конспект за второй семестр 4-го курса, преподаватель Ляхова (01А_Производство)

Посмотреть архив целиком

9



Конспект лекций по дисциплине:

Технология и оборудование автоматизированного производства РЭС”,

специальность 200801.


Цели автоматизации:

- повышение эффективности производства (уменьшении себестоимости и времени изготовления),

- ликвидация ручного труда при мелкосерийном и многономенклатурном производстве (разрешение противоречия: максимальной изменчивости производства и необходимостью применения однотипных операций),

- уменьшение зависимости от человека (социальных требований, настроения, физиологии - усталости, ошибок, ..),

  • улучшение технических характеристик технологического процесса в связи с преимуществами машин (таблица), единственная возможность реализации нанотехнологии,

- увеличение доли интеллектуального труда,

- удаление из рабочей зоны человека - как источника загрязнения (дыханием, потом, переносимой пылью, вибрациями), и для его безопасности.




Преимущества человека

Преимущества машины

Обнаружение сигнала в условиях сильного шума (на экране индикатора при небольшой разности яркости)


Реагирование с минимальной задержкой (мкс или нс , а у человека - 200 мс)

Опознание объектов при меняющихся условиях восприятия, неожиданных событиях, в условиях неполной информации.

Точность при выполнении повторных действий (для безошибочного воспроизведения человеку нужно не менее 5 повторений через 20 мин и небольшой последовательности)

Способность рассуждать индуктивно (делать заключения об общем состоянии, исходя из отдельных симптомов)

Дедуктивные умозаключения (определение принадлежности к некоторому классу).


Оригинальность мышления - способность находить новые решения.

Накопление больших объемов данных и оперирование ими.

Более широкий спектр и динамичность входной информации (книги, журналы, радио- и телепередачи,..)

Более широкий диапазон сенсорных восприятий (УЗ, электромагнитное излучение помимо оптического диапазона,..).

Гибкость мышления и поведения

(-избирательное запоминание информации, что позволяет перерабатывать большой ее объем, не перегружая мозг,

- развитое умозаключение по аналогии для использования достижений одних областей науки в других (бионика,..).

Использование мощных силовых устройств (приводы)

Получение новой информации, используя законы преобразования формальной логики

Энергетическая автономность



Рациональность построения сенсорных, двигательных и прочих систем

Работа в пагубных для человека условиях (радиации, высокой температуры, бактериологической среды..).

Структура автоматизированногое производства.


Цель функционирования автоматизированного производства (АП) - обеспечение выполнения максимального количества заказов в договорные сроки. Система АП - это совокупность элементов и связей между ними. Элементами АП является оборудование и “необорудование”(люди - “лица”) - организационно-экономические подразделения.


Элементы АП


Оборудование Подразделения (“Необорудование”)


Основное технологическое Технологическое подготовки производства (ТПП)

Вспомогательное технологическое Эксплуатационное (Э)

Управления Планово-финансовое (ПФ)

Контрольное

Транспортное

Складское


Каждое из видов оборудования может быть классифицировано по расположению или назначению:

- основное: цехи, участки, линии, модули,

- транспортное : внутримодульное, межмодульное в линии, межцеховое, внешнее,..),

по специализации:

- складское: сырья, комплектующих, готовой продукции.


Основные производственные элементы АП изготовления и контроля дополняются:

- транспортной системой,

- складами: заготовок, готовой продукции, технологических спутников, ЭРЭ, химикатов и т.д.,

- участками технологического обеспечения: приготовления растворов и газовых смесей, очистки и деионизации воды, уборки отходов и т.д.,

- подразделениями технологической подготовки производства, эксплуатации,

- административными подразделениями: финансовыми, плановыми, снабженческими...






Автоматизированное производство


Администрация Производство Подразделение технол. подготовки


Участок 1 Участок 2 Участок 3 Участок 4


АЛ 1 АЛ 2 АЛ 3 АЛ 4


АМ 1 АМ 2 АМ 3 АМ 4


Рис. Организационная структура автоматизированного производства: автоматизированные линии (АЛ), автоматизированные модули (АМ).


Успешность функционирования АП зависит от:

- структурной организации АМ в АЛ,

- насыщенности (длины) АЛ,

- ритмичности,
- избыточности оборудования с целью резервирования.


Технологические критерии формирования участков:

1. Законченный технологический цикл (неразрывность технологической операции).

2. Однотипность технологических операций при вариантности технологических процессов и оборудования. (Варианты одного и того же технологического процесса позволяют выполнить разнообразные требования : 1- или 2 фотолитографии, наращивание толщины проводников, различных покрытий,

изготовление корпусов фрезерованием, штамповкой, сваркой и т.п.. Дублирование оборудования позволяет выравнивать периоды разных технологических процессов для сокращения общего цикла изготовления.)

3. Комплекс однотипных вспомогательных операций по:

- очистке атмосферы помещений,

- подаче технологических сред (деионизированной воды, газов, растворов),

- формированию комплекта инструмента,

- удалению отходов производства.


Варианты структурной организации АМ в АЛ:


- последовательная с жестким циклом

АМ АМ АМ


- последовательная

с гибким циклом АМ АМ АМ



- параллельная

АМ АМ АМ

- комбинированная

АМ АМ

АМ


- матричная АМ АМ АМ



АМ АМ АМ


Вариант РТК

Достоинства

Недостатки

Область применения

Линейный с однотипным оборудова-

нием

-высокая взаимозаменяемость

-отсутствие внутрилинейных заделов

-быстрый переход на новый вид продукции


серийное производство

Линейный с различным оборудова-

нием

высокая производительность

-сложность подбора но-

менклатуры изделий

массовое производство

Последова-

тельный

-единая транспортная

система с автоматической адресацией

-затраты на переналадку

значительные масштабы (производство полупроводниковых структур на пластинах, сборка эл. двигателей, испытания диодов

Параллель

ный

-независимость работы оборудования

-возможность остановки для переналадки


мелкосерийное многономенклатур

ное произ-во

Комбиниро

ванный

-(гибкость) возможность формирования любых

связей



Матричный

-наибольшая гибкость

за счет разветвленной транспортной системы

-большое число дополн.

оборудова-

ния: транс-

портеров, накопителей)

оперативное

многономенклатур ное произ-во

Состав оборудования АП зависит от:

- серийности партии изделия (крупная серия предопределяет жесткое АП, мелкая - гибкое АП),

- номенклатуры изделий, которая предопределяет

- виды технологий: ПП, тонкопленочная, толстопленочная, полупроводниковая, - механической обработки: фрезерование, сверление, прессование,.. - сборки и монтажа,

- размеры деталей (ПП для часов или ДМ фазированных антенных решеток из рулонного диэлектрика )

Для обеспечения надежности функционирования АП - живучести автоматизированного комплекса необходимо ввести избыточность (структурную, информационную, временную, функциональную, алгоритмическую). Это поможет организовать диагностику и прогнозирование состояния технических средств, а также резервирование, т.е. быструю замену вышедшего из строя оборудования таким, который был бы способен выполнить ту же операцию. Здесь можно использовать принцип виртуальности:

- формируется взаимозамещающая группа оборудования,

- в технологической документации не указывает конкретное оборудования, а лишь группа, способная выполнить операцию,

- выбор оборудования осуществляется в зависимости от производственной ситуации: состояния станков (свободен - несвободен, исправен - неисправен), наличия свободных транспортных средств, очередности на обработку, определенной по заранее установленным приоритетам. Принцип виртуальности позволяет

- существенно уменьшить простой оборудования,

- осуществить параллельное изготовление нескольких изделий.

Живучесть комплекса увеличивает использование альтернативных технологических маршрутов - последовательности операций, отличных от основного, но имеющих тот же результат.



По степени автоматизации: частичные или полностью автоматизированные,

По уровню специализации: жесткое и гибкое.

Критерием выбора вида автоматизации является интегральная характеристика, включающая себестоимость и потребительские качества (максимальный интегральный доход).

Тип производства

Вид автоматизации

Пример производства

Массовое, крупносерийное

Жесткая

ЭРЭ, унифицированные корпуса

Серийное, много

номенклатурное

Гибкая

РЭА специального назначения опытные партии бытовой электро- и радиоаппаратуры

Мелкосерийное

Частичная

Узлы с уникальными параметрами

Частичная автоматизация базируется на отдельных автоматизированных модулях с автономным управлением. Это может быть малопроизводительное, но прецезионное оборудование, например, “лучевой” технологии, или контрольных операций (спектрографы,..). Часть ТП выполняется вручную операторами : загрузка, восстановление нетипичной погрешности,...

Жесткая автоматизация характеризуется:

- полная синхронизация операций, жесткий ритм конвейеров,

- индивидуальными ТП с детальной проработкой, высокой степенью дифференцирования ТП,

- однопредметные автоматические линии на базе специализированных станков, расположенных в направлении ТП,

- низкой квалификацией операторов.

Качественные характеристики гибкого производства:

- универсальность - способность к переналадке отдельных модулей на возможно большую номенклатуру изделий, возможность развития структуры АП с целью расширения технических возможностей (новых ТП или усовершенствованию старых ТП), универсальность АП достигает созданием отдельных специализированных участков с меньшей степенью автоматизации оборудования для реализации прецизионных или, наоборот, простейших и дешевых операций с целью расширения спектра ТП.

- мобильность - время перехода с выпуска одного изделия на другой (оснастка прессования: специальная или на матрице, цифровые регуляторы: аппаратный или микропроцессорный),

- резервирование оборудования - избыточность производственных мощностей (удорожающее производство, но страхующее от выхода из строя оборудования и от неравномерности партий деталей).

Гибкость (перестриваемость) достигается

- для цифровых устройств управления замещением старой программы новой по локальной сети (ЛС),

- агрегатированием (сменой блоков) и переналадкой. Агрегатирование предусматривает широкую унификацию блоков автомата различного назначения (сборочные головки, загрузочно-ориентирующие и транспортные устройства) и большое число типоразмеров. При смене объекта блоки заменяются. Структура автомата относительно простая. Переналаживанию подвергается универсальное, а, следовательно, более сложное и дорогое оборудование, а также электронное оборудование и конфигурация локальной сети. Для последнего удобна архитектура ЛС, напоминающая игру «пазлы».

Рис. Архитектура ЛС гибкого АП.



Исходной информацией для разработки программного обеспечения является маршрутная карта (МК), конструкторская документация, коды и адреса производственных элементов.

В комплект программного обеспечения (ПО) входят:

- управляющие программы (УП) всех элементов АСУ оборудования, участвующего в технологическом процессе изготовления (в том числе транспортного, складского, контрольного,..),

- УП диагностики оборудования, инструмента и оснастки,

- координирующие программы.

Пакет координирующих программ должен обеспечивать:

- передачу управляющих программ, соответствующих конкретному объекту, вычислительным устройствам (ВУ) оборудования,

- перемещение объекта (деталей, заготовок, комплектующих, тары с ПП и т.д.) от выхода одного оборудования (ГАЛ, автономный модуль, склад и т. д.) до входа другого ( УП межоперационного транспортирования с вариантным или нонвариантным маршрутом,

- перемещение объекта в пределах ГАЛ от одного ГАМ к другому,

- перегрузку объекта с одного ТС на другое при комбинированной трассе (например, с роботрейлера на лифт и т.п.),

- подачу на оборудование комплектующих, заготовок, инструмента, технологических сред и т.д., ( УП реализации маршрута комплектования, изготовления инструмента и оснастки),

- оформление рапортов для диспетчеризации,

- отработку аварийной ситуации.

- проверку работоспособности,

- временной и количественный контроль исполнения операций с оповещением планово-финансового подразделения,

- расположение или движение партий, не находящихся в обработке,

- передачу результатов диагностики или неисправностей в эксплуатационное подразделение ( на мнемоническое табло, в виде распечатки,..)


На одном и том же оборудовании можно делать несколько операций (сверление отверстий под металлизацию в начале маршрута и неметаллизированных - после получения рисунка); одну и ту же операцию можно выполнить на разном оборудовании. Номера переходов и операций должен быть унифицирован в пределах АП для координации изготовления изделий нескольких заказов. В МК можно указать код выхода оборудования предшествующего перехода (например, склада заготовок, исходных материалов и т.п.). Поскольку гибкому производству характерна универсальность и резервирование в МК необходимо предусмотреть альтернативы оборудования с прилегающими к оборудованию трассами (входы и выходы оборудования).

Адрес включает информацию входа и выхода оборудования (например, склада) и место расположения объекта (полуфабриката, инструмента, комплектующих и т. д.). Это может быть строка и столбец ячейки стеллажа.

Среди альтернатив оборудования выбор производится по критериям:

- выполнения требуемой операции,

- свободности,

- минимального времени операции, ....

Система кодирования производственных элементов: складов, АЛ, автономных АМ, транспортных трасс и т.д.) может состоять из обозначения функционального назначения - номера участка - номера оборудования. Обозначение трассы может включать номера участков или производственных элементов, которые она соединяет.

Таблица

Производственный элемент

Линия

АЛ-1

Склад -С-1

Транспортное средство ТС-1

Трасса

Модуль АМ-1

Код

А-2-1

S-2-1

Т-2-1

Р-2-01

М-1-2


Быстродействие операторов зависит, среди прочих факторов, и от системы отображения информации. Аварийный сигнал приоритетно показывается на экране монитора и дублируется звуковым сигналом, привлекающим внимание оператора. Часто используются настенные иконографические схемы большого размера, управляемые ЭВМ. Подбирается оптимальное решение ликвидации аварии, даются подсказки операторам. Оперативно отображается ход ликвидации аварии.


Рис. Представление технологического процесса для группы «Э».



Рис. Система автоматизации технологических процессов Simatic PCS 7 версии 7 от Siemens.


Диспетчеризация основана на рапортах

- готовности к запуску (наличии данных о 1) - работоспособности оборудования или отсутствии поломки, 2) - комплекте УП для каждого ВУ ГАЛ или автономной ГАМ, 3) - комплекте заготовок, комплектующих, инструмента, оснастки и т.п. в соответствии с МК),

- о завершении работ на оборудовании (успешном или нет),

- о результатах контроля (объект годный или бракованный, брак восстанавливаемый (требуется МК процесса восстановления) или нет (требуется увеличение партии запуска по итогам предварительных статистических исследований стабильности реализации параметров на данном оборудовании),

- о состоянии выполнения работ по заказу.

В рапортах сравниваются реальные последовательности и время с плановыми. Система диспетчеризации формируется координирующими программами. Она может быть дополнена аппаратными средствами, например, датчикам окончания операции.

Состав АСУ должны предусматривать элементы сбора диспетчерских данных как от “регистраторов”, непосредственно не входящих в контур управления, так и “сборщиков данных” в структуре АСУ. При большом количестве данных целесообразно реализовать многоуровневое сканирование информации. Для решения очерченного круга задач необходима централизованная многомашинная структура и многоуровневая система управления с распределением задач для каждого уровня. На нижнем уровне диспетчерские данные масштабируются, форматируются и распределяются по модулям отдельных рапортов. Непосредственно на верхний уровень поступают лишь аварийные сигналы и ключевые переменные состояния нормального функционирования. Нижний уровень просмотра подключается для выявления источника неполадок, когда параметры приближаются или выходят за пределы допустимого.





345-04-07-67 простой 421-01-12-15 252-18-33-01

А-2-1

23 24 01 02 03 04 05 06 07 08

31 марта 1 апреля


Рис. Календарная загрузка оборудования ГАЛ №1 участка №2 (код: А-2-1).


Запуск автоматизированного оборудования осуществляется :

- по прибытии партии изделий ( датчик считывает маркировку и подает сигнал мЭВМ на загрузку оборудования ГАЛ соответствующим программным обеспечением),

- по плану (изготовление изначально немаркированных деталей : фотошаблонов, заготовок ПП,..)