плане как способность без прекращения выпуска изделий переходить на другие технологические процессы, т. е. способность системы к технологической эволюции. Под переходом программными средствами понимается переход на другие виды обработки путем автоматической замены управляющих программ в технологических модулях и автоматической замены маршрута обработки полуфабрикатов, т. е. последовательность прохождения полуфабриката через технологические модули.

Гибкость автоматизированной производственной системы достигается за счет широкого использования промышленных роботов в качестве технологических и транспортных элементов, за счет соответствующего структурно-компоновочного решения системы, позволяющего автоматически программными средствами обеспечивать необходимые маршруты следования заготовок и полуфабрикатов, и за счет использования многоуровневой гибкой свободно программирующей системы управления с применением микроЭВМ и микропроцессоров.

12.2. СТРУКТУРНО-КОМПОНОВОЧНЫЕ ПОСТРОЕНИЯ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

Любая производственная система в процессе своего функционирования подвержена воздействиям целого ряда возмущающих факторов, которые можно разделить на две группы: внешние и внутренние. К внешним факторам относятся: неритмичность поставки и нестабильность качества полуфабрикатов и комплектующих изделий, изменение спроса и потребность в новых изделиях, постоянная тенденция к повышению качества изделий, появление новых технологий и новых технических идей по реализации технологий, появление новых технических средств производства. К внутренним возмущающим факторам относятся: ненадежность и отказы отдельных технологических позиций, их износ и старение, неритмичность внутренних потоков полуфабрикатов и нестабильность их качества.

Старение производственной системы, как моральное, так и физическое, вызвано ее неспособностью полностью приспособиться и компенсировать действия этих факторов. Система за счет рационального конструирования отдельных единиц технологического оборудования и организации гибкой транспортной, информационной и иной связи между ними должна быть организована так, чтобы минимизировать действие этих факторов, иметь возможность легко перестроиться и адаптироваться к их изменению. Как было показано ранее, производственная система и ее функционирование должны быть организованы таким образом, чтобы она на длительном периоде эксплуатации оставалась одновременно прогрессивной и эффективной. Особенно это актуально в эпоху научно-техни-

ческой революции, обусловившей быстрое изменение внешних факторов, тем более для отрасли, являющейся ключевой и определяющей научно-технический прогресс, реализующий тонкие технологические процессы, протекающие на грани физических возможностей.

Структурно-компоновочное построение или структурно-компоновочное решение определяет транспортные, информационные, энергетические и иные связи между элементами технологической системы, возможные маршруты прохождения полуфабрикатов через систему при их обработке, степень связности и взаимной зависимости технологических модулей или технологических позиций в системе.

Чтобы производственная система была гибкой, в ней должны быть обеспечены:

гибкость системы управления, позволяющая автоматически изменять алгоритм управления для обработки различных изделий и оптимизации режимов;

асинхронность позиций, т. е. независимость работы соседних технологических позиций во времени для полного использования возможностей гибких микропроцессорных систем управления;

независимость позиций в смысле надежности; отказ одной позиции не должен приводить к остановке соседних;

гибкость транспортно-загрузочной системы для автоматического задания различных маршрутов прохождения полуфабрикатов через производственную систему;

автономность исполнения транспортных, погрузочно-разгрузоч-ных и технологических элементов системы, позволяющая легко модернизировать систему и способствующая ее эволюционному развитию.

Взаимная зависимость технологических позиций во времени, т. е. синхронный принцип выполнения технологических операций во многом конструктивно упрощает автоматизированное и автоматическое оборудование, облегчает управление технологическим процессом, позволяет компоновать карусельные или конвейерные автоматы и автоматические линии, работающие с жестким тактом (рис. 12.3,а). Изделие каруселью или конвейером передается из одной технологической позиции в другую, где и производится обработка, причем начало и длительность обработки во всех позициях совпадают, т. е. позиции работают синхронно. При этом транспортируемые позиции, в которых закреплены изделия, также могут оснащаться комплектом инструмента, таким образом обработка может совмещаться и с перемещением из одной позиции в другую. Если обработка проводится только на стационарных технологических позициях, агрегатирование рабочей машины называется последовательным; если транспортируемые позиции оснащены полным комплектом инструмента и обработка проводится при их непрерывном перемещении, агрегатирование называется парал-

а) 43

Рис. 12.3. Варианты структурно-компоновочных решений машин и систем машин

лельным. В общем случае, когда инструмент рассредоточен как по транспортируемым, так и по стационарным позициям, агрегатирование называется последовательно-параллельным.

Такие способы агрегатирования рабочих машин - основной путь локальной автоматизации производства: создание автоматов и автоматических линий. Однако подобная компоновка технологических позиций создает жесткую структуру, т. е. требует синхронной организации технологического процесса, обусловливает его жесткую последовательность, зависимость технологических позиций в смысле надежности. При отказе одной из позиций останавливается вся система. Изменение последовательности технологического процесса или введение дополнительной технологической операции приводит к существенной реконструкции всей системы и невозможно без остановки автомата и прекращения выпуска продукции на достаточно длительный срок, что снижает возможности эволюционного развития системы. При конвейерной компоновке реконструкции проходят менее болезненно, чем при карусельной.

При оснащении гибкой автоматической системой управления, позволяющей автоматически менять режимы обработки, при использовании достаточно универсальных технологических позиций и средств загрузки-выгрузки технологическая система, составленная по схеме 12.3,а, может в своем развитии вырасти до ГПМ.

Введение накопителей 2 между технологическими позициями 1 (рис. 12.3,6) позволяет устранить синхронную связь позиций. Такты обработки изделий на каждой из позиций могут быть неравными, поэтому удастся в полной мере реализовать преимущества индивидуального управления качеством обработки на каждой из позиций, управлять не по времени, а по параметрам технологичес-

кого процесса. Жесткая последовательность технологического процесса, т. е. структурная жесткость, остается, но появляется относительная независимость позиций в смысле надежности. При отказе одной из позиций остальные могут продолжать работать. Предыдущая позиция будет подавать изделия в накопитель перед отказавшей, пока он не переполнился, а последующая - питаться полуфабрикатами из запаса в выходном накопителе отказавшей позиции. Однако простои позиций из-за отказа соседних возможны при переполнении или отсутствии полуфабрикатов в накопителях.

Параллельное включение ряда одноименных позиций на каждой операции (рис. 12.3,в) обеспечивает резервирование и независимость позиций в смысле надежности, облегчает согласование производительности участков линии, разделенных накопителями, позволяет просто наращивать производительность как отдельных участков, так и производственной системы в целом, изменять и оп-робывать новые техпроцессы. Однако система остается жесткой для последовательности проведения операций технологического процесса, т. е. полуфабрикат должен последовательно проходить первую, вторую и прочие технологические операции. По такой схеме рекомендуется компоновать системы, реализующие техпроцесс с жестко заданной и неизменной последовательностью операций.

В своем развитии технологическая система, составленная по схемам рис. 12.3,6 и в, может вырасти до ГАЛ.

Компоновка, показанная на рис. 12.3,г, обеспечивает асинхрон-ность работы технологических элементов, их независимость в смысле надежности и произвольную последовательность прохождения полуфабрикатов через технологические операции. Такая система может обеспечить, гибкость как в тактическом плане, т. е. автоматическую организацию требуемых технологических процессов, так и в стратегическом плане, т. е. исключение, замену и введение новых технологических операций и оборудования без прекращения выпуска продукции. Точками на транспортных связях показаны места, где возможны изменения маршрута следования полуфабрикатов, а стрелками - возможные направления. В этой схеме допустимы маршруты централизованный склад - технологический элемент - централизованный склад. Использование такой схемы упрощает управление транспортными потоками, однако удлиняет маршруты, время транспортировки и пролеживания полуфабрикатов, увеличивает объем незавершенного производства.

В схеме рис. 12.3,д допустимы любые транспортные связи между технологическими позициями, минующие централизованный склад, что укорачивает маршруты и время транспортировки. Для управления транспортными потоками каждая деталь или партия должна быть закреплена за индивидуальной транспортной тележкой, в память системы управления которой заложены маршрут и

режимы либо код, определяющий режимы обработки. Деталь мо-.жет транспортироваться и независимой транспортной тележкой. Тогда при снятии детали с технологической позиции на транспортную тележку она должна идентифицироваться, т. е. определяться ее код в системе управления, затем по коду определяться следующая операция и даваться задание на транспортировку. При загрузке детали в технологическую позицию необходимы дополнительная идентификация и смена режимов обработки.

Каждый технологический элемент развитой системы, в свою очередь, может быть системой, построенной по одной из приведенных компоновочных схем, например, как это показано на рис. 12.3,£. Этим достигается построение весьма развитых технологических систем с необходимой степенью гибкости. Гибкость в тактическом и стратегическом плане и высокая универсальность таких систем достигаются за счет гибкости транспортирующей и управляющей структур. При этом специализация технологических элементов допустима с точки зрения гибкости, часто весьма полезна с точки зрения производительности и необходима для качественного ведения технологического процесса.

Транспортировка полуфабрикатов из одной стационарной позиции в другую и пребывание в накопителе могут совмещаться с обработкой, для чего транспортирующая позиция оснащается необходимым комплектом инструмента.

Структурно-компоновочные схемы бывают различной степени детализации. Представленные на рис. 12.3 схемы являются укрупненными и показывают только связь между позициями по надежности, степень требуемой синхронности их работы и возможные пути прохождения полуфабрикатов через технологическую систему. При этом не раскрывается способ транспортировки полуфабрикатов и их загрузки.

Различают транспортировку полуфабрикатов внутри технологической позиции, межстаночную и межучастковую. Между участками транспортируются обычно партии кассет, между отдельными технологическими модулями - транспортные кассеты, а внутри технологического оборудования - отделение пластины, кристаллы или заготовки ИС. В пределах ГПС проводятся, как правило, двухэтапная транспортировка и перегрузка. На первом этапе транспортируются и перегружаются кассеты между технологическими модулями, на втором осуществляются поштучная выгрузка кассет и транспортировка отдельных заготовок внутри модуля.

Функции транспортирования полуфабрикатов и их загрузки на любом из этапов могут быть объединены или разделены. В первом случае транспортировку и загрузку может осуществлять подвижный робот, установленный на монорельсе (рис. 12.4,а), тележке (рис. 12.4,г) или стационарные роботы (рис. 12.4,6 и в).

В схеме а двурукий робот 2 одной рукой захватывает полуфаб-

1 2 3

И 0 И

0 0 0

г) S

Рис. 12.4. Структурно-компоновочные схемы ГПС, транспортная системы которых объединяет функции транспортировки и загрузки полуфабрикатов

0 0 0 0

ъ

* f 11

ъ

Рис. 12.5. Структурно-компоновочные схемы ГПС с адресным конвейером

рикат из накопителя 1 и доставляет его к перегружаемой технологической позиции 3. Второй рукой робот захватывает изделие из позиции, загружает в нее полуфабрикат и доставляет изделие в накопитель.

Схема б обладает меньшим уровнем гибкости и предпочтительнее для реализации гибких автоматических линий со сравнительно жесткой последовательностью операций. Здесь стационарный робот 4 осуществляет загрузку технологических позиций полуфабрикатами и их выгрузку в промежуточные накопители или стеллажи 5. Если обработка в данной технологической позиции не требуется, полуфабрикат соответствующим роботом перекладывается на следующий стеллаж. При круговой компоновке технологических по-