Автоматизация и оптимизация технологических процессов в Tecnomatix Plant Simulation

АВТОМАТИЗАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В TECNOMATIX PLANT SIMULATION

М.И. Чижов, Ю.С. Скрипченко, П.Ю. Гусев

В статье рассматриваются возможности анализа технологических процессов при помощи имитационного моделирования. Предложен возможный вариант оптимизации технологических процессов. Рассматривается применение Tecnomatix Plant Simulation как инструмента моделирования и анализа

Ключевые слова: технологические процессы, моделирование, грузопотоки, автоматизация

В настоящее время многие технологические процессы, используемые на машиностроительных производствах, устарели и теряют эффективность. В первую очередь, это связано с устаревшим оборудованием. Техническое перевооружение предприятий, проходящее в настоящее время, ставит задачи реинжениринга. Поэтому для проведения модернизации и автоматизации производства предварительно необходимо провести анализ, чтобы выявить недостатки и возможные проблемы. Одним из эффективных способов проведения анализа и оптимизации является имитационное моделирование, в частности, в Tecnomatix Plant Simulation.

В рамках работы было необходимо проанализировать производственный процесс по выпуску 50 деталей в месяц, при работе в одну смену. При этом эффективный фонд времени работы оборудования составил 176 часов. Проанализирован исходный технологический процесс на удовлетворение заданным требованиям с рассмотрением его изменения и оптимизации.

Технологический процесс производства детали состоит из 40 операций. Для создания имитационной модели технологического процесса в Tecnomatix Plant Simulation создан табличный файл. В него помещена вся информация о технологическом процессе (рис. 1), а также добавлены наименования буферов, которые используются при создании модели.

Расстановка оборудования в имитационной модели соответствует реальному расположению оборудования в цехе. Имитационная модель исходного технологического процесса создавалась для анализа производительности, поэтому моделирование транспортной системы не проводилось. Все перемещения деталей в

д-р

наук,

Чижов Михаил Иванович - ВГТУ, профессор, e-mail: mihailc@list.ru

Скрипченко Юрий Степанович - ВГУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: skripch@yandex.ru

Гусев Павел Юрьевич - ВГТУ, аспирант, e-mail:

gusevpvl@gmail.com

модели осуществляются с помощью встроенного языка программирования Plant Simulation -SimTalk.

В .Models. Frame. TechProc _ n X

File Edit Format Navigate View Tools Help

= l-J -A Mr tâ Ji й 0 '= им1 й I III iiii ^

integer 3 string 4 ' object time 6 л

4 5 Р-азмєточн. bRAZMPLITAO 20:00.0000 1

5 10 Фрезерная bMC601F12Gl 1:03:30.0000 -

6 15 СЛЕСАРНАЯ bVerstM0146Ü 6:18.0000

7 20 СВЕРЛИЛЬН. bRFSll 25:18.0000

8 25 ТОК.-ВИНТ. bCHPUO 3:28:00.0000

9 30 СВЕР.-РАСТ bolA641 1:06:54.0000

10 35 ТЕРМ.ОБР, Bufferl 1.0000

11 36 Дробестр. Bufferl 1.0000

12 40 ГОР-РАСТОЧ bo2622Vl 3:45:18.0000

13 45 ТОК.-ВИНТ. ЬоІМбЗІ 1:00:55.2000

14 50 ТОК.-ВИНТ. ЬоІМбЗІ 1:54:11.4000

15 55 ФРЕЗЕРНАЯ bMC601F12Gl 2:13:33.6000

1С ^П1_^АП| |АГ1 L|,....LMAH ЛГГ. V

ш Ш

Рис. 1. Фрагмент технологического процесса

Созданная имитационная модель исходного технологического процесса изображена на рис. 2.

1—ІПІ—1 -QJQ-+J+-QJ0-1 1 1 1 1 1 bRAZMPLITAfLbRAZMP 1—1 1—1 1—1 -uju-+J*-uju- 1 II 1 l__l ЬМСбО 1MC601F12G!601 ITA 12 >14 0 1—1 1—1 1—1 , -uju-+J*-uju- 1 1 II II 1 bCHPU CHPU bCHPUO Г”І ГТ1 Г”1 ГН ПН ГН -aj&T+{"Kaja- -ujo-+J+-aja-1 іk_=Liїї і і і і і і і Ьо2622шҐТніЬ2622У1 bRAZMPllT À1 PLbRAZMPllT A LÜJ ' ' 02622V1 ' ' 1 1 ГГ1 1 1 1—1 ГТП 1 1 -BJB-KibBJQ- -воМНЬ-ипи-1 і l£j і і і iJj_=Li і і bo6R83Gi6R83G bo6R83Gl bo65A6|frrî(Bi)65A60Fl ППП -J0-+J+-QJQ-1 1 1 1 1 1 11 bVerstMO1462ICbVerstMO 14 1—I 1—I 1—1 -uju-+J*-uju- 1 II II 1 bo5D2A)5K32Abo5K32Al 1 ППП -Dja-+J+-Dja-1 11 11 і 122 bolA64 ОІА64 bolA641

Ы ' '

1—і і—і 1—1 O65A60F1111 1 1 ГТГІ 1 1 1 1 LdJ 1 1

1—1 1—1 1—1 -ajD-+-J+-ajo-1 і і і і і і і і ~^i~і і 1“1 |—p 1“—1

iO bVerstM01461IQbVerstM01461lH 1I 1—I ГТП 1—1 іт2М55Ь|-пІ2М551 Ьо7430 O7430 bo74301

bVerstM0146MCbVerstM

1 1 l_5j 1 1 i_2j

1—1 1—1 1—1 ЬоІМбЗоІМбЗ ЬоІМбЗІ і—I02M551 |—|

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

bRF51 RF51 bRF511 bcHPuicHPui bcHPun

. 2/1 . 2/2. . 2/4 . 2/5. . . . 2/6.

Рис. 2. Имитационная модель исходного технологического процесса

В созданной имитационной модели проведена симуляция для определения времени, необходимого для производства 50 деталей на имеющемся оборудовании. Имеющееся оборудование позволяет изготовить необходимое количество деталей за 316 часов, что превышает месячный фонд рабочего времени. Поэтому для выполнения заданной программы выпуска деталей необходимо либо организовывать многосменную работу оборудования, что является проблематичным из-за отсутствия квалифицированной рабочей силы, либо применять автоматизированное оборудование с ЧПУ.

Заказчику было предложено перестроить производство с учетом использования станков с ЧПУ. Только первая подготовительная операция выполняется на универсальном фрезерноцентровальном оборудовании. Далее следуют две токарные операций на станке с ЧПУ Бапие. Фрезерная обработка выполняется на обрабатывающем центре БМи-80, и является самой продолжительной. На заключительном этапе деталь подвергается обработке на долбежном станке. В результате, новый технологический процесс будет состоять из 5 операций.

Согласно предложенному технологическому процессу была создана имитационная модель, показанная на рис. 3.

Рис. 3. Имитационная модель нового технологического процесса

В имитационной модели нового технологического процесса проведена симуляция для определения времени производства 50 деталей. Общее время составило 156 часов. В новой имитационной модели применена автоматизированная транспортная система.

Проведен сравнительный анализ имитационных моделей старого и предложенного ново

го технологических процессов средствами Tecnomatix Plant Simulation. Сравнение грузопотоков осуществлено с использованием SankeyDiagram.

Из диаграммы грузопотоков исходного технологического процесса (рис. 4) можно сделать вывод о том, что в исходном технологическом процессе присутствует множество пересечений.

Сгущение грузопотоков на двух типах оборудования ухудшает производительность всего процесса.

Рис. 4. Грузопотоки исходного технологического процесса

Грузопотоки предложенного технологического процесса производства детали (рис. 5) представляют собой перемещение по операциям с отсутствием пересечений или сгущения грузопотоков.

Рис. 5. Грузопотоки нового технологического процесса

Таким образом, разработан новый технологический процесс, позволивший сократить время производства деталей, уменьшить количество требуемых рабочих и снизить загрузку транспортной системы, при этом программа выпуска деталей выполняется менее чем за один месяц при работе в одну смену.

Литература

1. Steffen BangSow Manufacturing Simulation with Plant Simulation and SimTalk: Usage and Programming with Examples and Solutions. - Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. - 300 с.

2. Киселев Е.С. Проектирование механосборочных

и вспомогательных цехов машиностроительных предприятий / Е.С. Куликов. - Ульяновск: УГТУ, 1999. - 120 с.

3. Tecnomatix Plant Simulation 10 Step-by-Step Help. -.2010. - 618с.

4. Siemens PLM Software - Plant Simulation. - Электрон. дан. - Режим доступа:http://www.plm.automation. siemens.com/

Воронежский государственный технический университет Воронежский государственный университет

AUTOMATION AND OPTIMIZATION OF TECHNOLOGICAL PROCESS IN TECNOMATIX PLANT SIMULATION

M.I. Chizhov, Y.S. Skripchenko, P.Y. Gusev

The article considers the possibility of analyzing the process by means of simulation. Proposed a possible variant of process optimization. The article consider the use of Tecnomatix Plant Simulation as a tool for modeling and analysis

Key words: technological processes, modeling, freight traffic, automation