Классификация и типы датчиков

Рабочие станции, рабочие ячейки и рабочие центры представляют собой скоординированный кластер производственной системы. Производственная машина с несколькими процессами считается рабочей станцией. Станок также считается рабочей станцией. Интегрированные рабочие станции образуют рабочую ячейку. Несколько взаимодополняющих рабочих станций могут быть сгруппированы вместе, образуя производственную ячейку. Аналогично, интегрированные производственные ячейки могут образовывать рабочий центр.

Эта структура является базовой концепцией моделирования гибкой производственной системы. Гибкая производственная система также является краеугольным камнем стратегии компьютерно-интегрированного производства (рис. 1). Цель состоит в том, чтобы предоставить руководству и команде разработчиков проекта обзор основных задач, которые необходимо решить на этапах планирования, проектирования, внедрения и эксплуатации компьютерно-интегрированных систем обработки, контроля и сборки.

Финансовых и технических катастроф можно избежать, если утвердить четкое понимание роли датчиков и систем управления в стратегии компьютерно-интегрированного производства. Датчики в основном применяются на рабочих станциях и являются единственным практическим средством управления производственной системой и постоянного отслеживания ее производительности.

Датчики и системы управления в производстве предоставляют средства интеграции различных, правильно определенных процессов в качестве входных данных для получения ожидаемого результата. Входными данными может быть сырье и/или данные, которые необходимо обработать с помощью различных вспомогательных компонентов, таких как инструменты, приспособления и зажимные устройства. Датчики предоставляют данные обратной связи, описывающие состояние каждого процесса. Выходными данными также могут быть данные и/или материалы, которые могут быть обработаны другими ячейками производственной системы.

Гибкая производственная система, содержащая рабочие станции, рабочие ячейки и рабочие центры и оснащенная соответствующими датчиками и системами управления, представляет собой распределенную информационную систему управления, связывающую воедино подсистемы механической обработки, упаковки, сварки, окраски, газовой резки, листового металла. производство, проверка и сборка, а также процессы обработки и хранения материалов. При проектировании различных рабочих станций, рабочих ячеек и рабочих центров в гибкой производственной системе в рамках компьютерно-интегрированной производственной стратегии основной задачей является создание множества датчиков, соединяющих различные системы обработки материалов, такие как роботы, автоматизированные системы управляемых транспортных средств. , конвейеры и тележки для загрузки и разгрузки поддонов, чтобы они могли взаимодействовать с сетями обработки данных для успешной интеграции с системой.

На рисунке 1 изображена ячейка, состоящая из нескольких рабочих станций с ее входом и выходом, и указаны ее основные функции по выполнению процесса преобразования, хранению заготовок, связи систем обработки материалов с другими ячейками и обеспечению передачи данных в систему управления. Ссылки на обработку данных обеспечивают связь с базами данных, содержащими программы обработки деталей, программы контроля, программы для роботов, программы упаковки, данные обработки и данные управления в реальном времени через подходящие датчики. Каналы обработки данных также позволяют передавать данные обратной связи на верхний уровень иерархии управления. Соответственно, весь производственный комплекс оснащен текущими данными для анализа в реальном времени и устранения неисправностей.

Группа производственных ячеек, сгруппированных для выполнения определенных производственных операций, называется рабочим центром. Различные рабочие центры могут быть связаны между собой посредством спутниковой связи независимо от местонахождения каждого центра. Производственные центры могут располагаться на расстоянии нескольких сотен футов или нескольких тысяч миль друг от друга. Соответствующие датчики и системы управления вместе с эффективными каналами связи обеспечат практический анализ данных в реальном времени для дальнейшего принятия решений. Продукция ячейки является продуктом модуля гибкой производственной системы. Он состоит из готовой или полуфабрикатной части, а также данных в машиночитаемом формате, которые будут инструктировать следующую ячейку, как достичь ее выходных требований. Данные передаются через распределенные сети связи. Если, например, требуется обработать деталь до определенной исходной точки в конкретной ячейке, датчики будут настроены на считывание требуемой приемлемой исходной точки во время процесса наплавки.

После успешного завершения операции деталь необходимо снова перенести в другую ячейку для дальнейшей обработки или контроля. Следующая ячейка не обязательно является физически соседней; это может быть предыдущая ячейка, запрограммированная для требуемого процесса преобразования. Основной причиной акцента на интеграцию датчиков и систем управления в каждую производственную операцию является экспоненциально растущий во всем мире спрос на безошибочные производственные операции.

Датчики и технологии управления могут достичь впечатляющих результатов только при условии эффективной интеграции с корпоративной производственной стратегией. Могут быть достигнуты следующие преимущества:

• Производительность. Более высокая производительность и более низкая себестоимость единицы продукции.
• Качество. Продукт более однородный и последовательный.
• Надежность производства. Интеллектуальная самокорректирующаяся сенсорная система и система обратной связи повышают общую надежность производства.
• Срок выполнения. Детали могут производиться случайным образом партиями по одной или в достаточно большом количестве, а время выполнения заказа может быть сокращено на 50–75 процентов.
• Расходы. Общие капитальные затраты на 5–10 процентов ниже. Стоимость интеграции датчиков и систем управления с обратной связью в производственный источник меньше, чем стоимость автономных датчиков и систем обратной связи.
• Более эффективное использование.

Интеграция — единственная доступная технология, с помощью которой станок может использоваться до 85 процентов времени, а время, затрачиваемое на резку, также может превышать 90 процентов. Напротив, деталь (от заготовки до готового изделия) тратит на станок всего 5 процентов своего времени, а реальная производительная работа занимает лишь 30 процентов из этих 5 процентов. Время полезной работы на автономных машинах без интегрированных систем датчиков и управления составляет всего лишь 1–1,5 процента доступного времени.

Для достижения впечатляющих результатов по эффективности, интегрированная производственная система, включающая в себя сенсорную и управляющую системы обратной связи, должна поддерживать высокую степень гибкости. Если какая-либо ячейка по какой-либо причине выходит из строя, система планирования и контроля производства может перенаправить и перенести производство или, другими словами, переназначить системную среду. Этого можно достичь только в том случае, если и процессы, и маршрутизация деталей являются программируемыми. Сенсорные системы и системы управления будут предоставлять мгновенные описания состояния деталей системе производства и планирования.

Если различные процессы жестко интегрированы в специализированную высокопроизводительную систему, такую как линия для крупносерийного производства, то ни модульная разработка, ни гибкая эксплуатация невозможны. Однако если клетки и их каналы связи с внешним миром можно запрограммировать, можно получить много полезных данных обратной связи. Данные о сроке службы инструмента, измеренных размерах обработанных поверхностей с помощью измерений и контроля производства, а также об устранении неисправностей, полученные от датчиков и систем управления, могут позволить производственной системе повысить свою собственную производительность, изучить свои собственные пределы и информировать программистов деталей о их. Эти данные также могут быть очень полезны разработчикам гибких производственных систем для дальнейшего анализа.

В системах управления, не работающих в режиме реального времени, данные обычно невозможно собрать, за исключением ручных методов, которые отнимают много времени и ненадежны.