Особенности управления технологическими процессами в автоматизированном производстве

Рассмотрим особенности управления ТП применительно к автоматизированному механообрабатывающему производству.

Для автоматизированного производства характерны:

работа оборудования в автоматическом режиме, по автома­тическому циклу (исключение иногда составляют позиции за­грузки);

снижение или полное отсутствие возможности вмешатель­ства в процесс формообразования оператора, тенденция к реа­лизации в автоматизированных производственных системах «без­людного» режима обработки;

стремление к объединению конструкторской, технологичес­кой подготовок производства и собственно производства в еди­ный комплекс на базе вычислительной техники, т. е. компьюте­ризированное интегрированное производство;

тенденция к автоматизации производства любого типа (еди­ничного, серийного, массового).

Тип производства в основном определяет степень его авто­матизации и специфику задач управления ТП.

Автоматизацию единичного и мелкосерийного производства осуществляют в основном на базе использования станков с ЧПУ. Специфику задач управления при обеспечении качества продук­ции в единичном и мелкосерийном производстве определяют сле­дующие особенности.

1. Повышенное рассеяние входных переменных, что обус­ловлено, например, более низким качеством заготовок. Это по­рождает увеличение случайной составляющей погрешности об­работки. Для обеспечения заданного качества, как правило, при­ходится снижать производительность обработки (увеличивать число переходов и рабочих ходов, снижать режимы обработки). Основными путями устранения указанного недостатка являются совершенствование методов получения заготовок, а также повы­шение качества управления в цикловых системах. Получение за­готовок высокого качества в единичном или мелкосерийном про­изводстве сопряжено со значительными затратами. Однако, на­пример, для литых и штампованных заготовок разрабатывают быстропереналаживаемую оснастку (модели, штампы) по типу универсально-сборных приспособлений, которая позволяет обес­печить высокое качество заготовок при малых программах вы­пуска.

2.  Высококонцентрированное построение операций обработ­ки, в частности на станках с ЧПУ. В этих условиях становится практически невозможным для цикловых систем управление по­грешностями от тепловых деформаций и размерного износа ин­струмента, поскольку сильно затруднен их расчет.

3. Широкая номенклатура и малые программы выпуска из­делий (деталей). В течение смены на одном станке могут быть обработаны заготовки нескольких типоразмеров. Кроме того, по­лучают все большее распространение новые организационные

формы запуска заготовок в обработку. Стремятся ввести обра­ботку комплектами, причем в комплект включают детали, вхо­дящие в одну сборочную единицу, что позволяет уменьшить по­требные складские площади, сократить цикл производства изде­лия. В этих условиях вообще идет непрерывная смена операций на станке с ЧПУ и одновременно остро встает проблема выпол­нения размерной наладки (статической настройки), так как из­вестные методы наладки в таких условиях либо полностью не­пригодны, либо малоэффективны.

Наладка по пробным деталям, во-первых, становится очень трудоемкой (до 40 % и более трудоемкости обработки всей партии) и, во-вторых, вносит большую погрешность, так как ко­личество пробных деталей здесь не превышает одной. Наладка по эталону в целом непригодна вследствие экономической не­целесообразности изготовления эталонов при малом выпуске из­делий, к тому же точность наладки в большинстве случаев недо­статочна для обеспечения требуемой точности обработки. Взаи­мозаменяемая наладка, широко применяемая на станках с ЧПУ, не решает задачу первичной наладки и используется только при замене инструментов.

Для применения в цикловых системах управления в МГТУ им. Н.Э. Баумана разработан метод групповой размерной на­ладки, применяемый при обработке деталей различных типораз­меров, составляющих группу либо комплект. В этом методе на­ладка ведется не на наладочный размер, определяемый из усло­вия обеспечения заданного размера обрабатываемой поверхности, а на произвольно выбранный размер. Выполняется статическая настройка (по эталону) или динамическая (по пробной струж­ке). Перед обработкой деталей каждого типоразмера инструмент перемещается в исходную («нулевую») точку заданием соответ­ствующего перемещения на устройстве ЧПУ либо по сигналам управляющего компьютера. Требуемые наладочные положения перед обработкой конкретных поверхностей заготовок каждого типоразмера инструмент занимает по программе, для чего в про­цессе ее подготовки выполняется соответствующий расчет коор­динат опорных точек (перемещений инструмента). Метод по­зволяет уменьшить трудоемкость наладки, однако не обеспечи­вает ее высокую точность, так как при расчете координат опорных точек используются зависимости, неадекватно описывающие ре­ально протекающий процесс. Поэтому и здесь появляется необ­ходимость оперативного регулирования статической или даже динамической настройки, с помощью описанных ранее методов и систем.

В крупносерийном и массовом автоматизированных произ­водствах специфику задач управления определяют следующие требования:

обеспечение высокой производительности обработки. Время измерения необходимых для управления параметров и время, зат­рачиваемое на реализацию результатов измерения (компенсация погрешностей, подналадка и т.д.), должны максимально пере­крываться оперативным временем;

повышение устойчивости производственных систем к отка­зам. Это особенно относится к производственным системам, ра­ботающим в тактовом режиме, например автоматическим лини­ям, а также к производственным системам, управляемым еди­ными управляющими комплексами. Для производственных систем, функционирующих в «безлюдном» режиме, необходимо обеспечение поддержания их работоспособности.

Специфика задач управления в серийном автоматизирован­ном производстве в той или иной мере отражает специфику за­дач рассмотренных выше производств. Требование обеспечения качества изделий широкой номенклатуры может сочетаться, на­пример, с требованием обеспечения заданной производительно­сти производственной системы, функционирующей в «безлюд­ном» режиме.

Специфика управления автоматизированными (гибкими) про­изводственными системами позволила выделить особый класс за­дач ситуационного управления, общая постановка которых зак­лючается в следующем. Известна структура автоматизированной производственной системы (состав оборудования, взаимосвязь от­дельных элементов системы и т. д.), а также номенклатура, про­граммы выпуска, параметры заготовок, обрабатываемых в данной системе. Задается ситуация, возникающая в определенном месте (элементе) системы: отказ оборудования, риск появления брака, поломка или прогрессирующий износ инструмента, отказ элемента транспортной системы и т. п. Необходимо принять решение, яв­ляющееся оптимальным с позиции эффективности работы систе­мы, описываемой системой соответствующих критериев.

Каждое из конкретных решений задачи ситуационного уп­равления можно рассматривать как методическую и информационную основу для его представления в виде соответствующей программы управления. Совокупность таких программ образует программное обеспечение управления и определяет его эффек­тивность.