ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет» Машиностроительный институт

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет» Машиностроительный институт Кафедра технологии машиностроения и методики профессионального обучения Автоматизация производственных процессов Краткий конспект лекций

3.1. Производительность автоматических линий 3.2. Надежность автоматических линий Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий Автор презентации – доцент К.т.н., Штерензон В.А.

Производительность технологического оборудования с любой степенью автоматизации – это количество продукции, выпущенной в единицу времени. Для любого автоматизированного производства производительность – наиважнейшая техническая характеристика. Повышение производительности приводит к повышению объемов выпуска продукции и, соответственно, к повышению получаемой прибыли. Производительность автоматических линий определяет: срок их окупаемости, рентабельность, эффективность автоматизации технологических процессов и зависит от надежности АЛ и качества их обслуживания. 3.1. Производительность автоматических линий Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Любая автоматическая линия (АЛ), как совокупность оборудования, может находиться в одном из следующих состояний: 1. Автоматическая линия работает, заданный техпроцесс выполняется. Это состояние характеризуется временем рабочих ходов. 2. Автоматическая линия работает, выполняются вспомогательные операции (например, транспортирование). Это состояние характеризуется временем холостых ходов. 3. Автоматическая линия простаивает из-за отказа механизмов АЛ или инструментов (простой по собственным причинам). 4. Автоматическая линия простаивает по организационно-техническим (внешним) причинам (например, отсутствуют заготовки или необходимые инструменты). 5. Автоматическая линия работает, но выпускает брак. Фактически это простой, т.к. затраты на изготовление продукции есть, а прибыли от брака не будет. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Все указанные состояния влияют на оценку производительности автоматической линии. Состояния 3, 4 и 5 по возникновению и времени продолжения носят случайный характер. В зависимости от этих состояний различают несколько видов производительности: 1. Технологическая производительность: определяется длительностью обработки детали согласно техпроцессу. Эта длительность равна сумме значений времени tрх Вывод: Qтех характеризует оптимальность назначения режимов обработки детали на технологических операциях автоматической линии. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

2. Цикловая производительность: определяется длительностью цикла (в расчете на одно изделие) Qц характеризует лишь потенциальные возможности оборудования по выпуску продукции в идеальных условиях: Автоматическая линия работает без простоев, вся выпущенная продукция является годной. - коэффициент цикловой производительности Так как Qтех = Const, Kц = f(tхх), то с увеличением tхх коэффициент цикловой производительности Kц уменьшается, и, следовательно, уменьшается цикловая производительность Qц. Вывод: технологическая и цикловая производительности характеризуют автоматическую линию с точки зрения прогрессивности техпроцесса и совершенства конструкции. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

3. Фактическая производительность: определяется длительностью цикла Tц и длительностью потерь времени tпв из-за различных простоев где Kф – коэффициент фактической производительности. При увеличении tпв фактическая производительность Qф уменьшается. Если tпв  0, то Qф  Qц. Эти формулы справедливы, если АЛ не дает брака. Если при контроле изделий устанавливается брак, то реальная производительность есть: где q – количество годных изделий; Тц + tпв – общее время, затраченное на выпуск годных и негодных изделий. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Производительность автоматических линий в отличие от систем независимо работающего оборудования зависит не только о времени рабочих, холостых ходов и времени простоев, не только от отказов устройств АЛ, но и от структуры автоматической линии. Под структурой АЛ понимают количество и вид ее подсистем и характер функциональных связей между ними. Автоматические линии бывают: 1. однопоточные с жесткой межагрегатной связью (наименее надежные); 2. однопоточные с гибкой межагрегатной связью; 3. многопоточные, разделенные на участки (наиболее надежные). Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Однопоточные линии с жесткой межагрегатной связью Однопоточные линии с гибкой межагрегатной связью Многопоточные линии, разделенные на участки

Производительность автоматических линий и стоимость эксплуатации зависят от уровня надежности линий. Различают циклическую и технологическую надежность автоматических линий: циклическая (функциональная) – это надежность срабатывания узлов и механизмов в каждом цикле линии, технологическая – надежность получения заданной точности обработки детали. Циклическая надежность автоматических линий обусловлена простоями из-за отказов ( поломок) механизмов автоматических линий. Технологическая надежность обусловлена простоями АЛ при исправности всех механизмов, но механизмы (хотя бы один из них) не обеспечивают заданной точности обработки детали на АЛ. 3.2. Надежность автоматических линий Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Надежность (ГОСТ 27.002-89) – свойство изделия сохранять в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения, транспортировки и других действий. Основными свойствами надежности являются безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Безотказность – свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени или наработки в определенных условиях эксплуатации. Долговечность – свойство изделия сохранять во времени работоспособность с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до его предельного состояния, оговоренного технической документацией. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем обнаружения и устранения дефекта и неисправности технической диагностикой, обслуживанием и ремонтом. Сохраняемость – свойство изделий непрерывно сохранять значения установленных показателей качества в заданных пределах в течение длительного хранения и транспортирования. Одним из основных понятий в теории надежности является понятие отказа. Отказ – это событие, в результате которого происходит полная или частичная утрата работоспособности изделия. Автоматические линии – это сложные системы многократного действия, состоят из большого числа самых различных механизмов и в процессе эксплуатации испытывают самые разнообразные отказы. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Отказ любого механизма или компонента АЛ приводит к отказу автоматической линии целиком. В зависимости от последствий отказы механизмов АЛ могут быть: восстанавливаемые (после отказа могут быть потребителем восстановлены); невосстанавливаемые (после отказа не могут быть восстановлены и подлежат замене). Виды отказов Признаки: 1. по связи с отказами других механизмов (систем): независимые отказы (отказ системы произошёл по внутренним причинам, вне связи с другими отказами); зависимые отказы (если отказ системы связан с другими отказами или функционированием других механизмов и систем); Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

2. по степени влияния на работоспособность системы: полные отказы(система дальше не в состоянии выполнять свои функции); частичные отказы (система может выполнять свои функции, однако некоторые параметры исправности системы превысили предельные значения). 3. по содержанию: функциональные отказы( нарушение способности системы выполнять функции), параметрические отказы (один или несколько параметров, характеризующих систему, превышают своё допустимое значение). 4. по характеру проявления: внезапные отказы (отказ, время протекания которого бесконечно мало): внезапная поломка, короткое замыкание, т.д. постепенные отказы (отказ во времени развивается постепенно), постепенные по развитию, но внезапные по проявлению (усталостные отказы). Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

5. по причинам, которые могут сформировать отказы: конструктивные отказы(возникают из-за ошибок, допущенных на этапе конструирования), технологические отказы (возникают из-за ошибок при технологии изготовления и сборки системы); эксплутационные отказы (из-за неправильной эксплуатации системы). Как показывает классификация, причины, вызывающие отказы, можно поделить на две группы: Случайные – причины, возникновение которых во времени невозможно прогнозировать (внезапные перегрузки). Систематические – причины, которые отражают реальные физико-химические процессы, протекающие во времени и вызывающие отказ системы (старение, износ), во времени могут быть спрогнозированы. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

ГОСТ 27.002-89 предусматривает большое количество количественных показателей надежности. К единичным относятся показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. К основным комплексным показателям относятся коэффициент готовности, коэффициент технического использования. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

1. средняя наработка на отказ (среднее время между двумя последовательными отказами АЛ), является показателем безотказности АЛ и определяется по формуле где tр – сумма времени рабочих и холостых ходов за время исследования АЛ (т.е.рабочих циклов); n – общее количество отказов АЛ за время ее исследования. 2. среднее время восстановления АЛ после отказа, является показателем восстанавливаемости и ремонтопригодности АЛ и определяется по формуле где tв – сумма времени восстановлений АЛ после отказов за время исследования автоматической линии. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

3. Коэффициент готовности характеризует вероятность того, что АЛ будет работоспособна в любой момент времени, кроме планово-предупредительных ремонтов, определяется по формуле где tв – сумма времени восстановлений АЛ после отказов за время исследования автоматической линии; n – общее количество отказов АЛ за время ее исследования . 4. коэффициент технического использования АЛ, характеризует долю времени рабочих циклов в общей сумме времени работы и простоев (по различным причинам) АЛ, определяется по формуле Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Одним из способов повышения недостаточной надежности изделий и машин является использование различных методов резервирования при проектировании и конструировании изделий и машин. Резервированием называют эффективный способ повышения надежности, который заключается в применении дополнительных средств и возможностей сохранения работоспособности изделия при отказах его компонентов. Чаще всего используют структурное резервирование, которое предполагает включение в систему дополнительных элементов параллельно тем, надежность которых недостаточна. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

При последовательном соединении n компонентов или элементов любой системы (в частности АЛ) ее компоновка имеет вид С точки зрения надежности в любой момент времени каждый компонент автоматической линии можно характеризовать вероятностью его безотказной работы P(t) Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Надежность Рс системы с последовательным соединением компонентов определяется произведением вероятностей безотказной работы компонентов где Рi – вероятность безотказной работы i-го компонента системы (АЛ) или машины, 1, 2, 3….n– номер компонента в изделии (при последовательном соединении) Анализ формулы и схемы последовательного соединения компонентов АЛ показывает: отказ одного любого компонента приводит к отказу всей системы, чем больше компонентов n, тем ниже надежность всей системы, надежность всей системы АЛ ниже надежности самого ненадежного компонента системы. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

При параллельном соединении m компонентов системы ее компоновка имеет вид Надежность системы с параллельным соединением компонентов определяется по формуле Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

где Рi – вероятность безотказной работы i-го компонента АЛ или машины 1, 2, 3….m – номер компонента в системе (при параллельном соединении). Анализ формулы и схемы параллельного соединения компонентов АЛ показывает: отказ одного любого компонента не приводит к отказу всей системы в целом, чем больше компонентов m, тем выше надежность всей системы Рс, надежность всей системы (АЛ) выше надежности самого надежного компонента системы. Структурное резервирование основано на использовании различных схем параллельного соединения. Различают общее, раздельное (поэлементное) и комбинированное (смешанное) резервирование. Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Общим называется такое резервирование, при котором структурная схема системы резервируется целиком. m В случае общего резервирования вероятность безотказной работы всей системы определяется по формуле Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Раздельным (поэлементным) называется такое резервирование, при котором каждый компонент системы резервируется индивидуально. В случае раздельного резервирования вероятность безотказной работы всего изделия определяется по формуле Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий

Производительность технологического оборудования Состояния автоматической линии Технологическая, цикловая, фактическая, реальная производительность автоматической линии Структура автоматической линии Надежность автоматической линии (циклическая, технологическая) Свойства надежности АЛ: безотказность, долговечность, восстанавливаемость, сохраняемость Отказ, виды отказов Показатели надежности автоматических линий Резервирование, виды резервирования АЛ Рассмотренные вопросы и понятия Тема 3: Производительность и надежность автоматических линий