+ТОАП лекция 1 и 2

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Вид учебной работы
Семестр
Общая трудоемкость дисциплины
Всего,
зачетных единиц
(акад.часов)
1
4 (144)
Контактная работа с преподавателем:
1,0 (36)
занятия лекционного типа
0,5 (18)
практические занятия
0,5 (18)
Самостоятельная работа
обучающихся:
изучение теоретического курса
(ТО)
расчетно-графические работы
(РГР)
Вид промежуточной аттестации
(зачет, экзамен)
3,0 (108)
1 (36)
2 (72)
Экзамен
1

2. Учебно-методическое обеспечение дисциплины ТОАП

• а) основная литература:
1. Тимирязев В.А. Проектирование технологических процессов машиностроительных
[Электронный ресурс]: учебник / В.А. Тимирязев, А.Г. Схиртладзе, Н.П. Солнышкин
С.И. Дмитриев. – СПб.: Издательство «Лань», 2014. – 384 с.
2. Схиртладзе А.Г. Автоматизация производственных процессов в машиностроении:
учебник [Текст] / А. Г. Схиртладзе, В. Н. Воронов, В. П. Борискин. – Старый Оскол:
ТНТ, 2013. – 600 с. (30 экз).
3. Сибикин М.Ю. Современное металлообрабатывающее оборудование [Электронный
ресурс]: справочник. / М.Ю. Сибикин – М.: Машиностроение, 2013. – 308 с.
4. Выжигин А.Ю. Гибкие производственные системы [Электронный ресурс]: учеб.
пособие / А.Ю. Выжигин – М.: Машиностроение. – 2012, 288 с.
5. Автоматизированные системы кузнечно-штамповочного производства [Текст]:
учебник / К. И. Васильев [и др.]. - Старый Оскол : ТНТ, 2014. - 484 с. (13 экз).
6. Князева, Н. Ю. Автоматизация производственных процессов в машиностроении :
учебное пособие / Н. Ю. Князева, А. Ю. Овчинников. - Саранск : МГУ им. Н.П.
Огарева, 2020. — 132 с. // Лань : электронно-библиотечная система. — URL:
https://e.lanbook.com/book/204566
7. Романов, П. С. Автоматизация производственных процессов в машиностроении.
Исследование автоматизированных производственных систем. Лабораторный
практикум : учебное пособие - Санкт-Петербург : Лань, 2022. — 192 с. // Лань
:
2
электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/206636

3.

• б) дополнительная литература:
1. Григорьев С.Н. Диагностика автоматизированного производства [Электронный
ресурс] / С.Н. Григорьев, В.Д. Гурин, М.П. Козочкин и др.; под. ред. С.Н.
Григорьева. – М.: Машиностроение, 2011. – 600 с.
2. Наукоемкие технологии в машиностроении. : учебное пособие / Суслов А. Г.,
Базров Б. М., Безъязычный В. Ф., Авраамов Ю. С. - Москва : Машиностроение,
2012. - 528 с. - Текст : электронный // Лань : электронная библиотечная система :
[сайт]. - - URL: http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=5795
3. Аврамова Т.М. Металлорежущие станки [Электронный ресурс]: учебник. В 2 т. /
Т.М. Аврамова, В.В. Бушуев, Л.Я. Гиловой и др.; под ред. В.В. Бушуева. Т. 1.– М.:
Машиностроение, 2011. – 608 с.
4. Бушуев В.В. Металлорежущие станки [Электронный ресурс]: учебник. В 2 т. Т. 2
/ В.В. Бушуев, А.В. Еремин, А.А. Какойло и др.; под ред. В.В. Бушуева. Т. 2.– М.:
Машиностроение, 2011. – 586 с.
5. Климов А. С. Роботизированные технологические комплексы и автоматические
линии в сварке [Электронный ресурс]: учебное пособие. 2-е изд., испр. и доп. / А.
С. Климов, Н. Е. Машнин – СПб.: Издательство «Лань», 2011. – 240 с.:
6. Схиртладзе, А.Г. Технологическое оборудование машиностроительных
производств
[Текст]: учеб. пособие /А.Г. Схиртладзе, Т.Н. Иванова, В.П.
Борискин.-2-е изд., перераб. и доп. – Старый Оскол: ТНТ, 2009. – 708 с. (20 экз).
3

4. в) Интернет ресурсы:

• 1.
http://ru.dmgmori.com/продукты/автоматизация/
гибкие-производственные-модули
• 2. http://www.stanki.tv
• 3.http://msd.com.ua/texnologicheskoeoborudovanie-mashinostroitelnyx-proizvodstv
/robotizirovannye-kompleksy/
• 4. http://www.prostanki.com
4

5.

• Технологическое оборудование (ТО) (по ГОСТ 3.1109-82 Единая
система технологической документации. Термины и определения
основных понятий) - средства технологического оснащения, в
которых для выполнения определенной части технологического
процесса размещаются материалы или заготовки, средства
воздействия на них, а также технологическая оснастка.
• Примерами технологического оборудования являются литейные машины,
прессы, станки, печи, гальванические ванны, испытательные стенды и т.д.
• Средства технологического оснащения (СТО) - совокупность
орудий
производства,
необходимых
для
осуществления
технологического процесса.
• Технологическая оснастка - средства технологического
оснащения, дополняющие технологическое оборудование для
выполнения определенной части технологического процесса.
• Примерами технологической оснастки являются режущий
инструмент, штампы, приспособления, калибры, пресс-формы,
модели, литейные формы, стержневые ящики и т.д.
5

6. Гибкая производственная система

• Гибкая производственная система (ГПС) (по ГОСТ 26228-90
Системы производственные гибкие. Термины и определения,
номенклатура показателей)
– управляемая средствами
вычислительной
техники
совокупность
технологического
оборудования, состоящего из разных сочетаний гибких
производственных
модулей
(ГПМ)
и
(или)
гибких
производственных ячеек (ГПЯ), автоматизированной системы
технологической подготовки производства и системы обеспечения
функционирования
(СОФ),
обладающая
свойством
автоматизированной переналадки при изменении программы
производства изделий, разновидности которых ограничены
технологическими возможностями оборудования.
• Составные части ГПС: ГПМ, ГПЯ, СОФ ГПС и ГПЯ.
6

7. Гибкий производственный модуль (ГПМ)

• Гибкий производственный модуль (ГПМ) - единица технологического
оборудования автоматически осуществляющая технологические операции в
пределах его технических характеристик, способная работать автономно и в
составе гибких производственных систем или гибких производственных
ячеек.
В средства автоматизации ГПМ в общем случае входят:
- устройство ЧПУ для автоматизации последовательности действий рабочих
органов ТО, включая смену заготовок, изделий, инструмента, подачу
смазывающе-охлаждающей жидкости, удаление отходов и переналадки;
- устройство адаптивного управления для автоматизации регулирования
параметров ТП, при изменении условий его выполнения;
- устройство контроля и измерения во время или после операции для
автоматизации подналадки ТО; устройство диагностики оборудования для
автоматизации выявления и устранения неисправностей и т.д.
При работе в составе гибких производственных ячеек или гибких
производственных систем средства автоматизации ГПМ определяются
организацией информационных и материальных потоков.
7

8. Гибкая производственная ячейка (ГПЯ)

• ГПЯ - управляемая средствами вычислительной техники
совокупность нескольких гибких производственных модулей и
системы обеспечения функционирования, осуществляющая комплекс
технологических операций, способная работать автономно и в
составе гибких производственных систем при изготовлении изделий
в пределах подготовленного запаса заготовок и инструмента.
• Система
обеспечения
функционирования
гибкой
производственной системы и гибкой производственной ячейки
(СОФ ГПС и ГПЯ) - совокупность взаимосвязанных
автоматизированных
систем,
обеспечивающих
управление
технологическим процессом, перемещением предметов производства
и оснастки.
8

9. СОФ

В состав системы обеспечения функционирования ГПС и ГПЯ в
общем случае входят:
- автоматизированная транспортно-складская система (АТСС);
- автоматизированная система инструментального обеспечения
(АСИО);
- система автоматизированного контроля (САК);
- автоматизированная система удаления отходов (АСУО);
- автоматизированная система управления технологическим
оборудованием (АСУТО);
- автоматизированная система управления технологическим
процессом (АСУТП) и т.д.
9

10.

• По организационной структуре ГПС подразделяют на гибкую
автоматизированную линию (ГАЛ), гибкий автоматизированный
участок (ГАУ), гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) и гибкий
автоматизированный завод (ГАЗ).
• ГАЛ – разновидностью ГПЯ, в которой технологическое
оборудование расположено в принятой последовательности
технологических операций.
• ГАУ – участок цеха, технологическое оборудование которого состоит
преимущественно из гибких производственных систем, ячеек и
модулей.
• ГАЦ – цех завода, состоящий преимущественно из гибких
автоматизированных участков.
• ГАЗ – интегрированное (т.е. объединённое в единое целое
разрозненых
частей)
средствами
вычислительной
техники
производство,
состоящее
преимущественно
из
гибких
производственных систем для выпуска продукции в условиях ее
совершенствования и изменяющейся потребности
10

11.

• По автоматизации ГПС подразделяются на ступени:
• - гибкий производственный комплекс (ГПК);
• - гибкое автоматизированное производство (ГАП).
• Организаторы производства понимают под ГПС - группу
станков с ЧПУ (чаще ОЦ), измерительные машины,
автоматический
склад
и
другое
вспомогательное
оборудование, объединённые автоматическим транспортноподающим устройством и единым управлением (наличия
программно-технических средств управления), позволяющая
обрабатывать (в пределах параметров станков) группы
деталей в любой последовательности.
11

12. Основные показатели ГПС

• 1. Показатели назначения
• 1.1. Показатели функциональные и технической эффективности
• 1. Классификационные признаки - комплектность изготовления
изделий, методы обработки, формообразования, сборки и контроля,
разновидности обрабатываемых изделий, уровень автоматизации
• 2. Состав - состав технологического оборудования, систем
обеспечения функционирования и технологической подготовки
производства.
• 3. Технологические возможности - состав технологических операций и
обеспечиваемые показатели качества изготавливаемой продукции
• 4.
Показатели
производительности
продолжительность
производственного цикла изготовления изделий (узла или комплекта
деталей для его сборки)
• 5. Экономические показатели - суммарный технико-экономический
эффект использования ГПС, достигаемый сокращением: объема
незавершенного
производства,
непроизводительных
простоев
оборудования, численности производственного персонала и сроков
12
освоения и изготовления изделий

13. Основные показатели ГПС

• 1.2. Показатели изготавливаемой продукции - пределы
конструктивно-технологических
характеристик
изделий,
их
серийность и партионность, а также полнота охвата изделий по
номенклатуре и технологического процесса их изготовления
• 1.3. Эксплуатационные показатели - режим работы ГПС,
продолжительность ее работы в автоматическом режиме, численность
персонала, производственная площадь
Показатели
надежности
коэффициент
технического
использования оборудования (ГОСТ 27.002)
• При определении коэффициента технического использования
оборудования ГПС учитывают простои в ремонте и обслуживании
основного технологического оборудования, а также простои в
ремонте
и
обслуживании
вспомогательного
оборудования,
вызывающие простои основного оборудования ГПС.
• Номенклатура показателей надежности составных частей ГПС
учитывается в стандартах на их конкретные виды.
13
2.

14.

• 3. Показатели экономного использования сырья, материалов,
топлива, энергии и трудовых ресурсов - удельные затраты
материальных, энергетических и трудовых ресурсов.
• 4. Эргономические показатели - показатели условий работы
человека.
• 5. Эстетические показатели - показатели совершенства
исполнения.
• 6. Показатели транспортабельности - приспособленность
оборудования к транспортированию.
• 7. Показатели стандартизации и унификации - степень
насыщенности
стандартными,
унифицированными
и
оригинальными составными частями.
• 8. Патентно-правовые показатели - степень обновления
технических решений и их патентная защита.
• 9. Экологические показатели - выполнение требований по защите
окружающей среды.
• 10. Показатели безопасности - выполнение требований по защите
персонала в процессе работы, обслуживания и ремонта
оборудования.
14

15. Структура гибкого автоматизированного производства

15

16. Гибкий производственный модуль

Оборудование ГПМ можно объединить в 12 подгрупп:
– станок с ЧПУ;
– накопители заготовок, инструментов и деталей;
– перегрузочные средства, связывающие внешний транспорт,
накопитель и рабочую зону станка;
– подающие и транспортные средства;
– зажимные и удерживающие средства;
– системы обслуживания инструмента;
– системы управления точностью обработки;
– системы обнаружения брака;
– системы идентификации;
– диагностические средства и средства анализа диагностической
информации;
– системы управления режимами резания;
– устройства и механизмы для уборки стружки.
16

17. Классификация ГПС

Признак
классификации
1. Комплексность
изготовления изделий
Классификационная группировка
Наименование
Характеристика
Выполняет
одну
или
несколько
Операционная
технологических
операций
изготовления изделия
Изготавливает
отдельные
детали
Предметная
сборочных единиц
Изготавливает
комплекты
деталей
Узловая
сборочных единиц и осуществляет
сборку узлов
2. Методы обработки,
формообразования,
сборки и контроля
по ГОСТ 3.1109
3. Разновидность
обрабатываемых
изделий
По
классификатору
изделий
и
конструкторских
документов
машиностроения
и
приборостроения
(Классификатор ЕСКД): классы деталей
71, 72, 73, 74, 75, 76;
классы сборочных единиц 28, 29, 30 и т.д.
1-й уровень автоматизации
4. Уровень
автоматизации
2-й уровень автоматизации
3-й уровень автоматизации
Автоматизированная переналадка при
изготовлении освоенных изделий
Автоматическая
переналадка
при
изготовлении освоенных изделий
Автоматизированная переналадка при
переходе на изготовление новых
изделий
17

18.

• Уровни автоматизации ГПМ и ГПЯ устанавливаются в зависимости
от автоматически выполняемых ими функций, перечень которых
должен регламентироваться в соответствующих стандартах на
конкретные виды ГПМ и ГПЯ.
• При создании гибких систем выделяют базовые принципы
планирования, управления и контроля производства такие как:
• Комплексная согласованность - чётко связанное протекание во
времени и пространстве многоуровневых потоковых процессов;
• Модульность - построение сложных комплексов и систем
оборудования из набора хорошо отработанных, взаимосвязанных и
сопрягаемых модулей и элементов;
• Компактность - рациональное размещение в пространстве или
планировка участка взаимосвязанных автоматизированных подсистем
ГПС за счёт использования верхней и нижней части цеха или
многоуровневых производственных помещений;
18

19.

Мобильность - способность в короткий срок концентрировать в
«узких» местах промышленного производства, сбыта и сервисного
обслуживания минимально необходимое количество всех видов
ресурсов;
• Безопасность - разработка и проявление свойств, способствующих
преодолению или нейтрализации негативного влияния на среду
обитания современных промышленных и технологических
процессов;
• Устойчивость и адаптивность - программно-техническая
реализация безаварийной работы оборудования за счёт
комплексного контроля, диагностики и технического обслуживания
в достаточно длительном временном интервале. Система должна
устойчиво работать при допустимых по проекту отклонениях
технологических параметров внутренней и внешней среды
автоматизированного производства.
19

20.

• Различают ГПС полного цикла, на которой детали
обрабатываются полностью от заготовки в готовую для сборки
деталь (или из сырья в заготовку), и ГПС неполного цикла, когда
требуются дополнительные операции на оборудовании вне этой
системы.
• Для соблюдения принципа завершённости и минимальных
издержек всегда стремятся к выполнению всех операций в пределах
одной ГПС без промежуточной передачи полуфабрикатов в другие
производственные подразделения.
20

21.

• Особенностью ГПС является то, что они, работая практически с
удвоенным коэффициентом загрузки оборудования, изнашиваются
быстрее
и
не
оставляют
свободного
времени
для
предупредительного
ремонта,
который
поэтому
должен
выполняться "на ходу" или в момент вынужденных остановок.
• Другой особенностью ГПС является то, что сложность
технологического оборудования, значительная его насыщенность
электронными устройствами требуют высокой координации всех
служб (главного механика и главного энергетика), их хорошо
налаженного взаимодействия, т.е. интеграции. Это коренным
образом меняет традиционную организацию содержания и ремонта
оборудования.
21

22. Гибкость производства

• Гибкость производства - это возможность за короткое время и
при минимальных затратах, на том же оборудовании, предприятии
регулярно переходить на выпуск новой продукции произвольной
номенклатуры в пределах их технологического назначения,
технических характеристик и параметров.
• Гибкость производственных систем определяется следующими
главными показателями:
• - уровнем производительности;
• - величиной себестоимости;
• - стабильностью высокого качества продукции;
• - эффективностью использования средств производства;
• - численностью обслуживающего системы персонала и
характеристиками условий труда.
22

23.

• Два вида гибкости: тактическая (краткосрочная) и стратегическая
(долгосрочная).
• Первая характеризуется объёмом работ и средств, необходимых для
перехода от производства одного вида продукции на другой в
соответствии с текущей производственной программой.
• Вторая - объёмом мероприятий, необходимых для перевода
производства на выпуск новой продукции при смене всей
производственной программы, и теми количественными и
качественными изменениями производственных мощностей, которые
при этом потребуются. Определяющим показателем тактической
гибкости является время перехода на выпуск разных изделий.
Определяющими показателями стратегической гибкости являются
величина новых капиталовложений и масштаб реконструкции.
• От сочетания технологических, конструкторских, организационных и
экономических факторов зависят степени гибкости и автоматизации
системы - основные характеристики гибкого производства.
23

24.

Интегральным
показателем
коэффициент гибкости
Кг = n/N,
гибкости
является
где п – совокупность всех деталей-операций (вся
номенклатура заготовок), выполненных или подлежащих
выполнению в течение планового периода времени;
N – общее число всех деталей, подлежащих изготовлению.
ГПС обладает:
- большей гибкостью при 0,25 ≤ Кг;
- средней при 0,1 ≤ Кг ≤ 0,25;
- малой гибкостью при 0,025 ≤ Кг ≤ 0,1.
ГПС механической обработки создаются для серийного, а
в ряде случаев и для массового производства.
24

25. Мероприятия и средства автоматизации производства

• Каждая ГПС всегда ограничена определёнными технологическими
рамками и номенклатурой обрабатываемых деталей. Однако
производство может выжить только в том случае, если оно
способно быстро менять или расширять ассортимент, обеспечивая
высокое качество необходимого количества выпускаемой
продукции.
• С повышением сложности изделий и сокращением сроков
выполнения работ приходится дорабатывать технический комплекс
ГПС. Это приводит к необходимости решать целый ряд научнотехнических и организационных задач. Среди них можно выделить
следующие мероприятия:
• – поиск новых технологий обработки;
• – усовершенствование технологического оборудования – модулей,
узлов и систем, с условием, что модернизированное оборудование
будет соответствовать требованиям технологии на ближайшие 10 –
12 лет.
25

26.

• Для организации эффективного технологического обеспечения ГПС
нового поколения специалисты выделяют групповые технологии
обработки:
• – малооперационные технологии, предусматривающие наименьшее
число операций в маршруте и число установок деталей в каждой
операции обработки;
• – многоинструментальные технологии обработки деталей с одного
установа.
• Модернизация станков с ЧПУ, как правило, включает оснащение
оборудования новейшими системами ЧПУ, приводами, шпиндельными
узлами, гидравликой. Затраты такой модернизации составляют около
50% от стоимости нового станка, при обеспечении тех же
функциональных и технологических возможностей.
26

27.

•Однако основным и наиболее важным направлением является
разработка и внедрение новых средств автоматизации производственных
процессов. Для того чтобы успешно решать комплекс задач по выбору и
компоновке оборудования, возникающих при проектировании или
модернизации автоматизированного производства, необходимо системное
представление о техническом комплексе. Таким образом, появилась
необходимость в классификации применяемых средств автоматизации
(рис. 2), с учётом уровней систем производства.
27

28.

СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ И МЕХАНИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
28

29. Автоматизация

• Автоматизация
–
направление
развития
производства,
характеризуемое освобождением человека не только от мускульных
усилий, для выполнения тех или иных движений, но и от оперативного
управления механизмами выполняющими эти движения.
Автоматизация может быть частичной или полной.
• Частичная автоматизация – автоматизация части операции по
управлению производственным процессом при условии, что остальная
часть всех операций выполняется автоматически (управление и
контроль человеком).
• Примером может служить – автоматизированная линия (АЛ),
состоящая из нескольких станков автоматов и имеющих
автоматическую межоперационную транспортную систему. Управление
линии осуществляется одним процессором.
• Полная
автоматизация
–
характеризуется
автоматическим
выполнением всех функций для осуществления производственного
процесса без непосредственного вмешательства человека в работу
оборудования. В обязанности человека входят настройка машины или
29
группы машин, включение и контроль.

30.

• Пример: автоматический участок или цех.
• В традиционном производстве, чем выше универсальность, тем ниже
производительность, выше себестоимость и выше занятость рабочих.
В
гибком
производстве
при
высокой
универсальности
технологического
оборудования
достигается
высокая
производительность, уменьшается занятость обслуживающего
персонала, обеспечиваются хорошие условия работы (отсутствуют
монотонность, тяжелый физический труд).
• Создание ГПС не означает использование полностью безлюдной
технологии, должен быть персонал на операциях контроля,
комплектования, общего наблюдения за ходом производства, но
производительность должна быть выше в 5-6 раз при 2-3 сменной
работе производства.
• В ГПС люди освобождаются от тяжелых, вредных и монотонных
работ (по загрузке, транспортированию).
30

31. Степень автоматизации

• Степень автоматизации - это показатель, равный отношению
объёмов работ, выполняемых без участия и с участием человека.
Этот показатель включает и степень надёжности работы системы,
которая определяется соотношением времени работы и простоев
системы,
вызванных
отказом
оборудования,
управления,
вычислительной техники и других компонентов системы.
31

32. Классификация средств автоматизации

Все средства автоматизации производственных процессов можно
разделить на два вида.
• Первый уровень классификации представляет деление оборудования
на непосредственно использующееся в технологическом процессе –
основное, технологическое, и вспомогательное (обслуживающее)
оборудование.
• Второй уровень классификации рассматривает функциональное
назначение оборудования, которое в современном производстве
представляет собой ряд систем:
– системы оборудования механообработки и сборки;
– система контроля и управления,
– загрузочные, транспортные и накопительные системы;
– складские системы.
• Третий уровень
оборудования.
классификации
рассматривает
специализацию
32