Автоматизированные транспортно-складские подсистемы гибких производственных систем (ГПС)

РефератАвтоматизированные транспортно- складские подсистемы гибких производственных систем (ГПС)1. Сущность, предназначение, признаки и виды автоматизированных складских систем (АСС)АТСС представляют собой две практически самостоятельные части: автоматизированные складские (АСС) и транспортные (АТС) подсистемы.АСС предназначена для приема и хранения нормативного запаса, выдачи в производство и учета исходного и основных материалов, заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, приспособлений и инструмента, тары, временного хранения отходов и бракованных деталей с целью обеспечения ритмичного производственного процесса в ГПСВ состав АСС входят следующие составные элементы: стеллажные конструкции, автоматические штабелирующие машины, транспортно-складская тара, устройства для перегрузки тары со штабелирующей машины на накопитель, устройства для передачи тары с накопителя на транспортную систему ГПС; технические средства управления складами.АСС, расположенные в зоне ГПМ и входящие в состав ГПС, могут состоять из различного набора перечисленных элементов.АСС для ГПС характеризуются различными признаками: типом конструкции стеллажей и штабелирующих машин; объемом и размерами склада; выполняемыми функциями; типами и параметрами складской тары; расположением участков приема и выдачи грузов по отношению к зоне хранения, уровнем и техническими средствами автоматизации и др.Конструктивно АСС подразделяются на ряд видов:· с клеточными стеллажами и автоматическим стеллажным краном-штабелером;· с клеточными стеллажами и автоматическим мостовым краном-штабелером;· с гравитационными стеллажами и автоматическими стеллажными кранами-штабелерами (каретками-операторами);· с автоматическими элеваторными стеллажами;· с автоматической подвеской;· автоматический кассетного типа;· автоматический подвесной в сочетании с подвесным толкающим конвейером и с автоматическим адресованием грузов.Схемы основных типов стеллажных складов с автоматическими стеллажными кранами-штабелерами (тип 1) приведены на рис. 2.1, а, с автоматическими мостовыми кранами-штабелерами (тип 2) на рис. 2.1, б. Наибольшее распространение получили автоматические склады типа 1, так как они имеют высокую производительность и занимают мало места. Недостаток складов состоит в том, что грузоподъемность одной секции невелика и для достижения достаточной вместимости требуется сооружение длинных стеллажей, что не всегда приемлемо.Автоматические склады с гравитационными стеллажами тип 3. рис 2 1, в) используются в тех случаях, когда при незначительной номенклатуре грузов требуются сравнительно большие их запасы.Склады с механизированными и автоматизированными элеваторными стеллажами (тип 4 рис. 1, г) целесообразно применять при малых грузопотоках небольших сроках и запасах хранения ,грузов и малых размерах самих деталей и изделий.Рис. 1 - Типовые схемы АССа -- с автоматическим стеллажным краном-штабелером 1, стеллажом 2 и накопителями 3; б -- с автоматическим мостовым краном-штабелером 1 и стеллажами 2; в -- с гравитационными стеллажами 2, автоматическими каретками 1 и перегрузочными устройствами 3; г -- с элеваторными стеллажами 1 и перегрузочными устройствами 2,3.Оборудование АССОборудование АСС включает в свои состав: складскую тару (поддоны, кассеты), стеллажи, краны-штабелеры, вспомогательное оборудование, транспортирующие и перегрузочные устройства.Технические, экономические, организационные и другие требования к оборудованию АСС и технологии складирования формируются так, чтобы обеспечить следующие характеристики АСС:высокие технико-экономические показатели;приспособленность оборудования к переработке заданной номенклатуры грузов;четкое и надежное взаимодействие оборудования АСС и внешних коммуникации;высокую надежность устройств автоматики и АСС в целом;простоту технического обслуживания АСС при эксплуатации и ремонте;обеспечение условий техники безопасности и охраны труда;возможность управления АСС в ручном, автоматизированном и автоматическом режимах;простота монтажа с необходимой точностью, демонтажа и установки АСС на новом месте.Складская тара должна удовлетворять требованиям безопасности труда, обеспечивать необходимый запас прочности, не иметь режущих и колющих кромок и заусениц, быть удобной и доступной для очистки и дезинфекции. Конструкция поддонов (кассет) должна быть приспособленной к наиболее полному использованию объема склада. Точность изготовления и монтажа поддона должна обеспечивать остановку грузозахвата штабелирующей машины у заданной ячейки по ширине, длине и высоте склада. Поддоны делятся на три группы: ящичные, стоечные и плоские.Наиболее часто применяются ящичные металлические и пластмассовые поддоны, которые изготавливаются в соответствии с ГОСТ 14861- 74.Стеллажи частично изготавливаются в комплекте со стеллажными кранами-штабелерами. Типы, основные параметры и размеры сборно-разборных стеллажей приведены в ГОСТ 14757-76 и ГОСТ 16141-81.Сборно-разборные унифицированные полочные (каркасные) стеллажи предназначены для складирования грузов в ящичной таре и на поддонах размерами 400X600,800X600 и 1200X800 мм и обслуживаются электропогрузчиками, электроштабелерами и кранами штабелерами мостового типа. Стеллажи выпускаются с односторонней и двухсторонней компоновкой и состоят из рам, полок, винтовых растяжек и фундаментных болтов.Стеллажи бесполочные с консольными опорами предназначены для складирования грузов в ящичной таре и на поддонах размером 800 X 600 мм. Он может обслуживаться краном-штабелером, электроштабелером и электропогрузчиком. Стеллаж состоит из рам, балок, винтовых растяжек фундаментных болтов.Краны-штабелеры. Краны-штабелеры могут выпускаться комплектно со стеллажами и некомплектно. Они могут быть стеллажными и мостовыми.Перегрузочные устройства. Перегрузочные устройства предназначены для приема грузов с внутризаводского транспорта на АСС ГПС, а также выдачи груженых поддонов с АСС на транспортную подсистему ГПС или в обратном направлении. Технические средства перегрузочных устройств включают: стационарные столы с толкателями; передвижные консольные секции; гравитационные роликовые конвейеры; много секционные столы; цепные конвейеры; встроенные в конструкцию перегрузочные устройства накопителей и напольных транспортных конвейеров; накопители, встроенные в конструкцию стеллажей; подъемные столы.Для успешного функционирования на производстве ГПМ и РТК кроме станков с ЧПУ, ПР снабжаются дополнительной технологической оснасткой - вспомогательным оборудованием.Вспомогательное оборудование предназначено для:1) накопления определенного количества ориентированных заготовок на начальной позиции комплекса;2) поштучной выдачи заготовки в определенную точку пространства для взятия ее охватом робота (при необходимости);3) транспортирования заготовок и изделий между последовательно расположенным оборудованием внутри комплекса с сохранением ориентации;4) переориентации заготовок и изделий, если это нужно;5) хранения межоперационного задела и задела между комплексами.Вспомогательное оборудование, входящее в состав транспортно-накопительной системы, как правило, не имеет между собой ни конструктивных, ни информационных связей и все команды получает от технологического оборудования и промышленных роботов. В качестве накопительных устройств в комплексе могут применяться лотки (скаты, склизы), шаговые конвейеры различного типа, цепные конвейеры, фуговые накопительные устройства, тупиковые накопители, роликовые конвейеры и многоместная тара. Соответствующий тип транспортно-накопительного устройства выбирают, тщательно анализируя заготовку и изделия, особенности технологического оборудования и промышленных роботов.Вспомогательные устройства РТК можно разделить на несколько типов:Стационарные вспомогательные устройства (бункерно-загрузочные устройства) жестко устанавливаются в определенном положении. Они предназначены для подачи ориентированных заготовок в зону обслуживания промышленного робота. В стационарных вспомогательных устройствах изделия могут предварительно загружаться оператором, подаваться в рабочую позицию под собственным весом или с помощью специальных устройств.Подвижные (сменные) технологические приспособления (палеты, кассеты), как правило, имеют прямоугольную, плоскую форму, на их верхней поверхности располагаются изделия в специальных гнездах. Такие устройства позволяют производить загрузку вне РТК, например, на складе, и могут быть поданы в рабочую зону автоматически, скажем с помощью робокара.Вращающиеся вспомогательные устройства представляют собой вращающийся круглый стол с шаговым приводом. Заготовки располагаются по периферии стола в специальных гнездах или на штырях в зависимости от ее конфигурации. Недостаток накопителей такого типа - их ограниченная емкость.Транспортные вспомогательные устройства представляют собой цепной, многозвенный конвейер, перемещающийся в горизонтальной плоскости на двух звездочках, одна из которых - ведущая - с шаговым приводом. Преимущество таких накопителей - относительно большая емкость и возможность соединения с другим РТК или иным оборудованием.

2. Функции, составные элементы и типы АТС. Классификация и организационно-технологические структуры АТС

Работа автоматического транспорта, накопление грузов и распределение их потоков определяются технико-экономическими характеристиками ГПС, его функциональной направленностью, организационно-техническими параметрами, технологическими планировками и рядом других факторов.

Транспортные связи охватывают грузопотоки на всех уровнях структуры ГПС, включая межцеховые, межучастковые, межоперационные и все элементы перемещений (ориентации, установки, кассетирования и др.). В связи с этим АТС, обслуживающие ГПС, могут быть разных уровней применения, в том числе межцеховыми, цеховыми и локальными.

Грузопотоки ГПС могут включать большое число взаимопересекающих и разветвленных связей. Так, только обрабатывающая ячейка ГПС имеет грузопотоки в виде тары, заготовок, инструмента, оснастки, изделий в таре и без тары, отходов, вспомогательных материалов.

Грузопотоки, их связи и мощность определяют технические параметры АТС. Поэтому рассматривают классификацию грузов по транспортно-технологическим характеристикам: массе, форме, способу загрузки, виду и свойствам материала.

В общем случае грузы делятся на следующие основные классы: сыпучие, штучные (длинные и короткомерные, штучно-массовые), газообразные и наливные.

Грузы различаются:

· по массе - миниатюрные (до 0,01 кг), легкие (от 0,01 до 0,5 кг), средние (от 0,5 до 16 кг), переходной массы (от 16 до 125 кг), тяжелые (более 125 кг);

· по форме - тела вращения, корпусные, дискообразные (плоские и пластинчатые), спицеобразные (длинномерные) и т. д.;

· по способу загрузки - в таре, без тары, навалом, ориентированные, кассетированные, в пакетах, в спутниках;

· по виду материала -- металлические (стальные, из цветных металлов, сплавы), неметаллические (керамические, пластмассовые, стеклянные, деревянные) и т. д.;

· по свойствам материала -- твердые, хрупкие, пластичные, магнитные.

По организацонно-техническим параметрам транспортные потоки делятся на непрерывные и прерывные, каждый из которых может быть ответвленным, прямоточным, возвратным и обладающим теми и другими признаками.

По объемно-планировочным решениям транспортные средства могут быть горизонтальными, вертикальными и смешанного типов.

В реальной ситуации возможно комбинированное использование непрерывного и периодического перемещений при условии разрыва транспортных средств буферными устройствами накопителя. Функции накопителей выполняют собственные транспортные средства, вспомогательные устройства и тара.

Технические средства АТС включают в свой состав основное и вспомогательное оборудование.

К основному оборудованию относятся конвейерные системы, моно-рсльсовые подвесные дороги, транспортные роботы.

Конвейерные системы (конвейеры) предназначены для непрерывного транспортирования груза. Классификация конвейеров представлена на рис. 1. Наиболее распространенными из них являются ленточный, пластинчатый и подвесной толкающий с автоматическим адресованием.

Рис. 2 - Классификация основных типов конвейеров

Ленточные конвейеры предназначены для транспортирования насыпных и штучных грузов в горизонтальном направлении. Конвейеры имеют только плоскую форму рабочей ветви, небольшую мощность и малые скорости привода. Основой конвейера является гибкая лента из прорезиненной ткани, служащая одновременно тяговым и грузонесущим органом. Верхняя и нижняя ветви ленты поддерживаются роликовыми парами. Постоянное натяжение ленты обеспечивается винтовыми натяжными устройствами.

Пластинчатые конвейеры предназначены для транспортирования насыпных и пластинчатых грузов при температуре не более 120°С. На конвейерах с усиленным настилом допускается транспортирование отливок и поковок с температурой до 400°С. Пластинчатый конвейер состоит из приводной и натяжной станций, секции ходовой части, привода. Тяговым органом являются две цепи, к которым крепится пластина с бортами, образующие настил. В конструкции конвейера предусмотрена его установка под углом до 30°.

Толкающие конвейеры с автоматическим адресованием являются комплексными автоматическими транспортными линиями, предназначенными для механизации и автоматизации меж- и внутрицехового транспорта, организации автоматизированных подвесных складов и бесперегрузочной доставки грузов. Конвейеры пригодны для эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 10 до плюс 40°С в невзрывоопасных помещениях при отсутствии агрессивных сред.

Ходовая часть конвейера состоит из подвижного состава (тележек), к которому крепится груз, тяговой цепи, грузового пути (со стрелками-ловителями на спусках) и пути цепи. Путь крепится к металлоконструкциям зданий или к отдельным металлоконструкциям.

Конвейер обеспечивает последовательное и параллельное ведение и складирование тележечных сцепов, что позволяет увеличить вместимость складов до 80 % при транспортировании длинномерных грузов и значительно сократить длину различных технологических камер (сушки, окраски и др.). При реализации ГПС механообработки для транспортирования отходов, и прежде всего, стружки, используют скребовые, пластинчатые, пластинчато-игольные конвейеры.

Монорельсовые подвесные дороги применяются для меж- и внутрицеховых грузопотоков. Их положительными качествами по сравнению с конвейерными системами являются:

1. высокая экономичность;

2. малое использование производственных площадей;

3. автоматическое адресование с использованием программного управления; использование более простого устройства для разветвления монорельсовых путей;

4. возможность сооружения трассы практически в любом месте; удобство обслуживания, благодаря доступности подхода ко всем механизмам и электрооборудованию;

5. более высокий диапазон скоростей, малые горизонтальные усилия на крепления, использование ездовых балок одновременно для крепления питающих и управляющих подвижных токосъемников (троллеев);

6. отсутствие необходимости в повышении мощности привода при увеличении числа ходовых тележек; бесшумность хода тележек;

7. возможность движения тележек одной монорельсовой системы с различными скоростями; малая масса и незначительная строительная высота вследствие применения единого подъездного пути.

В транспортную систему входят: подвижной состав; грузоноситель, включающий грузоподъемный механизм и грузозахватные устройства; путевые устройства; эстакада; средства автоматизации и управления; система электроснабжения. Монорельс можно крепить непосредственно к несущим частям зданий с применением промежуточных тяг и несущих балок. Используются две формы подвесных путей: гибкая, позволяющая балке свободно поворачиваться и смещаться, и жесткая, препятствующая повороту и смещению опорного сечения.

Транспортные роботы (ТР) являются универсальным гибким средством реализации межучастковых и межоперационных связей. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими средствами: малогабаритностью подвижного состава; большим диапазоном регулирования производительности; автоматическим перемещением; полным освобождением проездов после прохождения транспортного робота для других видов транспорта; автономностью.

Компоновка АСС ГПС. Размещение складов в ГПС зависит от типа и характера производства, производственной программы, типа внутрицехового и участкового транспорта, объемно-технологических планировочных решений и других факторов.

Рис. 3 - Линейная (а), боковая со стеллажным краном-штабелером (б) и боковая с мостовым краном-штабелером (в) компоновки АСС

1 -- производственный участок с РТК; 2 -- перегрузочные устройствам накопители; 3 -- участок входного контроля; 4 -- автоматический стеллажный кран-штабелер; 5 -- объединенный склад материалов, заготовок, инструмента, тары и изделий; 6 -- вариант поступления грузов; 7 -- выход готовых и бракованных изделий; 8 -- участок ОТК; 9 -- выход отходов производства

Единый многофункциональный склад с клеточными стеллажами и автоматическим стеллажным краном-штабелером (рис. 3 а) применяется при небольших грузопотоках и незначительных времени и объеме хранения грузов. Автоматический кран-штабелер выполняет в этом случае операцию по обслуживанию стеллажей склада. Он же используется в качестве транспортного средства для подачи поддонов к перегрузочным устройствам РТК и поддонов с готовой продукцией с РТК на склад. В зависимости от грузопотока у каждой секции с автоматическим краном-штабелером в торце могут быть одно или два устройства приема и выдачи грузов из стеллажного склада.

В компоновочную схему, представленную на рис. 3, б, входит единый стеллажный склад материалов, полуфабрикатов, пустой тары, приспособлений и готовых изделий, который обслуживается автоматическим стеллажным краном-штабелером. Преимущество данной компоновки состоит в том, что транспортные связи внутри ГПС сведены к минимуму, поскольку производственные РТК расположены рядом с устройствами приема и выдачи грузов из склада, что позволяет полностью отказаться от внутрисистемного транспорта и непосредственно выдавать грузы со склада прямо на РТК. В этом случае устройства приема и выдачи грузов на РТК могут быть встроены в стеллажи.

Компоновка склада (рис. 3, в) с автоматическим мостовым краном-штабелером позволяет обеспечить значительную компактность по сравнению с линейными компоновками складов (см. рис. 3, а). В данном случае кран-штабелер обслуживает только стеллажный склад, а грузы от склада к РТК и в обратном направлении передаются конвейерной системой с автоматическим адресованием. На производственном участке грузы перемещаются передвижными манипуляторами (робокарами) или конвейером.

3. Система автоматизированного управления АТСС

Система управления АТСС имеет иерархическую структуру уровней обработки информационных потоков.

Первый уровень обеспечивает решение следующих задач:

управление через локальные устройства управления и автоматики приводами транспортных систем, штабелеров и ТР;

точное позиционирование транспортных систем у рабочего места;

останов транспорта при аварийных ситуациях с выдачей соответствующего сигнала;

загрузка и разгрузка накопителей;

выработка и передача сигнала для контроля и диагностики.

Второй уровень обеспечивает:

управление грузопотоками автоматизированных производств и складскими операциями;

задание маршрутов движения транспорта (адресование);

контроль и диагностирование неисправностей;

учет движения грузов.

К устройствам управления и автоматизации первого уровня предъявляются следующие требования: полная автоматизация транспортного процесса, сопряжение с системой управления второго уровня; гибкость и адаптируемость к применению транспортных потоков; модульность построения; высокая надежность устройств автоматики (наработка на отказ не менее 5 * 10 ч); наличие на выходе унифицированного сигнала; активный контроль правильности работы.

В комплекс технических средств первого уровня входят датчики для определения наличия или отсутствия груза, положения транспорта, уровней накопительных систем, усилий безопасности и др.; измерительные приборы и микро-ЭВМ. Использование микро-ЭВМ позволяет реализовать адресование, блокировку, переключение режимов работы и управление приводами не аппаратным, а программным путем, что придает системе гибкость и модульность построения. Связь микро-ЭВМ с датчиками, исполнительными механизмами и ЭВМ второго уровня осуществляется с помощью устройств ввода-вывода.

Одной из наиболее важных задач ЭВМ второго уровня является реализация контроля и диагностики работы АТСС для обеспечения бесперебойного функционирования оборудования грузопереработки и его эксплуатационной надежности путем оперативного обнаружения критических и аварийных ситуаций.

Режимі функционирования

Система функционирует в режимах диагностирования начального состояния оборудования АТСС и систем управления; тестовой диагностики и диагностирования текущего состояния АТСС.

В первом режиме определяется готовность всего комплекса оборудования к началу работы. Сюда входят: контроль линий связи АТСС, правильности исходных сигналов от датчиков положения и адресации.

При тестовой диагностике, осуществляемой перед началом работы комплекса после диагностики его состояния, проверяется работоспобность основных элементов АТСС при воздействии тестовых программ, а также производится профилактическое выявление неисправных узлов системы, параметры которых близки к отказу. Программа включает контроль за прохождением технологических команд на элементы АТСС с измерением уровня ответных сигналов и проверкой последовательности и времени их получения. В результате отработки тестовой программы на пульте оператора высвечиваются номера узлов подсистемы, режимы которых не соответствуют задаваемым значениям по критериям работоспособности.

Диагностика текущего состояния заключается в контроле правильности выполнения управляющих программ в наиболее информативных узловых точках. В память диагностического устройства вводится программа, содержащая информацию о заданных состояниях оборудования системы и элементах системы управления, соответствующих каждому шагу управления. В момент перехода к следующему шагу происходит сравнение текущих и задаваемых параметров с одновременным измерением времени отработки данного шага.

Задание маршрутов движения транспорта реализуется на основе программного обеспечения с использованием или без использования принципов оптимизации.

Список литературы1. Харченко А.О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентов вузов. - К.: ИД «Профессионал», 2004. - 304 с.2. Р.И. Гжиров, П.П. Серебреницкий. Программирование обработки на станках с чпу. Справочник, - Л.: Машиностроение, 1990. - 592 с.

3. Широков А.Г. Склады в ГПС. - М.: Машиностроение, 1988. - 216с.

4. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т. 3: Проектирование станочных систем /Под общей ред. А.С. Проникова - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана; Изд-во МГТУ «Станкин», 2000. - 584 с.

5. Иванов Ю.В., Лакота Н.А. Гибкая автоматизация производства производства РЭА с применением микропроцессоров и роботов: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1987. - 464 с.

6. Промышленные роботы: Конструкция, управление, эксплуатация. / Костюк В.И., Гавриш А.П., Ямпольский Л.С., Карлов А.Г. - К.: Высш.шк., 1985. - 359 с.

7. Гибкие производственные комплексы /под.ред. П.Н.Белянина. - М.: Машиностроение, 1984. - 384с.