Министерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный
технический университет
Основы компьютерно-интегрированных
производств
Рабочая программа
для студентов направления 657800
«Конструкторско-технологическое обеспечение
машиностроительных производств»
заочной формы обучения
Электронное издание локального распространения
Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета |
Саратов 2006
Все права на размножение и распространение
в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование
данного продукта запрещено
Составители: ,
Под редакцией:
Рецензент:
Саратов,
Научно-техническая библиотека СГТУ
Тел. ,
http://lib. *****
Регистрационный
номер 060199 Э
Ó Саратовский государственный
технический университет, 2006
СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ КУРСА
№ п/п | Название темы | Содержание темы |
1 | 2 | 3 |
1 | Введение. Характеристика и структура ГАП. | Введение. Основные характеристики ГАП. Структура ГАП и логическое обоснование его составных элементов. |
2 | Последовательность разработки проекта ГАП. | Последовательность разработки проекта ГАП. Организационно-технологическая подготовка производства. Организационно-технологическая структура и алгоритм функционирования ГАП. Особенности обеспечения требуемой точности при изготовлении изделий в условиях «безлюдной» технологии. Обоснование необходимости управления размерными связями технологической системы многоцелевого станка. |
3 | Исходные данные. Служебное назначение. Номенклатура. | Исходные данные предпроектной стадии и их анализ. Формирования служебного назначения проектируемого ГАП. Номенклатура, материал, габариты выпускаемой продукции. Требования точности. Технологические процессы изготовления изделий. Требования к характеристике проектируемой производственной системы по уровням автоматизации. |
4 | Технологическая система. | Функции технологического оборудования и требования, предъявляемые к нему. Рациональная структура технологической системы, характеристика ее элементов, функциональные связи. Выбор и обоснование конструкторско-организационно-технологических параметров ГП модулей. Основные требования к ГП модулям. Расчет количества ГП модулей. |
5 | Автоматическая транспортно накопительная система. | Функции и требования к транспортно-накопительной и складской системам. Рациональная структура и характеристика ТНС и складской системы. Способы транспортирования. Центральные и местные накопители. Принципы обмена перемещяемыми грузами ТНС с технологической и складской системами. Организация управления ТНС и складской системами. |
6 | Система инструментообеспечения. | Функции и требования к системе инструментообеспечения. Рациональная структура системы, обоснование ее модульного состава. Определение номенклатуры и количества необходимого инструмента. Организация управления работой системы инструментообеспечения. |
7 | Система автоматического контроля | Функции и требования к системе автоматического контроля. Основные задачи САК. Уровень автоматизации обеспечения качества изделий. Место контроля и их расположение в общей структуре САК. Системы настройки, поднастройки, адаптивного регулирования параметров технологического процесса. |
8 | Вспомогательные системы. | Функции и требования к вспомогательным системам. Рациональная структура вспомогательных систем. Системы стружкоудаления, подачи и регенерации СОЖ, очистке, мойки и сушке изделий, заготовок, инструмента и технологической оснастки. Принципы управления вспомогательными системами. |
9 | Компоновка производственного оборудования. | Предварительная компоновка производственного оборудования всей технологической системы. |
10 | Система управления. | Функции и требования к системе управления. Организация управления ГАП. Функции системы управления ГАП. Уровни управления ГАП. Особенности ЭВМ, применяемых в системе управления ГАП. |
11 | Планировка ГАП. | Разработка планировки ГАП и определение его технических показателей. |
12 | Технико-экономическая оценка проекта ГАП. Основные положения общего подхода. | Технико-экономическая оценка проекта ГАП. Основные положения общего подхода. Систематизация и оценка приоритетности всех факторов затрат и экономичности. Количественная оценка и обработка показателей затрат и экономичности. Оценка экономической эффективности. |
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
1.1 Цель преподавания дисциплины
В дисциплине «Основы компьютерно-интегрированных производств» излагается метод разработки технологической концепции создаваемого интегрированного производства или гибкого автоматического производства (ГАП), предназначенного для выполнения производственного процесса изготовления изделий требуемого качества в установленном количестве при надлежащем уровне эффективности. Дисциплина имеет цель сформировать у студента, будущего инженера специальности 1201, системный подход к решению актуальных вопросов комплексной автоматизации машиностроительного производства на базе современного технологического, программно-управляемого оборудования и средств вычислительной техники.
1.2 Задачи изучения дисциплины
Дисциплина «Основы компьютерно-интегрированных производств», призвана сформировать у студента системное представление о гибком автоматическом производстве и интеграции средств производства при помощи вычислительной техники, на базе знаний о его структуре в целом и структуре отдельных ее систем, об основных характеристиках данного производства и методах их количественной оценки, об особенностях подхода к разработке технологического и производственного процессов, реализуемых в рамках «безлюдного» производства. Знание последовательности разработки проекта ГАП, должно быть подкреплено умением четко формулировать исходные данные к проектированию и пользованию ими для формулирования служебного назначения (функции) всей системы и ее отдельных структурных составляющих, для разработки технических заданий на технологическое, транспортно-накопительное, складское, контрольно-измерительное оборудование, инструментальное и сервисное оснащение, на аппаратные средства и программное обеспечение вычислительной техники для осуществления управления производственным процессом. Знание основных положений общего подхода к оценке технико-экономической эффективности проектируемого ГАП и умение выполнить соответствующие расчеты составляет одну из основных задач изучения данной дисциплины.
1.3 Перечень дисциплин, усвоение которых студентами
необходимо для изучения данной дисциплины
Дисциплина «Основы компьютерно-интегрированных производств» относится к профилирующим. Для ее успешного изучения необходимый базовый материал излагается во всех дисциплинах общепрофессиональных и дисциплин специальности, реализованных до 5-го курса. Особо следует указать на такие дисциплины, как «Детали машин и основы конструирования», «Информатика», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Теоретические основы электроники», «Конструирование механизмов металлорежущих станков», «Теория автоматического управления», «Управление процессами и объектами», «Резание материалов», «Автоматизация производственных процессов в машиностроении», «Технология машиностроения», «Организация производства и менеджмент».
Материал данной дисциплины необходимо применять при изучении дисциплины «Проектирование машиностроительных производств», и работе над дипломным проектом.
2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Наименование тем, их содержание
2.1.1 Введение
Повышение уровня автоматизации - закономерность развития производства, Техническое, экономическое, социальное и политическое значение автоматизации машиностроения. Современный уровень автоматизации производства, актуальность создания гибких автоматизированных производств (ГАП). Предпосылки развития ГАП, их преимущества и проблемы создания. Место ГАП в общей структуре комплексной интегрированной производственной системе. Директивные документы по проблеме создания ГАП, реализующих "безлюдную" технологию. Цель и задачи дисциплины.
2.1.2 Основные характеристики ГАП
Термины и определения. Основные характеристики ГАП. Продукция (ее вид, номенклатура, объемы выпуска). Производительность (оценка уровня). Гибкость (понятие гибкости, ее количественная оценка, гибкость внутренняя и внешняя, структурная и параметрическая). Уровень автоматизации (частичный, комплексный, полный, количественная оценка). Надежность функционирования и оценка ее уровня. Эффективность работы ГАП (основные показатели и их связь о другими характеристиками).
Классификация производственных систем изготовления изделий. Системы широкоуниверсальные, универсальные, многономенклатурные, детально-ориентированные, специализированные, специальные. Их характеристика и области рационального применения. Место ГАП в рамках общей классификации производственных систем. Обобщенная структура ГАП.
2.1.3 Структура ГАП и логическое обоснование взаимодействия его составных элементов
Технологическая система - основная структурная составляющая ГАП. Классификация технологических систем в зависимости от типа производственной системы; многоцелевые, одноцелевые, специализированные, специальные.
Многоцелевой станок с ЧПУ и многоцелевая сборочная машина с ЧПУ - основные элементы технологической системы для широко-универсальных и многономенклатурных производственных систем. Структура многоцелевого станка и сборочной машины с ЧПУ, Формирование требований к ним с точки зрения их рациональной эксплуатации в рамках ГАП. Обобщенная конструкторско-организационно-технологическая характеристика гибкого производственного модуля для механической обработки и сборки изделий. Основные направления развития гибких производственных модулей.
Переналаживаемое агрегатное оборудование - основной элемент технологической системы для детально-специализированных, детально-ориентировочных и многономенклатурных производственных систем Структура переналаживаемого агрегатного станка о ЧПУ и переналаживаемого агрегатного промышленного робота с ЧПУ, существующие разновидности этого вида оборудования и основные направления их развития.
Транспортно-накопительная система (ТНС) как координатор материального потока заготовок и деталей внутри ГАП. Спутниковый и бесспутниковый способы транспортирования. Преимущества, и недостатки, рациональные области применения. Структурное построение ТНС. Центральные и местные накопители. Виды связи накопителей с технологическим оборудованием системы. Структурная классификация ТНС (по способу транспортирования, по принципу комплектовки). ТНС разомкнутой компоновки: одно - и двусторонние, одно- и многоярусные. ТНС замкнутой компоновки: циркуляционные непрерывные, прямоугольные, с перегружателями, ТНС комбинированные.
Система инструментообеспечения (СИО) - координатор материального потока инструмента внутри ГАП. Структурная компоновка СИО. Модули СИО: оперативный, тактический, стратегический. Задачи, решаемые отдельными модулями для обеспечения хранения, сборки (разборки) и дефектовки инструмента, его комплектации, транспортировки внутри системы и размерной наст ройки. Контрольно-измерительная система(КИС). Структурные компоновки КИО. Задачи, решаемые отдельными уровнями КИС для аттестации качества изделий, для выдачи сертификата качества, для управления технологическими процессами, диагностики состояния оборудования,- оснастки и инструмента.
Вспомогательные системы - системы, обеспечивающие сервисные условия для реализации технологического процесса и удаления отходов производства. Системы для подачи и регенерации СОЖ, для удаления и пакетирования стружки, для очистки, мойки сушки заготовок, деталей, сборочных единиц, инструмента и оснастки.
Система управления - координатор потоков информации о фактическом состоянии производственного процесса, реализуемого в условиях "безлюдного» производства. Структура системы управления, подсистем технического и организационного управления.
Управление геометрической и технологической информацией для обеспечения, требуемого и надежного формообразования - задача подсистемы технического управления. Функции подсистемы. Числовое программное управление оборудованием, режимы NC, DNC, CNC и их разновидности, преимущества и недостатки каждого режима. Возможности режимов управления для обеспечения требуемых значений основных характеристик гибкой системы. Автоматическая настройка и перенастройка технологических систем отдельного оборудования, применение систем автоматической настройки (САН). Адаптивное управление технологическим оборудованием, разновидности систем адаптивного управления (САУ) режимами, силовыми и тепловыми параметрами технологического процесса. Контроль технического состояния элементов ГАП - одна из основных пункций подсистемы технического управления. Система технической диагностики и ее модули.
Реализация управления производственным процессом одновременного изготовления изделий внутри ГАП, координация процесса во времени - задача подсистемы организационного управления.
Функции подсистемы: учет и контроль состояния изделий, инструмента, оснастки (календарное планирование); управление материальным потоком изделий, инструмента, приспособлений (диспетчирование); оптимизация маршрутного технологического процесса изготовления изделий по сложившейся ситуации, накопление и редактирование библиотеки управляющих программ, управление работой транспортно-накопительной, контрольно-измерительной систем, системы инструментообеспечения, вспомогательных систем.
2.1.4 Последовательность разработки проекта ГАП
Организационно-технологическая подготовка производства на предпроектной стадии. Основные требования к технологии и организации изготовления изделий в условиях ГАП. Организационно-технологическая структура и алгоритм функционирования ГАП.
Особенности обеспечения требуемой точности при изготовлении изделий в условиях "безлюдной" технологии. Замыкающее звено технологической системы многоцелевого станка с ЧПУ как основной элемент структуры связей процесса достижения требуемой точности изготовления деталей, как параметр точности, отражающий относительное положение координатных систем, построенных на режущих кромках инструмента и технологических базах заготовки.
Обоснование необходимости управления размерными связями технологической системы многоцелевого станка. Пути управления. Различные способы управления автоматической установкой заготовки и размерной настройкой инструмента в координатной системе станка. Управление точность диаметральных размеров. Обоснование необходимости оснащения станка разветвленным измерительным комплексом. Состав измерительного комплекса.
2.1.4.1Исходные данные предпроектной стадии и их анализ.
Формирование служебного назначения проектируемого ГАП
Сведения о продукции: вид, номенклатура, материалы, габариты. Требования точности, выпуск в единицу времени и по неизменяемым чертежам. Сведения о технологических процессах изготовления изделий: сведения о заготовках (вид, точность), способах обработки (сборки), технологических базах, составе технологических переходов, нормативных затратах времени на выполнение переходов.
Формирование требований к характеристике проектируемой производственной системы по уровням автоматизации, производительности, гибкости, надежности.
2.1.4.2 Определение функций технологического оборудования и
требований, предъявляемых к нему
Определение рациональной структуры технологической системы, характеристик ее элементов, их функциональной связи. Расчет величины партий запуска. Выбор и обоснование конструкторско-организационно-технологических параметров ГП модулей с учетом возможностей их агрегатирования и взаимозаменяемости. Формулирование требований к ГП модулям по точности, мощности, уровням автоматизации, гибкости, надежности и производительности. Расчет количества ГП модулей с учетом резервных, исходя из необходимости обеспечения планируемого выпуска изделий. Предварительная компоновка технологической системы.
Определение оптимального состава технологического оборудования ГПС.
2.1.4.3 Определение функций и разработка требований
к транспортно-накопительной и складской системам
Определение рациональной структуры и характеристик транспортно-накопительной системы (ТНС) и складской системы. Формулирование требований: вид, количество перемещаемых грузов, маршруты перемещений. Выбор и обоснование способа транспортирования. Обоснование целесообразности включения в ТНС центрального и местных накопителей. Принципы обмена перемещаемыми грузами ТНС с технологической и складской системами. Расчет скорости транспортирования грузов, исходя из требуемой производительности всей системы на выходе. Расчеты вместимости накопителей. Выбор и обоснование методов идентификация и адресование перемещаемых в ТНС грузов. Предварительная проработка вопросов организации управления, транспортно-накопительной и складской системами.
2.1.4.4 Определение функций и разработка
требований к системе инструментообеспечения
Определение рациональной структуры системы, обоснование ее модульного состава. Разработка организационных принципов работы системы: сборка, разборка, комплектация, хранение, транспортировка. Определение номенклатуры и количества необходимого инструмента для обеспечения требуемой точности изготовления изделий и выпуска их требуемого количества в планируемый период. Идентификация и адресование инструментов внутри системы. Предварительная проработка вопросов организации управления работой системы инструментообеспечения.
Способы автоматической смены инструмента на станках: смена всего инструментального магазина и смена отдельных инструментов в магазине. Достоинства и недостатки этих способов.
2.1.4.5 Определение функций и разработка требований
к системе автоматического контроля
Разработка перечня задач, решение которых должно быть возложено на систему автоматического контроля (САК). Обоснование уровня автоматизации решения вопросов обеспечения качества изделий. Определение числа мест контроля и их расположения в общей структуре САК. Обоснование необходимости наличия в составе САК специальных систем настройки и поднастройки, систем адаптивного регулирования параметров технологического процесса, систем технической диагностики состояния оборудования и других обеспечивающих систем.
2.1.4.6 Определение функций и разработка
требований к вспомогательным системам
Определение рациональной структуры вспомогательных систем исходя из принятого решения о требуемом уровне автоматизации всей технологической системы по стружкоудалению, подаче и регенерации CОЖ, очистке, мойке и сушке изделий заготовок, инструмента и технологической оснастки. Разработка технического задания на нестандартное оборудование вспомогательных систем. Разработка принципов управления вспомогательными системами.
2.1.4.7 Предварительная компоновка производственного оборудования всей технологической системы
Выбор конкретной схемы планировки, оптимизация размещения оборудования, выбор схемы расстановки промышленных роботов, обслуживающих технологическое оборудование.
2.1.4.8 Определение функций и разработка требований к системе управления
Определение рациональной структуры системы управления ГАП. Увязка и корректировка всех структурных элементов системы управления по общим критериям, возникающим в результате принятия решения об ориентации на определенные аппаратные средства вычислительной техники и их возможности в части математического обеспечения.
2.1.4.9 Разработка планировки ГАП и определение его технических показателей
Расчеты и обоснования по площадям ГПС.
2.1.4.10 Технико-экономическая оценка проекта ГАП
Основные положения общего подхода
Определение свойств и характеристик запроектированной системы ГАП с выделением факторов, оказывающих влияние на капитальные затраты. Минимизация численности рабочего персонала. Систематизация и оценка приоритетности всех факторов затрат и экономичности. Количественная оценка и обработка показателей затрат и экономичности. Выбор методики оценки эффективности. Оценка экономической эффективности, установление связей между факторами затрат и экономичности на основе уточнения производственных характеристик всей системы.
Литература
Основная
1. Белоусов автоматизации производства в машиностроении / . М.:Высшая школа, 19с.
2. Белянин производственные комплексы / , . М.:Машиностроение, 19с.
3. Вальков в ГАП / . Л.:Машиностроение, 19с.
4. Гавриш механообрабатывающие комплексы машиностроительного производства / . К.:Техника, 19с.
5. Горюшкин гибкого производства деталей машин и приборов / , . Мн.:Наука и техника, 19с.
6. Грачев участки для точной размерной обработки деталей / . М.:Машиностроение, 19с.
7. Дащенко автоматических линий / . М.:Высшая школа, 19с.
8. Майоров автоматическое производство / , . Л.:Машиностроение, Ленинградское отделение, 19с.
9. Маликов гибких автоматических производств / . Л.:Машиностроение, 19с.
10. Медведев основы гибких производственных систем: Учеб. для машиностроит. спец. вузов / , , . М.:Высш. шк, 20с.
11. Нахапетян оборудования гибкого автоматизированного производства / . М.:Наука, 19с.
12. Пуш станочные системы / . М.:Машиностроение, 19с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
13. Автоматизированные комплексы механической обработки валов с использованием промышленных роботов. Метод. рекомендации, ЭНИМС. М.:НИИмаш, 19с.
14. Азбель автоматизированное производство / . Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 19с.
15. Болкунов автоматизированные производства. Функциональные возможности реализация во времени: Учебн. пособие / . Саратов:СПИ, 19с.
16. Волчкевич автоматизация производства / , , . М.:Машиностроение, 19с.
17. Елисеев роботы. Некоторые проблемы внедрения / . Иркутск:Изд-во иркутского университета, 19с.
18. Королев технологических процессов в гибком автоматизированном производстве: Учебн. пособие / , , . Саратов:СПИ, 19с.
19. Чинаев и внедрение роботизированных технологических комплексов на машиностроительных предприятиях / . Киев:УкрНИИНТИ, 19с.
