СОЗДАНИЕГИБКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВЫСОКОЙ И СВЕРХВЫСОКОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НА УКРАИНЕ
Синтез гибкихтехнологических систем высокой и сверхвысокой производительности
Синтез гибкихтехнологических систем высокой и сверхвысокой производительности базируется нацелом ряде основных положений:
− организация потоков попространственно-временной схеме, обеспечивающей наиболее эффективноеиспользование рабочего объема участка, цеха, предприятия;
− применение инструментальных схем смаксимальной концентрацией технологического воздействия на деталь, повышениережимов обработки за счет применения эффективных режущих инструментов,одновременной обработки различных поверхностей, обеспечение требуемыхкачественных показателей за счет повышения жесткости системы «станок−приспособление−инструмент−заготовка» (СПИЗ), а также применение высокоресурсногорежущего инструмента (РИ);
− фундаментальные исследования вобласти естественных наук, позволяющие выбрать эффекты, способные реализоватьнабор различных технологических и информационных функций;
− реализация метода безаналогового синтезатехнологических систем, а в общем виде — практически любой техники, которыйоснован на результатах фундаментальных исследований в области естественныхнаук, позволяющих получить интегральную функцию системы, ее цикличность иограничения, провести ее декомпозицию на составляющие, довести их доэлементарных функций и осуществить процессный этап синтеза отнекокретизированной до конкретизированной структуры и параметров;
− многоуровневое размещениеоборудования, когда обрабатывающее оборудование (станки, установки,технологические роботы), обслуживающее оборудование (конвейеры, тактовые столы,роботы, робокары) и вспомогательное оборудование располагаются в четырехуровнях (1 – пол цеха, 2 – портал, стены цеха, 3 – тельферный, 4 – мостовой,потолочный), что позволяет эффективно использовать рабочий объем для размещенияоборудования;
− переоснащение станочного,роботизированного и вспомогательного оборудования на компьютерное управлениедля обеспечения максимального технологического воздействия на деталь, чтопозволит использовать существующий парк станков, роботов и вспомогательногооборудования для создания технологических систем высокой и сверхвысокойпроизводительности.
Все это даст возможностьреализовать синтез технических систем высокой и сверхвысокой производительности.Рассмотрим элементы, из которых состоят компоненты такой системы.
Организация потоков попространственно-временной схеме
Организация потоковподразумевает разделение в пространстве и времени потоков деталей, заготовок,режущих инструментов, станочных приспособлений, контрольно-измерительныхприборов, оснастки, вспомогательного оборудования и информационно-управляющихпотоков. Все это позволит обеспечить равномерное распределение потоков порабочему объему участка, цеха и предприятия, что даст возможность сократитьзатраты на создание участка, цеха и предприятия, а также существенно повыситего производительность.
Применениеинструментальных схем с максимальной концентрацией технологического воздействия
Использованиеинструментальных схем с максимальной концентрацией технологического воздействияможет быть реализовано за счет следующих факторов:
− применение большого числа одновременно работающих/>/> обрабатывающихголовок для обрабатывающих центров или станков, оснащенных дополнительнымисуппортами, обрабатывающими и агрегатными головками. Применение обрабатывающихголовок для различных роботов при обработке одной детали или при сборке одногоузла, окраске, сварке;
− работа на максимально возможныхрежимах обработки с применением эффективных РИ с покрытием и упрочненным слоемдля данных режимов обработки и обрабатываемых материалов и с применениемнадежных современных методов прогноза стойкости РИ;
− обеспечение требуемых качественныхпоказателей обрабатываемых деталей за счет выбора режимов обработки, жесткостисистемы СПИЗ и согласования результатов механической обработки и последующихфизико-технических методов (нанесения покрытий, ионного шлифования, полированияи фрезерования); все это требует высокой автоматизации измерений размеровдетали и надежных методов управления электрофизической обработкой;
− применение повышенной жесткостисистемы СПИЗ, например, за счет применения дополнительных упоров для повышенияжесткости РИ.
Концентрациятехнологического воздействия во времени и пространстве за счет:
− отбросить понятия «стойкостьРИ», «путь резания» как недостаточно информативные и объективныекритерии возможностей режущего инструмента и перейти к «объему снимаемогоматериала за период стойкости», т.е. оптимизацию режимов обработки вестимаксимально нагруженным режимом резания, обеспечивающим данный снимаемый объем;
− выбора конструкции режущегоинструмента и геометрии режущей части в зависимости от обрабатываемогоматериала, материала РИ, покрытия и упрочнения для нахождения режима обработкис максимальным объемом за период стойкости;
− обеспечить соответствие выбранноговида упрочнения или покрытия соответствующему критерию стойкости (величинаизноса по задней и передней поверхности;
− обеспечение одновременной обработкиза счет применения многолезвийного инструмента, фасонных резцов, одновременноработающих суппортов, обрабатывающих или агрегатных головок.
Все это позволит снизитьмашинное время обработки, а следовательно, существенно повыситьпроизводительность и обеспечить качество деталей.
Результатыфундаментальных исследований в области естественных наук, обеспечивающие прорывв технике и технологии
Открытия и наиболеесущественные результаты фундаментальных исследований в области естественныхнаук могут быть использованы для обеспечения научно-технического прорыва втехнике и технологии, где могут использоваться новые эффекты: физические,химические, биологические и др.
Изменения идеологиипроектирования цехов и оборудования гибких технологических модулей:
− забыть о площади цеха как мерилувозможностей установки оборудования, а перейти к его объему и устанавливатьоборудование (используя тельдерное, мостовое и портальное размещениеобрабатывающего оборудования) и организовать потоки вспомогательногооборудования, оснастки, инструмента, стружки, заготовок, деталей (используятельдерное, мостовое и портальное размещение передающих конвейеров, тактовыхстолов и другого оборудования для перемещения объектов, а также кабелей дляинформационных потоков) в объеме цеха или участка. Все это повысит долюпроизводственных изделий на кубический метр объема цеха;
– убрать запреты наскорость перемещения элементов гибких технологических систем, что позволитприблизиться к схемам высокой и сверхвысокой производительности.
Необходимо создание банкаданных о циклах, способных реализовать те или иные функции, позволяющиереализовать процессный этап синтеза, который совместно с информацией о приемахразвития техники даст возможность получить информацию об иерархии структур иструктурно-временных преобразованиях.
В конечном счете этиданные используются в общем алгоритме безаналогового синтеза ГТС высокой исверхвысокой производительности.
Метод безаналоговогосинтеза технологических систем и техники
Применение безаналоговогосинтеза технологических систем и техники позволяет получить интегральнуюфункцию системы, ее цикличность и ограничения внешние(организационно-экономические, временные, пространственные и коммуникационные)и внутренние (геометрические, поверхностные, полевые, инфраструктурные иповеденческие). Это дает возможность сформировать критерии оптимизации.
Интегральная функциясистемы подвергается декомпозиции на составляющие до уровня элементарныхфункций, которые выбираются из базы данных функций (элементарных, бинарных,сетевых, сложных и образования новых функций) совместно с базой данных обэффектах, способных реализовать эти функции, обеспечивают процессный этапсинтеза и совместно с информацией о временных циклах техники позволяют получитьинформацию о иерархии структур функционально-временных преобразований. Далее наоснове базы данных о типовых иерархиях параллельно-последовательных процессныхструктур осуществляется синтез неконкретизированных систем, технологическихсистем и технологических процессов.
Ранее приводится всоответствие каждой функции определенная унифицированная структура техники ипроисходит их объединение, на основе которых осуществляется зарождение новыхинтегральных образований полнофункциональных элементов и конструкционных элементови конкретизация структур до элементарных, т.е. когда система принимаетфреймовый вид.
Конкретизация структур,уравнения и неравенства, описывающие их вид, дают конкретизацию параметров.
Все это позволяетполучить общий алгоритм безаналогового синтеза, который дает возможностьреализовать гибкие технологические системы высокой (производительность выше в2… 10 раз) и сверхвысокой (более 10 раз) производительности.
Многоуровневое размещениеоборудования
Использование новыхфизических явлений, позволяющих энергетически наиболее выгодно снимать материалили упрочнять его так, например, как по энергетике процесса можно представитьпроцессы обработки со съемом материала:
– удаление материалаиспарением (необходимо обеспечить разрыв всех связей), т.е. лазерное,ионно-лучевое, электронно-лучевое испарение;
– удаление материалараспылением ионами и атомами перезарядки, включая и термо- ирадиационно-стимулированную диффузию (необходимо затратить энергию смещенияатома);
– химическое фрезерование– химическая реакция образует новое соединение с более низкимифизико-механическими характеристиками ФМХ, чем основной материал, за счет чегостимулируется распыление материала детали;
– формоизменение за счетпластического деформирования материала (ковка, штамповка, выдавливание) затратыэнергии на деформирование атомной решетки материала практически вовсемобрабатываемом материале;
– электрохимическое ихимическое травление (полирование);
–электроэрозионнаяобработка (удаление материала в электродных пятнах);
– лезвийное резание, гдереализуется пластическое и упругое деформирования относительно небольшой частиобрабатываемого материала и чем больше по объему деталь, тем меньшая доляматериала испытывает деформирование (пластическое);
– термоупругий скол(кластерный выход материала в зоне, где температурные напряжения превышаютдинамический предел прочности), кластеры удаляются в составе сотен атомов – разрушение(разрыв связей) по периферии кластера.
Применение на участках, вцехах и на предприятиях многоуровневой схемы размещения оборудования позволяетрационально использовать рабочий объем производственного помещения и обеспечитьдополнительно концентрацию обрабатывающего и вспомогательного оборудования.
Оборудование размещаетсяв четырех уровнях:
— первый уровень −пол цеха, где размещаются станки, роботы, тактовые столы, конвейеры иперемещаются робокары;
— второй уровень−портал,где размещаются роботы, тактовые столы конвейеры, кабели для передачиинформационных потоков;
— третий уровень −тельферный, где размещаются роботы, конвейеры, кабели для передачиинформационных потоков;
— четвертый уровень −мостовой (потолочный), где размещаются роботы, конвейеры, кабели информационныхпотоков.
Дополнительно на первомуровне реализуется поток заготовок, деталей, на втором уровне – поток оснасткиинструмента и располагаются кабели информационных потоков; на третьем уровнереализуется поток оснастки, инструмента и располагаются кабели информационныхпотоков, на четвертом уровне — потоки оснастки, инструмента и информации.
Переоснащение станочногои вспомогательного оборудования на компьютерное управление и обеспечениевысокой концентрации технологического воздействия
Рассмотрим пути адаптациипарка станков, роботов и технологических устройств к современному производству.
Станочное оборудование,используемое на предприятиях Украины, произведено еще во времена СССР. Онообладает достаточной точностью механических перемещений, но не отвечаеттребованиям сегодняшнего дня по надежности и возможности использования кактяжелых компьютерных систем («Юниграфикс», «Эвклид», «Кати»),так и относительно легких («ADEM», «Компас» и др.). В то жевремя оборудование не отвечает требованиям концентрации технологическоговоздействия при обработке детали, отсутствуют параллельно работающие суп/>порты и обрабатывающие головки.
Все вышесказанное говорито необходимости переоснащения технологического оборудования (станков,технологических роботов и установок), роботов, конвейеров и вспомогательногооборудования на компьютерное управление, а также необходимости оснащениятехнологического оборудования дополнительными суппортами, обрабатывающими иагрегатными головками.
Компьютерное управлениедолжно обеспечивать работу станков с дополнительно встроенными суппортами,обрабатывающими и агрегатными головками, технологическими роботами (необходимообеспечить одновременную работу над одной деталью или узлом несколькихроботов), вспомогательными роботами, тактовыми столами, конвейерами,робокарами, автоматизированной технологической оснасткой и вспомогательнымисистемами, обеспечивающими уборку стружки, подачу СОЖ, работуконтрольно-измерительной аппаратуры, систем контроля функционирования всехсистем, а также автоматизированных установочно-зажимных приспособлений итехнологической оснастки.
Список литературы
1. Управлениеработотехническими системами и гибкими автоматизированными производствами/под.ред. Н.М.Макарова, – М.: Радио и связь, 1981, ч.3 – 156с.
2. Широков А.Г.Склады в ГПС. – М.: Машиностроение, 1988. – 216с.