Технологические возможности оборудования во многом зависят от системы инструментального обеспечения (СИО). Структурно-компоновочное решение СИО влияет на выбор компоновки поточных АЛ и ГПС и их технико-экономические показатели. Способы формирования и реализации потоков инструмента, а также управления ими отражаются на текущих материальных затратах и производительности технологической системы. Уровень автоматизации потока инструмента определяет численность технического персонала, обслуживающего СИО.

Основное назначение автоматизированных СИО следующее: постоянная инвентаризация общего количества слесарно-сборочного, режущего и измерительного инструмента по всей номенклатуре корпусов (оправок) и сменных режущих вставок, установленного количества дублеров инструмента; отслеживание его местонахождения на различном оборудовании; статистический анализ расхода количества режущего инструмента и его номенклатуры, а также выхода из строя оправок и корпусов; получение через САПР—АСТПП задания на обеспечение всеми видами инструмента оборудования для изготовления изделий и сравнение заданного количества инструментом, имеющимся в наличии согласно инвентаризации; сборка, разборка, очистка инструментов и при необходимости их ремонт, заточка режущего инструмента; кодирование инструментальных оправок; складирование, распределение и доставка инструмента по запросам инструментальных участков и различного оборудования, устройств и приборов для настройки инструмента; управление и связь с децентрализованными участками.

Функции децентрализованных инструментальных участков следующие: обеспечение, заказ и накопление всего инструмента, необходимого для изготовления деталей на данном оборудовании; осмотр, очистка и замена повторно не затачиваемых режущих вставок; осмотр, очистка и раскомплектование сменных магазинов инструментов; предварительная настройка инструмента и комплектация сменных магазинов или своих складов, общих для всех станков данного участка; обеспечение работы централизованных транспортных средств доставки инструмента, магазинов и средств, перегружающих инструмент в магазины станков; ремонт инструментальной оснастки.

5.2 Номенклатура и количество используемого инструмента в системе инструментообеспечения

Режущие инструменты для АЛ поточного производства должны обеспечить быструю наладку и подналадку станков, должны быть взаимозаменяемыми, обладать высокой стойкостью, формировать и дробить стружку для стабилизации времени цикла обработки, обеспечивать высокую степень концентрации технологических переходов. Инструмент, как правило, настраивают на размер вне станков.

Номенклатура режущего инструмента для АЛ определяется согласно технологическому процессу изготовления деталей на данной АЛ. Расход режущего инструмента на обработку заготовки данной детали определяется машинным временем на обработку одной заготовки, мин; стойкостью инструмента между повторными заточками, мин и числом повторных заточек.

Для АЛ стойкость режущего инструмента определяется числом обрабатываемых заготовок. Стойкость между повторными заточками обычно определяют как временем, в течение которого инструмент может обрабатывать заготовку без повторных заточек, так и числом обрабатываемых за это время деталей. Путем умножения стойкости, выраженной в заготовках, на ритм работы АЛ можно определить стойкость инструмента в единицах времени.

На многорезцовых, многосуппортных автоматах и многошпиндельных сверлильных головках используют инструментальные наладки параллельного действия. В этих случаях заготовка обрабатывается большим числом режущих инструментов, поэтому сокращается время обработки, повышается производительность, но снижается гибкость оборудования. Каждая параллельная инструментальная наладка связана с увеличением подготовительно-заключительного времени и времени технологической подготовки производства (изготовление специальных резцовых блоков, многошпиндельных насадок и др.).

Режущий инструмент для станков с ЧПУ и ГПС, на которых обрабатываются заготовки сложных деталей широкой номенклатуры, должен обладать следующими свойствами: высокой режущей способностью и надежностью; универсальностью, позволяющей вести обработку за один автоматический цикл. Применяют многоцелевой комбинированный и регулируемый инструмент с элементами для устойчивого формирования и дробления стружки, не мешающей автоматическому циклу работы станков. Его изготовляют из твердых и сверхтвердых сплавов, быстрорежущей стали с покрытием. Режущий инструмент подвергают заточке алмазными кругами. Это не изменяет структуры материала режущего инструмента.

Вспомогательный инструмент должен обеспечить быструю и точную замену режущего инструмента, его настройку вне станка, регулирование положения режущей кромки, возможность закрепления в стандартном и специальном положении.

На станках с ЧПУ используют, как правило, инструментальные наладки последовательного действия. В каждый момент заготовка обрабатывается одним инструментом, что увеличивает гибкость оборудования, но требует других эффективных способов повышения производительности. При работе на автономных станках с ЧПУ при переходе на обработку партии новых заготовок ранее использованные инструментальные наладки обычно разбирают и настраивают новые. Это приводит к простоям оборудования при проверке на станках работы каждого инструмента. В условиях ГПС, в отличие от работы не автономно работающих станков, инструментальные наладки должны постоянно сохраняться для всей номенклатуры изготовляемых в данной системе деталей для того, чтобы обеспечивать автоматическое изготовление годной детали при каждом последующем запуске в обработку новой партии. При этом сокращаются потери времени на наладки, но увеличивается число инструментальных наладок, находящихся в производстве.

Для проектирования инструментального потока в ГПС необходима информация о следующих параметрах: времени работы каждого инструмента и его стойкости; времени простоев станков (в том числе вследствие ожидания инструмента); материальных затратах на инструмент; технических средствах его доставки и хранения; времени переналадки при переходе к обработке другой партии деталей. Общая потребность в инструменте определяется числом инструментов, необходимых для выполнения автоматического цикла обработки, смены изношенного и замены отказавшего инструмента. Число инструментов, необходимое для обработки партии заготовок, определяется числом различных инструментов, необходимых для пооперационной обработки каждой заготовки (причем каждый инструмент учитывается только один раз). Число инструментов, необходимых для замены изношенных, определяют расчетным путем с учетом их стойкости. Число инструментов уточняют, исходя из того, что одна инструментальная наладка работает на станке, а другая готовится к выполнению следующей операции. Кроме того, должно быть запасное число дублеров, определяемое коэффициентом k, для режущего инструмента k = 10 ... 30, а для вспомогательного k = 1,4 ... 1,6.

Система унифицированных вспомогательных инструментов для многоцелевых станков (кроме токарных) включает наборы элементов для инструментальных оправок с конусностью 7 : 24, размерами (по ИСО) 30, 40, 45, 50 и 60 мм. В каждый из наборов, кроме основной оправки, закрепляемой в шпинделе, входят различные оправки, переходные втулки и патроны для закрепления режущего инструмента.

Для многоцелевых токарных станков применяют систему блочного инструмента. Державка реза составная, состоит из корпуса и головки. Корпус постоянно закреплен в револьверной головке или или суппорте. При автоматической смене инструмента посредством автооператора АО из магазина заменяется только головка. Каждая головка оснащена сменной многогранной пластиной. По мере изнашивания пластина заменяется или поворачивается. Головки компактные и легкие, а магазины для их размещения малогабаритные. Один и тот же корпус может быть оснащен различными головками. Головка закрепляется на корпусе специальным соединительным узлом. При зажиме головки практически исключается зазор в любом направлении. Зажим может быть ручной или автоматический.

5.3 Оперативное обеспечение инструментом станков с ЧПУ. Обеспечение инструментом ГПС

В общем случае система инструментообеспече-ния СИО включает: цеховой склад инструмента (ЦСИ), отделение по восстановлению инструмента; участок размерной настройки инструмента; пункт его контроля; отделение ремонта оснастки.

Системы оперативного обеспечения инструментами станков с ЧПУ. Реализация потока инструмента, требуемого для выполнения технологического процесса обработки заготовки, осуществляется оперативной СИО станка. Она включает магазин станка и устройство автоматической смены инструментов (АСИ).

При разработке СИО следует учитывать, что существуют два типа систем оперативного обеспечения инструментом станков с ЧПУ. В системе первого типа смену инструмента в шпинделе станка выполняет АО (время 3—12 с). При этом поиск следующего инструмента производится в процессе обработки. Это уменьшает время, затрачиваемое на смену, однако могут возникнуть вибрации вследствие работы магазина и устройства автоматической смены инструмента, неблагоприятно влияющие на качество обработки.

В системе второго типа смена инструмента осуществляется самим магазином. При смене обработка на станке не выполняется, что ведет к его простоям. В таких системах магазины должны иметь небольшую вместимость q, так как в противном случае увеличиваются простои станка. Так как СИО расположена на станке, она является еще одним источником вибраций, что отрицательно влияет на динамические характеристики станка. Оперативные СИО должны отвечать следующим требованиям: магазин должен иметь вместимость, достаточную для полной обработки заготовки за один установ без смены инструментальной наладки; наличие магазина и АО должно незначительно влиять на размеры рабочей зоны станка; при движении шпиндельная бабка не должна попадать в зону смены инструмента; смена комплекта инструмента должна быть удобной и быстрой; должен отсутствовать перекос стойки станка при наличии магазина большой вместимости; функционирование должно быть надежным; обслуживание должно быть удобным; должна поступать информация о состоянии инструмента.

Рисунок 16 - Типы магазинов инструментов для многоцелевых станков:

а, б — дисковые и барабанные; в—м — цепные

Выбор типа магазина и его вместимости (рис. 16) зависит от компоновки станка, числа инструментов, требуемых для обработки заготовок, и организации потока заготовок. Наиболее распространены магагины вместимостью до 30 инструментов, преимущественно барабанные и дисковые. Цепные магазины чаще всего имеют q = 40 ... 60 инструментов. Крупные станки оснащают магазинами с q = 100 ... 120 инструментов и более. В гнездах магазинов современных станков с ЧПУ хранятся также и измерительные инструменты. При обработке заготовок, требующей большого числа инструментов, для уменьшения габаритных размеров станка и сокращения времени смены инструмента устанавливают вместо одного магазина большой вместимости два или три магазина с ограниченной вместимостью. С целью устранения вибраций технологической системы, обусловленных работой СИО, применяют магазины напольного типа. Они имеют ряд преимуществ: увеличенную вместимость; свободный доступ к инструменту; удобство визуального контроля, обслуживания и ремонта; возможность использования напольных транспортных средств для обмена инструмента между центральным магазином инструментов (ЦМИ) и магазинами станков.

Системы инструментального обеспечения ГПС. Современные ГПС имеют СИО, организованную по двухуровневой иерархии. На первом уровне каждый станок оснащен индивидуальным магазином. На втором уровне находится автоматизированный склад (накопитель) — центральный магазин инструментов ЦМИ. Последний связан с индивидуальными магазинами станков автоматическим транспортным средством (автооператором, портальным роботом, робокаром). Центральный магазин должен быть максимально приближен к станкам ГПС, а его вместимость должна обеспечить длительное функционирование ГПС в автоматическом режиме. При переходе на изготовление деталей другой номенклатуры автоматически по программе выполняется смена магазинокомплектов инструмента на станках. Смена инструмента в магазине может осуществляться поштучно, кассетами и полностью всего комплекта. СИО ГПС могут иметь различные технические решения.

Организация подачи инструмента с центрального склада на станки. В цехе, в состав которого входят несколько автоматизированных участков из ГПС, организуется, как правило, цеховой склад инструментов (ЦСИ), который служит для хранения режущего, в том числе абразивного, вспомогательного и слесарно-сборочного инструмента, технологической оснастки. Абразивный инструмент хранится в вертикальном положении. Возможны три принципиальные схемы организации подачи инструмента с цехового склада на станки (МС) (рис. 17): 1) непосредственно к станкам через участок настройки инструментов (УНИ) цехового склада; 2) на участки настройки инструментов отдельных ГПС и далее к станкам и загрузкой в стационарные магазины инструментов (МИ) станков или подачей сменными магазинами; 3) на участки настройки инструмента отдельных ГПС и затем через центральный магазин в стационарные магазины станков с загрузкой роботом.

Рисунок 17 - Варианты организации подачи инструментов с центрального инструментального склада

Для доставки инструмента используют различные транспортные средства. Доставка инструмента многоцелевого станка непосредственно с центрального склада ограничивает автономность работы ГПС. При наличии в цехе большого числа ГПС, обслуживаемых цеховым складом инструментов, увеличиваются частота транспортных потоков и объем работы склада. Следует делать выбор между второй и третьей схемами, каждая из которых имеет преимущества и недостатки. Так, например, по второй схеме требуется наличие станков со сменными магазинами. Подача каждому станку своего магазина требует дополнительных устройств установки и транспортировки разных магазинов, увеличивает транспортные потоки и вероятность простоев вследствие ожидания магазина. Третья схема обеспечивает автоматизированную загрузку инструмента роботами в магазин как новых, так и существующих станков. Загрузка с центрального магазина (см. рис. 5.4) позволяет иметь на станке магазин, небольшой по вместимости, или вообще его не иметь. Возможно использование станков, имеющих магазины различной конструкции. Наличие центрального магазина сокращает общее число инструментов, находящихся в обороте. Однако, если в одной ГПС имеется большое число станков, то создание центрального магазина и использование для загрузки инструмента ПР могут затруднить рациональную планировку оборудования ГПС. В этом случае предпочтительнее применение сменных или дополнительных магазинов.

5.4 Способы кодирования инструмента. Организация смены

инструмента

Для эффективной работы СИО отдельных ГПС и цеха в целом создают библиотеку инструментальных данных и используют кодированный инструмент. Применяют различные системы кодирования. Информационное содержание библиотеки инструментальных данных, состоящей из данных по режущему и вспомогательному инструменту и порядку их сборки, вводится в ЭВМ, которая может автоматически выдавать бланки операционных карт и карт комплектации.

Автоматический выбор инструмента из магазина осуществляется в зависимости от принятого метода кодирования. Кодироваться могут гнезда магазина и инструмент. Гнезда магазина можно кодировать непосредственно или косвенно. В первом случае счет гнезд осуществляется посредством кулачков, закрепленных на магазине, и считывающего устройства (системы конечных выключателей бесконтактного типа). При бесконтактном методе считывания кода в качестве считывающего устройства применяют фотоэлектрические, индуктивные или пневматические считывающие головки. При косвенном кодировании гнезд магазина счет гнезд выполняется устройством, расположенным в приводе, вращающемся синхронно с магазином. Этот способ кодирования позволяет использовать простые стандартные оправки, однако загрузка магазина занимает много времени и не исключена ошибка при установке инструмента. При этом необходимость возврата использованного инструмента в свое гнездо требует дополнительных перемещений магазина. Последний недостаток отсутствует в устройстве автоматической смены, где при возврате использованного инструмента в памяти УЧПУ выполняется перекодировка гнезд магазина Кодирование инструментальных оправок выполняют с помощью различных элементов: набора колец, кодовых гребенок, проточек, лысок и т. п. (рис. 18). Для кодирования используют набор колец 2 (рис.18, а, б, г). Набор колец 2, размещаемых перед хвостовиком /, увеличивает длину оправки. Первые пять колец определяют группу инструмента, вторые пягь — номер в группе. Посредством такой системы можно закодировать 961 инструмент.

Рисунок 18 - Способы кодирования инструментов:

а, б. в — подбором колец, г — кодовой гребенкой

Использование барабана 3 с кольцами 2 (рис. 18, б) не увеличивает длину оправки. Для кодирования используют хвостовик 1. Каждое кольцо 2 (рис. 18, г) соответствует разряду двоичной системы считывания. В данном примере номер оправки 8 + 2+ 1 = 11. Кодирование выполняют также кодовыми гребенками 4, устанавливаемыми в пазы в хвостовике 1 (рис. 18, в). С помощью гребенок набирают номер инструментальной наладки в двоичном коде. При поиске инструмента на работающем станке датчики магазина дают команду на останов его поворота в момент, когда в положение смены поступает гнездо с инструментом того номера, который задан для данного перехода программы обработки.

Размерная настройка режущего инструмента позволяет организовать регламентированное обеспечение им оборудования, под которым подразумевается выполнение двух видов работ: принудительной (регламентированной) и внеплановой (экстренной) замены инструмента. Регламентированная замена инструмента сокращает время простоя оборудования при наладке, уменьшает потери от брака вследствие недопустимого износа инструмента, снижает его расход.

На АЛ возможны следующие способы замены режущего инструмента:

- по отказам, когда каждый отказывающий инструмент заменяется по мере его выхода из строя через случайный период времени безотказной работы;

- смешанный способ, при котором каждый инструмент заменяется принудительно через промежуток времени То; если он вышел из строя раньше этого периода, заменяют по отказу. При этом способе часть инструмента будет заменена до использования ими полного ресурса работоспособности. Способ требует наличия счетчиков циклов для каждого инструмента или их группу, настроенных на период их замены То

- «жесткая» профилактика, когда группа режущего инструмента с одинаковым средним значением стойкости и одним законом ее распределения заменяется одновременно по мере достижения ими периода То независимо от времени установки каждого инструмента. Преимущество способа — время на замену одного инструмента уменьшается по сравнению с индивидуальной принудительной заменой, так как замена выполняется группами;

- модифицированная «жесткая» профилактика, при которой по мере достижения периода То заменяется не весь инструмент, а только тот, который был заменен в течение времени t (t < То). Этот способ дает выигрыш за счет более полного использования возможностей инструментов, чем при предыдущем способе;

- параллельная замена, когда все инструменты заменяются одновременно по мере отказа одного из них. Способ не требует счетчиков циклов. Он имеет преимущества групповой замены, но резко снижается срок службы инструмента;

- параллельная профилактическая замена, при которой весь инструмент заменяют одновременно принудительным порядком в период времени То, но при случайном отказе одного инструмента заменяют все остальные;

- индивидуальная замена, когда инструмент, отказавший в период времени t, в отличие от предыдущего способа заменяется индивидуально.

Условием рациональной замены инструмента на станках с ЧПУ является правильное определение его стойкости между повторными заточками. Для этого необходимо выполнить расчеты по определению стойкости для каждой операции в календарном времени. Стойкость в календарном времени рассчитывают по формуле

Тп = Тм (tшт/tм)

где Тп — стойкость инструмента между повторными заточками, мин;

Тм — стойкость между повторными заточками по машинному времени, мин (выбирается по нормативам или опытным путем);

tшт — норма штучного времени на операцию, мин;

tм — время машинной работы (время работы инструмента на одну заготовку), мин.

Если ГПС оснащена системой диагностирования состояния инструмента, то замена выполняется по его отказам. При отсутствии данной системы замена осуществляется смешанным способом.

Организация контроля состояния режущего инструмента. К основным видам нарушений работоспособности режущего инструмента относятся износ, выкрашивание, поломки или скалывания. В период нормальной эксплуатации инструмента его размерный износ в среднем можно прогнозировать. Поломки случайны, не поддаются прогнозированию и наиболее опасны для работы оборудования. Поэтому ГПС оснащают системами автоматического контроля состояния режущего инструмента.

Контроль состояния режущего инструмента можно осуществлять различными способами, в том числе основанными на использовании прямых и косвенных методов оценки фактического состояния инструмента. Во время обработки контролируют: параметры процесса резания, функционально связанные с износом инструмента, например, период стойкости, силу тока двигателя, мощность привода главного движения; силу резания (с помощью специальных подшипников с тензометрическими датчиками) и др. До и после обработки идентифицируют с помощью поворотных щупов оптическими и другими способами состояние инструмента.

Автоматическое измерение размеров инструмента непосредственно на станке выполняют прямым или косвенным способом. Датчики касания позволяют непосредственно измерять длину резцов, сверл, разверток и других инструментов. Степень изнашивания инструмента и его целостность проверяют с помощью специальных подшипников, смонтированных в шпинделе станка. Для определения поломок применяют различные методы. Наиболее простым является следующий. Проверяемый инструмент после предварительного вызова подпрограммы автоматически вставляется в шпиндель станка и подается на устройство измерения длины, расположенное в рабочей зоне станка с ЧПУ так, что оно занимает определенное положение относительно заданной (нулевой) точки. Щупом измеряется его длина, и полученное значение сравнивается с программируемым В результате определяется, сломан инструмент или нет.

Для централизованного обеспечения станков с ЧПУ инструментами организуют участок настройки инструментов (УНИ), который подчинен заместителю начальника цеха по технологической подготовке (при централизованной организации производства начальнику инструментального отдела). Работой участка руководит мастер Участок размещают в цеховом складе инструмента. Кроме этого, каждая ГПС или автоматизированный участок могут иметь свой участок настройки.

Вылет режущих кромок инструмента в радиальном и осевом направлениях определяют при разработке УП и заносят его в карты настройки Согласно этим картам выполняют размерную настройку. Для настройки инструмента для станков токарной группы используют прибор мод. БВ-2026 горизонтального исполнения (точность настройки 0,001 мм), а для станков сверлильно-фрезерно-расточной группы — прибор мод. БВ-2027 вертикального исполнения.

5.5 Структура функционирования системы инструментообеспечения

Структуру СИО ГПС в зависимости от потоков инструмента можно подразделить на следующие группы: автономную (дифференцированные); централизованную; комбинированную (рис. 19).

В условиях автономных потоков ( рис 19, а) инструмента станки в ГПС оснащены магазинами инструментов (МИ). Номенклатура и число инструментов в магазине определяют технологические возможности каждого станка. Устройства автоматической смены инструмента оперативно обеспечивают изменение реализуемых технологических переходов. Однако это изменение ограничено номенклатурой инструментов, находящихся в магазине. Это номенклатура и вместимость характеризуют степень полноты обработки заготовки. Простои станка вследствие ожидания смены инструмента минимальны. С увеличением числа инструментов оперативные технологические возможности станка расширяются, однако увеличиваются простои станков при переходе к изготовлению новой партии деталей, что обусловлено необходимостью изменения состава инструмента. При этом снижается коэффициент использования инструмента, что ведет к росту текущих материальных затрат.

При использовании групповых инструментальных наладок оперативное изменение технологических возможностей станка возможно в пределах типоразмеров комплекта инструмента, размещаемого в магазине. По мере увеличения вместимости магазина, номенклатура заготовок обрабатываемых на одном станке, расширяется.

Рисунок 19 - Структуры потоков инструментов в ГПС:

а — автономная; б — централизованная; в — комбинированная

При централизованном потоке инструмента (рис. 19, б) требуемый инструмент из центрального магазина инструментов (ЦМИ) подается в шпиндель станка автономным или программируемым АО, который обслуживает все станки ГПС. Обмен инструментов между станками обеспечивает ЦМИ. При этом повышается коэффициент использования инструмента и уменьшается его общее число, необходимое для обработки заданной совокупности заготовок деталей. Технологические возможности станков при централизованной СИО примерно равны, и это дает возможность оперативно программным способом варьировать технологические функции между станками. Отказ какого-либо станка практически не влияет на работу остальных станков ГПС. Заданная совокупность заготовок будет полностью обработана на исправных станках с некоторым опозданием по отношению к плановым срокам.

Недостатки этой системы СИО следующие: при отказе ЦМИ комплекс не работает; заявки, поступающие от станков к ЦМИ, не всегда могут быть сразу обслужены (если СИО занята обслуживанием какого-либо станка); появляется очередь станков, требующих обслуживания. Простои станков в очереди уменьшают за счет размещения в ЦМИ дублеров инструментов. Однако это увеличивает затраты на инструмент.

Комбинированная СИО (рис. 19, в) основана на использовании ЦМИ и МИ станков. Поток инструмента в этом случае имеет двухуровневую иерархическую структуру. Эта СИО сочетает преимущества централизованного потока инструмента. Каждый станок оснащен индивидуальным магазином, что обеспечивает смену инструмента в шпинделе по первому предъявлению заявки со стороны станка. В результате сокращаются простои станков. Возможность обмена инструмента между станками через ЦМИ сокращает число инструментов, необходимых для обработки заготовок заданной номенклатуры деталей.

Согласно инструкции по эксплуатации станка гнезда его магазина заполняют инструментом в порядке их использования в соответствии с технологическим процессом обработки. За время одного цикла обработки заготовки один и тот же инструмент может подаваться в шпиндель станка несколько раз, т. е. кратность его использования К > 1 (К = 1, 2, ..., i). Это вызывает дополнительные перемещения магазина. Суммарное значение перемещения определяется порядком размещения инструмента в гнездах.

На станках, оснащенных МИ с АО, поиск нужного инструмента совмещен во времени с обработкой заготовки Простои станка появляются в том случае, если время поиска инструмента больше времени выполнения предшествующего технологического перехода. Время поиска зависит от скорости перемещения магазина и порядка размещения вя нем инструмента Простои отсутствуют, если один оборот реверсивного магазина выполняется за среднее время нахождения инструмента в шпинделе (при полном заполнении магазина). Для нереверсивного магазина это условие выполняется, если время его одного оборота составляет половину указанного среднего времени. В реверсивном магазине следует размещать инструмент в смежных гнездах, а в нереверсивных — равномерно, с определенным шагом.

При централизованной СИО возможно образование очереди станков, ожидающих смены инструмента, что снижает производительность ГПС.

Цеховой склад инструмента должен обеспечить надлежащий порядок его размещения и хранения, быстроту нахождения и удобство учета. Запасы инструмента хранятся на полках механизированных и сборных стеллажей. Стеллажам присваиваются номера. Нумеруются также их полки и ячейки. Эта информация вводится в ЭВМ. Стеллажи закрепляются за определенными видами, группами и типоразмерами инструмента и технологической оснастки. Места хранения инструмента проставляют в картах или в соответствующем документе ЭВМ. На основании технологической документации комплектовщик подбирает со стеллажей с помощью крана-штабелера соответствующий инструмент, его укладывают вместе с документацией на транспортное средство для доставки на участки настройки.

5.6 Организация контроля качества в машиностроительном производстве. Классификация устройств автоматического контроля

Контрольные операции необходимы для определения с требуемой точностью параметров качества изготовляемых изделий с тем, чтобы обеспечить выпуск годной продукции и получать информацию о ходе технологического процесса. Назначение системы контроля качества изделий следующее: приемочный и операционный контроль качества изделий с проверкой соответствия чертежам и техническим требованиям; выдача информации по результатам контроля качества изделий; хранение информации об изготовляемых изделиях (их конфигурации, технических требованиях, результатах выполнения контрольных операций и т. д.); проведение настройки контрольно-измерительных устройств и выполнение правил эксплуатации их.

В цехах может быть организован контроль качества изделий следующих видов:

- в зависимости от решаемой задачи — приемочный, профилактический и прогнозирующий;

- в зависимости от взаимодействия с изделием — активный (прямой и косвенный) и пассивный (после каждой операции технологического процесса или ряда операций);

- в зависимости от вида измерительной информации — параметрический (количественный и допусковый) и функциональный;

- в зависимости от конструктивного решения— внутренний (самоконтроль) и внешний;

- в зависимости от реализации во времени — непрерывный (в процессе функционирования) и периодический (тестовый).

В условиях автоматизированного производства на первый план выдвигаются задачи автоматизации контрольных операций путем использования автоматических устройств различных типов', позволяющих снизить трудоемкость контроля и повысить его качество. Классификация контрольных устройств, используемых в механосборочном производстве, приведена на рис. 20. Принцип выполнения контрольных операций, а следовательно, и соответствующего типа контрольного устройства выбирают в зависимости от точности изготовляемых изделий, их формы и размера, числа контролируемых параметров, условий измерения, требуемой производительности и экономичности. Допустимая погрешность метода измерения составляет не более 1/10—1/15 допуска контролируемого параметра изделия (в ряде случаев 1/6 этого допуска).

Значительный эффект достигается при использовании устройств активного контроля, позволяющих контролировать параметры качества в процессе выполнения технологических операций. В процессе шлифования наконечники измерительной головки постоянно контактируют с поверхностью изготовляемой детали, чем достигается непосредственный контроль ее размера. При достижении заданного размера контрольное устройство автоматически подает сигнал об окончании обработки и отводе шлифовального круга. В данном случае требуемый размер определяется по сопрягаемой в сборочной единице детали.

Устройства активного контроля, основанные на косвенном методе, непосредственно не соприкасаются с поверхностью изделия, так как окончание выполнения операции определяется не моментом достижения заданного размера, а, например, расстоянием, на которое перемещается рабочий орган станка, несущий режущий инструмент, до упора. Таким образом, они позволяют судить о параметрах качества изготовляемых изделий на основании информации о состоянии элементов технологической системы.

В устройствах контроля, основанных на комбинированном методе, используется как прямой, так и косвенный методы контроля в процессе технологической операции.

Автоматические контрольные устройства могут иметь контактные и бесконтактные датчики (пневматические, индуктивные, емкостные и лазерные), с помощью которых может быть произведен контроль до обработки или сборки, в процессе обработки или сборки, а также после обработки или сборки.

В ГПС широкое распространение находят контрольно-измерительные машины и специальные измерительные головки, смонтированные в инструментальной оправке, которая может размещаться в магазине инструментов на станке.

При контроле изделий на технологическом оборудовании с помощью измерительных головок необходимо иметь в виду, что точность измерения зависит от наличия СОЖ и стружки на детали, температурных деформаций, обусловленных нагревом как контролируемой детали, так и станка, точностных параметров станка, уровня шума (свыше 50 дБ). Кроме того, необходимо учитывать, что при таком способе контроля снижается производительность технологического оборудования вследствие увеличения доли вспомогательного времени в штучном времени, что объясняется не только введением дополнительных вспомогательных переходов, но и снижением скорости контрольных переходов, чтобы не накапливалась погрешность слежения, определяемая циклом счета устройства ЧПУ. Контроль с помощью измерительных головок осуществляют главным образом при обработке заготовок сложных и дорогостоящих деталей после выполнения каждого перехода с целью предотвращения брака, а также заготовок точных деталей на последних переходах. Информация, получаемая с измерительных головок, позволяет оперативно вносить поправки в управляющую программу устройства ЧПУ станка.

Рисунок 21- Измерительная головка

Типовая конструкция измерительной головки приведена на рис. 21. Подпружиненный щуп 1, который может отклоняться в радиальном и осевом направлениях от среднего положения, монтируют в корпусе 2 конической оправки 4, идентичной по конструкции с инструментальными оправками, применяемыми на многоцелевых станках. Для автоматического закрепления оправки в шпинделе станка служит хвостовик 5. Датчик 3 на на корпусе 2 предназначен для передачи сигнала при выполнении контрольной операции. Измерительная головка позволяет контролировать размеры и относительное положение обрабатываемых поверхностей, а также положение спутника в технологической системе для внесения коррекции перед началом обработки в устройство ЧПУ станка.

Для обеспечения достоверности информации процесса измерения при наличии СОЖ и стружки во время измерения осуществляется обдувание сжатым воздухом наконечника щупа устройства. С этой целью механизм зажима инструмента в задней части шпинделя соединяют с воздушной сетью при зажатом инструменте в отличие от стандартных решений.

Перспективным направлением сокращения трудоемкости контрольных операций путем уменьшения их числа является использование систем адаптивного управления формообразованием и сборкой, повышающих качество изготовляемой продукции и надежность технологических процессов. В настоящее время разработаны системы адаптивного управления упругими перемещениями технологической системы благодаря изменению размера статической и динамической настройки, скорости изнашивания режущего инструмента, размерной настройке и поднастройке технологического оборудования, а также многомерные адаптивные системы, позволяющие управлять одновременно несколькими факторами.

Производственные процессы изготовления продукции требуют в ряде случаев контроля параметров качества не только в статике, но и в динамике, для чего в цехах создают испытательные станции и отделения. Испытания подразделяют на производственные и экспериментальные.

Производственные испытания обычно входят в технологический процесс изготовления изделий и выполняются за два периода: испытание вхолостую и испытание под нагрузкой. Эти периоды неразрывно связаны между собой, и поэтому испытания вхолостую и под нагрузкой часто проводят на одном испытательном стенде последовательно.

Экспериментальные испытания изделий не связаны с выполнением непосредственно программы цеха и производятся обычно в экспериментальных цехах завода.

5.7 Структура системы контроля. Этапы технологического процесса контроля качеством

Исходя из задач метрологического обеспечения механосборочного производства в структуру системы контроля качества изделий включают специальные службы отдела технического контроля (ОТК) завода, имеющего центральную измерительную лабораторию (ЦИЛ), которая разрабатывает схемы и планы контрольных проверок средств измерений и выполняет наиболее сложные из них, контрольно-поверочные пункты (КПП), подчиненные ЦИЛ и расположенные в производственных цехах, цеховые контрольные пункты (КП) и испытательные отделения. Цеховые контрольные пункты могут быть объединены в контрольные отделения.

Контроль качества изделий может быть организован непосредственно на рабочей позиции (месте), в специальных контрольных пунктах или отделениях, в испытательных отделениях.

Контроль на рабочей позиции (месте) может быть осуществлен прямо на технологическом оборудовании (внутренний) или около него (внешний). Выполнение внешнего пассивного контроля в большинстве случаев не сказывается на продолжительности производственного цикла, так как контроль качества изделий может быть проведен в период транспортирования или складирования изделия.

Причины контроля качества изделий на контрольных пунктах или отделениях следующие: необходимость применения весьма разнообразных или крупногабаритных средств контроля, которые затруднительно или невозможно транспортировать к различным рабочим позициям (местам); применение на рабочих позициях (местах) средств контроля не обеспечивает требуемой точности измерения, например, по уровню вибраций или по температурным условиям при приемке продукции высокой точности; проверка большого количества продукции одного наименования, удобной для транспортирования; проверка продукции после последней операции перед сдачей ее в другой цех или на склад.

При разработке технического задания на автоматизированную систему контроля качества изделий особое внимание следует уделять требованиям на разработку алгоритмов переработки измерительной информации, используемой в дальнейшем для управления производственным процессом. В технологическом задании должны быть указаны: все выходные величины системы контроля (измеряемые величины, алгоритмы преобразования измерительной информации, возможные неисправности, причины их возникновения); параметры каждой выходной величины (точность ее определения, частота выдачи оператору либо в подсистемы АСУ, форма выдачи и т. д.); используемый метод измерения и рекомендуемый для применения датчик и т. п.

Рисунок 22 - Основные этапы технологического процесса контроля качества изделии

Формулировать указанные требования к метрологической системе должны разработчики системы совместно с технологами и управленческим персоналом.

При составлении алгоритма работы системы контроля качества изделий необходимо ориентироваться на основные этапы технологического процесса измерений, приведенные на рис. 22.

При входном контроле материалов проверяют их соответствие сертификату по габаритным размерам, массе и основным физико-химическим параметрам (марка материала, химический состав, твердость), а также по внешнему виду. При контроле заготовки на складе проверяют ее внешний вид (наличие раковин, выбоин, сколов и других дефектов, исключающих возможность обработки), геометрические размеры (длину, базовые поверхности для схвата ПР и крепления в зажимных устройствах станков), массу. Контрольную операцию на станке начинают с контроля правильности установки заготовки, так как возможны погрешности установки в результате попадания стружки или вследствие дефектов заготовки. Для устранения указанных факторов на станке в автоматизированном производстве применяют обдувание и промывку СОЖ захватного устройства и базирующих элементов технологической оснастки, предварительный и окончательный зажим заготовки с помощью специального устройства, специальные конструкции технологической оснастки. При изготовлении особо точных деталей помимо указанных мероприятий на станке размещают систему датчиков, контролирующих давление в каждой опоре, и по результатам контроля с помощью микропроцессора рассчитывают направление и силу зажима, что уменьшает погрешности установки.

С целью сокращения времени выполнения контрольных операций в ряде случаев можно контролировать один или несколько размеров детали с наименьшими допусками на обработку, не выполняя контроля остальных размеров, по которым оценивают точность всей детали. Но при этом следует учитывать характеристики станка, системы ЧПУ и режима обработки (стабильность жесткостной характеристики во времени, влияние тепловых деформаций на результаты измерения, размерную стойкость инструмента и т. д.).

В ряде случаев можно совмещать окончательный контроль с контролем на станке с целью предупреждения брака, однако при этом возрастает число измеряемых параметров, а следовательно, и время контроля, что приводит к росту простоя оборудования. Кроме того, для снятия температурных деформаций следует выдерживать детали после обработки определенное время в термошкафах перед выдачей сертификата годности.

Аналогична последовательность выполнения контрольных операций и в сборочном производстве, где в сборочных машинах необходим контроль относительного положения соединяемых деталей и сборочных единиц, а также проверка выполнения всех технических требований в целом к изделию как в статике, так и в динамике.

Высокая насыщенность автоматизированного механосборочного производства контрольно-измерительными средствами вынуждает создавать в цехах КПП, которые предназначены для следующих целей: периодической или сменной поверки при возврате всех средств измерения; принудительного изъятия из эксплуатации изношенных или непригодных средств измерения и их изоляции в установленном на производстве порядке; осуществления надзора за правильной эксплуатацией средств измерения и их хранения в системе инструментообеспечения и на рабочих позициях (местах); проведения инструктажа операторов по применению средств измерения; выявления причин брака при изготовлении продукции; периодической поверки и наладки применяемых контрольных приспособлений, измерительных приборов и автоматов; систематического выборочного инспекционного контроля изготовляемых изделий.

5.8 Параметры и планировочные решения системы контроля качеством

Основные параметры элементов системы контроля качества изделий выбирают исходя из технических условий на приемку материалов, полуфабрикатов, готовых деталей, собранных сборочных единиц, а также требований к производительности выполнения контрольных операций.

В качестве автоматических контрольных средств в автоматизированном поточном производстве применяют контрольно-сортировочные автоматы, а в Г ПС — контрольно-измерительные машины (КИМ).

Контрольно-сортировочные автоматы (компараторы) используют для автоматического контроля и сортировки деталей в зависимости от их размеров, формы или массы. В этих автоматах измерительная база выполнена идентично геометрическим параметрам измеряемого изделия, и автомат настраивают по установочному эталону или образцу. Основными элементами таких устройств являются загрузочные, транспортные, измерительные и сортировочные механизмы.

Рисунок 23 - Измерительный механизм для контроля конусности
детали

На рис. 23 изображен измерительный механизм для контроля конусности детали путем измерения разности диаметров в двух точках. Контролируемое изделие устанавливают в скобу 2, закрепленную шарнирно в корпусе 1. К детали в двух точках прижато измерительное коромысло 3, вертикальный рычаг которого оказывает давление на контактный рычаг 4, вращающийся вокруг оси 5. При повороте рычага его контакты касаются контактных винтов 6 и 7. Устройство настраивают по эталону цилиндрической формы. При этом контактный рычаг занимает нейтральное положение, а при наличии конусности у измеряемой детали рычаг поворачивается и замыкает цепь управления. Разность диаметров контролируемых деталей компенсируется поворотом скобы 2 вокруг оси 8. В контрольно-сортировочные автоматы могут вводиться граничные значения измеряемых размеров, которые используют для разбраковки изделий на «годные» и «негодные» или для их сортировки на группы по соответствующим параметрам.

В отличие от контрольно-сортировочных автоматов КИМ обладают относительно большой рабочей зоной измерения и вместе с тем имеет независимую от объекта измерения измерительную базу. Геометрические параметры изделия определяются относительно этой измерительной базы через координатную систему измерительной машины. Сразу же после произведенных измерений устанавливается относительная база, которая представляет нулевую базу по отношению к оцениваемому геометрическому параметру. В КИМ относительная база может быть введена в обработку данных измерений на ЭВМ, что делает КИМ универсальными. КИМ позволяют одновременно оценивать различные параметры, вводя различные относительные базы.

К КИМ, используемым в автоматизированном производстве, предъявляют следующие требования: надежность, простота обслуживания, доступность рабочей зоны, высокая точность измерения, автоматизированный метод измерения, управление процессом измерения с помощью вычислительного устройства.

В ГПС используют следующие конструкции КИМ: консольную, портальную, на колоннах и с горизонтальным шпинделем.

Консольные конструкции КИМ имеют небольшую массу, хорошие маневренность, доступность и обзорность, невысокую стоимость. Ограниченность применения объясняется незначительной точностью измерения вследствие прогибов и небольшой рабочей зоны.

Портальную конструкцию преимущественно, применяют для контроля среднегабаритных и точных изделий, она не требует фундаментов, так как имеет высокую жесткость.

КИМ на колоннах используют для контроля крупногабаритных изделий, их необходимо устанавливать на фундаменте.

КИМ с горизонтальным шпинделем применяют для измерения изделий, требующих глубокого поперечного проникновения. Недостатки такой конструкции следующие: сложный доступ к верхней грани изделия; необходимость использования поворотного стола для проникновения в заднюю грань изделия, ограниченная точность контроля.

В цеховом контрольном пункте (КП) качество материала изделия проверяют только путем наружного осмотра; полное же его исследование (анализ химического состава, исследование металлографических свойств, рентгеновское исследование) выполняют в ЦИЛ завода. Параметры шероховатости поверхности деталей проверяют в цеховых условиях преимущественно по эталонам.

Во всех случаях контрольные операции включают в технологическую карту изготовления изделия. Определив время и число измерений, можно найти число средств для контроля, а следовательно, — необходимые площади для КП.

Укрупненно численность контролеров можно определить следующим образом: в ГПС 7—10%, в поточном производстве 5—7% от числа основных станков. Применение автоматизированных средств контроля несомненно уменьшает потребность в контролерах, и поэтому принятое число контролеров необходимо корректировать. Число работников технического контроля подсчитывают по каждому цеху, но в состав работающих по цеху не включают.

Площади стандартных КП принимают из расчета 2×3 = 6м².

Число КП можно определить следующим образом. В производстве, как правило, первая деталь, а затем каждая i-я проходят контроль. При этом, если маршрут изготовления детали предусматривает обработку на нескольких станках, то обычно контроль выполняют после обработки на каждом из них, что связано с необходимостью своевременного принятия мер по устранению брака, вызванного размерным износом инструментов и тепловыми деформациями станков.

В поточном производстве КП целесообразно размещать в конце автоматических линий или предметно-замкнутых участков, что обычно соответствует маршрутной технологии. В ГПС их желательно располагать около окон для лучшего естественного освещения рабочих мест контролеров и по пути движения деталей в сборочный цех.

Помещения для контрольно-поверочных пунктов (КПП) также целесообразно располагать около окон, а полы в них выполнять из паркетной доски, покрытой лаком, или резинового линолеума для облегчения удаления пыли. Облицовочные материалы должны быть полуматовой фактуры, не допускающей бликов, светлых нейтральных тонов, окрашенные пылеотталкивающей алкидности-рольной эмалью.

Температура в помещении для КПП должна составлять 20 ± 1 °С, а относительная влажность воздуха 45 ± 5%. Допускаются наибольшая скорость воздушных потоков 0,1—0,2 м/с; наибольшее число пылинок, оседающих на 1 см² стекла в течение 1 ч, — 40. Наиболее точные измерительные средства и компараторы устанавливают на специальные виброизоляционные фундаменты. Общая освещенность должна быть не менее 500 лк. В качестве источников искусственного освещения следует использовать люминесцентные лампы белого света.

Площадь КПП определяют путем расчета: 0,1 — 0,2 м² на один станок механического цеха, но в целом не менее 25 м² на один пункт. При создании в механических цехах контрольных пунктов поверки и ремонта калибров с кладовой обменного фонда их площадь находят исходя из нормы 0,18—0,3 м² на один станок, а число работающих в нем должно составлять 8—12% от числа контролеров.

Собранные изделия в ряде случаев должны подвергаться испытаниям, цель которых установить, правильно ли взаимодействуют его части, согласована ли работа отдельных механизмов, и определить значения отдельных параметров качества в динамике. Эти испытания проводят в испытательных отделениях на специальных испытательных стендах. Для испытательных отделений необходимо в цехе иметь изолированное помещение, оборудованное сетью коммуникаций.

Состав и количество оборудования в испытательных отделениях определяют исходя из технологического процесса испытаний. При определении числа испытательных стендов необходимо учитывать не только режим испытаний и производственную программу основных испытаний изделий, но также повторные испытания для некоторой их части. Повторные испытания после устранения дефектов обычно выполняются в сокращенном виде, однако в ряде случаев при смене основных деталей или комплектов, например корпуса коробки скоростей, режим повторного испытания по времени равен испытанию нового изделия.

Тема 6. Ремонтно-техническое обслуживание машиностроительного производства

6.1 Критерии оценки качества оборудования используемого в машиностроении

Критерии оценки качества оборудования можно подразделить на две основные группы: производственно-технологические и эксплуатационные. К первым относятся себестоимость оборудования, его металлоемкость и т. д. Наиболее важным эксплуатационным показателем является надежность. Остальные эксплуатационные показатели (производительность, экономичность, степень механизации и автоматизации и т. д.) без обеспечения надлежащей надежности не имеют значения.

Надежность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемых промежутков времени или наработки. Надежность изделия определяется его работоспособностью, долговечностью и ремонтопригодностью. Следует различать функциональную, параметрическую и структурную надежность. Под функциональной понимают надежность срабатывания механизмов и устройств системы в соответствии с заданной функцией. Параметрическая надежность означает соответствие точности обработки детали парамеграм, заданным в технической документации. Структурная надежность определяется компоновочными решениями, реализованными в системе.

Работоспособность — состояние изделия, при котором оно может выполнять заданные функции так, что параметры соответствуют требованиям технической документации.

Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Наработка — продолжительность или объем работы изделия, измеряемые в деталях, циклах, часах и т. д. Различают наработку за какой-либо период времени, до первого отказа, между отказами и т. д. Отказ — нарушение работоспособности изделия. Отказами оборудования автоматического (автоматизированного) производства являются поломка деталей, электрических и электронных устройств, разрегулировка, выход каких-либо параметров за пределы, установленные ГОСТ или ТУ, вследствие чего оборудование не может правильно выполнять свои функции. Порядок расположения элементов сложных станочных систем в зависимости от удельного веса отказов следующий: инструменты, механические узлы, электроника и электрооборудование, гидрооборудование.

Неисправность — состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному из требований технической документации.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия характеризуется тем, что уже невозможна его дальнейшая эксплуатация либо снизилась эффективность использования ниже допустимого уровня.

Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающееся в его приспособлении к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность количественно оценивается затратами средств и времени на устранение отказов. Последнее включает время на обнаружение отказа, отыскание неисправностей, подготовку запасных деталей, ремонт, послере-монтную настройку, проверку качества ремонта и организационные потери времени. Ремонтопригодность характеризуется приспособленностью оборудования к требованиям по ликвидации повреждений.

Ремонтопригодность в значительной мере влияет на уровень затрат, связанных с эксплуатацией оборудования, и является одним из главных средств обеспечения его надежности и долговечности.

6.2 Структура и назначение системы ремонтно-технического
обслуживания

Служба ремонта оборудования автоматизированных (автоматических) участков и цехов включает комплекс подразделений, занимающихся на заводе надзором за эксплуатацией и ремонтом оборудования, Главные задачи этой службы следующие: обеспечение нормального технического состояния оборудования и его бесперебойной работы; сокращение простоев оборудования в ремонте и потерь в производстве, обусловленных ремонтными работами; снижение расходов на ремонт.

Ремонт и техническое обслуживание оборудования автоматических участков и цехов обеспечивается системой планово-предупредительного ремонта (ППР). Принцип действия заключается в том, что после того, как агрегат проработал определенное число часов, он подвергается различным видам профилактики и плановых ремонтов, периодичность и последовательность которых определяется служебным назначением агрегата, его габаритными размерами, конструктивными и ремонтными особенностями, условиями эксплуатации.

Существуют три основные системы ППР — системы послеосмотровых, стандартных и периодических ремонтов. Первую систему используют для оборудования, работающего в условиях массового и крупносерийного производства, вторую — для оборудования, применяемого в мелкосерийном производстве, а также для прецизионных станков, третью — для специального оборудования, работающего при постоянном режиме.

По способу организации различают ремонт двух видов — плановый и внеплановый. Плановый ремонт оборудования выполняют или через установленное нормами число часов, отработанное оборудованием, или по достижении установленного нормами его технического состояния. Внеплановый ремонт выполняют внепланово, в зависимости от потребности. К нему относят аварийный ремонт, вызванный дефектами конструкции или изготовления оборудования, а также дефектами ремонта и нарушением правил технической эксплуатации.

Для устранения неисправностей оборудования требуются принципиально различные по характеру ремонтные работы. Межремонтное обслуживание (МО) включает наблюдение за выполнением правил эксплуатации оборудования, своевременное устранение мелких неисправностей и регулирование механизмов и устройств. Оно выполняется операторами, обслуживающими агрегаты, наладчиками и дежурным персоналом, входящим в состав вспомогательных рабочих цеха, во время перерывов в работе агрегата, без нарушения производственного процесса. Осмотры (О) — вид планового технического обслуживания, их проводят для проверки состояния оборудования, устранения мелких неисправностей и выявления объема подготовительных работ, подлежащих выполнению при очередном плановом ремонте. Выполняют осмотры оператор оборудования и ремонтные слесари.

Текущий ремонт (ТР) — это плановый ремонт, выполняемый с целью гарантированного обеспечения работоспособности оборудования в течение установленного нормативами числа часов работы до следующего ремонта и состоящий в замене или восстановлении отдельных деталей или отдельных сборочных единиц и выполнении связанных с этим разборочных, сборочных и регулировочных работ. Его подразделяют на малый (MP) и средний ремонт (СР). Капитальный ремонт (КР) — это плановый ремонт, выполняемый с целью восстановления неисправности и гарантированного обеспечения работоспособности оборудования в течение установленного нормативами числа часов работы до следующего капитального ремонта, состоящий в восстановлении координации сборочных единиц и первоначальных траекторий их взаимного перемещения. КР сопровождается заменой или восстановлением деталей всех сборочных единиц с необходимой для этого полной разборкой оборудования, ее сборкой и регулированием.

Оборудование с ЧПУ, в том числе станки и ПР, оснащено УЧПУ, которое требует определенного ухода и возможно более редкой разборки. Капитальный и средний ремонты для УЧПУ не производят.

Все виды работ по техническому обслуживанию и ремонту выполняют в определенной последовательности, образуя повторяющиеся циклы. Ремонтный цикл (РЦ) — это повторяющаяся совокупность различных видов планового ремонта, осуществляемых в заданной последовательности через определенные, равные между собой промежутки времени работы оборудования, называемые межремонтными периодами между двумя последовательно выполняемыми плановыми ремонтами. Ремонтный цикл определяется структурой и продолжительностью и заканчивается капитальным ремонтом. Структура — это перечень ремонтов, входящих в его состав и расположенных в последовательности их выполнения. Структуру цикла, состоящего, например, из четырех текущих и одного капитального ремонта, изображают так:

КР — ТР — ТР — ТР — ТР— КР

25 000

Продолжительность ремонтного цикла — это число часов работы оборудования, за которое выполняют все ремонты цикла (простои оборудования, связанные с выполнением неплановых и плановых ремонтов, в продолжительность не входят). Графически продолжительность цикла изображают под обозначением его структуры.

Цикл технического обслуживания — это повторяющаяся совокупность различного вида операций планового обслуживания, выполняемых через установленное для каждого из видов операций количество часов работы оборудования, которое называют межоперационным периодом. Этот цикл определяется структурой и продолжительностью. Структура цикла — это перечень видов планового технического обслуживания, входящих в состав цикла с соответствующими коэффициентами, показывающими количество операций каждого вида в цикле. Структура цикла обозначается суммой входящих в него видов обслуживания. Виды обслуживания, выполняемые неремонтным персоналом, в структуру цикла не входят.

Например, структуру цикла, включающего ежемесячный осмотр (Ое), пятиразовое наполнение смазкой (5Cн, одну замену смазочного материала (Сз), один частичный осмотр (Оч), три профилактические регулировки (ЗРм) и ежесменное смазывание, можно изобразить так: Ое + 5Сн + Сз, + Оч + ЗРм. Число операций зависит от тех видов обслуживания, которые выполняют ежедневно (кроме ежесменного смазывания, выполняемого станочником).

Ремонт и техническое обслуживание механической и гидравлической частей станка выполняется службой ОГМ, электротехнической части — службой ОГЭ, электронных устройств — специалистами БЧПУ.

Ремонтопригодность ПР обеспечивается благодаря широкому использованию средств внешней и внутренней информации. Технические параметры и состояние ПР оцениваются в целом по результатам периодических испытаний. Продолжительность межремонтного обслуживания и категории сложности ремонта для ПР рекомендуется определять в зависимости от конструктивных характеристик (массы, числа деталей, точности) по аналогии с межремонтным обслуживанием станков с ЧПУ, пользуясь таблицей категорий сложности ремонта отдельных моделей станков. Эту продолжительность принимают равной 8—10 мес.

Структуру ремонтного цикла АЛ устанавливают с учетом взаимосвязи разнообразных по служебному назначению конструкции агрегатов и предъявляемым к ним техническим требованиям, жесткого лимита времени на простои агрегатов в ремонте. При обосновании структуры следует учитывать следующее: каждый агрегат или общая для линии система имеют свою структуру цикла; организационно взаимосвязаны должны быть циклы встроенного в линию оборудования; в структуру ремонтного цикла следует вводить увеличенное число осмотров с целью более точного учета состояния оборудования. Число текущих ремонтов в цикле не постоянно и определяется фактической потребностью в ремонтах.

6.3 Категории ремонтной сложности и трудоемкость ремонтных работ

Для сравнения объемов ремонтных работ, выполняемых либо при ремонте различных станков и машин, либо отдельными службами или предприятиями, а также для сопоставления объемов ремонтных работ, последних на протяжении определенных отрезков времени, пользуются единицей ремонтослож-ности (ЕР). Для механической части оборудования — это физический обьем работ, необходимый для капитального ремонта механической части некоторой условной машины, качество которого отвечает требованиям технических условии на ремонт, а трудоемкость эквивалентна 50 ч работы в организационно-технических условиях среднего РМЦ машиностроительного предприятия. В годовой план-график вносят не достигнутую трудоемкость ремонта, а достигнутую ремонтосложность соответствующих моделей оборудования, что упрощает плановые расчеты. Для электрической части — это физический объем работ, необходимый для капитального ремонта электрической части некоторой условной машины, качество которого отвечает требованиям технических условий на ремонт, а трудоемкость эквивалента 12,5 ч работы в тех же условиях, при которых определяется ремонт механической части.

Нормы трудоемкости ремонта и полного планового предусматривают следующее: изготовление всех деталей заводом, эксплуатирующим оборудование. Если часть деталей поступает со специализированных заводов, то нормы станочных и слесарных работ на изготовление деталей уменьшают пропорционально проценту массы запасных частей, поступающих с указанных заводов; упрочнение направляющих поверхностей базовых деталей газопламенной закалкой или наклеиванием закаленных стальных накладок. Если упрочнение не выполняют, то нормы слесарных работ уменьшают на 2 ч; восстановление рабочих поверхностей базовых деталей шлифованием. При замене шлифования шабрением норму станочных работ уменьшают на 1 ч, а слесарных — увеличивают на 4 ч.

Степень сложности ремонта каждой единицы оборудования можно оценивать категорией сложности ремонта, зависящей от конструктивной и технологической возможностей оборудования, указанных в паспорте. Категорию сложности ремонта каждой единицы оборудования определяют сопоставлением со сложностью ремонта агрегата эталона. Для технологического оборудования в его качестве принят токарный станок мод. 1К62 с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 400 мм и расстоянием между центрами 1000 мм. Ему соответствует 11-я категория сложности ремонта или 11 условных ремонтных единиц (R), принимаемых в качестве меры трудоемкости и станкоемкости ремонтных работ. Проектные расчеты числа работающих, оборудования, расхода материалов выполняют, используя R. Категории сложности ремонта, т. е. число R для разных видов технологического и подъемно-транспортного оборудования, приведены в Единой системе ППР. Среднюю ремонтную сложность по участку или цеху определяют путем деления суммы категорий сложности (SR) оборудования указанных подразделений на число единиц (шт.) расположенного там оборудования.

6.4 Организационные формы ремонта. Техническое обслуживание и
ремонт оборудования

При эксплуатации оборудования, в том числе с ЧПУ, особое внимание уделяют работам по его техническому обслуживанию, в первую очередь обслуживанию, во вторую — ремонту. Для улучшения работ по обслуживанию оборудования с ЧПУ создают специальные бригады, в состав которых входят специалисты по механике, гидравлике, электротехнике, автоматике, электронике. Они подчиняются: при централизованной системе обслуживания — РМЦ, при смешанной и децентрализованной системе — механику или энергетику цеха (корпуса) в зависимости от категории завода.

Техническое обслуживание УЧПУ включает в себя обязательные ежедневные и периодические профилактические осмотры, регулировку и поднастройку узлов, блоков и механизмов, у которых быстрее происходит изменение параметров или изнашивание.

Проверку работоспособности станка с ЧПУ проводят при плановых осмотрах, ремонтах и проверках не реже двух раз в месяц. Профилактическую регулировку узлов, механизмов и устройств, подверженных наиболее быстрому изнашиванию, производят при плановых осмотрах станков, но не реже, чем через шесть месяцев для станков классов П и В и через четыре месяца для станков класса А.

Проверку работоспособности комплекса станок — УЧПУ выполняют в автоматическом режиме по тестпрограмме на холостом ходу приводов станка. Содержание тестпрограмм и порядок проверки определяют: для отечественных станков — завод-изготовитель; для зарубежных станков — служба главного технолога предприятия. Виды работ по обслуживанию даны в таблицах справочников.

Техническое обслуживание и ремонт ПР включает в себя выполнение типовых ремонтно-эксплуатационных работ механических частей, электротехнического и электронного оборудования гидро- и пневмосистем. Их выполняют согласно общим рекомендациям по ремонту и эксплуатации данного оборудования. Работоспособность ПР, особенно портальных и мостовых, определяется правильностью установки опорной системы. Погрешность установки монорельсов в вертикальной и горизонтальной плоскостях не должна превышать 0,08—0,1 мм на длине 1 м. Систему программного управления ПР проверяют в соответствии с инструкцией по эксплуатации применяемого устройства в следующих режимах: ручного управления, программирования, автоматической работы, записи управляющей программы (УП) на внешнее запоминающее устройство и ее воспроизведение. Электрооборудование проверяют, как правило, в наладочном режиме управления. При этом посредством пультов управления формируются командные сигналы на управление отдельными механизмами ПР и проверяется правильность отработки команд. Аналогично проверяют электроцепи, связывающие ПР с обслуживаемым оборудованием. Правильность функционирования ПР в целом проверяют по тестпрограмме на холостом ходу при отработке УП. Испытание ПР на холостом ходу содержит все требуемые по технологическому процессу манипуляции, включая взаимодействие с оборудованием. Испытания под нагрузкой выполняют для проверки реального цикла работы ПР с объектом манипулирования.

Ремонт АЛ является узловым (агрегатным). Продолжительность работы оборудования между плановыми осмотрами и различными видами ремонта устанавливают в зависимости от назначения, конструкции, сложности оборудования и условий его эксплуатации. Для вспомогательного оборудования АЛ, включая транспортные и загрузочные устройства, применяют текущий и капитальный ремонты, между которыми выполняют плановые осмотры, состоящие в проверке работоспособности устройств, регулировку и замену при необходимости отдельных деталей и узлов запасными. Текущий ремонт оборудования АЛ и профилактические работы осуществляют в перерыве между сменами и в третью смену.

В ГПС рекомендуется непрерывный режим работы. Профилактику, техническое обслуживание и ремонт оборудования выполняют главным образом в первую смену. При этом из работы выводят лишь станки, механизмы или устройства, требующие проведения профилактики или ремонта.

Техническое обслуживание ГПС включает периодический контроль, а в техническое обслуживание имеет следующие виды: плановое (ежесменное); периодическое (ежедневное, еженедельное, ежемесячное,- ежеквартальное и др.); заявочное (неплановое), которое проводят службы главного механика и главного энергетика по заявкам мастера, наладчика ГПС.

В обслуживание входят: очистка и мойка оборудования или его отдельных частей; контроль и диагностирование технического состояния ГПС и его составных частей; наблюдение за выполнением правил и условий эксплуатации; анализ качества СОЖ и смазочных материалов, их замена и замена фильтрующих элементов; контроль качества воздуха, применяемого для пневмоустройств, осмотр и затяжка резьбовых соединений; контроль за состоянием ограждений, электропитания; обслуживание комплектующих изделий ГПС в соответствии с руководством по эксплуатации на эти изделия. Периодические обслуживания выполняют по заранее разработанному предприятием-потребителем графику,утвержденному главным механиком. Плановое обслуживание нужно выполнять во время перерывов в работе, выходные дни основного производства.

При выполнении ремонта оборудования при необходимости осуществляют его модернизацию с целью повышения показателей: производительности, долговечности и др. При этом допускается изменение технической характеристики оборудования в соответствии с утвержденным проектом

При выполнении ремонта должна быть сохранена взаимозаменяемость по сопряженным размерам и посадкам для сменных частей, приспособлений и инструмента.

6.5 Цеховая ремонтная база

Состав подразделений ЦРБ. В цехах, имеющих менее 100 станков, организовывать ЦРБ нецелесообразно. ЦРБ организуют на средних и больших заводах. В функции ЦРБ обычно входит техническое обслуживание оборудования, включающее осмотр, текущий средний ремонт оборудования. Если ЦРБ выполняет также и капитальный ремонт, то из РМЦ добавляется определенное число станков в ЦРБ. В состав подразделений ЦРБ входят следующие: станочный участок; слесарный участок; мастерская по ремонту электрооборудования и электронных систем; склад материалов, склад запасных деталей и сборочных единиц.

Годовая программа, режим работы и фонды времени. Проектирование ЦРБ выполняют на основе программы, представляющей собой общий объем работ по обслуживанию и всем видам ремонта оборудования и другим работам (модернизация, изготовление нестандартизованного оборудования), подлежащим выполнению в течение года. Межремонтное обслуживание в этот объем условно не включают, так как эту работу выполняет вспомогательный персонал (слесари, смазчики) производственного цеха, который учитывают отдельно от ремонтных служб.

Основой для расчета этих служб являются техническое обслуживание оборудования и плановые ремонты. Остальные виды работ принимают укрупненно в процентах по отношению к основным.

Годовой объем работ по обслуживанию и плановым ремонтам оборудования (в ремонтных единицах R), подлежащий выполнению, называют ремонтоемкостью и определяют по формуле

V_p = SR/t_рц

где SR – общая ремонтная сложность механической части станков участка, цеха;

t_рц – продолжительность ремонтного цикла, для массового и крупносерийного производств – 5,5, среднесерийного – 7, мелкосерийного и единичного производства 8 лет.

Годовую ремонтоемкость по цеху можно определить детальными или укрупненными расчетами. В первом случае исходят из полной спецификации обслуживаемого оборудования. Категорию ремонтной сложности и продолжительность ремонтного цикла для каждого типоразмера оборудования устанавливают по Единой системе планово-предупредительного ремонта ЕС ППР или расчетам. Этот метод используют для определения нормативной средней ремонтной сложности по видам оборудования. Нормативные значения средней ремонтной сложности и средней продолжительности ремонтного цикла по видам оборудования (металлорежущее, подъемно-транспортное и др.) или по цехам применяют при укрупненных расчетах ремонтоемкости. Годовую ремонтоемкость данного вида оборудования (или оборудования всего цеха) получают делением на средний цикл произведения средней ремонтной сложности на число единиц оборудования. Режим работы ЦРБ применяют таким же, как и в обслуживаемых ими производственных цехах.

При определении количества оборудования работающего в цеховой ремонтной базе исходят из трудоемкости Т, годового объема ремонтных работ.

Т = Тст + Тсл

где Тст – трудоемкость станочных работ;

Тсл - трудоемкость слесарных работ.

При расчете численности рабочих по трудоемкости Тсл следует дополнительно вводить коэффициенты, учитывающие следующее: дальнейшую механизацию слесарных работ (k_м.р.) и перспективу изменения норм времени, установленных ЕС ППР.

Станочное оборудование ЦРБ подразделяют на основное и вспомогательное (в общезаводской классификации все оборудование ЦРБ и относят к вспомогательному). Количество основного оборудования ЦРБ определяют суммарно расчетом по трудоемкости (станкоемкости технического обслуживания, плановых ремонтов и других работ). Вспомогательное оборудование выбирают комплексно без расчета. В состав основного оборудования включают металлорежущие станки.

Комплекты станков должны обеспечивать восстановление или изготовление деталей ремонтируемого оборудования с требуемой точностью обработки.

По общезаводской классификации все рабочие ремонтно-механических служб относятся к группе вспомогательных рабочих. Внутри этих служб они делятся на основных и подсобных. В состав основных Площади, размещение и компоновка ЦРБ. Площадь ЦРБ (РБ) определяют на основе компоновки отделений и помещений цеха, планировки оборудования и рабочих мест. Планировку оборудования выполняют с учетом действующих норм технологического проектирования цехов вспомогательного производства. Площадь ЦРБ (КРБ) входит в состав вспомогательной площади соответствующего производственного цеха (корпуса). Общую площадь ЦРБ на единицу основного оборудования определяют по таблице 5.

Таблица 5 - Показатели обшей площади на единицу основного оборудования.

Число станков ремонтной базы, шт.	Площадь на один станок, м²	Площадь склада запчастей, м²
До 4	31	4
5-7	30	3,5
8-10	29	3,5
11-16	28	3
Свыше 16	27	2

Площадь помещений рассчитывают исходя из нормы 4,5 м² на одного работающего. Группа слесарей-ремонтников должна быть изолирована от группы электроналадчиков-электроников. Особые требования предъявляют к помещению для электроников.

Рядом с помещением наладчиков-электроников недопустимо наличие магнитных полей (силовых трансформаторов, подстанций и высокочастотных преобразователей, сварочных установок). Следует поддерживать температуру воздуха +20 °С ± 2°С, относительную влажность воздуха 60—30% (кратковременно не более 70%), скорость движения воздуха не более 0,2—0,5 м/с. Уровень шума не должен превышать 50 дБ. Допустимые параметры вибраций в производственном помещении, где выполняется ремонт УЧПУ, не должны превышать нормы.

На рабочем месте наладчика должна быть комбинированная система освещения. При использовании газоразрядных ламп освещенность должна быть равной 1000 лк, ламп накаливания — 750 лк.

6.6 Отделения удаления и переработки стружки, приготовления, хранения, раздачи, очистки и регенерации СОЖ и масла

По мере увеличения степени автоматизации производства в переходе к малолюдной технологии все значительнее становится проблема автоматической уборки стружки после обработки заготовок и удаления и регенерации СОЖ, так как, например, стружка, оставаясь на базовых поверхностях оборудования и приспособлений, может привести к выходу их из строя или браку деталей. Чугунную, стальную и, тем более, стружку из цветного металла необходимо собирать отдельно. Проблема управления стружкообразованием и отвода ее из зоны с учетом возрастающих скоростей резания является в ряде случаев критической при определении номенклатуры изготовляемых деталей на АЛ и ГПС. В большинстве существующих ГПС изготовляют детали из чугуна, углеродистых сталей и цветных металлов. Методы дробления стружки путем прерывистого или переменного движения подачи не решают задачу управления стружкообразованием на этапах финишной обработки и поэтому не нашли распространения. Управление стружкообразованием, таким образом, остается за инструментом, который наиболее часто оснащен такими стружкоформирующими элементами, как стружколомающие уступы и стружкозавивающие канавки.

Для централизованного удаления стружки в станках, на автоматических участках, в АЛ, ГПС и цехах используют конвейеры. В станках для сбора и удаления стружки из станины применяют винтовые (реже ленточные) конвейеры, на участках — обычно скребковые или винтовые конвейеры, в АЛ и ГПС — винтовые, скребковые, реже гидравлические и вибрационные конвейеры. В цехах для сбора и транспортирования стружки к местам ее переработки наиболее часто применяют системы, состоящие из ленточных и, реже, гидравлических конвейеров. От станков стружку часто перемещают на значительное (100 м и более) расстояние до отделения переработки, где ее брикетируют гидравлическими прессами.

Мелкую стружку на небольшие расстояния перемещают с помощью вибрационных, гидравлических и магнитных конвейеров.

Особую опасность для электронных блоков автоматического и автоматизированного оборудования представляют мелкая чугунная стружка.

Для улучшения условий дальнейшего транспортирования стружки и переработки ее брикетируют. Плотность брикета 5— 6 кг/см3. Для холодного брикетирования применяют специальные прессы, для горячего — специальные установки. Сухую стружку брикетируют в холодном состоянии.

Площадь отделения для переработки стружки можно ориентировочно определить по числу обслуживаемых станков.

Число станков 100-300 300-700 700-1200

Площадь на станок, м² 1- 0,5 0,5-0,3 0,3-0,25

Шлифовальные станки в обслуживаемые не включаются. Для помещений, служащих только для хранения стружки без ее переработки, удельная площадь уменьшается в 2 раза.

Подача СОЖ к станкам производится как от централизованных, так и индивидуальных циркуляционных установок. Каждая установка состоит из бака с устройством для очистки СОЖ, трубопроводов и насоса. Индивидуальные баки СОЖ устанавливают рядом со станком или в его станине. Количество жидкости, подаваемое в зону обработки, определяется видом режущего инструмента, его размером, режимами и условиями резания. Так, например, средний расход СОЖ составляет на один резец токарного станка 15 л/мин, на сверло, зенкер, развертку и другой осевой инструмент 3—6 л/мин; на каждые 10 мм длины образующей рабочей поверхности шлифовального круга — 5—7 л/мин. Количество механических примесей в СОЖ не должно превышать 0,05—0,07% ее объема при обработке лезвийным инструментом и 0,003—0,004% при обработке шлифовальным кругом. Централизованные циркуляционные системы подачи СОЖ имеют ряд преимуществ по сравнению с индивидуальными установками: улучшаются обслуживание оборудования и гигиена производства; сокращаются производственные площади.

Максимальный размер помещения для приготовления и хранения СОЖ в крупных цехах массового производства принимается равным 100—200 м². Численность рабочих 2—4 человека. Для небольших цехов среднесерийного и мелкосерийного производства максимальный размер помещения для хранения и приготовления СОЖ 30—40 м². В механических цехах для приготовления СОЖ выделяют специальное помещение, которое располагается у стены здания с выходом как внутрь цеха, так и наружу. Наружный вход служит для установки в данное помещение тары с маслом и другими жидкостями.

Для размещения и работы смазчиков выделяют помещение площадью примерно 10—20 м². Один смазчик должен обслуживать 120—150 станков. В помещениях для смазчиков устанавливают один или два верстака и шкафы для хранения масленок.

6.7 Организация энергопотоков в цехе

При проектировании цехов разрабатывают ведомости расположенных в нем оборудования и других установок с указанием потребляемой ими энергии. Различают следующие разновидности потребляемой энергии: силовая — для процессов обработки материалов резанием, пластическим деформированием и другими видами сборки: для транспортирования материалов, изделий и пр.; нагревательная—для термической обработки, в частности, для установок ТВЧ, сушки, мойки, отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха; осветительная — для освещения помещений и промышленных площадок.

Для проектирования электроснабжения составляют ведомости потребителей (с указанием мощности) по участкам служб, размещенных в цехе. Отдельной указывают потребление энергии на производственные и бытовые нужды. Для трансформирования переменного электрического тока напряжением порядка 10 000 В в ток напряжением 380 В для питания оборудования используют трансформаторные подстанции. Они оборудуются трансформаторами мощностью 250, 500, 1000 кВт. Активная мощность подстанции Na = 0,25N7, где 0,25 — коэффициент, учитывающий неодновременность потребления энергии, потери в сетях и необходимый резерв; N7 — установленная мощность. Площадь на один трансформатор (1000—500 кВт) с распределительным щитом составляет 4×6 = 24 м².

Сжатый воздух используют для пневматических зажимных устройств, пневматических инструментов (рубильные молотки, сверлильные и шлифовальные машинки и др.), пневмоподъемников, распылителей краски и других устройств. Сеть проектируют на давление сжатого воздуха 30—60 Па, общий расход сжатого воздуха определяют с помощью ведомостей-потребителей, составляемых для каждого участка и отделения цеха. В ведомостях содержатся следующие сведения: наименование потребителя; нормальный расход свободного воздуха, м³/мин и м³/ч; его рабочее давление, Па; потери воздуха в процентах от номинального расхода, м³/ч; расход воздуха на единицу оборудования, м³, с учетом потерь — максимальный при непрерывной работе и средний с учетом коэффициента использования; число потребителей по каждому участку и отделению цеха; коэффициент одновременности работы потребителей; общий часовой расход воздуха с учетом коэффициента одновременности; максимальный и средний расход, м³/ч; число рабочих смен; годовой фонд времени потребителей, ч; коэффициент загрузки оборудования; годовой расход воздуха с учетом коэффициента загрузки, тыс. м³. Исходными данными для составления ведомости являются паспортные данные единиц оборудования, нормативы и коэффициенты, принятые для проектирования. Применение сжатого воздуха для обдува оборудования оснастки и деталей недопустимо. Для этих целей предусматривают стационарные или переносные моющие и отсасывающие устройства.

Для передачи сжатого воздуха от компрессора к местам потребления и между различными элементами пневмоприводов машин используют воздухопроводы. Потери давления на пути от компрессора до потребителя не должны превышать 5—10% рабочего давления. В магистральных воздухопроводах рекомендуется скорость воздуха vв = 6...12 м/с. При малой протяженности воздухопроводов (до 300 м) при давлении 0,6...0,7 МПа допускается принимать vв = 10. ..15 м/с. Для подводящих трубопроводов, соединяющих элементы пневмопривода, можно допустить максимальные vв - 16...40 м/с. Меньшие скорости принимают при больших рабочих давлениях. Прокладка трубопроводов должна идти с уклоном 1¸200 по направлению движения воздуха, обеспечивая сток воды, образующейся вследствие конденсации водяных паров. В конце трубопровода устанавливают конденсатоотводчики. Отбор сжатого воздуха к отдельным потребителям (стояки) должен выполняться по дуге от верхней части трубы с обязательным запорным вентилем в конце вертикальной части стояка для выпуска конденсата. Для уплотнения резьбовых соединений используют фторопластовую ленту или маслостойкую мастику. Воздух очищают с помощью различных теплообменных, конденсатоотводящих и очистных устройств (поглотители, фильтры и т. д.).

Для производственных нужд цеха расходуют техническую воду: для приготовления СОЖ; промывки деталей; охлаждения и закалки в установках ТВЧ и т. д. Расход воды для каждого вида потребления рассчитывают раздельно по ведомостям, в которых содержатся следующие сведения: шифры потребляющего воду оборудования по планировке; наименование участка и основных групп оборудования; количество оборудования; расход воды (м3 на единицу оборудования) общий и суточный, с учетом коэффициента загрузки оборудования; сменяемость объемов потребления и т. д.; объемы сброса воды в канализации — наименование химиката, содержание его в растворе, особенности сбрасывания растворов и др. Система водоснабжения должна быть обязательно оснащена устройством очистных сооружений, не допускающих сброса в естественные водоемы загрязненной химикатами воды.

Пар расходуется на технологические нужды: подогрев СОЖ при их приготовлении и воды в моечных машинах, в сушильных камерах для отопления и др. Для указанных целей используют пар при давлении 15—40 Па.

Тема 7. Система охраны труда персонала. Системы управления и
подготовки производства

7.1 Назначение и структура системы охраны труда

При эксплуатации оборудования автоматизированного производства важной задачей является обеспечение нормальных условий работы обслуживающего персонала. При выполнении производственных процессов на персонал воздействуют различные факторы. Опасным считается такой фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или внезапному резкому ухудшению здоровья, а вредным — фактор, приводящий к заболеванию или снижению работоспособности. Воздействие на работающего опасного фактора при выполнении им трудовых обязанностей называют несчастным случаем на производстве.

Охрана труда — это система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Она включает технику безопасности и производственную санитарию.

Техника безопасности — это система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих воздействие на работающих опасных производственных факторов.

Производственная санитария — система мероприятий и средств, уменьшающих или предотвращающих воздействие на работающих вредных производственных факторов.

Мероприятия по охране труда начинают разрабатывать уже на стадии проектирования как производственных зданий и сооружений, так и оборудования. Ни один автоматический (автоматизированный) участок или цех не могут быть приняты в эксплуатацию, если не обеспечены здоровые и безопасные условия труда.

На каждом предприятии создается служба охраны труда, подчиненная главному инженеру. Он несет полную ответственность за безопасность при выполнении производственных процессов и осуществляет контроль за всеми мероприятиями по оздоровлению условий труда. Всю практическую работу, обеспечивающую безопасные условия работы в подразделениях предприятия, организуют начальники цехов, участков, смен, а также мастера. Безопасные условия труда на рабочих местах обеспечивает мастер.

Структура и штатный состав службы охраны труда зависят от количества работающих на предприятии, сложности и опасности технологических процессов. В соответствии с этим служба охраны труда может быть отделом, бюро или группой, состоящей из нескольких инженеров по охране труда. Одними из основных функций отдела охраны труда являются инструктаж и обучение персонала безопасным методам работы. Для повышения качества этого обучения на предприятиях со списочным числом работающих более 100 человек организуют кабинет охраны труда с соответствующими наглядными пособиями и аппаратурой, работой которого руководит начальник отдела (бюро) охраны труда.

7.2 Средства охраны труда в автоматизированном производстве

Большинство показателей, характеризующих условия труда, регламентируются применительно к рабочему месту. К ним относятся: воздух рабочей зоны, состояние которого определяется его чистотой, температурой, относительной влажностью и скоростью движения; освещенность рабочих мест; уровень шума и вибраций в производственных помещениях; цветовое оформление производственного интерьера, сигнальные цвета, наличие знаков безопасности и др.

Безопасность работы обслуживающего персонала автоматизированных и автоматических цехов обеспечивается различными средствами путем их рационального размещения. К ним относятся защитные и предохранительные устройства станков, ПР, транспортирующих и загрузочных устройств, сигнализация, системы отвода и транспортирования стружки, системы электрической и пожарной безопасности и др. Безопасность работы также обеспечивается рациональной планировкой оборудования, размещением режущего и вспомогательного инструмента, приспособлений.

Защитные устройства используют для предотвращения опасного соприкосновения персонала с движущимися элементами станка и режущим инструментом, движущимися элементами ПР, транспортирующих и других устройств, а также для ограждения опасных зон, куда отлетают стружка и СОЖ.

Защитные устройства не должны ограничивать технологические возможности оборудования и вызывать неудобства при его обслуживании. Защитные устройства подразделяют на стационарные, подвижные и переносные. Стационарные защитные устройства снимают только во время ремонта, а также при техническом обслуживании оборудования (ограждения зубчатых, цепных и ременных передач, ходовых винтов, валов и т. д.). Подвижные защитные устройства, или экраны, являются элементами станка и используются для ограждения зоны обработки или защиты персонала от стружки и СОЖ. Переносные защитные устройства — это временные ограждения. Они служат для ограждения зоны вокруг станков, на которых выполняется скоростная обработка.

Предохранительные устройства оборудования подразделяют на блокировки, ограничители хода и ограничители нагрузки. Блокировки исключают возможность проникновения персонала в опасную зону либо устраняют опасный фактор во время пребывания персонала в этой зоне. По принципу действия их подразделяют на механические, электрические, пневматические, гидравлические, оптические, радиационные, магнитные и комбинированные.

Ограничители хода бывают предельными и размерными (технологическими). Предельные ограничители хода устанавливают так, чтобы движущиеся части оборудования или само оборудование не доходили до опасного конечного положения на 3—5 мм (точность позиционирования ±0,5—1,0 мм). Размерные ограничители хода точно фиксируют положение рабочих органов станка или другого оборудования. Точность останова по жестким упорам ±0,01 мм. В качестве ограничителей применяют механические, электромеханические или электрогидравлические системы.

Ограничители нагрузки используют для предотвращения нарушения нормального режима работы оборудования из-за перегрузок, которые могут возникнуть вследствие неправильного режима обработки, повышенной твердости обрабатываемого материала, затупления инструмента, повышения давления в гидросистеме и т. д.

Перегрузки оборудования предотвращают посредством механических, пневматических, гидравлических или электрических ограничителей. Выбор вида ограничителя определяется тем, что он должен защитить — механическую часть оборудования, инструмент или электродвигатель, а также быстротой срабатывания и чувствительностью. В качестве механических ограничителей используют срезные штифты и шпонки, фрикционные, кулачковые, шариковые и другие муфты и т. д. В технологическом оборудовании широко используют устройства, выключающие привод двигателя или размыкающие кинематическую цепь не только при силовых перегрузках, но и при отклонении режимов работы или условий эксплуатации, например при поломке инструмента, превышении температуры отдельных элементов выше допустимой, при повышенных вибрациях, нарушении нормальной работы системы смазывания, охлаждения. Роль предохранительных устройств выполняют системы адаптивного управления (САУ) станками.

Сигнализацию применяют как предупредительную меру с целью оповещения обслуживающего персонала о начале работы станочного и другого оборудования, неисправности его узлов, превышения допустимой концентрации вредных или пожароопасных веществ и т. д. По назначению сигнализацию подразделяют на оперативную, предупредительную и опознавательную, а по воздействию на органы чувств человека — на акустическую и визуальную.

Оперативная сигнализация служит для фиксации выполнения отдельных этапов технологического процесса, а также согласования действий персонала. Предупредительная сигнализация оповещает о наличии опасности или возможности ее возникновения. Техническими средствами такой сигнализации являются различные устройства, регистрирующие отклонения технологического процесса или работы оборудования от установленных параметров. Опознавательная сигнализация служит для выделения того или иного оборудования, его отдельных частей или рабочих зон, требующих внимания или представляющих опасность. Для этого, например, желтым сигнальным цветом окрашивают кромки защитных устройств в местах неполного ограждения режущих инструментов.

Наиболее часто используют визуальную сигнализацию, которая может быть световой, знаковой или реализовываться различными приборами-указателями (термометрами, манометрами и т. п.). Световая сигнализация осуществляется загорающимися лампами, мигающим светом, подсветкой табло с надписью, указывающей характер события, высвечиванием изображения на мнемосхеме того или иного участка и т. п. Акустическую сигнализацию используют для следующих целей: подачи предупредительных или аварийных сигналов, требующих немедленного реагирования; обеспечения приема информации при значительной пространственной протяженности рабочего места или большом удалении рабочих мест от рабочего места мастера или центрального пункта управления. Техническими средствами этой сигнализации являются сигнализаторы неречевых сообщений и системы речевой коммутации. В качестве первых применяют гудки, сирены, звонки, зуммеры. Тональные сигналы этих устройств имеют частоту 200—5000 Гц, а уровень звукового давления — 30—100 дБ. Сигнал должен превышать уровень шума в производственном помещении на 10—16 дБ, не превосходя, однако, 120 дБ — предельно допустимого уровня звукового давления. Длительность отдельных сигналов и интервалов между ними 0,2 с, а общая длительность звучания не должна превышать 10 с.

Сигнализаторами оснащают, например, подъемное оборудование, электрокары, автоматические транспортные тележки и др. В механических цехах, где необходим обмен информацией, применяют системы речевой коммутации в виде громкоговорящих установок, обычного телефона и видеотелефона. Энергетический уровень установок должен превышать уровень шума производственного помещения на 10—15 дБ, при этом разборчивость речи составляет 93—97%.

Все режущие инструменты, используемые в механических цехах, имеют общие конструктивные элементы: рабочую часть, корпус, крепежную часть и направляющую часть. Для обеспечения безопасности труда рабочая часть должна быть выполнена прочной, износостойкой, должна образовывать стружку, имеющую форму, удобную для ее удаления со станка и дальнейшего транспортирования. Корпус должен быть прочным (не допускать остаточных деформаций при нагружении) и жестким (при нагружении корпуса его упругие деформации не должны превышать деформаций, допускаемых по условиям эксплуатации). Крепежная часть должна обеспечивать надежную передачу крутящего момента и сил, возникающих при работе, легкость установки и снятия инструмента. Условиям безопасности работы должен отвечать вспомогательный инструмент.

Станочные приспособления должны отвечать следующим требованиям' они должны быть простыми по конструкции, жесткими, быстродействующими и удобными в обращении; крепежные элементы приспособления должны надежно и удобно соединять его со станком и сменными наладочными элементами; способ соединения должен предотвращать самопроизвольное смещение приспособления под действием силы резания и ее моментов, инерционных и центробежных сил, вибрации; механизм зажима приспособлений должен надежно крепить заготовку в процессе ее обработки; вращающиеся приспособления должны быть отбалансированы статически и динамически; в конструкции приспособления должны быть предусмотрены свободный выход стружки и СОЖ и защита от отлетающей стружки и брызг СОЖ; приспособления массой до 16 кг должны иметь ручки или другие устройства для безопасной установки их на станок и снятия. Приспособления массой свыше 16 кг должны быть оснащены рым-болтами, цапфами или другими аналогичными устройствами для безопасного транспортирования приспособлений грузоподъемными механизмами.

Перемещение грузов массой более 20 кг в технологических процессах осуществляют только подъемно-транспортными устройствами или средствами механизации, а перемещение любых грузов на расстояние более 25 м механизируют. Персонал, обслуживающий грузоподъемные механизмы, должен носить защитные каски. Общие требования при транспортировании грузов следующие: рабочие места должны находиться вне зоны перемещения грузов, транспортируемых подъемными механизмами; проезды, проходы, люки колодцев должны быть свободными; каждое подъемное устройство должно быть оснащено тормозом.

Безопасность эксплуатации тары, служащей для транспортирования и хранения заготовок и деталей, достигается выполнением следующих требований: не допускается загрузка тары более номинальной массы брутто, при этом груз должен находиться ниже уровня ее бортов; фиксирующие и запорные устройства загруженной тары должны предотвращать ее самопроизвольное раскрытие при выполнении погрузочно-разгрузочных транспортных и складских работ; опрокидывание тары следует выполнять только грузоподъемными устройствами, оснащенными специальными приспособлениями; освобождающаяся тара должна своевременно удаляться с рабочих мест на отведенные для этой цели специальные площадки; тару массой свыше 50 кг подвергают техническому освидетельствованию.

Для безопасности работы с СОЖ следует выполнять инструкции по их эксплуатации. В целях охраны здоровья персонала все вновь разрабатываемые СОЖ проходят обязательную гигиеническую оценку. В СОЖ вводят бактерицидные присадки или периодически ее пастеризуют. Персонал, работающий с СОЖ. подлежит обязательному предварительному медицинскому осмотру. Периодичность замены СОЖ устанавливают на основе контроля ее содержания, но не реже одного раза в шесть месяцев при лезвийной обработке, одного раза в месяц при абразивной обработке для масляных СОЖ и одного раза в 3 мес. для водных СОЖ. Периодичность контроля СОЖ на содержание следующая: на масляной основе — раз в месяц, полусинтетических СОЖ — один раз в две недели. Раз в неделю должен выполняться анализ СОЖ на отсутствие микробов, вызывающих кожные заболевания. Хранение и транспортирование СОЖ осуществляют в чистых стальных, жестяных и пластмассовых резервуарах. При приготовлении СОЖ емкости размещают в отдельном помещении, оборудованном вытяжной вентиляцией. Очистку емкостей, трубопроводов и систем подачи СОЖ выполняют: для масляных СОЖ — один раз в шесть месяцев; для водных СОЖ — один раз в 3 месяца. Отработанные СОЖ собирают в специальные емкости. Система охлаждения станка должна предотвращать попадание СОЖ на пол около оборудования.

7.3 Обеспечение безопасности оборудования и труда

Особое внимание следует уделять обеспечению безопасной работы металлорежущих станков, в том числе с ЧПУ, ПР.

Многоцелевые станки с ЧПУ с револьверной головкой, а также станки, оснащенные инструментальными магазинами и системами автоматической смены инструмента, должны иметь защитные устройства, предохраняющие операторов или наладчиков от травмирования инструментом при повороте револьверной головки или при его транспортировании из магазина в магазин. Механизм системы автоматической смены инструмента должен обеспечивать надежный захват инструмента, исключая его выпадание при транспортировании. Не допускается применять режущие и вспомогательные инструменты, имеющие хотя бы незначительные повреждения посадочных поверхностей.

Хорошая освещенность рабочих поверхностей оборудования и помещения является одним из условий обеспечения безопасности труда. Освещенность на рабочих поверхностях станков класса Н и П должна быть не ниже 2000 лк при освещении люминесцентными лампами и 1500 лк — при освещении лампами накаливания.

Общая искусственная освещенность помещений со станками с ЧПУ должна быть равна 200 лк в случае применения люминесцентных ламп и 150 лк — в случае применения ламп накаливания.

Искусственное электрическое освещение в помещениях для станков классов В и А должно обеспечивать освещенность на рабочих поверхностях станков не ниже 2500 лк при освещении люминесцентными лампами и 2000 лк при освещении лампами накаливания. Общая искусственная освещенность при использовании указанных ламп должна быть соответственно 300 лк и 200 лк. При этом должна быть правильно выбрана цветовая отделка помещений. Покрытие стен должно быть матовым, без бликов. Верхние участки стен и потолков следует окрашивать в белый цвет, что увеличивает освещенность помещения.

Размеры и планировка помещений должны обеспечивать свободный доступ ко всем узлам и устройствам станков с ЧПУ во время работы и при ремонте. Не допускается обрабатывать на станках заготовки, масса которых превышает массу, указанную в паспорте станка.

Оператор для обеспечения безопасности труда должен соблюдать правила охраны труда, регламентированные для конкретных видов работ. Оператор перед началом работы должен проверить следующее: работоспособность станка, для чего посредством тест-программы проконтролировать работу УЧПУ и самого станка; надежность крепления инструмента и приспособления; соответствует ли заготовка требованиям технологического процесса; не превышены ли отклонение от точности настройки нуля станка, отклонение от каждой из координат, а также биение инструмента; перед обработкой — надежность крепления заготовки.

При выполнении наладочных и ремонтных работ следует особое внимание уделять соблюдению правил электрической безопасности, так как станки с ЧПУ оснащены электрооборудованием, пускорегулирующей аппаратурой, электронными устройствами.

Нарушения правил безопасности при обслуживании ПР могут привести к появлению опасных ситуаций в рабочей зоне ПР и повлечь несчастные случаи. Причины возникновения опасных ситуаций следующие: непредусмотренные движения ПР во время обучения; аварии технологического оборудования, которое обслуживает ПР во время обучения или работы в автоматическом режиме; ошибки оператора во время наладки, регулирования и ремонта (например, проведение наладки в автоматическом режиме работы ПР); появление человека в рабочем пространстве ПР при его работе в автоматическом режиме; превышение грузоподъемности ПР, указанной в его паспорте; неправильная планировка расположения ПР, технологического и другого оборудования участка; размещение пультов управления внутри рабочего пространства ПР; отсутствие ограждения; отключение при аварийном останове ПР устройств, останов которых может травмировать обслуживающий персонал; отсутствие информации о текущей ситуации в рабочей зоне ПР, причинах возникших неполадок в работе технологического оборудования участка.

Указанные причины вызывают возникновение аварийных ситуаций и при работе роботизированных технологических комплексов (РТК) и ГПС.

Захватное устройство (ЗУ) ПР должно надежно удерживать объект манипулирования при аварийном отключении питания. ПР должен быть оснащен устройствами, предотвращающими попадание стружки и других отходов между ЗУ и объектом манипулирования. Если при обучении оператор находится в рабочем пространстве ПР, то последний должен быть оснащен регулятором скорости перемещения его исполнительных органов (в этом случае скорость снижают до 0,3 м/с). ПР должен быть также оснащен устройствами получения и передачи на пульт управления следующей информации: о режиме работы программы; о срабатывании блокировок ПР и обслуживаемого оборудования; о наличии сбоя в работе ПР; о готовности и начале движения исполнительных органов ПР. Электрооборудование ПР должно иметь пусковую аппаратуру, предотвращающую самопроизвольное включение при восстановлении энергопитания независимо от органов управления ПР. ПР оснащают средствами защиты (оградительными, предохранительными, блокирующими, сигнализирующими). При срабатывании блокировок система управления ПР должна переводиться на ручной режим работы. При срабатывании устройства аварийной остановки любое движение ПР должно прекратиться независимо от режима его работы. Повторное включение ПР после аварийной остановки должно выполняться только после вывода всех исполнительных органов в исходное положение и только по команде оператора или наладчика.

Безопасность при эксплуатации ПР и РТК обеспечивается их рациональной планировкой, безаварийной работой оборудования РТК посредством специальных устройств. Основной целью мер безопасности является предотвращение одновременного нахождения человека и механизмов ПР в его рабочем пространстве. Планировка РТК должна обеспечивать удобный, свободный и безопасный доступ обслуживающего персонала к ПР, основному и вспомогательному технологическому оборудованию, а также органам управления и аварийного отключения всех видов оборудования и механизмов РТК или ГПС.

Органы управления и аварийного отключения следует размещать на одном (общем) пульте управления РТК (ГПС) и дублировать их на трассе возможных перемещений обслуживающего персонала.

Средства защиты обслуживающего персонала РТК и ГПС выбирают с учетом их планировочных решений. Устройство защиты должно выдавать командный сигнал аварийной остановки ПР в опасной для персонала части рабочего пространства. Для формирования указанного сигнала устройство защиты должно регистрировать пространственное положение ПР и его отдельных частей, а также положение других транспортных средств-.

Следует использовать стационарные ограждающие устройства, светозащиту, ультразвуковую защиту и т. п. Это исключает случайное попадание человека в опасные зоны. При использовании в качестве ограждающих устройств светозащиты, ультразвуковых макетов и т. п. необходимо предусматривать дублирование функций этих устройств. Стационарные ограждения должны: не затруднять оператору визуальный контроль за работой оборудования; обеспечивать проход персонала в зону ограждения только через места, оснащенные соответствующими устройствами (светозащита, дверные проемы с датчиками и др.); исключать возможность попадания объектов манипулирования и исполнительных устройств ПР за ограждаемую зону. Рекомендуется высота ограждения 1300 мм от уровня пола при условии, что расстояние от исполнительного устройства ПР до ограждения составляет не менее 800 мм. Окраску ограждений выполняют в виде чередующихся равных полос (ширина 150—200 мм) черного и желтого цвета под углом 45—60°. Ограждения изготовляют из труб, обшитых металлической сеткой с ячейками 60x60 мм. Рабочее пространство ПР обозначают на полу сплошными линиями желтого цвета (ширина 50—100 мм). Если ПР с объектом манипулирования перемещается над рабочими местами, проходами и проездами, то под трассой ПР следует предусмотреть защитные сетки, экраны и другие устройства.

Расчет размеров ограждений зоны РТК или ГПС выполняют с учетом необходимых расстояний между стационарными ограждениями, а также границей рабочей зоны и рабочего пространства ПР. При этом учитывают систему координат ПР, тип и число ПР, а также антропометрические данные и рабочую позу оператора при выполнении обслуживания ПР и другого оборудования. Вход в зону ограждения должен быть сблокирован с системой управления. Устройства блокировки должны обеспечивать остановку движения ПР при входе персонала в эту зону. Для ограждения рабочей зоны ПР применяют контактные, силовые, индукционные, ультразвуковые и другие датчики и конструкции на их основе.

Для определения местоположения человека в рабочей зоне ПР используют различные светолокационные датчики (например, датчики, работающие на просвет), на основе которых организуют систему светозащиты РТК или ГПС. Система такой защиты, разработанная ЭНИМС и выполненная по модульному принципу, обеспечивает эффективную защиту персонала при различных планировках оборудования.

Пульт управления РТК или ГПС следует размещать за пределами зоны ограждения. При этом оператор должен иметь обзор элементов технологической системы. Освещенность пульта управления не менее 400 лк. При размещении пультов в закрытых кабинах последние должны обеспечивать надежную защиту персонала от воздействия вредных производственных факторов. В кабину должен подаваться свежий воздух не менее 20 м*/ч на одного человека. Уровень звука в кабине не должен превышать 80 дБ.

РТК, ГПС и автоматические линии большой протяженности оснащаются дополнительными органами аварийного отключения, расположенными на расстоянии 4 м друг от друга.

На технологических участках и в цехе должна быть обеспечена пожарная безопасность

7.4 Организация управления и подготовки производства

Организационно-технические системы предприятия — технологическая, инструментообеспечения, контроля качества изделий, складская, транспортная, технического обслуживания, охрана труда — являются объектами управления автоматизированной системы управления и подготовки производства. Несмотря на функциональное различие этих систем, с точки зрения процесса управления функционированием в них есть много общего. Для того чтобы разработать систему управления, необходимо иметь формальную модель объекта управления.

Рассмотрение состава задач и методов их решения при разработке средств автоматизации подготовки производства и управления производством на автоматизированном предприятии будем проводить на основе понятия архитектуры технической системы. Под архитектурой технической системы, в данном случае производственной системы, понимают структурно-функциональную модель, описывающую: состав системы (подсистемы, уровни, компоненты); функции подсистем, уровней, компонентов; связи и взаимодействие (интерфейсы) подсистем, уровней и компонентов; правила композиции (объединения) компонентов, уровней и подсистем.

Такой подход к проектированию систем' обладает следующими особенностями: особое внимание уделяется функциональному описанию системы, при этом каждая функция выделяется как самостоятельная лишь тогда, когда возможно ее определение через однозначное описание внешнего поведения компонента, реализующего данную функцию; определяются предпочтительные варианты реализации системы, в которых сохраняется разделение между подсистемами, выделенными на структурно-функциональной модели; обеспечивается возможность распараллеливания на возможно более ранней стадии работ по проектированию и реализации системы; облегчаются стыковка компонентов и комплексная отладка системы, а также ее изменение.

Для того чтобы было возможным применить данный подход к проектированию систем автоматизации проектирования и изготовления, необходимо определить формально структурные единицы проектируемой системы. Для этого используют понятие производственной системы. Производственная система — открытая система, функция которой состоит в целенаправленном преобразовании свойств материальных объектов на основании информации и команд, поступающих извне. Для системы более высокого уровня она является объектом обобщенного технологического оборудования, внутреннее устройство и конкретные механизмы функционирования которого от нее скрыты.

Для того чтобы определить структуру производственной системы, необходимо задать следующие характеристики: технологические возможности; набор объектов, участвующих в обмене с внешней средой; набор правил, регламентирующих эти обмены; набор точек доступа, через которые проходят потоки объектов. Кроме того, могут быть заданы параметры реализации, определяющие показатели функционирования — производительность, надежность, — с тем чтобы учесть их при разработке программно-аппаратных средств. Полностью определенная архитектура производственной системы является внутренней моделью для систем управления. Затем необходимо определить виды связей производственной системы данного уровня, т. е. ее внешний интерфейс. В качестве основы для описания структуры цеха были предложены три вида связей: материальные, энергетические, информационные. Для разработки средств автоматизации управления необходима их интерпретация через систему интерфейсов (взаимодействий объектов производственной системы). Рассматривают интерфейсы следующих видов:

- технологические интерфейсы, определяющие возможности обработки, а также свойства и параметры преобразуемых объектов (заготовок) и всех ресурсов, необходимых для работы (инструмент, оснастка и др.);

- механические интерфейсы, определяющие конкретный способ подачи материальных объектов внутрь производственной системы и выдачи их обратно;

- организационные связи, определяющие организационную среду, в которой функционирует данная производственная система;

- информационные связи, определяющие содержание, форму построения и процедуры обмена информацией с внешней средой — персоналом и системой управления верхнего уровня;

- коммуникационный (сетевой) интерфейс, определяющий средства и возможности обмена информацией с внешней средой;

- пользовательский интерфейс, определяющий средства и возможности персонала по управлению производственной системой;

- связи с инфраструктурой, определяющие подключение к системе жизнеобеспечения (энергоснабжение, канализация, подача воздуха, СОЖ и т. д.).

На основе анализа связей и внутренней структуры производственной системы разрабатывают технические задания на подсистемы, автоматизирующие функционирование производственной системы. Основные подсистемы автоматизированного производства включают в себя следующие функции: организацию производства; конструкторскую и технологическую подготовку производства; планирование производства, управление производством.

7.5 Уровни управления производственной системой

Производственная система имеет несколько уровней управления:

- организацию производства;

- планирование;

- диспетчирование;

- оперативное управление;

- управление оборудованием.

Уровень организации производства определяет критерии, стратегию и методы планирования. Уровень оперативно-календарного планирования выполняет функции собственно составления планов. Уровень диспетчирования отвечает за своевременную инициализацию и контроль выполнения планов. Уровень оперативного управления обеспечивает собственно выполнение планов, т. е. координированное управление материальными потоками в процессе выполнения планов. Уровень управления оборудованием физически реализует манипуляции с материальными объектами. Такая иерархия характерна для производственной системы любого ранга. На уровне завода система оперативного управления при управлении транспортной системой выполняет функции управления межцеховыми перевозками, при управлении складской системой она поддерживает состояние общезаводских запасов комплектующих, сырья и объем неотгруженной готовой продукции в заданных пределах, при управлении технологической системой — функции координации работы цехов, на уровне цеха при управлении транспортной системой — функции управления внутрицеховыми перевозками, при управлении складской системой — управление работой общецеховых складов, при управлении технологической системой обеспечивает выполнение маршрутов обработки изделий, поддерживает синхронизацию отдельных этапов технологических процессов, на уровне участка при управлении транспортной системой управляет транспортировкой между рабочими модулями участка, при управлении технологической системой координирует работу модулей. Таким образом, функции системы оперативного управления, как и для других уровней иерархии управления, интерпретируются аналогично. При этом уровень оперативного управления завода взаимодействует с уровнем планирования цехов и так далее. Этим обеспечивается целостность всей системы управления.

Рассмотрим каждый иерархический уровень системы управления в отдельности.

Уровень планирования производства реализуется системой планирования. Она обеспечивает разработку стратегии для системы управления процессом производства изделий с учетом состояния внутренней и внешней среды в соответствии с заданными критериями функционирования и заказами. Должна быть определена стратегия планирования, например указано, что процесс планирования осуществляется по методу «Just in Time» (точно вовремя), исходя из потребностей сборочного конвейера либо плановых требований к поставке изделий. При планировании используется многовариантная технология изготовления изделий, разработанная системой автоматизированного проектирования изделия и технологической подготовки производства, с которой она имеет обратную связь. Система планирования производит вариантное планирование производства по различным критериям или их возможной комбинации. Система планирования производства имеет распределенную иерархическую структуру и содержит ряд подсистем различного функционального назначения и интервала планирования перспективного планирования; текущего планирования; оперативного планирования.

Подсистема диспетчирования выполняет следующие функции: входной (выходной) контроль комплектующих и материалов для технологического процесса; техническое обслуживание и ремонт оборудования; диагностирование; управление ресурсами; управление персоналом; испытания.

Перечисленные функции рассматриваются как функции, обеспечивающие выполнение общей цели — инициализации, а также контроля подготовки и выполнения плановых заданий изготовления, материального обеспечения и технического обслуживания.

Система оперативного управления (СОУ) принимает с соседнего верхнего уровня команды на выполнение заданий (планов) и координирует работу оборудования, а в общем случае — работу производственной системы более низкого ранга. Параметры плановых заданий, так же как и необходимая технологическая информация, выбираются из общей базы данных. В процессе выполнения плановых заданий система оперативного управления передает на верхний уровень и заносит в общую базу данных учетную информацию. Задания верхнего уровня могут быть разбиты на следующие основные классы: материально-техническое обеспечение, изготовление, техническое обслуживание, оснащение.

При выполнении планов материально-технического обеспечения СОУ управляет транспортировкой и складированием необходимых ресурсов. При выполнении заданий на изготовление СОУ обеспечивает использование необходимых ресурсов и преобразование их в продукцию. При выполнении планов технического обслуживания СОУ обеспечивает тестирование управляемых компонентов и их логическое отключение. При выполнении планов оснащения СОУ обеспечивает управление доставкой и устанбвкой на модулях необходимого оснащения и загрузку нужных управляющих программ. Снизу СОУ поддерживается уровнем управления оборудованием, который реализует физические преобразования и манипуляции с материальными объектами по командам, выделяемым СОУ.

В состав СОУ входят следующие уровни:

- супервизорный, который интерпретирует задания верхнего уровня, превращая их в последовательность команд службам СОУ;

- сервисный (уровень служб), который содержит глобальные службы транспортировки, складирования, обработки и др.;

- манипуляционный, который содержит производственную систему нижнего ранга и, в частности, модули различных типов (транспортные, складские, обрабатывающие и др.);

-уровень виртуального оборудования, который принимает запросы на выполнение манипуляций оборудованием внутри модулей.

Уровень управления оборудованием. На этом уровне иерархии системы управления располагаются программно-аппаратные средства, обеспечивающие выполнение манипуляций с материальными объектами, участвующими в производственном процессе. Как правило, они встраиваются в оборудование системы программного управления станками, роботами, транспортными устройствами, штабелерами и др. Хотя могут быть реализованы и на внешней, по отношению к оборудованию, вычислительной технике, например при прямом управлении (DNC). Здесь наиболее важной проблемой является обеспечение независимости управления более высоких уровней от особенностей конструктивного исполнения и средств управления исполнительными механизмами технологического оборудования. При решении этой задачи используется понятие виртуального оборудования — структурно-функциональной модели, описывающей внешнее поведение реального оборудования. определенного типа с точки зрения его взаимодействия с внешней средой по некоторому протоколу. Таким образом может быть определен виртуальный робот, виртуальный склад, виртуальное транспортное устройство и т. д. Фактически для системы управления верхнего уровня компонент виртуального оборудования представляется как некоторый функциональный блок, воспринимающий команды на выполнение определенных функций и сообщающий о результатах их выполнения. При этом внутреннее устройство данного компонента не имеет значения, оно скрыто от системы управления за счет введения протокола взаимодействия с ним.

Такой подход позволяет существенно сократить затраты на перенос программного обеспечения системы управления на другие типы управляемого оборудования, поскольку неизменной остается та ее часть, которая располагается выше уровня виртуального оборудования.

Тема 8. Планировка и компоновка цеха.

8.1 Основные параметры производственного помещения

Компоновочные планы промышленных зданий определяются взаимным расположением пролетов, типом производства и видом технологических процессов.

Схема компоновки цеха — взаимное расположение смежных цехов и отделений, складов, пристроек, вставок и других структурных элементов цеха. Планировка — план размещения оборудования. Исходными данными для компоновки и планировки цеха являются параметры производственного здания.

Основной структурный элемент промышленного здания — пролет. Пролет — это объемная часть здания, ограниченная двумя смежными рядами вертикальных несущих конструкций — рядами колонн. Параметры производственного помещения цеха: ширина пролета L — расстояние между продольными разбивочными осями; шаг колонн t — расстояние между поперечными разбивочными осями; длина пролета Lп - (длина здания); высота пролета Н (рис. 24), число пролетов n.

Для того чтобы определить основные характеристики производственного помещения, необходимо оценить площадь, занимаемую всеми подразделениями цеха.

Площадь механосборочного цеха делится на производственную, вспомогательную и служебно-бытовую. Производственная площадь цеха — площадь, занятая оборудованием, рабочими местами, подъемно-транспортными устройствами, немагистральными проездами и т. д. Вспомогательная площадь цеха — площадь, занятая вспомогательными цеховыми службами: системой инструментообеспечения, складами, ремонтным хозяйством, а также магистральными проездами. Площадь цеха может быть определена по нормативам. После проектирования планировки цеха полученные предварительные оценки площади цеха уточняют.

Рисунок 24 - Схема для определения высоты пролета

Рассмотрим методы определения основных характеристик производственного помещения. Шаг колонн и ширина пролета образуют сетку колонн txL. Она определяет, каким образом расположены в здании основные строительные элементы производственного помещения — несущие колонны. Ее параметры непосредственно влияют на компоновочные и планировочные решения цеха. Особое внимание следует уделять выбору параметров сетки колонн в случае применения в цехе уникального крупногабаритного оборудования, поскольку недостаточные размеры сетки колонн могут существенно усложнить поиск рационального варианта планировки цеха. Параметры сетки колонн выбирают кратными 6 м: 6, 12, 18, 24, 30, 36. Для одноэтажных зданий наибольшее применение имеет сетка 12x24. Применение увеличенных сеток 12x30, 12x36 снижает на 6—8% затраты на строительство; кроме того, их необходимо применять при использовании в цехе крупногабаритного оборудования и при использовании транспортирования крупногабаритных узлов.

Длину пролета цеха можно определять в зависимости от длины технологической цепочки устанавливаемого оборудования, например от длины системы автоматических линий или от длины главного сборочного конвейера, либо от требуемой площади. Длина пролета может быть выражена через число n шагов колонн.

Длина пролета должна быть достаточной для размещения крупных и уникальных станков, необходимых для обработки детали в пределах одного пролета. При использовании в качестве основного средства транспортирования мостовых кранов несоблюдение этого условия приводит к усложнению транспортирования изделий.

Наиболее часто встречающаяся длина пролетов производственных зданий 50—60 м. В условиях заводов тяжелого машиностроения, когда в цехе производится обработка крупных и уникальных деталей, длина пролета может достигать 200 м, а в некоторых случаях и 1000—1500 м.

Высоту пролета здания определяют по формуле Н — Нх + h, где Нx — расстояние от пола цеха до головки рельса крана; h — расстояние от головки рельса до перекрытия.

Высоту пролета определяют исходя из условий возможности транспортирования мостовым краном грузов в данном пролете. Полученные значения высоты пролета цеха могут быть уточнены исходя из размеров унифицированных пролетов (табл. 6).

Таблица 6 - Параметры типовых пролетов

L. м

Н, м

Грузоподъемность крана, т •

18 24;

6; 7,2; 8,4

7,2; 8,4

0,25/5

8,4; 9,6; 10,8

20/5

12,6; 14,4

20/5

30/5

30/5, 50/10

75/20

Цифры в знаменателе — грузоподъемность подвесного крана.

8.2 Компоновка машиностроительного цеха

Задачи компоновки и планировки машиностроительных цехов можно разделить по уровням иерархии:

1-й - задача компоновки зданий — поле размещения — производственное здание, объекты размещения — отдельные цехи;

2-й - задачи компоновки цехов — поле размещения — цех, объекты размещения — отдельные участки;

3-й - планировка оборудования участка — поле размещения — участок, объекты размещения—элементы оборудования.

Отдельную группу задач составляют задачи формирования объектов размещения для всех трех уровней: формирование участков (определяется состав оборудования, входящего в каждый участок); формирование цеха (определяется состав участков цеха).

Как правило, цех имеет регулярную компоновку, один либо два ряда участков разделяются цеховыми проездами. Таким образом задача компоновки технологического подразделения цеха может быть представлена как задача распределения участков цеха по столбцам, один или два участка по ширине столбца, причем их размещают в столбцах так, чтобы минимизировать значение критерия размещения — «вес» графа связей, показанного на рис 25. При этом необходимо учитывать условия и ограничения на размещение участков, размещение отдельных элементов оборудования в участках и связанные с этим условия.

Укрупненный алгоритм компоновки цеха следующий:

- описывают поле размещения: сетку колонн, стены, контур границ цеха;

- определяют расположение общекорпусных и общецеховых магистральных проездов;

- размещают технологические участки;

- уточняют направление движения, характер и объем грузопотоков — формируют схему грузопотоков цеха, представленную в виде графа со взвешенными дугами;

- устанавливают схему людских потоков, как и схему грузопотоков;

- определяют положение внутрицеховых технологических и противопожарных проходов и проездов на основе схем грузопотоков и людских потоков;

- размещают вспомогательные подразделения цеха

Рисунок 25 - Компоновка цеха

8.3 Компоновка и планировка автоматизированного производства

Проектирование компоновки — это определение основных конструктивных схем автоматизированной технологической системы. В него входит определение ряда ее основных характеристик: вида транспортной системы, принятие решений о стратегии размещения оборудования и составе размещаемых групп оборудования, а также ряд других действий, состав которых зависит от конкретного вида применяемого основного и вспомогательного оборудования и характеристик цеха

Структурной единицей поточной технологической системы является участок. Участок — это группа станков, объединенных общим транспортным средством, имеющих независимую систему приводов и систему управления. Характеристики участка следующие:

- участок имеет общую систему транспортирования;

- для системы управления верхнего уровня участок является единым объектом управления — он имеет замкнутую систему управления;

- участок имеет фиксированный вход и выход;

- участок занимает площадь, ограниченную контуром простой конфигурации, как правило прямоугольной, реже состоящую из нескольких прямоугольников;

- кроме того, у участка может быть собственный входной и выходной склады заготовок, деталей.

Формирование участков поточного производства рассмотрим на примере компоновки поточных автоматических линий. Методика формирования участков в автоматизированном поточном производстве ориентирована на использование- средств вычислительной техники и состоит из этапов генерации возможных вариантов компоновки поточной автоматизированной технологической системы (системы автоматических линий) и последующий отбор лучших вариантов системы по ряду критериев. Исходные параметры для определения множества возможных вариантов следующие: тип устройств транспортной системы; число рабочих позиций q; число участков n; число станков-дублеров т, число параллельно работающих линий Р, необходимых для выполнения производственной программы. Для каждого параметра определяют множество допустимых значений, генерируют множество допустимых сочетаний этих параметров — множество возможных вариантов поточной автоматизированной технологической системы.

Число рабочих позиций т определяется степенью дифференциации технологического процесса. Критерием здесь является производительность. Поточная линия — это последовательная технологическая система, поэтому ее производительность определяется производительностью лимитирующей, т. е. самой длительной операцией. Дифференциация операций позволяет уменьшить длительность лимитирующей операции, при этом возрастает число станков в линии.

Число участков n определяет вид связи между станками линии: если вся линия состоит из одного участка, то все они оказываются жестко связанными между собой. Это существенно отражается на надежности и, в конечном итоге, — на производительности линии. Другой крайний вариант: n = т — гибкая связь. В этом случае при наличии буферов — межоперационных складов между станками — возможна несинхронизированная работа станков линии.

Число станков-дублеров (число потоков) определяют из тех же соображений, что и число рабочих позиции. Критерием здесь является стоимость линии.

Последовательность выбора вариантов следующая:

- выбирают вид транспортной системы по критерию удельных капиталовложений, далее рассматривают варианты с одним типом транспортной системы;

- выбирают варианты со значением производительности в заданном диапазоне;

- выбирают варианты с оптимальными структурными характеристиками;

- выбирают варианты по экономическому критерию.

Важным этапом проектирования, от которого зависит эффективность функционирования автоматизированных цехов, является этап проектирования планировки цехов. При этом уточняют основные экономические характеристики проектируемого производства.

Типовую последовательность планировки устанавливают исходя из критерия минимизации суммарной мощности грузопотока: размещают цеховой склад металла и заготовок — вместе или в соседнем пролете с заготовительным отделением, его располагают в начале механического цеха — поперек пролетов или в отдельном поперечном пролете;

вдоль склада устанавливают проезд шириной не менее 4 м, условие его размещения — удобство транспортирования заготовок и материалов;

размещают основное оборудование — выполняют технологическую планировку, при значительной длине технологических цепочек необходимо предусмотреть поперечные проезды шириной не менее 4 м, необходимо предусмотреть возможность транспортирования оборудования при его монтаже, технологические потоки могут быть направлены как вдоль, так и поперек пролетов;

в конце станочного отделения должен быть проезд шириной не менее 4 м для транспортирования готовой продукции; далее располагают контрольное отделение; параллельно контрольному отделению располагают склад готовой продукции.

Размещение оборудования соответствует схеме «заготовка— маршрут обработки — выходной контроль — готовая продукция». Этапам схемы соответствует последовательность размещения «склад заготовок — технологическое оборудование — контрольное отделение — склад готовой продукции». Этим обеспечивается выполнение условия минимизации грузопотока.

Проектирование планировки поточных автоматизированных технологических систем производят за три этапа:

уточняют структуру участков и размещение основного оборудования участка, определяют габаритные размеры участков; размещают участки на отведенной площади; размещают элементы вспомогательного оборудования на участках с учетом ориентации и взаимного расположения участков. При размещении оборудования на отведенной площади следует учитывать целый ряд конструктивных ограничений.

Так как основной грузопоток в цехах приходится на технологический процесс, то размещение вспомогательных служб цеха рационально производить после размещения подразделений, связанных с технологическим процессом.

Размещение пристроек определяется следующими факторами:

- количеством и направлением людских потоков между пристройкой и участками цеха, если в пролетах, примыхающих к пристройке, нет проходов и проездов требуемой ширины, то размещение пристроек рядом исключается;

- ограничением пристройкой возможности расширения производственного помещения;

- необходимостью дополнительных строительных элементов в примыкающих к пристройке пролетах, оценка значимости этих факторов определяется условиями конкретного проекта.

Инструментальные раздаточные кладовые (ИРК) размещают рядом с участками цеха, где используется наибольшее количество инструмента, критерием размещения служит грузопоток между ИРК и станками производственных участков, а также между ИРК и станками заточного отделения. Контрольное отделение и пункты следует размещать рядом с обслуживаемыми ими участками по ходу технологического процесса. Это условие вытекает из требования по минимизации работы по перемещению изделий.

Модели, применяемые для решения задач размещения и планировки оборудования, делятся на аналоговые, натурные и математические.

Натурные модели — это двух- или трехмерные представления объектов в определенном масштабе. Они получили наибольшее распространение. При двумерном натурном моделировании на изображенном в масштабе поле размещения проектировщик расставляет контурные модели объектов — темплеты. Темплеты отображают основное технологическое, вспомогательное оборудование цеха. Получаемые варианты размещения фиксируют-с них делают копию на каком-либо устройстве для получения чертежа. Преимущества данного метода проектирования планировки следующие: простота использования; отсутствие необходимости формализации задачи проектирования; обеспечение достаточной, во многих практических случаях, степени качества принимаемых решений.

8.4 Особенности компоновки и планировки в ГПС

Тенденция к автоматизации производственной деятельности человека до 80-х годов носила несколько односторонний характер: если требовалось автоматизировать промышленное производство, то для того чтобы результат от внедрения средств автоматизации превзошел дополнительные капитальные затраты, необходимо было обеспечить массовый устойчивый выпуск изделий с помощью данного автоматизируемого подразделения (цех, участок^. Резкое уменьшение всех основных стоимостных характеристик средств вычислительной техники при одновременном возрастании их показателей мощности, быстродействия привело к тому, что автоматизация средне- и мелкосерийного производства стала рентабельной. Проектирование компоновки и планировка автоматизированных цехов, ориентированных на работу с мелкими сериями изделий, имеют ряд особенностей, обусловленных как типом производства, так и применяемым оборудованием.

В состав ГАЦ и ГАУ могут входить следующие группы оборудования, рассматриваемые как классы объектов компоновки и планировки:

- технологическое оборудование: одиночные станки с ЧПУ, модули, в состав которых могут входить один или несколько станков и элементы транспортно-складской системы: роботы, манипуляторы, накопители и др. Важно отметить то, что элемент основного технологического оборудования выполняет определенную технологическую функцию, имеет вход и выход (погрузочно-разгрузочную позицию) и представляет собой неизменяемый в процессе компоновки и планировки элемент. Он отображается на планировке своим контуром с указанием погрузочно-разгрузочной позиции. Внутренняя структура его оказывается на данном этапе несущественной;

- транспортная система;

- транспортные механизмы: робокары, конвейеры, монорельсовые подвесные тележки, рельсовые тележки и др.;

- транспортные магистрали — это материальное воплощение потоков транспортирования: проезды, рельсовые пути и прочее.

Для них характерно то, что они занимают определенную площадь, за исключением подвесного транспорта. Определение оптимального расположения путей, их конфигурации является одной из основных задач проектирования планировки гибких участков и цехов;

- элементы складской системы:

- складские механизмы: штабелеры, роботы-укладчики и др.;

- склады: одно- и многоярусные склады, накопители и аварийные склады-площадки. Большая часть из них размещается как обычное оборудование, кроме аварийных складов-площадок, для них выбирается не только оптимальное место размещения, но и форма склада;

- система инструментообеспечения;

- система контроля качества изделий;

- элементы системы технического обслуживания;

- системы управления и подготовки производства;

- объекты, связанные со средствами охраны труда.

При формировании компоновки ГАУ определяют следующие параметры: состав технологического оборудования участка, тип и компоновку транспортной системы участка, наличие входных и выходных складов участков и их характеристики.

При проектировании планировки ГАЦ и ГАУ необходимо решить задачи размещения элементов всех систем, перечисленных выше, и продолжить коммуникации. При этом необходимо добиться наибольшей возможной эффективности работы автоматизированного цеха. Гораздо, большая свобода размещения оборудования естественным образом увеличивает вариантность задачи проектирования планировки ГАУ и ГАЦ по сравнению с поточным автоматизированным и неавтоматизированным производством. Поэтому при проектировании планировок ГПС, как правило, используют средства автоматизированного проектирования, включая моделирование функционирования ГПС с целью обеспечения оптимальной расстановки основного технологического оборудования и наилучших показателей работы транспортной системы ГПС.