Дипломная (вкр): Автоматизация производственного участка на базе станков с ЧПУ

Автоматизация производственного участка на базе станков с ЧПУ

Введение

интерфейсный информационный автоматизация

Внедрение автоматизации участков с ЧПУ на производстве колоссально повышает производительность труда, сокращает долю рабочих, которые заняты в различных сферах производства.

В основе организации производственного процесса на каждом предприятии и в любом его цехе лежит рациональное сочетание всех основных, вспомогательных и обслуживающих процессов. Особенности и методы этих сочетаний различны в разных производственных условиях, однако есть и общие принципы. Например, принципы специализации, пропорциональности, прямоточности, минимума и максимума перерывов, ритмичности

С внедрением в производство автоматизированных прогрессивных технологических процессов все шире применяются станки с ЧПУ, промышленные роботы (ПР), гибкие производственные системы (ГПС), управляемые от ЭВМ [1].

Станки с числовым программным управлением появились на рынке в 1955 г., их быстрое распространение началось только с применением микропроцессоров.

Одним из способов получения максимального экономического эффекта от внедрения станков с ЧПУ является концентрация станков на отдельных участках или в цехах. Такая концентрация имеет следующие преимущества: дает возможность организовать технологический поток при обработке сложных деталей; применять обработку деталей по методу групповой обработки; применять многостаночное обслуживание; повысить надежность работы станков; снизить затраты на обслуживающий персонал и др. По мере увеличения станочного парка и накопления опыта эксплуатации станков структура участков (цехов) с ЧПУ будет совершенствоваться путем применения группового управления и централизованного управления станками с ЧПУ, а также путем создания автоматизированных участков станков с ЧПУ.

Создание автоматизированных участков из станков с ЧПУ является первым шагом к созданию больших автоматизированных систем, в которых планирование производства, определение оптимальной технологии и режимов обработки, а также управление станками осуществляется при помощи вычислительной техники.

Из металлорежущих станков с ЧПУ, в особенности станков типа «обрабатывающий центр», целесообразно организовывать автоматизированные участки для комплексной обработки определенных типов деталей [2].

В зависимости от отрасли и типа производства автоматизированные производственные системы создают на базе различного оборудования: универсального, агрегатного, специального и специализированного, автоматов, полуавтоматов, обрабатывающих центров, станков с ЧПУ, объединенного гибкими или жесткими транспортными устройствами. Для серийного и мелкосерийного производства характерно применение автоматизированных систем из универсальных и агрегатных станков, обрабатывающих центров, станков с ЧПУ с гибкой связью, предполагающей наличие межоперационных накопителей.

По межстаночному транспорту различают следующие автоматизированные линии:

1) со сквозным транспортом без перестановки изделия;

2)      с транспортной системой с перестановкой изделия;

)        с транспортной системой с накопителями.

По видам компоновки (агрегирования) различают следующие АЛ:

1) однопоточную;

2)      параллельного агрегирования;

)        многопоточную;

)        скомпонованную из роботизированных ячеек [3].

Системы контроля качества на базе ЭВМ - это техническое приложение компьютеров и управляемых компьютерами производственных машин для проверки качества продуктов.

Система автоматизированного проектирования используется проектировщиками в процессе разработки новых изделий и технико-экономической документации.

Планирование и согласование отдельных элементов плана с использованием ЭВМ разделяется по различным характеристикам и назначениям по состоянию примерно одинаковых элементов. Соединение в сеть между собой отдельных элементов происходит при использовании следующих правил:

1) физическая однородность измеряемых величин;

2)      однотипные каналы связей между этими элементами;

3) совместимость соединений элементов.

1.      Анализ предметной области и постановка задачи

.1 Предпроектное обследование производственного участка

Исследуемый производственный участок оснащен пятью станками с числовым программным управлением. Модели оборудования: горизонтальный обрабатывающий центр Feeler FMH-500 в количестве трех штук, горизонтальный обрабатывающий центр со сменными паллетами JMH-500 - 1 шт., горизонтальный обрабатывающий центр Matsuura H. Plus-630 - 1 шт. Также на участке имеются три помещения: кафедра старшего мастера участка, кафедра представителя отдела технического контроля, инструментальная комната.

Различают автоматизацию производства трех уровней: частичную, комплексную и полную. Частичная автоматизация ограничивается автоматизацией отдельных операций технологического процесса, например, с использованием станков с автоматическим управлением, в том числе станков с ЧПУ [1].

В данной дипломной работе необходимо выполнить разработку частичной автоматизированной системы управления участком на базе станков с ЧПУ, которая обеспечивала бы высокую эффективность производства за счет применения современных информационных технологий.

.2 Анализ систем-прототипов и выбор структуры системы управления участком

В качестве системы-прототипа цехового уровня, позволяющей управлять участками станков с ЧПУ, рассмотрим пример типовой отраслевой автоматизированной системы управления, применяемой на Федеральном государственном унитарном предприятии «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева».

Аппаратно-программный комплекс управления станками с ЧПУ на базе промышленных компьютеров представлен на рисунке 1.1 и предназначен для автоматического контроля и управления полным циклом технологического процесса обработки деталей на станках с ЧПУ, включая задачи учета и паспортизации.

Рисунок 1.1. Структурная схема АПК MES MO

АПК MES МО представляет собой сетевое объединение:

1) управляющих компьютеров на базе промышленных рабочих станций, сопряженных с помощью программируемых промышленных контроллеров со стойками управления станками ЧПУ;

2)      промышленного компьютера с функциями сервера базы данных программ управления и результатов работы парка станков ЧПУ, а также IntraNet WEB-сервера базы данных для доступа из внешней сети;

)        компьютера рабочего места службы контроля и управления технологическими процессами цеха (начальник цеха, служба подготовки производства, контроля готовой продукции и т.п.);

)        компьютера службы цехового инжиниринга, исполняющего роль сетевого администратора и технического обслуживания всего программно-аппаратного комплекса.

Проект предполагает организацию рабочих мест, с каждого из которых будет обеспечиваться централизованное управление и контроль функционирования станками ЧПУ, а также предоставляются возможности для диалогового режима отладки управляющих программ.

Принимая во внимание количество станков, управляемых оператором с одного рабочего места, предлагается рабочее место оператора выполнить по схеме и в комплектации, представленных на рисунке 1.2. Количество контроллеров на общей шине может быть увеличено до любого разумного предела, который в состоянии обслуживать оператор ЧПУ.

Вся аппаратура выполнена в соответствии с международным промышленным стандартом ISO 9001 с наработкой на отказ до 120000 часов. Кейс рабочей станции имеет ударопрочный корпус с внутренним наддувом для пыле и влагозащиты, специфицированный для работы в экстремальных условиях цеха. Оборудование рабочей станции размещается в пыле и влагозащищенном шкафу с уровнем защиты IP55.

Процессорная платформа PEAK-715VL2 имеет два встроенных контроллера Ethernet шины, обеспечивающих подключение каждой рабочей станции к локальной сети цеха с целью доступа к цеховому серверу базы данных управляющих программ, а также передачи по цеховой локальной сети отчетных контрольных форм всем цеховым рабочим местам.

Программное обеспечение рабочей станции включает операционную систему реального времени на базе MSW-2K с интегрированными программами сетевой поддержки, MS SQL сервер локальной базы данных, клиентское приложение удаленной базы данных и прикладное ПАО СРВ для поддержки одновременного функционирования до восьми станков ЧПУ в режиме разделения времени, выполненное в среде Delphi 7.0.

Прикладное ПАО СРВ представляет собой многооконную интерактивную оболочку, в которой функционируют как программы СРВ, так и программы поддержки интерфейса связи с оператором. Вариант организации окон на мониторе оператора представлен на рисунке 1.3. В нижней части экрана постоянно присутствуют до шести окон, содержащих статусную информацию о функционировании каждого из станков ЧПУ.

Рисунок 1.2. Схема и состав рабочего места оператора ЧПУ

При инициализации определенной зоны в каждом из статусных окон, открывается в верхней части экрана окно с транспарантами и интерактивными клавишами управления для выбранного ЧПУ, из которого может быть открыт протокол обрабатываемой детали, а также окно для редактирования или прямого набора программы управления. Форма представления и функциональные возможности экранной маски оператора могут быть изменены и расширены по требованию заказчика.

Рабочая станция оснащена электронным коммутатором консоли оператора на 8 каналов, что позволяет, при необходимости, подключить консоль оператора (монитор, клавиатуру и мышь) непосредственно к каждому из контроллеров стоек ЧПУ, управляемых с рабочей станции. Такая архитектура построения PC обеспечивает высокую надежность и гибкость в управлении АПК MES МО.

Рисунок 1.3. Организация окон на экране монитора оператора

Рабочие программы и технологические карты обрабатываемых деталей размещаются как на локальных серверах баз данных, установленных на каждой рабочей станции, так и на цеховом сервере эталонной базы данных. В службе инжиниринга цеха предполагается наличие администратора, устанавливающего, в рамках предоставленных разработчиком полномочий, дисциплину работы всего комплекса в сети и прав доступа к информации, хранящейся на серверах цеха.

За цеховым сервером закрепляются две основных функции - сервера цеховой базы данных, построенного на основе MS SQL-cepвepa, доступ в который обеспечивается из локальной сети цеха, и моста в заводскую сеть для связи сервера цеха с серверами иных подразделений, в частности, разработчиков программ для станков с ЧПУ.

Указанный мост реализуется на первом этапе при отсутствии ЛВС через модемные соединения по коммутируемым каналам связи (внутренней телефонной сети завода) путем установки на компьютере цехового сервера еще и IntraNet WEB- или FTP - сервера, доступ к которому из любого подразделения завода будет возможен через WEB - браузер, дающий возможность не только считывать, но и размещать информацию согласованного формата на цеховой MS SQL-сервер.

На цеховом сервере хранятся следующие форматы информации:

1) программы обработки деталей на станках ЧПУ;

2)      электронные копии чертежей деталей;

)        ЗD-модели деталей;

)        технологические карты обрабатываемых деталей;

)        трассы донесений о функционировании каждого из станков ЧПУ и действий оператора в привязке к идентификатору обрабатываемой детали;

)        статистика функционирования АПК MES МО.

Объем информации, доступный по чтению через WEB сервер, определяется правами доступа, которые должны быть согласованы между администраторами локальной цеховой сети и сети завода.

Компьютер рабочего места диспетчера цеха включен в локальную сеть цеха. Прикладная программа СРВ, размещенная на этом компьютере, обеспечивает выдачу на экран монитора информацию, схожую по структуре с представленной на рисунке 1.3, но уже по всему комплексу станков. Одновременно на экран выдаётся сводная оперативная статистическая информация о функционировании станочного парка комплекса и обрабатываемых на нем деталях. Программное обеспечение компьютера диспетчера цеха также включает клиентскую часть ПАО доступа к цеховой базе данных.

Компьютер рабочего места службы инжиниринга цеха включен в локальную сеть цеха. Наряду со статусной информацией, поступающей по сети с каждого рабочего места, на экране монитора службы инжиниринга также отображается вся техническая информация о состоянии АПК MES МО, в том числе и все результаты тестов самопроверок аппаратуры АПК. Программное обеспечение компьютера службы инжиниринга цеха также включает клиентскую часть ПАО доступа к цеховой базе данных.

Локальная сеть цеха реализуется на базе Ethernet протокола с комбинированной топологией соединения (общая шина - звезда) и использованием двух коммутаторов-распределителей. В качестве носителя используется кабель типа AWG24 (четыре экранированные витые пары, категория 6 или 7), обеспечивающий максимальную помехозащищенность передачи данных в условия цеха. Такая конфигурация сети позволяет решить все задачи сетевого обмена информацией в цехе при высокой скорости обмена и относительно низкой стоимости прокладки сетевых коммуникаций.

Типовая отраслевая автоматизированная система управления цехового уровня участками станков с ЧПУ - MES МО предназначена для комплексной автоматизации процессов механической обработки деталей РКТ на оборудовании с ЧПУ и управления ими на цеховом уровне.

1.3 Исследование характеристик входящих в систему устройств и возможностей информационного обмена между ними

В разрабатываемую автоматизированную систему входит 5 станков с числовым программным управлением: горизонтальный обрабатывающий центр Feeler FMH-500 в количестве трех штук, горизонтальный обрабатывающий центр со сменными паллетами JMH-500 - 1 шт., горизонтальный обрабатывающий центр Matsuura H. Plus-630 - 1 шт.

Горизонтальный обрабатывающий центр Matsuura H. Plus-630.

Горизонтальный обрабатывающий центр модели H. Plus-630 имеет самую большую рабочую зону среди станков данного класса: при размерах паллеты 630х630 мм на нем можно обрабатывать заготовку диаметром до 1050 мм высотой 1000 мм и весом до 1200 кг. Отличительными чертами данного обрабатывающего центра являются:

1) Производительность благодаря применению многопаллетных безлюдных технологий. Все горизонтальные обрабатывающие центры Matsuura серии H. Plus после поставки могут быть дооснащены системами смены паллет в случае увеличения производственной программы заказчика. Подбор паллетной системы и модификация станков производится в соответствии с техническим заданием в кратчайшие сроки.

2)      Надежность работы и бесперебойность процесса производства, в том числе безлюдного. Matsuura предлагает не имеющие себе равных инструментальные магазины и системы управления сменой инструмента. Новая конструкция дискового магазина с меньшим количеством движущихся частей, чем в традиционном устройстве автоматической смены инструмента, разработанная и успешно апробированная специалистами Matsuura, позволила устранить лишний шум и вибрации и сократить время смены инструмента на 60%. По желанию заказчика стандартный инструментальный магазин цепного типа на 60 позиций может быть заменен как на магазин такого же типа, но на 80/120 позиций, так и на магазин матричного типа на 240 инструментов максимально.