Принципы построения гибких мобильных производственных линий

УДК 621.865.8:694.1

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ГИБКИХ МОБИЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

ЛИНИЙ

© 2011 г. А.Г. Булгаков, А.В. Пруглов

Южно-Российский государственный South-Russian State Technical

технический университет (Новочеркасский University (Novocherkassk

политехнический институт) Polytechnic Institute)

Рассматриваются принципы построения, оптимизации гибких мобильных автоматизированных производств, подобрана мобильная платформа. Выявлены основные отличия при проектировании стационарного и мобильно-модульного производства. На основе этого сформированы основные принципы построения мобильных гибких автоматизированных линий.

Ключевые слова: мобильно-модульное производство; мобильная платформа; гибкий автоматизированный модуль; поточная линия.

The article examines the principles of construction, optimization of flexible mobile industrial transfer line, is selected the mobile platform. The basic differences are revealed while projection of stationary and mobile-modular manufacture. On the basis of this are generated main principles of construction of the mobile flexible transfer lines.

Keywords: mobile production; wood panelling; automated module; assembly of framework; in-line system.

Проектирование современные автоматизированные производственные линий основыгвается на принципах построения стационарного производства. Перемещение технологической единицы стационарной автоматизированной линии не представляется возможным без демонтажа конструкций и применения специальной техники. В некоторых отраслях, например в тяжелой промышленности, нет необходимости в перемещении технологического оборудования, ввиду его габаритов и массы (пресс, доменная печь и т. д.).

Однако есть такие отрасли, в которых применение мобильных производственных линий просто необходимо. К ним можно отнести лесоперерабатывающую промышленность, добыиу полезных ископаемых, пищевую промышленность и т. д.

Мобильные производственные линии строятся по модульному принципу и имеют возможность перемещаться с одного места на другое, исключая процесс демонтажа и применения специальной техники. Каждый отдельный модуль — это роботизированный комплекс. Расположение модулей относительно друг друга определятся еще на стадии проектирования движения поточного материала, в зависимости от особенностей технологии того или иного производства. Для перемещения технологических модулей необходима платформа с оптимальными габаритными размерами

и грузоподыемностью. Для этой цели можно использовать 12-метровые автоприцепы (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид мобильной платформы

Преимущество автоприцепа в его размерах (нет необходимости получать разрешение на перевозку крупногабаритные грузов). Автоприцеп в совокупности с технологическим автоматизированным оборудованием образует мобильный роботи-зированныш модуль (рис. 2).

При организации технологической цепочки производственного цикла в мобильном производстве, в отличие от стационарного, необходимо учитывать особенности конструкции автоприцепа — грузоподыемность и габаритные размеры. Как правило, грузоподыемность автоприцепа не

превышает 30 т. Неразрывность производственного потока материала обеспечивается посредством межмодульных средств автоматизации (цепные, ленточные конвейера и т. д.).

- основные технологические процессы, а также их последовательность;

- энергоемкость технологических операций;

- аналоги существующего оборудования.

Накопитель борной кислоты Накопитель буры Ш редер

Загрузочный транспортер

Промежуточный бункер

Установка тонкого размола

Накопитель готового утеплителя

Установка для изготовления крупной щепы

Накопитель пароизоляции

Робототехнический модуль укладки утеплителя, паро- и гидроизоляции

Накопитель гидроизоляции

Рис. 2. Автоматизированный модуль для производства и укладки целлюлозного утеплителя

Важным фактором при установке производственных модулей является точность их взаимного расположения. Для этой цели каждый автоматизированный модуль должен быть оснащен механизмами юстировки (см. рис. 1), основная задача которых — обеспечение точного горизонтального положения автоматизированных модулей на одном уровне относительно друг друга. Для корректировки расстояния между технологическими модулями платформы должны быть оснащены специальными штангами, расположенными с двух сторон автоприцепа.

В зависимости от вида реализуемого технологического процесса оборудование должно быть скомпоновано на платформе так, чтобы центр масс находился как можно ближе к середине её продольной оси симметрии.

Одной из особенностей проектирования мобильного поточного производства является то, что ввиду ограничений габаритных размеров платформы нельзя расположить одну технологическую единицу оборудования одновременно на двух платформах. Наиболее удобное, с точки зрения установки прицепов, расположение показано на рис. 3.

Формирование технологической линии необходимо начинать с анализа технологии производства выпускаемого изделия. При анализе должны быть определены:

Чтобы обеспечить гибкость оборудования, необходимо знать такие параметры выпускаемого изделия, как:

- максимальные и минимальные размеры;

- структура;

- температура;

- масса;

- номенклатура, физические и химические свойства используемого материала.

Рис. 3. Расположение платформ

В отличие от проектирования стационарного производственного комплекса, при проектировании мобильного следует всегда учитывать ограниченность производственной площади и всегда

стремиться к тому, чтобы число мобильных платформ было минимальным.

Принципиальным отличием при проектировании мобильного производства является то, что общая производительность оборудования заранее неизвестна. При проектировании стационарных линий практически нет ограничений производственной площади и массы оборудования. Общая производительность линии задается заказчиком на первых этапах проектирования. Если производительность технологической единицы не достаточна, то допускается ее модернизация (рис. 4), что влечет за собой, как правило, увеличение её массы и габаритов. Также для обеспечения требуемой производительности применяются параллельные структуры, что ведет к увеличению массы технологического оборудования и размеров производственных площадей.

Для обеспечения равномерности движения материала необходимо, чтобы производительность модулей была одинакова (рис. 4).

При проектировании мобильных систем применяется другой подход. Ввиду ограничений на геометрические размеры и массу оборудования по технологии производства определяется самый медленный по времени процесс. Подбирается оборудование для его реализации.

Модернизация выбранного технологического оборудования происходит до тех пор, пока его габариты и масса не будут превышать мак-

симально допустимых значений. Определяется его производительность, и на основе этого значения формируется структура остальных технологических единиц (рис. 5). Производительность технологических единиц, так же как и в стационарном производстве, должна быть одинакова.

Повышение общей производительности производства происходит путем наращивания производственной мощности за счет увеличения количества гибких мобильных производственных линий (рис. 6).

На стационарных предприятиях выход из строя ключевой технологической единицы может привести к остановке всего производства, что в свою очередь может повлечь за собой колоссальные убытки. В случае мобильно-модульного производства при выходе из строя одного производственного модуля прекращает работу только одна мобильная автоматизированная линия (рис. 6). В этом случае угрозы остановки всего производства нет, так как производственные линии не зависят друг от друга. Благодаря мобильно-модульной структуре, в отличие от стационарного производства, задача замены и транспортировки вышедшего из строя производственного модуля к месту ремонта с технической точки зрения на порядок проще. Для этого необходим только седельный тягач.

Рис. 4. Обобщенная структура стационарного производства: Р1—Р7 — производительность технологической

единицы; Рдоп1—Рдоп4 — производительность дополнительных технологических единиц

платформа

Р1 Р2 Рдоп2 Р L mm Р4 Рдоп4

t

Р8 Рдоп8 Р7 Рдоп7 Р6 Рдопб Р5 Рдоп5

Рис. 5. Общая структура мобильного производства: Р1—Р8 — производительность технологической единицы; Рдоп1—Рдоп8 — производительность дополнительных технологических единиц;

Р . — минимальная производительность

Гибкая мобильная производственная линия

Р1

—

ь

Поток движения материала

Р2

f~F

J

D

Производственный модуль —

Рис. 6. Общая схема расположения гибких мобильных производственных линий: Р1—Р3— производительность участков

Рис. 7. Общий вид мобильного производства деревянных каркасных панелей

Мобильно-модульное производство подразумевает полную автоматизацию всей цепочки технологических операций. При этом количество обслуживающего персонала сводится к минимуму. Для обслуживания одного модуля достаточно 2 операторов, в основные обязанности которых входит загрузка исходного сырья, визуальное наблюдение и наладка оборудования в случае технического сбоя. Важным преимуществом мобильно-модульных производств является сокра-

Поступила в редакцию

щение производственных площадей посредством реорганизации технологического оборудования.

До сих пор технология мобильного производства применялась для выполнения промежуточных операций, таких как первичная переработка сырья на месте его добычи и т. д. С развитием новых технологий появилась возможность применять робототехнические комплексы в мобильно-модульных производствах. В некоторых отраслях промышленности, таких как деревянное домостроение (см. рис. 7), посредством модульного принципа формирования поточного производства можно реализовать всю цепочку технологического процесса производства сборных деревянных панелей.

Литература

1. Алямовский A. A. SolidWorks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практик: СПб., 2008. 1040 с.

2. Булгаков А. Г., Воробьев В. А. Промышленные роботы. Кинематика, динамика, контроль и управление. М., 2007. 488 с. (Серия «библиотека инженера»).

3. Электронные компоненты и средства автоматизации: URL: http: //www. itc-electronics.com

13 сентября 2010 г.

Булгаков Алексей Григорьевич — д-р техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел./факс (86352) 55-0-45. E-mail: a.bulgakow@gmx.de

Пруглов Александр Владимирович — аспирант, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 89094334891. E-mail: Pruglov. 86@mail.ru

Bulgakov Alexei Grigorievich — Doctor of Technical Sciences, professor, South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Tel. (86352) 55-0-45. E-mail: a.bulgakow@gmx.de

Pruglov Alexander Vladimirovich — post-graduate student, South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Tel. 89094334891. E-mail: Pruglov. 86@mail.ru