Что такое гибкая производственная система? Типы, особенности и структура

Традиционная автоматизация, ориентированная на крупносерийное производство, отличается жесткостью. Она обеспечивает высокую производительность при выпуске нескольких стабильных видов продукции, но не способна эффективно реагировать на потребности в производстве небольших партий и широкого ассортимента продукции. Для удовлетворения этих потребностей были разработаны гибкие автоматизированные установки и производственные системы.

Гибкое производственное оборудование

Основное оборудование гибкой производственной системы включает в себя станки серии CNC, роботы, автоматизированные транспортные средства и автоматизированные системы хранения.

Станок CNC управляется компьютером или специализированным электронным контроллером. Последовательность обработки, технологические параметры и перемещения станка кодируются в программе числового программного управления и вводятся в станок CNC, который автоматически управляет его работой. Часто добавляется контур обратной связи по положению, чтобы сформировать систему с замкнутым контуром и повысить точность. Эффективным операторам по-прежнему необходимы навыки планирования технологического процесса, подбора параметров резания, правильного подбора инструмента и зажимных приспособлений, измерения инструмента, знания об устройстве станка и навыки программирования.

1. Классификация по технологическому процессу

1. Станки серии CNC общего назначения. Токарные, фрезерные, расточные станки, сверлильные станки, шлифовальные станки, зубофрезерные и зубонарезные станки серии CNC выполняют те же основные операции, что и их традиционные аналоги, но при этом автоматически изготавливают детали сложной формы.
2. Обрабатывающие центры с автоматической сменой инструмента. Обрабатывающий центр оснащен магазином, вмещающим от 10 до 100 инструментов, и устройством автоматической смены инструмента. После одной настройки он может автоматически выполнять фрезерование или токарную обработку, растачивание, сверление и развертывание заготовки.
3. Многоосевые станки CNC. Эти станки управляют большим количеством осей — как правило, от трёх до пяти.

2. Классификация по траектории инструмента

1. Управление «точка-точка». Контроллер точно перемещается из одного положения в другое, не прекращая работу во время перемещения. Типичными примерами являются координатно-расточные и сверлильные станки CNC.
2. Линейное управление «точка-точка». Контроллер управляет как положением конечной точки, так и прямой траекторией между точками, как правило, вдоль оси станка. Резка может осуществляться вдоль одной координатной оси, а также доступны дополнительные вспомогательные функции.
3. Управление контуром. Система управления с непрерывной траекторией координирует движение двух или более осей и регулирует скорость и положение на протяжении всего процесса резания, что позволяет обрабатывать детали сложной формы. К типичным станкам относятся токарные станки серии CNC, шлифовальные станки, фрезерные станки и обрабатывающие центры.

Контурный обрабатывающий центр, такой как FHN100T, обычно включает в себя механизмы перемещения по осям X, Y и Z, поворотный стол для многосторонней обработки, устройство автоматической смены инструмента (ATC) и контроллер CNC.

В системе управления используются последовательное управление в сочетании с сенсорным управлением, функциями управления и адаптивными функциями. Коды T определяют выбор инструментов, коды S задают скорость вращения шпинделя, а поворотный стол обеспечивает индексацию.

Функции сенсорного контроля позволяют автоматически центрировать инструмент относительно нулевой точки шпинделя, обнаруживать поломку инструмента и останавливать станок, сокращать время холостой резки за счет перемещения со скоростью, вдвое превышающей подачу резания, до момента соприкосновения, корректировать опорные плоскости X/Y/Z для компенсации тепловых отклонений и отклонений размеров детали, а также измерять диаметр отверстия, чтобы система могла автоматически настроить инструмент.

Функции управления сравнивают заданный ресурс инструмента с фактическим сроком эксплуатации, автоматически заменяют инструмент из резерва и отслеживают эксплуатационные данные для диагностики неисправностей.

Адаптивное управление (AC) использует датчики, установленные на двигателях осевой подачи и шпинделя, для контроля нагрузки. Нагрузка в пределах заданного диапазона считается нормальной. Если она опускается ниже этого диапазона, скорость подачи может увеличиваться для сокращения времени цикла; если она превышает этот диапазон, скорость подачи уменьшается для защиты инструмента.

Гибкие производственные системы: особенности, виды и структура

Гибкая производственная система (FMS) объединяет систему управления и обработки информации, системы хранения и перемещения материалов, а также группу станков CNC. Опираясь на групповую технологию, она определяет технологические процессы для семейства заготовок, подбирает совместимые станки и логистические решения, а также использует компьютерное управление для эффективного серийного производства различных деталей с возможностью изменения ассортимента продукции в соответствии с изменением спроса.

Характеристики и область применения

Система FMS обычно состоит из нескольких станков типа CNC и обрабатывающих центров, а также систем автоматической загрузки и разгрузки, хранения и транспортировки материалов, находящихся под централизованным компьютерным управлением. По сравнению с жесткой автоматизацией она обеспечивает:

• Высокая гибкость при производстве взаимосвязанных деталей с различными технологическими требованиями.
• Высокая степень автоматизации, включая работу в автоматическом режиме.
• Высокая степень загрузки оборудования за счет сокращения времени на настройку и других видов вспомогательных операций.
• Высокая производительность.
• Снижение прямых затрат на рабочую силу и повышение экономической эффективности.

Система FMS способна обеспечивать как единичное и мелкосерийное производство, так и смешанное производство средних и крупных партий, сочетая в себе гибкость, качество и эффективность.

Типы FMS

1. Гибкая производственная ячейка (FMC). Станк CNC с компьютерным управлением или обрабатывающий центр сочетается с круглым или овальным конвейером с поддонами либо с промышленным роботом. Он способен производить смену заготовок без остановки и является базовым модулем более крупной автоматизированной производственной линии (FMS).
2. Гибкая производственная система. Две или более станков CNC, обрабатывающих центров или технологических ячеек соединяются между собой с помощью транспортных средств на рельсовой основе или автономных транспортных средств, а также роботов; используются системы автоматической загрузки паллет или роботов, автоматизированные системы хранения, а также интегрированные компьютерные системы планирования, составления графиков и мониторинга.
3. Гибкая производственная линия. Несколько обрабатывающих центров или станков типа «CNC», некоторые из которых частично специализированы, расположены в соответствии с технологическим порядком. Линия может иметь производственный такт, но она быстро адаптируется к смене продукции и сохраняет функциональность автоматизированной производственной системы (FMS).

Состав и управление системой

Система FMS включает в себя логистические и информационные системы, каждая из которых состоит из нескольких подсистем. Её основным технологическим оборудованием, как правило, являются от двух до шести вертикальных или горизонтальных фрезерно-сверлильных центров и токарных центров. Конвейеры, управляемые или автономные транспортные средства, а также промышленные роботы могут образовывать линейные, кольцевые или сетевые системы транспортировки. Для хранения могут использоваться автоматизированный многоярусный склад со штабелером или напольное хранилище со станциями для поддонов.

Поддон выполняет функцию перемещаемого приспособления. Он переносит приспособление с заготовкой как единое целое, перемещается системой транспортировки и автоматически позиционируется и зажимается на столе станка. Станции с поддонами также могут служить для временного хранения и буферизации. В отдельных хранилищах могут размещаться заготовки, готовые детали, инструменты и приспособления. При необходимости могут быть включены станции очистки, удаления заусенцев, измерения и контроля.

Система управления объединяет несколько компьютеров и контроллеров оборудования посредством сети в иерархической архитектуре. Ее работа охватывает четыре области:

1. Планирование технологического процесса. Определяйте процессы на основе требований к продукту и динамически адаптируйте их к изменениям в графике.
2. Планирование и составление графика производства. Обеспечивать сбалансированное производство и высокую загрузку оборудования.
3. Управление рабочими станциями и оборудованием. Координировать работу станков, систем транспортировки и хранения материалов, измерительных машин, очистного оборудования, роботов и других устройств.
4. Мониторинг состояния и обеспечение качества. Осуществлять мониторинг и контроль системы с целью обеспечения её безопасной, надёжной, нормальной работы и стабильного качества.