Обрабатывающий центр с чпу по металлу способен эффективно работать совместно с другим видом оборудования. Рассмотрим общие принципы разработки и совершенствования автоматического производственного процесса на примере выполнения детали (рис. 1) на гибком автоматизированном участке (ГАУ).
Рис. 1. Эскизы выполнения детали: а) операция 005; б) операция 010; в) операция 015
Участок, задействованный в выполнении детали, включает в себя четыре производственных модуля (рис. 2, а): склад заготовок А; гибкий производственный модуль (ГПМ) токарной обработки Б; ГПМ фрезерной обработки В; склад готовых деталей Г. ГПМ Б имеет в своем составе токарные станки с ЧПУ 3, 4 и обслуживающий их промышленный робот (ПР) 2. ГПМ В имеет в свое составе станок типа обрабатывающий центр с чпу по металлу 6 и обслуживающий его производственный робот 5. В состав ГАУ входи также автоматически управляемая тележка с кассетой 1.
Рис. 2.Структурная схема гибкого автоматизированного модуля: а) базовый вариант; б) доработанный вариант; А – склад заготовок; Б – ГПМ токарной обработки; В – ГПМ фрезерной обработки; Г – склад готовых деталей; 1 – кассета; 2,5 – ПР; 3,4 – токарные станки с ЧПУ; 6,7 – фрезерные станки с ЧПУ типа обрабатывающий центр
Деталь выполняется по трем операциям, причем каждая операция выполняется на одном установе. Комбинированная токарная операция 005 выполняется на станке 3. Комбинированная токарная операция 010 выполняется на станке 4. Комбинированная фрезерная операция 015 выполняется на обрабатывающем центре с чпу по металлу 6. Полный цикл обработки детали включает в себя:
- комбинированную обработку на станках 3, 4, 6;
- перемещение заготовок между производственными модулями с помощью тележки с кассетой 1;
- загрузку заготовок в рабочие зоны станков с помощью манипуляторов производственного робота 2 и 5.
Необработанную заготовку обозначим «Заготовка_0 (З_0)»; заготовку, обработанную по операции №1 – «Заготовка_1 (З_1)»; заготовку, обработанную по операции №2 – «Заготовка_2 (З_2)»; полностью обработанную (готовую) деталь – «Готовая деталь (ГД)». В кассете 1 предусмотрено три ячейки: ячейка Я_1 для З_0, ячейка Я_2 для З_2 и ячейка Я_З для ГД. Заготовка З_1 перемещается между станками 3 и 4 непосредственно манипулятором. Промежуточные межоперационные накопители заготовок в структуре ГАУ не предусмотрены.
Система работает следующим образом. Тележка перемещается на склад А, где происходит загрузка З_0 в ячейку Я_1 кассеты 1. Далее кассета прибывает в зону ГПМ Б, где ПР 2 перемещает З_0 в рабочую зону токарного станка 3. Далее происходит комбинированная обработка по операции 005, после которой производственный робот 2 перемещает З_1 в рабочую зону токарного станка 4. Затем производится обработка по комбинированной операции 010, после которой ПР 2 перемещает З_2 в ячейку Я_2. Далее кассета с З_2 прибывает в зону ГПМ В, и производственный робот 5 перемещает З_2 в рабочую зону обрабатывающего центра с чпу по металлу 6 Последний выполняет комбинированную операцию 015, после окончания которой производственный робот 5 перемещает ГД в ячейку Я_3. Кассета с ГД прибывает на склад Г, где производится освобождение ячейки Я_3. Далее тележка с кассетой возвращается на склад заготовок А, и технологический цикл повторяется.
На первоначальной стадии разработки производственного процесса был сформирован технологический цикл, отображающий последовательное выполнение действий исполнительными элементами. Циклограмма производственного процесса приведена на рис. 3, кодированные обозначения исполнительных элементов ГАУ на циклограмме:
1 Кассета 2 производственный робот модуля токарных станков с ЧПУ
3 Токарный станок с ЧПУ
4 Токарный станок с ЧПУ
5 Производственный робот модуля фрезерных станков типа обрабатывающий центр с чпу по металлу
6 Обрабатывающий центр
7 Обрабатывающий центр (дополнительный)
Детальное описание и хронометраж событий модели технологического цикла – в табл. 1.
Отметим, что построение циклограммы осуществлялось методом последовательного отражения событий с момента запуска ГАУ по команде "Старт".
Таблица 1
Рис. 3. Структурная схема базового цикла обработки детали на ГАУ
Как видно из циклограммы, время цикла выполнения детали на ГАУ Тгау равно времени полного цикла выполнения детали Тд и также равно суммарному времени работы исполнительных элементов ГАУ Σti:
Тгау=Тд=Σti=1415 с.
На последующем этапе моделирования была проведена отработка причинно-следственных взаимодействий исполнительных элементов ГАУ на множестве «события-условия». Эти взаимодействия были воспроизведены в виде сети Петри. На начальной стадии построения сети Петри были определены условия начала технологического цикла, (Р1…Р6, выделены штрихпунктирным контуром), означающие, что все места для загрузки объектов свободны. Затем в модель была введена команда на начало автоматического производственного процесса «Старт».
Построение сети Петри осуществлялось путем пошаговых переходов от событий к условиям и от условий к событиям. Для иллюстрации построения сети Петри, рассмотрим одно из текущих действий ГАУ в процессе технологического цикла: перенос З_0 из кассеты на токарный станок 3 (рис. 2,а). Необходимые условия выполнения данной процедуры следующие:
- 3_0 находится Я_1;
- тележка с кассетой находится в зоне ГПМ Б;
- рабочая зона токарного станка 3 свободна.
Очевидно, что если не выполнено хотя бы одного из этих условий, заготовка не может быть перенесена на станок 3. Выполнение указанного действия приводит к следующим изменениям состояния исполнительных элементов ГАУ:
- 3_0 находится в зоне обработки станка 3;
- ячейка Я_1 свободна.
Таким образом, выполнено условие начала следующего действия - обработки детали на станке 3 по операции 005. Выполнение второго условия "ячейка Я_1 свободна" понадобится нам для осуществления последующих действий исполнительных элементов ГАУ.
На базе построения сети Петри были определены условия, влияющие на действия исполнительных элементов ГАУ в процессе выполнения технологического цикла:
P1 Ячейка Я_1 (для заготовки З_0) кассеты свободно
P2 Зона обработки токарного станка №1 свободна
P3 Зона обработки токарного станка №2 свободна
P4 Ячейка Я_2 (для заготовки З_2) кассеты свободно
P5 Зона обработки обрабатывающего центра с чпу по металлу №1 свободна
P6 Ячейка Я_3 (для ГД) кассеты свободно
P7 Заготовка З_0 находится в ячейке Я_1 кассеты
P8 Тележка с кассетой находится в зоне ГПМ токарной обработки
P9 Заготовка З_0 находится в зоне обработки токарного станка №1
P10 Заготовка З_0 обработана и приняла состояние заготовки З_1
P11 Заготовка З_1 находится в зоне обработки токарного станка №2
P12 Заготовка З_1 обработана и приняла состояние заготовки З_2
P13 Заготовка З_2 находится в ячейке Я_2 кассеты
P14 Тележка с кассетой находится в зоне ГПМ фрезерной обработки
P15 Заготовка З_2 находится в зоне обработки обрабатывающего центра с чпу по металлу №1
P16 Заготовка З_2 обработана и приняла состояние готовой детали (ГД)
P17 ГД находится в ячейке Я_3 кассеты
Далее сеть Петри была воспроизведена в виде матриц входных и выходных инциденций (табл 2, табл. 3)
В ситуации, когда производителю удается купить обрабатывающий центр чпу и интегрировать его в состав автоматизированного участка, собственник получает рост производительности и сокращение производственных расходов.
Таблица 2
Таблица 3
