиальный); это способствует достижению высокой точности, жесткости и виброустойчивости. Зажим инструмента в шпинделе гидромеханический. Привод шпинделя осуществляется от электродвигателя постоянного тока через двухступенчатую коробку скоростей. В пределах 2 - 184 мин-1 регулирование частоты вращения производится при постоянном моменте, а в пределах 184--3000 об/мин -- при постоянной мощности. Автоматическая ориентация шпинделя с управлением от системы ЧПУ позволяет осуществлять серию технологических циклов, в которых необходимо отвести резец от рабочей поверхности в точно определенную позицию, не повредив изделие.

Встроенный поворотный делительный стол позиционируется в автоматическом режиме. Для установки и крепления детали на поверхности стола предусмотрена координатная сетка резьбовых отверстий. Отдельно стоящее гидромеханическое поворотное (на 180°) устройство автоматической смены столов-спутников позволяет исключить из технологического цикла время на установку и снятие детали. Устройство автоматической смены инструментов, расположенное вне рабочей зоны, состоит из инструментального магазина барабанного типа с кодированными гнездами и манипулятора. Выбор инструментов возможен в любой последовательности.

Для питания гидравлических устройств станка служит аксиально-поршневой насос переменной производительности с автоматическим регулированием расхода масла. В гидросистеме станка имеется гидроаккумулятор с эластичным мешком, обеспечивающий уравновешивание шпиндельной бабки.

Все трущиеся детали станка и подшипники шпинделя смазываются посредством централизованной автоматической дозированной системы смазки; смазка зубчатых колес и подшипников главного привода непрерывная циркуляционная. СОЖ подается в зону резания, причем управление насосной установкой осуществляется от системы ЧПУ.

В станке применена трехкоординатная комбинированная система ЧПУ с линейной и круговой интерполяцией (число одновременно управляемых координат 2). Программа может вводиться в устройство ЧПУ на перфоленте или вручную (с помощью буквенно-цифровой клавиатуры на пульте), а также посредством программного накопителя, телетайпа или от центральной ЭВМ. В качестве датчиков обратной связи по всем координатам использованы резольверы, установленные на валу электродвигателей. Дискретность задания размеров 0,002 мм.

Рисунок 1- Станок ИР500МФ4.

Рисунок 2 - Вид сбоку и сверху.

3. Расчёт вместимости склада паллет

Список исходных данных для расчета автоматизированного склада АТСС представлен в соответствии с таблицами 3 и 4.

Таблица 3 - Производственная программа

№ п/п	Наименование детали	Габаритные размеры, мм	Штучное время, мин	Годовая программа, шт.	Предельные размеры партий выпуска, шт.
1	Плита нижняя Д1524А-35-422	420х350х340	1ДУ-3,77 2ДУ-10,95 3ДУ-27,12	5000	1-50
2	Корпус кулисного механизма 334012	470х420х350	29.87	13000	1-50
3	Корпус БД 8.020.98	450х360х300	1ДУ - 10.51 2ДУ - 4.23	9000	1-50
4	Корпус подшипника ШВА 01.03.01	240х230х180	34,66	13000	1-50
5	Корпус П943-1-32-403	400х350х270	9,36	12800	1-50
6	Палец кулисы 7Б 35.40.37	450х420х400	1ДУ - 5.97 2ДУ - 2.72	7000	1-50

Таблица 4 - Технические характеристики станка модели ИР500МФ4

Параметр станка	Значение
Число позиции в пристаночном накопителе столов-спутников	6
Время смены стола - спутника в рабочей зоне станка, с	60
Число гнезд в инструментальном магазине	30
Расстояние между осями соседних гнезд магазина, мм	0,16
Наличие механизма реверса в приводе магазина	да
Скорость поворота магазина при подготовке инструмента, м/с	20
Чистое время цикла смены инструмента в шпинделе, с	6

В основу алгоритма расчета положен метод итерационного формирования возможных вариантов сменного задания (СЗ).

Суть метода: известна номенклатура L деталеустановок, изготовление, которых осуществляется или планируется на данном станке. Для каждой ДУ известно время ее изготовления t1 , t2 , ... , tL. Задана также длительность цикла безлюдной работы станка F и допустимое время его недогрузки dF. Сочетание заготовок N1 + N2 +...+ NL считается возможным вариантом СЗ, если выполняется условие:

где Cп - число станков в составе ГПС, шт;

t i - оперативное время обработки заготовки по i-му техпроцессу, мин;

Ni - число заготовок в партии запуска по i-му техпроцессу, шт;

L - номенклатура технологических процессов в производственной программе ГПС, шт;

F - время цикла безлюдной работы ГПС, мин.

Методом итерационного перебора значений Ni из интервалов их допустимых значений выявляются возможные варианты сочетаний заготовок в сменном задании.

Если сформированный набор ДУ не удовлетворяет граничным условиям, то он отбрасывается, и формируется новый набор. Если удовлетворяет, то считается возможным вариантом СЗ и для него рассчитывается номенклатура и количество деталеустановок, номенклатура и количество требуемых режущих инструментов, а так же вероятностное распределение машинного и оперативного времени технологических переходов. Все сформированные таким образом варианты СЗ заносятся в базу данных (см. раздел "..\Экспресс-анализ\Варианты СЗ").

После того, как сформированы все возможные варианты СЗ, начинается их статистическая обработка. Результатом обработки являются практическая кривая распределения количества ДУ в сменном задании и кривая вероятной потребности ДУ на цикл безлюдной работы ГПС.

Число позиций на складе NII выбирается для размещения 90 - 95 % всех ДУ согласно кривой вероятной потребности. При таком подходе существует 3 - 5 % -я вероятность риска нехватки позиций на складе.

Рисунок 3 - Диаграммы распределения и вероятностные кривые при различной номенклатуре ДУ и при различном количестве ДУ

По потребности инструментов берём 95% с вероятным запасом 5% и равна 250 детали.

4. Расчет потребности в инструментах

Зная состав сменного задания на предстоящий цикл безлюдной работы ГПС (имея исходные данные по каждой ДУ), можно рассчитать требуемое для его выполнения количество инструментов.

Суммарное число всех режущих инструментов, необходимых для выполнения сменного задания вычисляется как сумма общего числа инструментов, необходимых для выполнения технологических переходов всех партий запуска.

Для формирования вариантов сменного задания используется итерационный метод и реализованный в разделе “Каскад\Аналитический расчет\Экспресс-анализ” системы моделирования “Каскад”. Исходные данные для расчета приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Исходные данные для экспресс-анализа

Рисунок 5 - Диаграммы распределения и вероятностные кривые потребности ГПС в инструментах

По вероятностной кривой потребности, представленной на рисунке 5, определяем наибольшую потребность ГПС в инструментах, и равна 80.

5. Разработка схемы планировки оборудования ГПС

Исходные данные для построения схемы планировки ГПС представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Исходные данные для построения схемы планировки ГПС

Модель станка	ИР500МФ4
Количество станков, шт	7
Габаритные размеры станка (LЧBЧH), мм	7980*6060*3143
Требуемое число позиции на складе палет, шт	250
Потребность станка в режущих инструментах, шт	80
Расстояние между осями соседних позиций склада, м	1,0

Начальную проработку планировки выполним в следующей последовательности:

- Расположим станки в одну линию, боковыми сторонами друг к другу. Расстояния между станками выбираем в зависимости от наибольшего габаритного размера станка. Принимаем, что мм. Рассчитаем общую длину участка:

м.

- Проверим возможность использования линейного склада ДУ. Длина такого склада не должна превышать длину участка. Учтем также возможную нехватку заготовок на складе и увеличим необходимое число заготовок.

,

м.

Длина линейного склада значительно больше длины участка. Поэтому прорабатываем компоновку многоярусного склада ДУ.

Рассчитаем число ярусов склада :

яруса.

Рассчитаем число позиций склада по горизонтали (на одном ярусе):

,

шт.

Длина склада заготовок составит:

м.

Вместимость склада РИ:

шт.

Расстояние между РИ в автоматизированном складе принимаем 0,15 м.

Длина склада РИ:

м.

Делим стеллаж на две части по 26 и 26 метров.

Принимаем однорядный многоярусный склад, модель СТ-0,5 (параметры приведены в таблице 6), расположенный вдоль линии станков.

Минимальная необходимая высота ячейки склада заготовок 0,45 м.

Таблица 6 - Параметры стеллажа АТСС

Параметр	Значение
Грузоподъемность одной ячейки, т	0,5
Размеры грузовой единицы, lxB	500х500, 600х400 600х600, 800х600 800х800
Габаритные размеры, м	Длина	10..100
	высота	4,6

Эскизная планировка ГПС представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Эскизная планировка ГПС с линейным складом РИ и многоярусным складом ДУ

6. Выбор типов, технических характеристик и алгоритмов функционирования транспортных средств доставки заготовок и инструментов

В качестве транспортного средства выбирается кран-штабелер, модель СА-ТСС-0,5 (параметры приведены в таблице 7).

Таблица 7

Параметр	Значение
Грузоподъемность, т	0,5
Размеры грузовой единицы, lxB	500х500, 600х400 600х600, 800х600
Высота стеллажа	4
Расстояние от рельсового пути до нижнего рабочего положения грузозахвата, мм	450
Скорость перемещения крана, м/с	1,6
Скорость подъёма грузозахватного органа, м/с	0,3
Скорость выдвижения грузозахватного органа, м/с	0,4
Суммарная мощность электродвигателей, кВт	6

Для доставки РИ к станку используется инструментальный робот, параметры которого приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Параметры инструментального робота

Параметр	Значение
Скорость перемещения, м/с	1,6
Ускорение, м2/с	25
Время смены РИ, с	17

7. Уточнение технических характеристик оборудования на основе моделирования работы ГПС

Основными показателями эффективности функционирования ГПС служат:

- фактическая длительность цикла безлюдной работы (фактическое время выполнения сменного задания) Тц;

- коэффициент загрузки основного технологического оборудования kГПС.

Связь между Тц и kГПС описывается соотношением:

kГПС= (Тц - Тпр)/ Тц ,

где Тпр - суммарные внутрицикловые простои оборудования, мин;

Tц - время безлюдной работы ГПС, мин.

Как следует из формулы повышение kГПС можно достичь за счет сокращения внутрицикловых простоев оборудования. Графической иллюстрацией работы и простоев ГПС служат временные диаграммы (циклограммы или диаграммы Ганта), включающие циклограммы взаимосвязанной работы технологических и транспортных модулей и их агрегатов. На циклограммах в выбранном масштабе изображаются отрезки времени, символизирующие моменты начала, продолжительность и моменты завершения циклов работы устройств. По циклограммам можно судить и о продолжительности простоев устройств по различным причинам. Моделирование можно рассматривать как способ автоматизированного построения циклограмм работы оборудования.

Моделирование ведется в разделе «Каскад\Моделирование». В данном разделе реализуется работа пользователя с блоком процедур моделирования производственного процесса.

Конфигурация ГПС для моделирования представлены в таблице 9, на рисунках 7, 8, 9 и 10.

Таблица 9 - Исходные данные по станкам.

№ станков ГПС	Координата ППН метр.	Число позиций в накопителе штук.	Время смены ДУ на столе сек.	Число гнезд МИ штук.	Расст. между гнезд. метр.	Реверс нет-0 есть-1	Скорость поворота МИ м/мин	Координата МИ метр.
1	1,90	6	50	30	0,16	1	30	3,80
2	8,96	6	50	30	0,16	1	30	10,86
3	16,02	6	50	30	0,16	1	30	17,92
4	23,08	6	50	30	0,16	1	30	24,98
5	30,14	6	50	30	0,16	1	30	32,04
6	37,20	6	50	30	0,16	1	30	39,10
7	44,16	6	50	30	0,16	1	30	46,16

Рисунок 7 - Исходные данные склада ДУ.

Рисунок 8 - Исходные данные склада РИ.

Рисунок 9 - Исходные данные КШ.

Рисунок 10 - Исходные данные ИР.

Рисунок 11 - Результат моделирования работы ГПС

Результат моделирования работы ГПС приведен на рисунке 11.

В результате моделирования со скорректированными параметрами получаем kГПС =0,85. Результаты моделирования приведены на рисунках 11, 12 и 13.

Рисунок 12 - Диаграммы соотношения работы и простоев

Рисунок 13 - Циклограмма работы 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.

8. Проверка эффективности ГПС на основе статического моделирования

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. Следовательно, статистический анализ позволяет более точно подобрать параметры ГПС.

Статистическое моделирование выполняется с использованием системы "Каскад" в разделах "Аналитический расчет/Экспресс-анализ" и "Моделирование/Статистика".

Результаты статистического моделирования для проектируемой ГПС приведены на рисунках 14 и 15.

Рисунок 14 - Распределение коэффициента загрузки ГПС

Рисунок 15 - Распределение потребности в режущем инструменте

Из результатов моделирования видно, что значение минимального коэффициента использования ГПС равно 0,47, что ниже значения с полученным ранее коэффициентом использования ГПС для одного СЗ, которое равно 0,85.

Для одного из параметров, а именно коэффициента использования ГПС, на основе статического моделирования построим зависимость.

Зависимость коэффициентов загрузки ГПС от горизонтальной скорости перемещения инструментального робота представлена в таблице 10.

Таблица 10 - Зависимость коэффициента загрузки ГПС от горизонтальной и вертикальной скорости перемещения крана-штабелера

VКШ, м/с	kГПС
0,5	41
1	44
1,5	47
1,6	47
2	47
3	47

График зависимости коэффициентов загрузки ГПС от горизонтальной и вертикальной скорости перемещения крана-штабелера представлен на рисунке 16.

Рисунок 16 - График зависимости коэффициентов загрузки ГПС от горизонтальной и вертикальной скорости перемещения крана-штабелера

Таким образом, из графика видно, что среднее значение коэффициента возрастает с увеличением горизонтальной и вертикальной скорости перемещения, следовательно, принимаем VКШ = 1,6 м/с. С помощью статистического моделирования можно подобрать оптимальные параметры технических средств ГПС.

9. Выбор и обоснование системы автоматического контроля

Система контроля качества предназначена для своевременного определения с требуемой точностью параметров качества изделий механосборочного производства.

В ГПС используют контрольно-измерительные машины, работающие как в ручном, так и в автоматическом режиме и выполняющие точный или непрерывный контроль измеряемых изделий.

Для проектируемой ГПС выбрана координатно-измерительная машина Premier1500. Параметры машины приведены в таблице 11.

Таблица 11 -Параметры КИМ-750

Параметр	Значение
LхBхH, мм	1500x3000x1200
Максимальная нагрузка на рабочую поверхность, кг	1500
Масса, кг	9720
Скорость перемещений траверсы по осям, мм/сек	860
Ускорение траверсы, мм/сек2	2500
Разрешение оптических линеек, мм	0,0001
Точность измерений: ISO 10360	5,5+ L /250
Напряжение питания, В	от 110 до 240
Потребляемая мощность, Ватт	750
Рабочая поверхность	Гранитная плита с вмонтированными втулками М6
Расход воздуха	12 л / мин при 5,5 бар
Требования к окружающей среде	Температура	от 10 до 40 0 C .
	Влажность воздуха	от 40 до 80%

10. Выбор и обоснование автоматизированной системы удаления отходов

Автоматическое удаление стружки - одна из проблем ГПС. Существуют ГПС в которых просчеты при создании систем уборки стружки потребовали привлечения дополнительного обслуживающего персонала, что противоречит использованию ГПС. Автоматическое удаление стружки предполагает решение задач на трех уровнях:

а) дробление стружки в процессе обработки;

б) удаление стружки за пределы станка;

в) удаление стружки за пределы участка.

Для данной ГПС выбираем третий метод - удаление стружки за пределы участка. Он может осуществляться двумя способами:

перевозка стружки на робокарах или кранах-штабелерах единой транспортно-накопительной системы;

транспортирование с помощью конвейеров, при наличии винтовых (шнековых) магистралей.

Выбираем первый способ.

11. Расчёт срока окупаемости ГПС

Моделирование работы ГПС в среде системы "Каскад" позволяет оценивать качество принимаемых решений по ряду показателей, основные из которых:

- коэффициент загрузки ГПС kГПС;

- фактическое (с учетом внутрицикловых простоев) время выполнения сменного задания ТСЗ.

Однако kГПС и ТСЗ оценивают эффективность ГПС с отдельных сторон, а обобщенным критерием целесообразности создания или приобретения системы может служить срок окупаемости затрат Lо.

Рассмотрим вывод уравнения для расчета Lо на основе результатов моделирования.

В общем виде объем прибыли P, руб, определяется как разность между стоимостью реализованной продукцией и затратами на ее изготовление:

P =(C - S) · N - K , (1)

где С - рыночная цена единицы продукции, руб/шт;

S - расходы, связанные с изготовлением и сбытом единицы продукции (себестоимость), руб/шт;

К - капитальные вложения в создание новой техники для выпуска данной продукции, руб;

N - объем продукции, шт.

Объем продукции равен:

N = Tо / tср , (2)

где То - рассматриваемый период эксплуатации ГПС, час;

tср - среднее время изготовления единицы продукции, час.

Подставим (2) в (1), запишем условие неубыточности создания ГПС (Р 0):

(C - S) ·Tо / tср - K 0,

откуда То определится как срок окупаемости ГПС:

(3)

Выражение (3) описывает срок окупаемости То в часах работы оборудования. Выразим срок окупаемости годами эксплуатации Lo:

, (4)

где Тц - продолжительность одного цикла работы ГПС, час;

d - число циклов работы в год, шт;

kГПС - коэффициент загрузки оборудования ГПС внутри цикла.

Из (4) с учетом (3) получим выражение для расчета количества лет окупаемости затрат на создание ГПС:

(5)

Из условия равенства трудоемкости годовой производственной программы Тн и годового фонда времени работы ГПС (Тн = Тц·d·R), выразим число циклов работы ГПС в год:

,(6)

где R - число станков в ГПС, шт.

Подставив (6) в (5), получим:

(7)

Введем коэффициент q, характеризующий соотношение капитальных затрат, прибыли на единицу продукции и трудоемкости годовой производственной программы:

(8)

С учетом введенных обозначений (6) примет вид:

(9)

Выразив tср = ТСЗ/ NСЗ , получим:

, (10)

где NСЗ - число деталей, изготовленных за цикл работы ГПС.

Определим примерный диапазон значений коэффициента q. Отношение Тн/R согласно (6) представляет собой плановый годовой фонд времени работы ГПС Тц·d. Тогда (10) можно записать как:

(11)

В идеальном случае, когда простои оборудования отсутствуют, kгпс=1 и Тц=ТСЗ, выражение (11) примет вид:

(12)

Произведение в знаменателе есть ни что иное, как число изделий в годовой программе выпуска:

где i - индекс позиции номенклатуры годовой программы;

Ni - количество изделий i-го наименования в годовой программе выпуска;

L - число позиций (наименований) изделий.

Рассматривая идеальный случай дальше, примем, что номинальный срок окупаемости ГПС LН = Lо. Тогда LН =q/N, откуда

q = LН · N.(13)

Подставив (13) в (10), окончательно получим выражение для расчета срока окупаемости ГПС:

(14)

Полученное выражение позволяет рассчитать фактический срок окупаемости ГПС на основе сопоставления требований технического задания на проектирование системы (LН, N, Тн,) и показателей эффективности системы, обеспечиваемых техническим предложением по ее изготовлению (R, ТСЗ, NСЗ, kгпс).

Номинальный срок окупаемости LН, число изделий N и трудоемкость годовой производственной программы Тн задаются в исходных данных на проектирование. Число станков в системе R определяется расчетом.

Значения ТСЗ и kгпс получаются в результате моделирования ГПС при конкретном варианте сменного задания (при конкретном значении NСЗ).

Таким образом, система моделирования "Каскад" и аналитическое выражение (14) позволяют количественно описать влияние проектных и эксплуатационных решений на срок окупаемости ГПС. Тем самым обеспечена возможность проектирования ГПС с заданным сроком окупаемости. Процедура автоматизированного расчета срока окупаемости в текущей версии системы "Каскад" не реализована, однако необходимые для расчета данные по значениям NСЗ, ТСЗ и kгпс имеются. Рассмотрим, как данную информацию можно извлечь. Перед началом расчета:

- подготовить выборку вариантов сменного задания;

- промоделировать работу ГПС на данной выборке.

Выборка вариантов СЗ сохраняется в виде файла Stat_mod.kas в папке Kaskad\Analit.

Расчет срока окупаемости производится с помощью программы srok_2. При паспортных значениях характеристик ГПС произведем моделирование в среде системе «Каскад». Далее с помощью программы srok_2 извлекаем данные из файлов Stat_mod.kas в папке Kaskad\Analit и Statist.kas в папке Kaskad\PrakU и производим расчет срока окупаемости ГПС и коэффициент использования ГПС. После расчета получаем кривые вероятностного распределения коэффициента использования ГПС и распределения срока окупаемости ГПС, которые представлены на рисунках 16 и 17.

Рисунок 17 - Расчет срока окупаемости для паспортных данных ГПС

Рисунок 18 - Расчет срока окупаемости для проектных данных ГПС

Выводы

В данной курсовой работе была спроектирована гибкая производственная система по производству деталей заданной номенклатуры. В состав ГПС входят 7 станков типа “обрабатывающий центр” марки ИР500МФ4, многоярусный склад - накопитель паллет, кран - штабелер, склад режущего инструмента, инструментальный робот, средства контроля и подготовки производства.

Осуществлена планировка участка, в том числе и детальная, позволяющая визуально оценить габариты и расположение основного оборудования в цехе.

Было осуществлено моделирования данного участка при различных режимах работы оборудования, различных значениях параметров оборудования.

Проработаны различные варианты сменных заданий на обработку и в результате моделирования данного участка ГПС по изготовлению корпусных деталей в интегрированной среде "Каскад" получено, что средний коэффициент загрузки оборудования участка составляет 85 %.

Также был вычислен срок окупаемости, который составил 1,71 года.

Список использованных источников

Аверьянов, О.И., Дащенко А.И., Лескин А.А. и др. Технологическое оборудование ГПС.- Л., Политехника, 1991.-320 с.

Бондаренко, В.А., Сердюк А.И. Основы создания ГПС механообработки: Учебное пособие.- Оренбург, ОГУ, 2000. - 206 с.

Гибкие производственные комплексы/ Под ред. П.Н. Белянина, В.А. Лещенко .- М.: Машиностроение, 1984.- 384 с.

Мельников, Г.Н., Вороненко В.П. Проектирование механосборочных цехов. - М.: Машиностроение, 1990. - 351 с.

Сердюк, А.И. Основы создания ГПС механообработки: Электронный учебный курс - локальная сеть ОГУ "Вся сеть\kafsap\Serduk\Электронный учебный курс".

Фроман, Б., Лезаж Ж.-Ж. ГПС в механической обработке/ Пер. с франц. Н.А.Шнуровой; Под ред. В.А. Лещенко.- М.: Машиностроение, 1988.- 120 с.

Размещено на Allbest.ru

...