Реферат
Автоматизированные транспортно- складские подсистемы гибких производственных систем (ГПС)
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 ГПС
В 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 АСС
а — 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 АСС
Оборудование 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.--PAGE_BREAK--
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:
высокая экономичность;
малое использование производственных площадей;
автоматическое адресование с использованием программного управления; использование более простого устройства для разветвления монорельсовых путей;
возможность сооружения трассы практически в любом месте; удобство обслуживания, благодаря доступности подхода ко всем механизмам и электрооборудованию;
более высокий диапазон скоростей, малые горизонтальные усилия на крепления, использование ездовых балок одновременно для крепления питающих и управляющих подвижных токосъемников (троллеев);
отсутствие необходимости в повышении мощности привода при увеличении числа ходовых тележек; бесшумность хода тележек;
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. продолжение
--PAGE_BREAK--
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 литературы
Харченко А.О. Станки с ЧПУ и оборудование гибких производственных систем: Учебное пособие для студентов вузов. – К.: ИД «Профессионал», 2004. – 304 с.
Р.И. Гжиров, П.П. Серебреницкий. Программирование обработки на станках с чпу. Справочник, — Л.: Машиностроение, 1990. – 592 с.
Широков А.Г. Склады в ГПС. – М.: Машиностроение, 1988. – 216с.
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.