УДК 658.52.011.56

Пуховський Є. С., доктор технічних наук, професор

Національний технічний університет України «КПІ»

Технологічні проблеми гнучкого багатономенклатурного виробництва

У процесі створення та впровадження ГВС основна увага приділялась технічним засобам. Це було оправдане на першому етапі застосування принципово нової техніки. При проектуванні: ГВС вирішувались також технологічні питання, пов’язані з підвищенням точності та продуктивності, проте робилося це без глибокої проробки виробничого процесу, який є об’єктом комплексної автоматизації . Досвід експлуатації ГВС показав, що технологічні та економічні можливості технологічних систем нового покоління розкриваються тільки після ретельного аналізу технологічного процесу та виявлення резервів його інтенсифікації.

Побудова технологічних процесів багато в чому визначає структуру ГВС: склад технологічного обладнання, транспортних пристроїв, засобів автоматизації. Номенклатура деталей, призначених для виготовлення в ГВС, технологія групи обробки деталей визначають розумну співрозмірність принципів гнучкості та продуктивності, які часто знаходяться в протиріччі. Надмірна гнучкість ГВС, закладена при проектуванні, незмінно веде за собою втрату продуктивності. Тому при виборі обладнання недоцільно передбачати надмірність його технологічних можливостей. Тип обладнання багато в чому залежить від серійності виробництва та номенклатури виробів, що випускаються. У виробництві, близькому за характеристиками до масового, де оптимальною є паралельна структура операції навряд чи виправдане застосування багатоцільових верстатів і обробних центрів, для яких технологія будується за принципом послідовного виконання окремих переходів технологічного процесу.

Таким чином, при створенні та впровадаенні ГВС первинною має бути технологія. Вона є джерелом інформаційних і часових зв’язків виробничого процесу, на основі яких формуються виробничі структури та розв'язуються задачі випуску якісної продукції.

Комплексна автоматизація багатономенклатурного виробництва на базі застосування ГВС визначила специфічну проблематику, пов’язану з гнучкою технологією. До деяких найважливіших проблем багатономенклатурного виробництва в умовах ГВС належать такі:

· організація виробничого процесу за принципами групової технології;

· забезпечення безлюдної, малоопераційної, переналагоджуваної технології із застосуванням засобів активного контролю та комп'ютерної техніки;

· ситуативне проектування технології залежно від змінювання параметрів виробничого процесу;

· інтеграція систем технологічної підготовки виробництва й управління технологічним процесом при експлуатації ГВС;

· реалізація комплексної технології, при якій в одній ГВС виробляється комплект деталей однієї машини;

· виготовлення виробів у гнучкому циклі при використанні принципово нових технологічних процесів обробки;

· побудова технології за модульним принципом;

· використання принципів оптимальності та завершеності;

· вирішення питань технологічного проектування ГВС;

· створення системи автоматизованого проектування ГВС (САПРГВС);

· забезпечення допоміжних технологічних систем.

Вирішення питань групової технології пов’язане з утворенням елементарних її складових: елементів форми, комплексів поверхонь, групових маршрутних технологічних процесів. Елементи групової технології мають відбивати специфічні характеристики оброблюваних деталей: матеріал заготовки, точність і шорсткість обробки, технічні вимоги до виробів. Ці характеристики реалізуються через набори елементарних переходів, які є своєрідним матеріалом для побудови групових та індивідуальних технологічних процесів.

Основний аспект безлюдної технології - проблема надійності обладнання, інструмента, оснащення та технології. Відомо, що обладнання з ЧПУ, яке випускається вітчизняною верстатобудівною промисловістю, досі не відповідає вимогам, що ставляться до елементної бази ГВС. Для створення так званих істинних ГВС, що працюють у дійсно безлюдному режимі, необхідно розв’язувати проблеми адаптивного управління технологічними процесами з використанням початкової та накопиченої у процесі роботи інформації; автоматизації операцій переналагоджування допоміжного обладнання; створення засобів вхідного контролю параметрів заготовок, інструмента, технологічних засобів; забезпечення діагностування технологічного обладнання. При цьому необхідно розв’язати проблеми безвідлагоджуваної технології, розширивши можливості та контрольні функції обладнання та реалізувавши комплекс заходів, основаних на новітніх технологічних розробках і максимальному використанні технічних засобів ГВС. Найбільш просте розв’язання цих проблем на сучасному етапі розвитку технології - стабілізація відхилень вхідних технологічних параметрів ГВС удосконалюванням технологічних процесів отримання заготовок та інструмента зі стабільними технічними характеристиками; зменшення розкиду технічних характеристик обладнання та оснащення. Деякі з указаних задач успішно розв’язуються, особливо при створенні уніфікованого інструмента з твердосплавними пластинами механічного кріплення із спеціальним покриттям.

Проблема малоопераційної технології особливо актуальна при використанні принципу концентрації операцій на обробних центрах. Необхідно передавитися відношення технологів до аналізу технологічності конструкції виробів, кінцева мета якого - прийняти рішення про можливість обробки даної деталі в ГВС. Необхідно прагнути максимально уніфікувати конструктивні елементи деталей, які в остаточному підсумку визначають переходи обробки та склад технологічної операції. Структура ГВС є оптимальною, якщо вмішує мінімальне число одиниць обладнання та забезпечує раціональну концентрацію операцій на кожній позиції обробки.

Переналагоджувана технологія передбачає можливість автоматизовано змінювати умови виробництва в цілях його оптимізації за заданим критерієм у заданому інтервалі часу. Реалізація принципів переналагоджуваної технології пов’язана перш за все з технологічним обґрунтуванням багатоваріантних технологічних рішень, створенням адаптивно керованих процесів обробки, розробкою засобів широкорегульованого, автоматично налагоджуваного оснащення.

Ситуативне проектування технологічних процесів - один з найважливіших принципів гнучкої технології - дає можливість оперативно змінювати тільки маршрут виконання раніше фіксованих операцій, а й склад самих операцій. Це суттєво скорочує загальний час знаходження рішення у виробничій системі за умови, що час, витрачений на прийняття рішення досить малий. Принципи проектування технології з урахуванням виробничої ситуації можна реалізувати при створенні відповідної автоматизованої системи, здатної видавати рішення як на етапі проектування так і на етапі експлуатації ГВС,

Розгалужена технічна інфраструктура ГВС дає можливість створити єдину інтегровану систему технологічної підготовки й управління виробничими процесами, методичною основою якої може бути принцип багаторівневої оптимізації, що передбачає отримання рішень на кожному етапі управляння, на основі частинного критерію оптимальності, який витікає із загального критерію і не суперечить йому.

У цілях управління технологічними процесами ГВС доцільно в технології машинобудування та теорії різання використовувати накопичування багаточисленних статистичних моделей, що описують експериментальні залежності якісних параметрів обробки від технологічних факторів/матеріалу заготовки, розміру та характеру розподілення припуску, режиму різання, динамічних характеристик обладнання й оснащення, вигляду застосовуваних технологічних засобів тощо/.

Використовуючи вказані моделі у вигляді бази даних, можна створити основу для управління технологічними процесами, наприклад зміненням режимів різання залежно від інформації, яку отримано на вході ГВС. Такі системи реальні особливо в рамках групової технології, де локалізовані набір оброблюваних деталей і круг з технічних задач, що розв’язуються.

Комплектна технологія ГВС значною мірою розв’язує проблеми зменшення обсягів незавершеного виробництва, організації ритмічної роботи складальних конвеєрів, окремих цехів і підприємства в цілому. Крім того при обробці основних деталей машин комплектом підвищується коефіцієнт завантаження обладнання, повніше використовуються його технічні можливості.

У ГВС доцільно використовувати принципово нові та прогресивні технології, такі як лазерне розрізання та свердлування, безвідходна технологія холодного пластичного деформування, комбіновані методи зміцнюючої обробки, тангенціальна та фрезерна обробка поверхонь тіл обертання з круговою та прямолінійною подачею та ін.

При проектуванні технологічних процесів для ГВС значний інтерес становить використання принципів модульної технології. Модульна технологія основана на тому, що будь-яку деталь можна подати сукупністю так званих модулів поверхні, узятої з обмеженої кількості таких модулів. Для кожного модуля поверхні можна розробити кілька типових технологічних процесів, що враховують різноманітність цього модуля за матеріалами, розмірами, вимогами до геометричної точності, якістю. поверхні тощо. Поєднання модульної та групової технології створює базу для розробки ГВС на основі агрегатування виконавчих вузлів технологічного обладнання. Це призводить до його типізації аж до створення, типових ГВС, здатних освоїти комплектне виробництво типових деталей в усіх галузях машинобудівного комплексу.

В основу принципу завершеності гнучкої технології покладено вимогу виконати всі операції у межах однієї ГВС без проміжної передачі напівфабрикатів в інші підрозділи чи допоміжні відділення. Істинні ГВС неможливо створити, не дотримуючись принципу завершеності. Більшість технологічних процесів, що здійснюються в рамках працюючих ГВС, мають незавершений характер. Для їх завершення необхідно виконати ряд дороблюючих або спеціальних операцій; термообробку, зняття задирок, забивання розкритих після чорнової обробки раковин та інших дефектів, обробку, зубонарізання тощо. Щоб виконати принцип завершеності, необхідно створити нове та розширити можливості існуючого обладнання з ЧПУ, організувати в ГВС спеціальні позиції та робочі місця.

При створенні ГВС необхідно дотримуватися принципу оптимальності, який створює єдину методичну основу розв’язання технологічних задач на всіх рівнях та етапах. Для підвищення надійності технологічних рішень в цілях переходу до безналагоджуваної технології застосовують методи мікропрограмування, які полягають у тому, що на етапі проектування технологічних процесів використовуються не лише елементарні переходи, а й масові інформації про форму та розміри припусків, а також закони управління режимами різання, що не залежать від умов обробки в широкому діапазоні.

Крім розглянутих основних проблем гнучкої технології велике значення мають побічні технологічні питання, пов’язані з видаленням відходів виробництва, подачею змащувально-охолоджуючих технологічних засобів, організацією транспорту тощо.

Усі технологічні задачі можна розв’язати з позиції системного підходу, який враховує різноманітність технологічних аспектів ГВС і використовується як на етапі проектування гнучких систем, так і при їх експлуатації.

Література

1. Колесов Н.М. Автоматизации подлежит производственный процесс / Вестник машиностроения. – 1985. - №3. – с.57-61

2. Гибкие производственные системы Японии / Пер.с яп. А.Л. Семенова, под. ред.. Ю.Л.Мищинского. М.: Машиностроение, 1987. – 232с.