Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

адаптивное управление участками гибких автоматизированных производств в деревообработке

Автоматизация производственных процессов является характерной чертой современного этапа развития промышленности на основе достижений в области электроники, техники и информационных технологий.

Это тенденция обусловлена стремлением повысить производительность, улучшить условия и качество труда. Крупные и средние предприятия, располагающие квалифицированными кадрами и соответствующими финансовыми ресурсами, все более ориентируются на применение средств автоматизации технологических, переместительных, складских операций, работ по конструкторско-технологической подготовке и управления производством.

Например, в развитии средств автоматизации производства деревянных окон можно выделить несколько этапов. Для периода, когда преобладал выпуск стандартных окон крупными партиями одного типоразмера, было характерно применение отдельных станков и линий обеспечивавших автоматизацию основных технологических операций (нарезки шипов, обгонки рам по периметру и др.). Затем появились устройства для разборки пакетов, поштучной выдачи заготовок в обработку и укладки продукции в стопы, которые обеспечили повышение уровня автоматизации. Логическим завершением этого процесса явилось освоение производства и внедрение комплектов технологического и транспортного оборудования ОК-250 для массового крупносерийного производства 50-250 тыс. кв. м оконных блоков в год. К недостаткам этого оборудования следует отнести большие затраты времени на перенастройку, необходимость выпуска пробных деталей и накопления партий запуска в обработку.

В условиях расширения ассортимента выпускаемой продукции по размерам, форме и конструкции окон стало актуальным применение угловых обрабатывающих центров для нарезки шипов (в два прохода), одностороннему профилированию брусков, и обгонки по периметру рам створок и коробок. Первоначально для выполнения этих операций использовались два станка поперечной и продольной обработки, на основе объединения которых были созданы обрабатывающие центры (ОЦ) для выполнения комплекса работ [1, 3]. В последнее время появились ОЦ, обеспечивающие высокую точность, завершенность профилирования брусковых деталей и склеивания из них рам полной готовности без последующей обгонки по периметру. Эти виды технологического оборудования предусматривают возможность быстрой замены рабочих профилирующих и шипорезных фрез за счет вертикального перемещения приводного вала для изготовления деталей разных типоразмеров окон.

Применение ОЦ с числовым программным управлением (ЧПУ) актуализирует создание программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке, разгрузке станков и автоматизации некоторых технологических операций. Появление микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в несколько раз, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Условия разнообразия типоразмеров, форм, комплектации, вариантов отделки и особенно при поставке изделий малыми партиями или по индивидуальным заказам требуют решения специфических задач автоматизации производственных процессов. При этом должны быть обеспечены хорошие условия и безопасность труда [5], надежность и качество выпускаемой продукции, эффективность систем управления производственными, складскими и транспортно-логистическими процессами регламентируется, которые регламентируются соответствующими нормативно-техническими документами Евросоюза (EN) и Германии (DIN) все чаще применяемыми в Республике Беларусь и странах СНГ.

В Институте архитектуры, древесины и строительства Бернского университета прикладных наук (AHB BFH, Швейцария) выполнены разработки, создающие основу для прикладных исследований и практической реализации их результатов при решении актуальных задач автоматизации и логистики в производстве деревянных окон.

Особый акцент в процессе исследований был сделан на системное рассмотрение практических задач осуществления выпуска разнообразных изделий в условиях конкретных производителей и проверку разработанных решений.

Применение оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) и промышленных роботов [2] было принято изначально в качестве технологической основы всей работы. Выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ сопровождалось созданием технологической и экспериментальной базы самого высокого уровня. В единстве производства и логистики появилась возможность воспроизведения и решения очередных задач, использования аналитических данных лаборатории института.

Набор оборудования экспериментальных участков включает: 3- и 6-координатные ОЦ с ЧПУ центры, 6- и 7-координатные промышленные роботы, сборочные столы, ряд других видов технологического оборудования, стеллажные склады деталей, автоматизированные системы управления, средства связи и бесконтактной идентификации на основе компонентов технологий RFDI, а также регистрации и визуализации исследуемых процессов.

С использованием имеющихся элементов оборудования автоматизированных производственных ячеек и их сетевых взаимосвязей могут быть воспроизведены, отображены и протестированы практически все процессы механической обработки древесины и изделий из нее.

На рис. 1 отображены фрагмент технологического оборудования участка по изготовлению деревянных окон [4] и примеры сборочных единиц выпускаемых изделий. Рис. 3 иллюстрирует применение промышленных роботов при производстве деревоалюминиевого оконного блока.

Одновременно с разработкой прогрессивной системы остекления деревянных окон на основе вклеенных стеклопакетов решались задачи автоматизации сборки створок с применением промышленных роботов. Результаты этих работ практически используются на нескольких предприятиях.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а б

Рис. 1. Применение робота на участке сборки деревянных окон: а - монтажный стол для остекления створки со вклеенным стеклопакетом; б - фрагменты конструкций окна

Автоматизация процесса сборки створок явилась одним из важных условий новой организации технологических процессов. Рис. 2 отражает состав и последовательность действий, которые должны были осуществлять промышленные роботы на автоматизированном участке сборки оконных створок. Эта производственная ячейка может обеспечить сборку оконных створок требуемого формата с выбором и применением необходимого профиля брусковых деталей, фурнитуры и элемента остекления. В основу решения актуальной задачи создания автоматизированной производственной ячейки для сборки створок было положено требование адаптивности к условиям работы обслуживающего персонала и процесса выполнения работ.

Рис. 2. Схема организации процесса производства деревянных оконных створок со вклеенными стеклопакетами

Необходимо отметить, что в производственной системе, рассматриваемой в качестве автоматизированной ячейки, все компоненты доступны для редактирования в процессе выполнения работ и определения доступных ресурсов.

Было принято, что в системе управления адаптивной гибкой автоматизированные ячейкой для производства оконных деревянных оконных створок со вклеенным стеклопакетом все компоненты идентификации и распознавания основаны на RFID-технологии радиочастотной идентификации (рис. 3). Преимущества этой системы основаны на применении RFID-меток для обозначения компонентов изделий и связанных с ними устройств для дистанционного считывания информации в условиях отсутствия обязательной прямой видимости или так называемой массовой регистрации в партии. При этом вид и количество компонентов можно обнаружить одновременно, даже в условиях, если они находятся на верху или в смеси хаотично на транспортной тележке, на поддоне или в ячейке стеллажа.

Если поддон с заготовками отмечен RFID, то они она могут быть автоматически обнаружены и введены в базу данных посредством чтения и записи информации о имеющихся ресурсах, необходимости обработки (например, CNC-программ, инструментов и др.) и готовности к использованию в производственной ячейке. В случае наличия необходимых ресурсов обработка и сборка могут быть осуществлены автоматически в заданной последовательности или прости выдачи из имеющегося запаса (рис. 4)

Рис. 3. Типичная структура и основные компоненты RFID-системы

В рассматриваемом случае считаем, что имеются детали всех длин необходимых для сборки, иначе необходимы переговоры и заказ компонентов нужных длин в отличие от ранее разработанных схем автоматической сборки фрезерованных по профилю брусков.

При наличии подходящих компонентов в ячейке они будут индивидуально учтены, оценены по свойствам и поданы роботом в обработку (рис. 4). Если деталь не предназначена для обработки, то она остается в ячейке и это может означать сбой в обеспечении ресурса.

Рис. 4. Принципиальная функциональная схема адаптивной ячейки производства

Если деталь предназначена для обработки на станке с ЧПУ или на оборудовании с групповым управлением DNC она будет автоматически подготовлена для этого. После завершения обработки деталь посредством робота подается в камеру, которая проверяет полноту обработки и выполняет (возможно ограниченный) контроль качества.

Варианты последующих действий с обрабатываемым компонентом изделия (рис. 5): при отсутствии возможности осуществить покраску, компонент будет поставлен RFID в режим ожидания условия выполнения окраски в нужный цвет; компонент может быть просто перемещен на покраску (если это не сделано автоматически); компонент может быть подан на монтажный стол; компонент может быть передан роботом на операцию сборки створки с соответствующим контролем ее исполнения.

RFID-метки компонентов изделия и автоматизированная система управления позволяют осуществить разнообразные действия хранения, обработки, сборки и их окраски в зависимости от геометрией и/или цвета покраски).

Предложенная концепция, апробированная на примере обработки компонентов корпусной мебели, удовлетворяет всем параметрам адаптивной и гибкой работы автоматизированных производственных участков. Характеристики каждой компоненты или компонент изделия могут быть определены непосредственно перед или на стадии производства. При этом всеобъемлющая, активная последовательность планирования может быть сведена к минимуму.

Рис. 5. Структура функций ячеек и технические средства: ВК - видеокамера

Представленная концепция использована в определенных условиях обработки, но она может быть беспроблемно реализована и в других материально-технических условиях гибкого автоматизированного производства.

Основная идея предлагаемой концепции заключается в том, что компоненты изделия несут информацию и позволяют адаптивно управлять обработкой, в результате чего повышается экономическая эффективность и сокращение сроков технологической подготовки автоматизированного производства деревянных окон.

ЛИТЕРАТУРА

адаптивный управление деревообработка автоматизированный

1. Трофимов, С.П. Конструирование и производство столярно-строительных изделий / С.П. Трофимов, А.С. Пардаев. - Минск: БГТУ, 2011. - 521 с.

2. W. Weber. Industrieroboter. Methoden der Steuerung und Regelung. - Leipzig Fachbuchverlag im Carl Hanser Verlag, 2009. - 250 s.

3. ТКП 45-7.02-148-2009. Производство столярных изделий при объеме переработки пиломатериалов до 10 тыс. м³ в год. Нормы технологического проектирования предприятия. - Минск: Стройтехнорм, 2010. - 55 с.

4. DIN 68121-1. Holzprofile fьr Fenster und Fenstertьren; MaЯe, Qualitдtsanforderungen. Deutsche Norm, Ausgabe: 1993-09.

Размещено на Allbest.ru