Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО

Тульский государственный университет

Политехнический институт

Механико-технологический факультет

Кафедра «ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ»

Контрольно-курсовая работа

Исследование параметров работы гибких производственных модулей, интегрированных с автоматизированной транспортно-складской системой завода

Транспортно-складская система завода

Выполнил:

Третьякова А.В.

Проверил:

к.т.н., доц. каф. ТМС

Сидоркин А. В.

Тула 2014

Аннотация

Исследование параметров работы ГПМ, интегрированного с автоматизированной транспортно-складской системой/ ТулГу, 2014.- ПЗ, 19 с./; 1 источник.

В данной работе знакомимся с общей структурой ГПМ, интегрированного с единой транспортно-складской системой завода, его работой, важнейшими технико-экономическими характеристиками. Оцениваем производительность системы.

Содержание

• Введение
• 1. Исходные данные для проектирования. Общие сведения о работе ГИМ, обслуживаемого АТСС. Анализ исходных данных
• 2. Расчет коэффициентов загрузки АТСЗ, промышленного робота и станка с ЧПУ. Определение оптимальной величины партии деталей n
• 3. Оптимизация параметров ГПМ. Расчет производительности ГПМ
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Важнейшим резервом роста производительности труда в машиностроении является снижение трудоемкости производственных процессов, связанных с механической обработкой деталей на станках. Основной путь использования резервов автоматизации процессов производства, основывающиеся на применении станков с ЧПУ, внедрении гибких производственных модулей (ГПМ), интегрированных в единый производственный комплекс с помощью автоматизированных транспортно-складских систем (АТСС) цеха и завода.

Для мелко- и среднесерийного типа производств, охватывающих примерно 75-80% продукции машиностроения, необходимо применение средств автоматизации, сочетающих в себе высокие характеристики станков-автоматов (производительность и точность) с гибкостью универсального оборудования. К таковым относятся, например, ГПМ.

Бурное развитие средств вычислительной техники и программного управления производственными системами, создания новых видов гибких производственных систем (ГПС) с трудосберегающей («безлюдной») технологией являются результатом достижений научно-технического прогресса во многих областях науки и техники.

Оптимизация проектных решений при создании и комплектовании оборудования гибких производственных систем охватывает различные технические аспекты, направленные на решение главной проблемы: повышение производительности и качества, расширение номенклатуры изготавливаемых изделий, исключение физического труда человека. Эти аспекты в полной мере удовлетворяют парадигме развития отношений в постиндустриальном обществе.

1. Исходные данные для проектирования

1 Номер варианта - 6

2 Время цикла работы транспортной системы t₁ - 70 с.

3 Время цикла установки детали на станок t₂ - 5 с.

4 Время цикла обработки детали на станке t₃ - 0,74 мин.

5 Время цикла снятия детали со станка t₄ - 7,5 с.

Общие сведения о работе ГПМ, обслуживаемого АТСС. Анализ исходных данных

ГПМ как правило включает в свой состав станок с ЧПУ (агрегатный переналаживаемый или быстропереналаживаемый станок-полуавтомат) оснащенный промышленным роботом (манипулятором) обеспечивающим автоматическую установку и снятие заготовки и обработанной детали и интегрированным с транспортной системой (тактовый стол, конвейер, робокар), которая обеспечивает автоматическою подачу к станку заготовок и удаление готовой продукции. Кроме того ГПМ, как правило, оснащаются межоперационными накопителями и включаются в единую систему отвода стружки.

Таким образом, ГПМ функционирует в замкнутом автоматическом цикле и позволяет осуществлять обработку деталей без участия человека (за исключением операций замены основных инструментов и инструментов дублеров, переналадки станка и промышленного робота на обработку деталей другого типа, смену комплекта инструментов).

ГПМ, оснащенные агрегатами с ЧПУ и транспортная система обычно объединяются в единую информационную сеть, позволяющую оперативно контролировать их параметры, вносить необходимые коррективы, отслеживать и устранять аварийные ситуации, обеспечивать возможность гибкой переналадки. ГПМ, объединенные единой информационной и транспортной сетями образуют гибкую производственную систему (ГПС).

На рисунке 1 приведен общий вид компоновки ГПМ для обработки деталей типа тел вращения.

Рисунок 1 - общий вид ГПМ для обработки деталей типа тел вращения.

Для оценки эффективности работы ГПМ воспользуемся методикой, приведенной в [1]. ГПМ включает единицу технологического оборудования, оснащенного накопителем на n деталей, манипулятор для автоматической загрузки-разгрузки станка и автоматизированную транспортную систему (робокар, оснащенный бортовой микро-ЭВМ) обслуживающей несколько ГПМ и предназначенной для подвоза паллет с заготовками и отвоза паллет с готовыми деталями.

Для удобства расчетов произведем перевод времени цикла обработки деталей по следующей зависимости [1, с.9]:

,

где t_c - время цикла обработки деталей в секундах,

t_м - цикла обработки деталей в минутах.

Произведем перевод показателей времени (в секундах) в показатели интенсивности (дет/с или с^-1). Условимся обозначить:

г (с^-1) - интенсивность загрузки деталей и разгрузки заготовок на транспортной системы;

м (с^-1) - интенсивность загрузки заготовки на станок;

л (с^-1) - интенсивность обработки деталей на станке;

и (с^-1) - интенсивность разгрузки готовой детали.

Произведем расчет рассмотренных выше параметров по формуле [1, с.9]:

, (с^-1)

где i - интенсивность прохождения процесса,

t_i - время существования данного процесса в секундах.

Произведем анализ работы ГПМ, которая осуществляется в следующем порядке. Транспортная система подготавливает паллеты с n заготовками к станку, где происходит автоматическая загрузка заготовок во входной накопитель и выгрузка готовых деталей из выходного накопителя станка на транспортное средство (г, с^-1). Интенсивность этого процесса в определенных пределах не зависит от величины n, т.к. перегружаются штучные детали, а паллеты на которых они установлены (рис.1).

Периодичность этого процесса определяется временем обработки ГПМ n деталей. После завершении его промышленным роботом осуществляется загрузка станка первой деталью (интенсивность м, с^-1) для последующей обработки на станке. Далее производится обработка деталей на станке в автоматическом цикле (л, с^-1). После обработки деталей производится разгрузка в выходной накопитель и захват новой заготовки из входного накопителя (интенсивность и, с^-1) для последующей подачи к станку, закрепления на нем и дальнейшей обработки. Процессы загрузки, обработки всей партии заготовок происходят поочередно вплоть до обработки всей партии заготовок n доставленных транспортной системой к станку. После этого происходит доставка новой партии и т. д.

2. Расчет коэффициентов загрузки АТСЗ, промышленного робота и станка с ЧПУ. Определение оптимальной величины партии деталей n

Коэффициенты загрузки отдельных узлов ГПМ являются важнейшими показателями его работы. При компоновке ГПМ необходимо добиваться максимального улучшения этих показателей.

Произведем расчет коэффициент загрузки АТСЗ, обслуживающей ГПМ. Этот показатель должен быть по возможности минимальным, т.к. обслуживается не один станок, а целый ряд ГПМ. Расчет производим по следующей формуле [1, с.3]:

Результаты расчета при n заданном в виде ряда удобно свести в таблицу 1.

Таблица 1. Расчет коэффициента загрузки АТСЗ.

По данным таблицы строим график зависимости коэффициента загрузки транспортной системы от количества деталей в партии. Представим его на рис. 2.

Произведем анализ графика. Монотонно убывающая функция, отражающая изменение коэффициента загрузки транспортной системы от объема партии деталей n показывает, что дальнейшее увеличение n не даст заметного уменьшения К_з.т.. Это может привести лишь к увеличению стоимости ТС и сопутствующих приспособлений, следовательно, необходимо остановиться на каком-либо конечном значении n.

Для этого проводим касательную к графику функции параллельно оси абсцисс.

Рисунок 2 - график зависимости коэффициента загрузки транспортной системы К_з.т. от объема партии деталей n.

По графику установлено значение К_з.т.=0,06. По формуле [1, с.14] произведем расчет:

По таблице для значения ближайшего к К_з.т.=0,066 устанавливаем n_т=18. производственный модуль транспортный складской

Произведем расчет коэффициента загрузки промышленного робота. Этот показатель должен быть по возможности максимальным, т.к. робот обслуживает только один станок и если большое время его работы приводит к неэффективному использованию ресурсов.

Расчет производим по формуле [1, с. 15]:

,

Результаты расчета удобно свести в таблицу 2.

Таблица 2. Расчет коэффициента загрузки промышленного робота.

По данным таблицы строим график зависимости коэффициента загрузки промышленного робота от объема партии деталей n. Приведем график на рисунке 3.

Произведем анализ графика. Монотонный характер, увеличение функции, характеризующей зависимость коэффициента загрузки промышленного робота от объема партии деталей n, показывает, что дальнейшее повышение Кз.р. практически не зависит от прироста n, а может привести лишь к дополнительным затратам. Необходимо определиться с конечным значением n. Для этого производим процедуру аналогичную описанной выше.

Рисунок 3 - график зависимости коэффициента загрузки промышленного робота Кз.р. от объема партии деталей n.

По графику установливаем значение К'з.р. Производим расчет по формуле:

Аналогично по таблице 2 для устанавливаем n=12.

Произведем расчет коэффициент загрузки станка с ЧПУ. Этот показатель должен быть по возможности максимальным, т.к. технологическое оборудование является самым дорогим элементом ГПМ, и суммарное время его простоя должно быть минимизировано. В противном случае возникает эффект неэффективного использования ресурсов, приводящий к большим финансовым убыткам.

Расчет производим по формуле [1, с.17]:

,

Результаты расчетов удобно свести в таблицу 3.

Таблица 3. Расчет коэффициента загрузки станка с ЧПУ.

По данным таблицы строим график зависимости коэффициента загрузки станка с ЧПУ от объема партии деталей n. Приведем график на рисунке 4.

Произведем анализ графика. По аналогии с АТСЗ требуется остановиться на определнном конечном значении n.

Рисунок 4 - график зависимости коэффициента загрузки станка с ЧПУ Кз.с. от объема партии деталей n.

Воспользовавшись методикой рассмотренной ранее установили по графику К'з.р. = 0,735. Тогда по формуле [1, с.18]:

По таблице 3 устанавливаем для =0,7203, n=14.

Вводим весовые коэффициенты, отражающие «удельный вес» каждого агрегата в оценке технико-экономических характеристиках параметров ГПМ и позволяющие определить итоговое значение объема партии деталей. Для станка с ЧПУ вводим коэффициент К_в.с.=0,5 для АТСЗ К_в.т.=0,35, для промышленного робота К_в.р.=0,15

По формуле [1, с.19] произведем расчет:

Принимаем объем партии n_пр=15 шт.

По результатам расчетов строим столбчатую диаграмму, отражающую величины коэффициентов загрузки различных агрегатов ГПМ. Приведем ее на рисунке 5.

Рисунок 5 - диаграмма величин коэффициентов загрузки различных агрегатов ГПМ.

3. Оптимизация параметров ГПМ. Расчет производительности ГПМ

Определим возможность оптимизации параметров работы ГПМ. Для этого произведем анализ возможности увеличения коэффициента загрузки станка с ЧПУ за счет уменьшения времени, затрачиваемого промышленным роботом на установку и снятие детали.

Установим соотношение k между параметрами м и и [1, с.20]:

Условимся считать, что µ'=t₂, а и'=t₄. Произведем дискретное уменьшение параметров µ' и и' за 10 циклов, вплоть до 0. Расчет ведем по формуле [1, с.20]:

где р - номер шага уменьшения (от 0 до 10).

По формуле [1, с.20] находим параметр суммарного времени работы промышленного робота:

Результаты вычислений сведем в таблицу 4.

Таблица 4. Результаты вычислений времени работы промышленного робота

Произведем вычисление коэффициента загрузки станка с ЧПУ при переменном времени работы робота по формуле [1, с.21]:

Результаты вычислений сведем в таблицу 5.

Таблица 5. Результаты расчета коэффициента загрузки станка при изменяющемся параметре ф_р.

По результатам таблицы 5 строим график зависимости коэффициента загрузки станка К_з.с. от изменяющегося параметра - времени циклов работы промышленного робота ф_р. График представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 - график зависимости коэффициента загрузки станка К_з.с. от времени цикла работы промышленного робота ф_р.

Произведем анализ графика: при уменьшении времени цикла ф_р (вплоть до 0) производительность станка возрастает. Однако, уменьшать ф_р как угодно нельзя, т. к. это приведет к существенным затратам на приобретение и обслуживание промышленного робота. Поэтому определим уровень оптимальной загрузки станка равным 0,85.

Найдем для данного показателя по графику ф_р.опт. = 2,9 с. С учетом коэффициента k определим оптимальные значения µ_опт. и и_опт.:

Таким образом была проведена оптимизация времени цикла работы промышленного робота.

Произведем расчет производительности ГПМ Q•10^-3 (дет/с), для этого воспользуемся формулой [1, с. 23]:

Расчет при переменном ф_р сведем в таблицу 6.

По результатам расчетов строим график зависимости производительности ГПМ Q от времени цикла ф_р. Приведем график на рисунке 7.

Рисунок 7 - график зависимости производительности ГПМ от времени цикла работы промышленного робота ф_р.

Анализируя график приходим к выводу,что при уменьшении времени цикла ф_р производительность Q растет. Для ф_р=12,5 с, Q=16,2 дет/с; для ф_р.опт.=2,9 с, р=19,2дет/с.

Тогда прирост производительности ГПМ [1, с. 23]:

Итоговые результаты расчета сводим в таблицу 7.

Таблица 7. Итоговые показатели работы ГПМ.

По результатам таблицы 7 строим диаграмму, отражающую распределение долей времени работы различных узлов ГПМ. Диаграмма представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Диаграмма распределения долей времени работы различных узлов ГПМ

Заключение

В процессе выполнения контрольно-курсовой работы ознакомились с типовой структурой ГПМ и транспортно-складской системы, интегрированной с ним. С помощью математической модели, описывающей процесс функционирования системы оценивали ее производительность и эффективность работы ГПМ

Произведен расчет коэффициента загрузки транспортной системы ГПМ. По полученным данным построен график зависимости коэффициента загрузки транспортной системы от объема деталей в партии. Показатель получен по возможности минимальным, так как транспортная система обслуживает не один станок, а несколько.

Произведен расчет коэффициента загрузки промышленного робота ГПМ. Построили график зависимости коэффициента загрузки промышленного робота от объема деталей в партии. Этот показатель получен по возможности максимальным, т.к. робот обслуживает только один станок, и если он большую часть времени простаивает, то это может привести к неэффективному использованию ресурсов.

Произведен расчет коэффициента загрузки станка с ЧПУ. Построен график. Этот показатель получен по возможности максимальным, т.к. технологическое оборудование является самым дорогим элементом ГПМ, и простой его должен быть по возможности минимальным.

Определено итоговое значение объема партии деталей (n_пр=15 штук).

Произведена корректировка времени работы промышленного робота. При уменьшении времени циклов работы робота (вплоть до нуля) производительность станка возрастает, однако, уменьшать время безгранично нельзя, т. к. это приведет к существенным затратам на приобретение и обслуживание промышленного робота.

Определена оптимальная производительность. Произведен расчет прироста производительности ГПМ, равный 53,6%.

В итоге проделанной работы можно сделать вывод, что самую большую долю времени работы различных узлов ГПМ составляет время обработки детали на станке Т_ц.а.,с, затем время работы тр.сист, в расчёте на одну деталь ф_тр.сис/n,с и самую маленькую долю - время цикла ф_{р. прин.}.

Список использованных источников

1. Сидоркин А. В. Методические указания по выполнению ККР по дисциплине ТССЗ. - Тула, 2011. - 27с.

Размещено на Allbest.ru