Система
управления процессом функционирования линии сборки микрообъективов
К.В. Киприянов,
асп., kinnder@mail.ru,
НИУ ИТМО, г. Санкт-Петербург
В
статье представлено общее описание линии сборки и системы управления,
рассмотрены этапы функционирования системы. Также приводится описание
применяемых методов, и рассматриваются дальнейшие направления развития системы
The article tells about
general description of an assembly line and control system, it tells about the system's
functioning stages. Also there is the description of the used methods, and the
further system's development directions
Линия
сборки микрообъективов является автоматизированным участком сборки с непрерывным
поступлением комплектующих деталей и снятием готовых изделий. Несмотря на то,
что комплектующие детали, по сравнению с готовым изделием, являются изделиями более
низкой точности, комплекс применяемых технических и программных решений
позволяет обеспечить высокую собираемость и низкую долю незавершенного
производства. Технические решения включают использование высокоточного
оборудования. Программные решения реализуют методы селективной сборки и адаптивного
управления.
Линия
сборки состоит из стационарного склада, зоны измерений и зоны сборки. Зона
измерений и зона сборки оборудованы транспортной линией вокруг
которой размещены специализированные станции. На станциях размещается
оборудование, предназначенное для контактных и бесконтактных измерений,
насыпной сборки, соединительных и других видов работ. Перемещение материальных
потоков осуществляется при помощи роботов перекладчиков, транспортных шаттлов и
робота штабелера. Перемещение информационных потоков осуществляется по сети Ethernet[1].
Одним
из применяемых на линии методов сборки является селективная сборка, относящаяся
к методам сборки изделий из деталей с неполной взаимозаменяемостью.
Особенностью метода является введение предварительных операций измерения
деталей, по результатам которых определяется их группа. Группы деталей
формируются таким образом, чтобы обеспечивать полную взаимозаменяемость при сборке
готового изделия. После измерения и сортировки
комплектующих по группам, начинается сборка готовых изделий из деталей одной
группы. Незавершенное производство в данном подходе в основном формируется вследствие
того что для сборки не хватает деталей определенных групп.
Система
управления процессом функционирования линии сборки состоит из системы
управления и системы проектирования.
Система
управления предназначается для выполнения технологических процессов(ТП) - заданий и мониторинга текущего состояния контролируемых
объектов. При возникновении аварийной ситуации формируется запрос к системе
проектирования на формирование задания на вывод технологической системы из сложившейся
ситуации. В система управления выделяется иерархия из 5 уровней управления. 0
уровень управления - управление отдельными координатами устройств, 1 уровень
управления - управление устройством, 2 уровень управления - управление станцией,
3 - уровень управления - управление зоной, 4 - уровень управления - уровень
управления линией. . Разделение на уровни управления
выполняется на основе правила: множество объектов уровня n, представляют один объект уровня n+1. Программное обеспечение 0 и 1 уровней управления
предоставляется производителем оборудования. 2, 3 и 4 уровни непосредственно
относятся к системе управления
Система
проектирования предназначена для формирования заданий объектам управления и
выполнения виртуальной сборки. Проектирование заданий для каждого уровня ведется
отдельно. Задание для n+1 уровня
управления может состоять из множества заданий для n уровня управления.
Проектирование
заданий осуществляется при помощи метода синтеза технологических процессов из
элементов аналогов. В основе этого метода лежит положение, что технологический
процесс состоит из последовательности переходов технологической системы из
одного состояния в другое. Состояние технологической системы определяется по
состояниям технологических объектов входящих в неё. Состояние объекта определяется
его количественными и качественными характеристиками. Например, количественными
характеристиками являются размеры, координаты, а качественными характеристиками
- измерена ли деталь или нет, собрана или нет. Переход технологической системы
формируется из переходов технологических объектов на данном шаге. Элементом
аналогом является тройка: множество объектов в исходном состоянии, выполняемые
имя технологические операции(переход), множество
объектов в результирующем состоянии. Проектирование технологического процесса
начинается с определения начального состояния технологической системы и
конечного состояния технологической системы. Далее на основе базы элементов
аналогов формируется множество решений, приводящих систему из начального состояния
в конечное. На основе оценочной функции из полученного
множества решений выбирается оптимальное. В дальнейшем
данное решение может быть использовано в качестве типового
при решении аналогичных задач[2].
Виртуальная
сборка реализует принципы селективной сборки на линии. Детали перед началом
сборки подвергаются тотальному измерению, после чего собранная информация
поступает в систему проектирования, где формируется перечень конкретных
собираемых деталей в изделии. После формирования комплекта деталей, эта информация
используется при дальнейшем проектировании. Полученный в результате каждой
сборочной операции узел снова подвергается измерению, и измерительная
информация используется для уточнения комплекта сборки. Например, в комплект
сборки объектива входит несколько неразборных узлов линза в оправе, которые в
свою очередь состоят из линз и оправ. После предварительного подбора линз и
оправ для всего объектива, осуществляется склейка узлов линза в оправе. После
измерения обнаруживается, что ранее сформированный комплект деталей не обеспечивает
требуемой точности и производится его пересчет.
Работу
всей линии можно разделить на начальный и устойчивый этапы работы, и этап
выхода из аварийной ситуации.
На
начальном этапе работы линии сборки производится формирование базы типовых
технологических процессов. При запуске пробной партии, управляющая программа не
находит подходящего типового процесса и формирует запрос системе проектирование
на его формирование. Входные данные для этого запроса формируются на основе
конкретной ситуации на линии. После накопления достаточного
количества типовых процессов начинается устойчивый этап работы.
На
устойчивом этапе работы единичные технологические процессы формируются из
типовых при помощи пересчета параметров. Если для какой-либо ситуации нет
типового процесса, то системе проектирования ставится задача на его
проектирование. В ходе работы линии могут возникнуть ситуации, считающиеся
аварийными, выход из аварийных ситуаций является отдельным этапом работы.
Этап
выхода из аварийной ситуации состоит в определении текущего состояния
технологической системы и возвращения её в нулевое положение. Определение
текущего состояния осуществляется на каждом уровне управляющими программами при
помощи средств диагностики, если определить текущее состояние на каком-либо
объекте невозможно, то система просит вмешательства человека. После определения
текущего состояния перед системой проектирования ставится задача по переводу
системы в нулевое положение. Сформированный в результате технологический
процесс может содержать операции выполняемые человеком. После возвращения линии
в нулевое положение линия может вернуться к устойчивому этапу работы.
Развитие
системы предполагается по двум направлениям.
Первое
направление - применение систем моделирования для проектирования и визуализации.
На этапе выбора оптимального решения во время проектирования, при наличии
необходимых моделей возможно проведение имитационного моделирования, с целью определения
времени выполнения технологического процесса. Кинематическое моделирование
позволит верифицировать полученный технологический процесс с целью предотвращения
возникновения аварийных ситуаций. Кинематическое моделирование также может быть
применено для визуализации текущей ситуации на линии сборки.
Второе
направление - ведение адаптивно-селективной сборки. Адаптивная составляющая
заключается в накоплении статистической информации о характере распределения
поступающих комплектующих деталей по группам и формировании на её основе
заказов на производство деталей конкретных групп в соответствии с
прогнозируемым дефицитом.
Заключение
Линия
сборки является полигоном для отработки перспективных технологических решений в
автоматизации приборостроения. Рассмотренная программная система позволяет
превратить сборочный конвейер в гибкий производственный участок.
1. Общее описание линии сборки микрообъективов.
- СПБ НИУИТМО, 2012. -39 с.
2. Падун Б.С. Киприянов К.В.
Метод синтеза технологических процессов изготовления изделий / Десятая сессия
международной школы "Фундаментальные и прикладные проблемы надежности и
диагностики машин и механизмов". Сборник докладов. - Санкт-Петербург:
ИПМАШ РАН, 2011. - с.328-333. - 348 с.