Материал: Автоматизация, робототехника и ГПС кузнечно-штамповочного производства. курс лекций. Бойко А.Ю., Дегтярёв Г. Л

автоматизации

В состав автоматического комплекса АК1 (рис. 1) входят установки подачи материала (УПМ), удаления отходов (УУО) и деталей (УУД), а также установки смены штампов (УСШ). Кро­ме того, комплексы оснащаются датчиками контроля технологи­ческого процесса (ДКТП).

Автоматические комплексы АК2 дополнительно комплектуются установками подготовки и ориентации материала (УПОМ), складирования и удаления деталей (УСУД) или отходов (УСУО).

Если в комплексах предусмотрена автоматическая смена штампов и обрабатываемого материала, а также автоматическая регулировка параметров комплекса, то такой комплекс является обрабатывающим центром.

Кузнечно-прессовый центр (КПОЦ) – это многооперационная машина. Обычно в его состав входит комплекс из числа n машин с автоматическим управлением режимами обработки, переналадки технологической оснастки и инструмента по заданной программе для производства заготовок и изделий обработкой металлов давлением и другими способами обработки

КПОЦ используют при изготовлении небольших партий однотипных деталей, когда при переходе с одного типа на другой требуется частая переналадка инструмента и режимов обработки.

Обрабатывающие центры создаются в настоящее время в основном для изготовления деталей из полос или штучных заго­товок. Это объясняется прежде всего более простой, по сравнению со штамповкой деталей из рулонного материала, автоматизацией операций смены штампов и замены материала. Такие центры обычно предусматривают некоторую долю ручного труда при на­ладке и управлении. Если центры не имеют системы программ­ного управления, то их нельзя использовать в качестве гибкого производственного модуля (ГПМ). В этом случае они обеспечи­вают второй уровень автоматизации производства.

Третий уровень автоматизации обеспечивают КПОЦ, выпол­няющие все основные и наладочные операции автоматически и имеющие систему управления, позволяющую программировать последовательность работы центра, а также предусматривающую связь с ЭВМ1 (первого уровня), т. е. КПОЦ являются ГПМ.

В отличие от уровня автоматизации ступень автоматизации характеризуется числом технологических операций листовой штам­повки, последовательно выполняемых на одной или группе КПМ.

Первая ступень автоматизации — автоматизация на базе одной КПМ. Ее образуют полуавтоматы, автоматы, автоматизированные и автоматические комплексы, автоматизированные и автоматиче­ские обрабатывающие центры, гибкие производственные модули. Следовательно, все три уровня автоматизации одной КПМ отно­сятся к первой ступени автоматизации.

Вторая ступень автоматизации включает автоматизированные, гибкие автоматизированные и автоматические линии. Автоматизированные линии состоят из полуавтоматов, автома­тов, автоматизированных и автоматических комплексов типа АК1, АК2, т. е. включают оборудование первого уровня автоматизации и САМ, обеспечивающее автоматизацию межагрегатных операций (установки накопления и передачи деталей — УНПД, рис. 2). Автоматические линии комплектуют из оборудования только вто­рого уровня автоматизации и УНПД.

Гибкие автоматизированные линии (ГАЛ) состоят из несколь­ких гибких производственных модулей, объединенных автомати­зированной системой с программным управлением (ЭВМ2), уста­новленных в технологической последовательности операций.

В зависимости от конструкции гибких производственных моду­лей и входящих в их состав накопителей, а также требований тех­нологии гибкая автоматизированная линия может состоять только из необходимого числа ГПМ, УНПД и ЭВМ2 (второго уровня).

Рис.5. Схема листоштамповочных комплексов

трех ступеней автоматизации

В отдельных случаях для переналадок ГАЛ в течение одной смены без наладчика (обеспечивающего заполнение накопителей заго­товками, смены кассет с деталями, отходами и т. д.), необходима гибкая автоматическая связь с автоматическими складами мате­риалов (АСМ), штампов (АСШ), деталей (АСД), а также со складом или участком хранения и переработки отходов (УХПО), осуществляемая транспортными средствами с программным управ­лением (ТСПУ). Функции такого транспортного средства обычно выполняют роботокар или транспортер. Операции автоматической выдачи, приема материала, штампов, деталей, удаления отходов по заданной программе возможны, если ЭВМ2 связана програм­мами с автоматическими системами инструментального обеспечения (АСИО), удаления отходов (АСУО) и автоматической транспортно-складской системой (АТСС).

Кроме того, все элементы ГАЛ должны быть связаны с ЭВМ2 автоматизированной системой управления производством (АСУП).

Третья ступень автоматизации достигается применением авто­матизированных и автоматических участков, гибких автоматизи­рованных участков (ГАУ), цехов (ГАЦ), гибких производствен­ных комплексов (ГПК), гибких автоматизированных производств (ГАП).

В общем случае можно считать, что автоматизированные и автоматические участки состоят из АК1, АК2, КПОЦ, УНПД, автоматизированных и автоматических линий, необходимых для того или иного технологического процесса.

Гибкие автоматизированные участки, цехи, комплексы состоят из ГПМ, ЭВМ2, УНПД, включая АСД, АСШ, АСМ, УХПО, ТСПУ и системы управления АСУП, АТСС, АСИО, АСУО. Они могут включать в себя ГАЛ и ряд ГПМ. Тот или иной набор гибких про­изводственных систем (ГПС) и систем управления диктуется тре­бованиями технологии.

В состав ГАП, кроме любой из гибких производственных си­стем и систем управления, обязательно входят системы автома­тизации проектных работ (САПР), технологической подготовки производства (АСТПП), автоматического контроля (САК), что позволяет автоматизировать весь производственный процесс от разработки детали до ее изготовления.

Таким образом, анализ существующего штамповочного производства и различных видов оборудования показывает, что степень автоматизации производства должна характеризоваться уровнем автоматизации оборудования и комплексов на базе одной КПМ и ступенями автоматизации связанных с помощью САМ и общих систем управления КПМ, комплексов и ГПМ.

Вопросы для самоподготовки:

• Что называется механизацией?

• Что называется автоматизацией?

• Уровни и ступени автоматизации?

• Как делятся автоматические машины по степени участия человека в работе?

• Как определяется цикл автоматической машины?

Лекция №2 классификация производственных процессов

2.1. Характеристика и классификация производственных технологических процессов.

Любой производственный технологический процесс состоит из от­дельных простых действий, выполняемых в определенном порядке (пара­ллельно, последовательно, параллельно последовательно).

В производственном процессе различают простые (единичные) рабочие процессы и операции управления процессом.

Простые рабочие процессы делят по назначению на 4 типа:

1) собственно рабочие процесса,

2) транспортные процессы,

3) установочные процессы,

4) операции обслуживания (обычно вне цикловые).

Операции управления процессом делятся на 2 основные группы:

1) операции собственного управления,

2) операции контроля.

Операции собственно управления могут быть двух типов:

1)нормальное управление, т.е. управление количественными и качественными показателями единичных процессов, их сочетание и координация;

2) настроечно-регулировочное управление, ( наладочные операции)

Операции контроля:

I группа - соответствие параметров заданным требованиям;

2 группа - аварийный контроль (защита).

Пассивный контроль ведется после обработки, активный контроль (технологический) - в процессе обработки.

Рис.6. Функциональная схема производственного (технологического) процесса.

Схема простого производственного процесса включает следующие элементы:

а) источник вещества или энергии,

б) приемник вещества или энергии,

в) линию передачи управляющего воздействия.

г) органы управления процессом.

Каждый простой производственный процесс может быть представ­лен простой или единичной цепью. Единичная цель может быть пассив­ной или активной.

Пассивная цепь не содержит в себе источников энергии. В тех­нологических процессах чаще всего встречаются пассивные цепи.

1 - источник воздействия (инструмент)

2 - приемник воздействия (заготовка),

3 - линяя передачи,

4 - орган управления.

Рис.7. Схема единичной цепи.

Собственные свойства каждой цепи характеризуются совокупностью некоторых физических величин (массой, емкостью, моментом инерции, теплоемкостью и т.д.).

Если эти физические величины не зависят от состояния (режима) самой цепи, то цепь называется линейной. Если зависят - нелинейной.

Рассмотрим линейные цепи, преобладающие в техпроцессах важнейших производств.

Любой техпроцесс может быть расчленен на простые цепи и представлен в виде связанных между собой простых единичных цепей.

Следовательно, в задачу управления технологическим процессом входит управление всеми простыми единичными целями и связывание их в составной процесс.

Управление единичной цепью.

Состояние ее в каждый момент временя может определяться помимо постоянных (для линейных цепей) собственных свойств еще и некоторым числом физических величин. Они имеют самые различные размерности и называются параметрами режима объекта, или обобщенными координатами.

Обычно из многочисленных обобщенных координат выделяют одну, две, три решающие для определения состояния цепи. Такие обобщенные координаты называются существенными параметрами существенными обобщенными координатами.

Во многих случаях существенные обобщенные координаты функционально связаны между собой. Количество независимых обобщенных коор­динат, полностью характеризующих состояние цепи (процесса), опреде­ляет число степеней свободы цепи (процесса).

2.2. Типы единичных цепей важнейших рабочих процессов производства.

1). Механические: поступательное перемещение;

вращательное перемещение;

параметры: линейная скорость и результирующая сила, угло­вая скорость и результирующий момент.

2). Тепловые и диффузионные: нагревание и охлаждение;сушка и увлажнение, выпаривание, растворение и осаждение;параметры (координаты): t и результативный подвод

(отвод) тепла; влажность вещества и удале­нием влаги, концентрация вещества и парообразование; концентрация раст­вора и поступление (удаление) вещест­ва.

Таким образом, в подавляющем большинстве случаев единичные цепи технологических процессов достаточно полно характеризуются двумя обобщенными координатами. Одна обобщенная координата обычно опреде­ляет внутренний показатель цепи (t, уровень жидкости, концентрацию раствора, давление газа, скорость и т.д.), другая - величина потока энергии или вещества (приход тепла, поступление жидкости, парообразо­вание, подача газа, движущая сила, вращающий момент и т.д.)

При наличии 2-х параметров первый является как бы качественной характеристикой режима, второй - количественной. Изменение количест­венного показателя влечет изменения качественного, (результирующий момент - углов скорость; подача жидкости - уровень).

При функциональной связи параметров, изменяя один, можно управ­лять изменением остальных. Изменяемый первично параметр называется управляющим (регулирующим), другие – регулируемыми.

2.3.Системы управления.

Задачи управления кузнечно-штамповочными машинами можно разделить на следующие несколько категорий:

1. замена человека и управление технологическими параметрами;

2. контроль и регистрация различных необходимых в последствии данных в ходе технологического процесса;

3. диагностика и прогнозирование неполадок в целях уменьшения времени, а также более рационального планирования как планово-предупредительного ремонта, так и незапланированного необходимого ремонта из-за поломки оборудования;

4. уменьшение времени переналадок на другой технологический цикл на выпуск новой продукции.

В ряде случаев при разработке систем управления процессами обработки давлением возникает альтернатива выбора технических средств автоматизации. Например, задача управления может быть решена с помощью локальных регуляторов с жестко связанной структурой. Если объект не слишком сложный, такое решение будет более эффективным с точки зрения сокращения сроков проектирования, упрощения системы управления и надежности.

0. 2.3.1. Системы управления отдельными циклами.

Программное управление состоит в воспроизведении требуемых ре­жимов движения управляемых объектов и величины регулируемых пара­метров по заранее рассчитанным величинам, зафиксированным в запоми­нающих устройствах (программоносителях). Процесс управления в этом случае заключается в воспроизведении исполнительным механизмом тех действий и с теми параметрами, которые зафиксированы в программе.

Системы управления делятся на две группы:

а) нечислового программного управления (жесткого ПУ)

б) числового ПУ (гибкого ПУ).

а).Нечисловое (жесткое) ПУ (системы путевого управления, ку­лачковые, от копиров). Применяется в массовом и крупносерийном производстве (штамповка метизов, автодеталей и др.).

Программа управления в этом случае закладывается в кинемати­ческие. Элементы оборудования (упоры, программирующие кулаки, рас­пределительные валы, кривошипные механизмы и т.д.). Однако машины-автомата и автолинии, рассчитанные на выполнение узкоспециализированных операций, часто требуют длительного времени и значительных затрат при переходе на другой вид изделия. А иногда такой переход требует кардинального переоборудования машин и линий.

Системы путевого управления. Используют для автоматизации прямолинейных движений рабочего элемента А.С.. Длина пути задается положением упоров на барабанах, линейках. Простейший случай - ограничивают перемещения упора (жесткие упоры). В этом случае для исключения поломок в цепи привода устанав­ливают предохранители по крутящему моменту, давлению воздуха (жид­кости) и т.п.

2.3.2. Системы программного управления от кулачков

Задающая информация заложена в профиле кулачков. Кулачковые ме­ханизмы (кулак, толкатель, рычаг) выполняют два назначения: силово­го механизма и системы управления

При помощи кулачков (их профилей) можно задавать различные за­коны движения: о постоянной скоростью, с постоянным ускорением, си­нусоидальный, косинусоидальный.

Рис.8. Плоский кулак.

Рис.9. Дисковый открытый кулак.