Автоматизированный участок сборки блока эхотомоскопа

98

Дипломный проект

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ БЛОКОВ ЭХОТОМОСКОПА СО СМЕШАННЫМ МОНТАЖОМ

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания на дипломное проектирование

2. Патентный поиск по теме дипломного проекта

3. Анализ автоматизированных процессов сборки и монтажа устройств РЭС

4. Разработка технологической схемы сборки

5. Расчет показателя технологичности конструкции

6. Разработка технологического процесса сборки

7. Разработка конструкции технологической оснастки

8. Технологическая планировка автоматизированного участка

9. Технико-экономическое обоснование проекта

9.1 Экономическое обоснование на основе сравнения двух технологических процессов

9.2 Расчет стоимостной оценки результата

9.3 Расчет стоимостной оценки затрат

9.4 Расчет экономического эффекта

10. Охрана труда и экологическая безопасность

Заключение

Список используемых источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время огромное значение имеет быстрое обновление производства, позволяющее оперативно перестраиваться на выпуск повой продукции и продукции, дающей наибольший экономический эффект. Для радиоэлектронной промышленности это возможно путем создания интегрированного производственного комплекса. Это и является темой дипломного проекта,

В настоящее время созданы все предпосылки для разработки и широкого использования гибкого автоматизированного производства (ГПС): имеется большой набор станков с ЧПУ. Широкое развитие получила микропроцессорная техника, внедряются в производство более совершенные и надежные конструкции промышленных роботов.

Одним из следствий научно-технического прогресса является рост требований к созданию машин и механизмов, способных самостоятельно и в комплексе решать задачи самоуправления, адаптации с окружающей средой и выполнения трудовых воздействий. К числу таких механизмов следует отнести в первую очередь промышленные роботы - перепрограммированные манипуляторы.

Особое значение при этом приобретает применение роботов для выполнения таких роботов, которые принципиально не могут быть механизированы или автоматизированы традиционными средствами.

Промышленный робот - современной конструкции, оснащенный системой ЧПУ, является автономным устройством, функционирующим без непосредственного участия человека. Он может быть запрограммирован на выполнение ряда повторяющихся операций - таких как загрузка и выгрузка деталей, их складирование, сборка нескольких деталей и т.п. С технической точки зрения современный робот следует рассматривать в качестве нового класса производственного оборудования вообще и нового вида оборудования в частности. Являясь механизмами совершенного нового класса, роботы создают предпосылки перехода к качественно новому уровню автоматизации - созданию автоматических производственных систем с централизованным управлением от ЭВМ.

Наибольший интерес представляют вопросы построения робототехнологических комплексов для предприятий сборочного типа и в первую очередь в сборочных цехах. В отличие от РТК для заготовительных цехов, где в общем случае каждый ПР обслуживает одну технологическую машину, в сборочных цехах могут наблюдаться самые разнообразные структуры, Это связано с основными производственными факторами, характеризующимися, большими машинными временами, обеспечивающими возможность многостаночного обслуживания; многообразными организационно техническими формами производства; большой протяженностью технологических маршрутов; многообразием типов сборочного оборудования и т.д.

Разработка, и создание ГПС влечет за собой значительные затраты средств, использование дорогостоящего, высокопроизводительного оборудования с числовым программным управлением, широкое внедрение средств вычислительной техники в системах управления.

Сокращение сроков окупаемости создаваемых ГПС требует, поэтому рациональной организации процесса разработки и внедрения.

Одним из аспектов, сдерживающих создание систем гибкой автоматизации для приборостроительного производства, является отсутствие выпускаемых промышленностью ГПМ сборки и монтажа печатных плат широкой номенклатуры, характерной для этой отрасли. Разработка таких модулей ведется по различным направлениям, в том числе с использованием промышленных роботов как основного технологического оборудования. В качестве рабочих органов таких роботов применяются сменные схваты, расширяющие их функциональные возможности [1].

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В настоящее время огромное значение имеет быстрое обновление производства, позволяющее оперативно перенастраивать на выпуск новой продукции и продукции, дающей наибольший экономический эффект. Для радиоэлектронной промышленности это возможно путем создания интегрированного производственного комплекса. Это и является темой дипломного проекта.

Основой конструкторско-технологической особенности медицинской аппаратуры является блочный принцип построения конструкций на базе функционально законченных устройств, блоков узлов. Этот принцип позволяет применять принцип агрегатирования, т.е. создания изделий на базе унифицированных узлов и блоков.

Сборка представляет собой совокупность технологических операций механического соединения деталей и радиоэлектронной аппаратуры в изделии или его части, выполняемых в определенной последовательности для обеспечения заданного их расположения и взаимодействие. Выбор последовательности операций сборочного процесса зависит от конструкции изделия и организации процесса сборки.

Этап полной автоматизации производства РЭА является высшей ступенью автоматизации, она предусматривает передачу всех функций управления и контроля автоматическим системам управления. Этап полной автоматизации РЭА имеет несколько стадий своего развития. Первой из них является внедрение гибких производственных систем (ГПС), способных изменять свою структуру и цель функционирования в зависимости от изменяющихся условий и задач [2].

В основе ГПС лежит использование технологического оборудования с ЧПУ, промышленных роботов и других механизмов, разрабатываемых и функционирующих как относительно автономные производственные единицы (гибкие производственные модули - ГПМ). Каждый ГПМ ГПС имеет автономное программное управление. В свою очередь линии, участки и цехи ГПС, которые комплектуются из ГПМ, также имеют соответствующее программное управление. Это позволяет перенастраивать их путем централизованной автоматической смены управляющих программ.

Гибкая производственная система (по ГОСТ 26228-85) представляет собой совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, РТК, ГПМ, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадке при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

Состав ГПМ для сборки и монтажа РЭА включает в себя следующие виды модулей:

- комплекс специального технологического оборудования для подготовки ЭРЭ к автоматизированной установке на ПП, в том числе рихтовки, формовки и обрезки выводов ЭРЭ, их лужения;

- комплекс технологического оборудования для комплектации партий ПП, ЭРЭ, механических деталей, материалов;

- ГПМ комплектации ЭРЭ, вклеенных в двухрядную липкую ленту (резисторы, диоды, конденсаторы);

- комплекс ГПМ комплектации и комплексной подготовки ИС;

- комплекс ГПМ для установки и крепления на ПП контрольных контактов;

- ГПМ установки и крепления на ПП ЭРЭ, вклеенных в двухрядную липкую ленту;

- комплекс ГПМ установки на ПП и пайки ИС;

- ГПМ досборки (для ручной программированной установки на ПП ЭРЭ малой применяемости);

- ГПМ (РТК) пайки волны припоя;

- ГПМ (РТК) очистки ПП водным раствором технических моющих средств;

- стенд технического визуального контроля качества и ремонта паяных соединений.

В состав ГПМ может включаться также оборудование для технологического или приемосдаточного контроля электрических параметров, но чаще всего оно выделяется в само состоятельную подсистему в составе ГПС.

В качестве материала ПП выбран стеклотекстолит фольгированный СФ-1,5-0,35 с толщиной фольги 35 мкм и толщиной материала 105 мкм. Отличается широким диапазоном рабочих температур (-60…+150оС), низким (0,2…0,8%) водопоглащения, высокими значениями объемного и поверхностного сопротивления, стойкостью к короблению, обладают лучшими техническими характеристиками.

Входной контроль - это ТП проверки поступающих на завод-потребитель ЭРЭ, ИС и ПП по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность пред включением этих элементов в производство. Необходимость входного контроля вызвана ненадежностью выходного контроля на заводе-изготовтеле, а также воздействием различных факторов при транспортировании и хранении, которых приводят к ухудшению качественных показателей готовых изделий. Затраты на проведение выходного контроля значительно меньше затрат, связанных с испытаниями и ремонтом собранных плат, блоков и аппаратуры в целом.

Печатные платы и компоненты поступают на сборку подготовленными с удостоверенным уровнем качества. Подготовка ЭРЭ и ИС включает распаковку компонентов, рихтовку, зачистку, формовку, обрезку и лужение выводов, размещение компонентов в технологической таре в количестве, достаточным для выполнения производственного задания.

Для повышения производительности сборочных автоматов элементы упаковывают в технологические кассеты и липкую ленту. Подача из магазинов является более дешевым способом, так как они могут многократно использоваться, но подача с ленты более универсальна.

Сборка компонентов на ПП состоит из подачи их к месту установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, сопряжение со сборочными элементами и фиксации в требуемом положении.

Печатная плата по базовым штифтам устанавливается на держатель и закрепляется зажимным элементом. Ее позиционирование производится вручную при помощи пантографа, состоящего из копирного щупа и системы рычагов, передающих движение от щупа к присоединенному монтажному столу. Копирный щуп пантографа вводится в соответствующее отверстие шаблона, определяя положение монтажного стола относительно установочной головки. Так как пантограф работает на оборудовании в масштабе 1:1, то в качестве шаблона используется ПП с рассверленными отверстиями. После позиционирования установочная головка захватывает элемент и ряд операций: вырезка ЭРЭ из ленты, гибка выводов, ориентация выводов, фиксация выводов [3].

В автоматических станках позиционирование сборочного стола осуществляется с высокой скоростью и точностью при помощи безинерционных шаговых двигателей, управляемых от ЭВМ. Одновременно автоматизируется весь комплекс работ по установке и фиксации компонентов на плате, включая контроль.

Технологический процесс монтажа состоит из следующих операций: нанесение и сушка флюса, предварительный нагрев платы и компонентов, пайка, обрезка выводов, очистка.

Групповая пайка компонентов со штыревыми выводами проводится волной припоя на автоматизированных установках модульного типа, которые оснащаются конвейерами с постоянным или регулируемым углом наклона относительно зеркала припоя. В зависимости от типа модуля ширина конвейеров составляет 230, 300, 380, 455, 610 мм. Из этих модулей компонуют монтажные линии. Включение в состав линии модуля обрезки выводов (1…5 фрез, вращающихся с частотой 4000…5000 мин -1) позволяет упростить процесс подготовки ЭРЭ к пайке. Использование карбида вольфрама для режущей части фрез, а также возможность их подзаточки, не снимая с оси, обеспечивают высокое качество обработки и производительность. Работа всех модулей синхронизирована с движением ПП по конвейеру: они начинают работу в рабочем режиме при подходе платы к модулю, что делает работу линии экономичной.

После пайки на поверхности плат остается некоторое количество флюса и продуктов его разложения, которые способны вызвать коррозию используемых материалов. Поэтому предусматривается очистка смонтированных ПП, способ проведения которой определяется степенью и характером загрязнений, требуемой надежностью проведения операции. Обычно применяют отмывку в различных моющих средах. Технологически просто происходит удаление остатков водорастворимых флюсов путём промывки плат в проточной горячей воде с использованием мягких щёток или кистей. Следы канифольных флюсов удаляются промывкой в течении 0,5-1 мин в таких растворителях, как спирт, смесь бензина и спирта (1:1) или фриона и ацетона (7:1) и др. Отмывка выполняется в специальных вибрационных установках, колеблющихся с частотой 50 Гц и амплитудой 1…2 мм, на волне моющего раствора со щётками или струйным методом.

Одной промывкой не удаётся удалить все загрязнения с поверхности ПП, поэтому применяют многократную обработку с изменением способа и реагента.

Автоматизированная система управления гибкой производственной системой (АСУ ГПС) является основной частью ГПС и предназначена для синхронизации и обеспечения функционирования компонентов и подсистем ГПС как единого целого с целью выполнения плановых заданий в режиме «малолюдной технологии», повышения производительности ГПМ и организации оперативного управления в различных возникающих при работе ситуациях в реальном масштабе времени [4].

Техническое обеспечение АСУ ГПС представляет распределённую многопроцессорную систему, конфигурация и состав которой определяется иерархией уровней ГПС, а также составом и содержанием задачи, решаемых АСУ и требованиями к надёжности её функционирования. В качестве приемлемой для автоматизации сборки выбрана система иерархической структуры на базе главной и комплекса подчинённых ЭВМ. Широкое применение иерархический структур в ГАП объясняется, во-первых, чётким соответствием структуры сети структуре системы управления, во-вторых, наличием серийно выпускаемого коммуникационного оборудования для комплексирования, мини- и микро- ЭВМ.

Комплекс технических средств всех уровней АСУ ГПС, состоящей из управляющего вычислительного комплекса (УВК), подсистем управления процессом производства, транспортом и складом реализует рассчитанную заранее программу (в виде сменного задания) и решает задачи диспетчерования хода производства. При этом информационная связь с отдельными подсистемами управления осуществляется по проводным каналам связи.

Гибкое автоматизированное производство - это производственная единица, функционирующая на основе как программного управления самим оборудованием, так и ведение технологических процессов от ЭВМ, за счет чего работа всех исполнительных компонентов производственной системы перестраивается при смене объектов производства. ГАП - это производство, основанное на безлюдной технологии и позволяющее отказаться от технической и сопроводительной документации.

Гибкое автоматизированное производство - высшая форма интеграции производительности труда. ГАП состоит из исполнительной системы, включающей технологическую, транспортную и складскую подсистемы, и системы управления, координирующей функционирование указанных подсистем.

Гибкое автоматизированное производство базируется на использовании оборудования с программным управлением, построенного, как правило, по модульному принципу. Основные модули ГАП - станки и технологические установки с ЧПУ, роботы-манипуляторы, транспортные средства, контрольно-измерительные устройства и установки, секции автоматических складов и др. Программное управление модулем основывается на использовании программы, определяющей порядок действий с целью получения требуемого результата.

Вычислительные машины, управляющие модули исполнительной системы, реализуют: первый уровень управления - выполняет задачи управления отдельными компонентами исполнительной системы ГАП.

Такие ЭВМ первого уровня могут взаимодействовать для обеспечения локальных функций управления по согласованию работы соседних модулей, связанных между собой по входу-выходу. Координация работы локальных систем - ЭВМ и управляемых ими модулей - является функцией второго уровня управления, реализуемого центральной ЭВМ системы управления ГАП. Центральная ЭВМ связана с ЭВМ АСТПП и АСУП, реализующими третий уровень управления. Поскольку комплексы ГАП взаимосвязаны в материально-организационном отношении, центральные ЭВМ систем управления комплексами ГАП должны быть информационно связанны между собой, что обеспечивается за счет сопряжения по средствам линий передачи данных центральных ЭВМ с ЭВМ более высокого уровня иерархии, на которую возлагаются функции управления взаимодействием ГАК.

Таким образам СГУ ГАП представляет многоуровневую систему управления, реализуемую комплексом ЭВМ, обеспеченных соответствующими программными средствами управления - наборами программ [5].

2. ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК ПО ТЕМЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

Целью патентных исследований является получение исходных данных для обеспечения высокого технического уровня и конкурентоспособности объектов техники, для использования современных объектов НТП и исключения неоправданного дублирования исследований и разработок.

Частью патентных исследований является патентный поиск. Поиск проводится для проверки патентоспособности технического решения, установления уровня техники и патентной чистоты объекта, определения условий реализации прав патентообладателя и т.д.

Цели патентного поиска можно объединить в три основные группы:

- первая группа связана с установлением уровня технических решений;

- вторая группа целей патентного поиска - установления объема прав патентообладателя (изобретателя, заявителя): поиск фамилии или наименования патентообладателя, изобретателя, заявителя по известному номеру документа; выявление всех принадлежащих ему патентов. Цели патентного поиска: установление предшествующих, утративших силу или аннулированных патентов, выявление блоков патентов аналогов, установление срока действия патента и т.д.

- третью группу составляет установление условий реализации прав патентообладателей, тесно связанных с экономикой экспертных и патентно-лицензионных операций.

Различат несколько видов патентного поиска:

- тематический (предметный) поиск наиболее распространён, его проводят для выявления изобретений (промышленных образцов, товарных знаков), имеющих отношение к исследуемому вопросу.

- именной (тематический) поиск направлен на обнаружение документов конкретного лица (фирмы). Чаще всего он является этапом тематического поиска.

- нумерационный поиск имеет целью установить ряд обстоятельств, касающихся конкретного охранного документа: его тематической принадлежности, связи с другими документами, правового статуса.

Поиск патентов-аналогов имеет целью обнаружения патентов, выданных в разных странах на одно и тоже изобретение.

Патентный поиск обычно начинают с конкретизации задания. В зависимости от характера задания определяется вид поиска, привлекаемая документация, страна, глубина.

Существует следующий порядок проведения патентных исследований:

- Разработка задания на проведение патентных исследований.

- Разработка регламента поиска информации.

- Поиск и отбор патентной и другой научно-технической информации, в том числе конъюнктурно-экономической.

- Систематизация и анализ отобранной информации.

- Обобщение результатов и составление отчета о патентных исследованиях.

В данном дипломном проекте план патентных исследований будет иметь следующий вид:

- составление задания на проведение патентных исследований;

- разработка регламента поиска;

- поиск и отбор патентных документов;

- составление отчёта о патентных исследованиях.

При составлении задания определяют тему поиска, т.е. одну или несколько технических решений задач, которые предполагается исследовать в дипломном проекте.

При определении темы поиска следует учитывать, что в отечественной патентной практике все технические решения отнесены к пяти объектам:

- устройства,

- способы,

- вещества,

- штампы микроорганизмов,

- применение известных ранее устройств, способов, веществ по новому назначению. Разрабатываемая система связи абонентов в телефонной сети является устройством.

Затем разрабатывается регламент поиска, который включает:

- разбивку темы на составные части;

- определение стран;

- определение патентных источников;

- определение глубины;

- классификация системы поиска по системе МКИ.

Определение патентных источников достаточно по официальным бюллетеням «Открытия, изобретения», «Промышленные образцы, товарные знаки» и описанием изобретений к авторским свидетельствам и патентам.

Глубина поиска для данного дипломного проекта - пять последних лет.

Тема поиска классифицируется по системе МКИ. Для этого пользуются Алфавитно-предметным указателем к МКИ. Результаты проведения патентных исследований приведены в приложении.

В области развития производства в качестве главной задачи выделена задача ускорения научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития, обеспечиваю производства продукции с меньшими материальными, энергетическими и, особенно, трудовыми затратами [6].

В дипломном проекте мы модернизируем уже существующую систему «Трасса», которая осуществляет сборку печатных плат. Необходимость модернизации появилась для того, чтобы обеспечить более эффективную работу, упростить конструкцию, уменьшить занимаемую площадь.

Модернизируемая система отличается от уже существующих тем, что наборка элементов производится не в липкую ленту, а в кассету на АПРТ.

В модернизированной системе в кассете направляющие имеют форму в виде змейки. При этом скорость заполнения кассеты уменьшается, элементы не падают, а плавно перемещаются по направляющей, и уменьшается трение скольжения. Нет необходимости использовать дополнительные толкатели. Элементы сами перемещаются по направляющей, а когда происходит загрузка, т.е. элементы располагаются друг на друге, автоматически увеличивается скорость.

Другие рассмотренные аналоги приведены в приложении А.

3. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗАЦИИ СБОРКИ ИЗДЕЛИЙ

Трудоемкость сборочных операций в общей трудоемкости изготовления достигает 60%, а в настоящее время автоматизировано 15% общего объема сборочных работ.

Наиболее очевидными причинами такого положения являются особенности и многообразие сборочных операций, заключающиеся в высоких требованиях к характеристикам сопряжения и необходимости выполнения ряда специфических переходов:

- ориентирования с требуемой точностью, относительно определенных поверхностей, подлежащих сборке деталей, их перемещения в пространстве к сборочному приспособлению или к сопрягаемым деталям;

- ориентирования деталей с требуемой точностью относительно поверхности сопрягаемой детали и поверхности приспособления;

- сопряжения ориентированных с требуемой точностью деталей.

Успех автоматизации сборки определяется состоянием научных разработок, направленных на:

- избрание в качестве объекта автоматизации наиболее характерных, массовых и существенных сборочных операций;

- использование наиболее совершенных современных методов оценки прогрессивности техпроцессов сборки по комплексу входящих параметров;

- изыскание путей оптимизации процесса сборки конкретного вида изделий;

- разработку методов математического описания и моделирования сборочного процесса, а также рационального использования ЭВМ в проектировании техпроцесса.

Этим поискам должны предшествовать, во-первых, классификация деталей и узлов по сходству конструктивно-технологических параметров форме, габаритов, массе, видам соединений, основным технологическим операциям и т.п., и, во-вторых, определения идентичности приемов движений при выполнении различных операций техпроцесса.

В существующих структурных сборочных агрегатах к помощи промышленных роботов прибегают в том случае, когда универсальная сборочная автоматическая станция не в состоянии справится с вновь поступающими на сборку типоразмерами деталей.

Промышленные роботы (ПР) в сборочном производстве вследствие сложности сборочных операций до сих пор не нашли широкого применения. С целью обеспечения возможности сборки и повышения производительности ПР проектируется и изготавливается специальная сборочная оснастка. В оснащение устройства сборочного робототехнического комплекса (РТК) входят:

- подающие устройства;

- транспортные средства;

- контрольно-измерительные устройства;

- схваты ПР;

- устройства для сопряжения деталей.

Внедрение сборочного комплекса, обслуживаемого роботами первого поколения, невозможно без применения накопительно-ориентирующих устройств, осуществляющих накопление и поштучную выдачу ориентированных деталей на позицию захвата.

К накопительно-ориентирующим устройствам предъявляют следующие требования:

- относительная простота конструкции;

- надежность в работе;

- возможность переналадки на детали другого типоразмера;

- удобство загрузки;

- ремонтопригодность;

- совмещение рабочих циклов загрузочно-ориентирующего устройства с холостыми ходами ПР в целях сокращения цикла сборки.

Существует большое многообразие накопительно-ориентирующих устройств. Для перемещения деталей в загрузочные приспособления используют центр тяжести, а также внешнюю движущую силу.

В последние годы в нашей стране и за рубежом стали применять переналаживаемые конвейерные линии, способные удовлетворять потребности многономенклатурного производства.

Поточно-конвейерные линии применяются как межоперационный транспорт, обеспечивающий непрерывность технологического процесса.

Конвейеры подразделяют на подвесные и напольные, рабочие и распределительные, вертикально и горизонтально замкнутые, с непрерывным и пульсирующим движением.

В настоящее время на предприятиях многих отраслей промышленности нашли широкое применение два основных типа конвейера сборочного производства: распределительные и рабочие.

Распределительные конвейеры применяются при многопредметной сборке изделий. Операция может выполняться на параллельных рабочих местах, т.е. при наличии дублёров.

Рабочие конвейеры применяются в однопредметных поточно-конвейерных линиях, а также в многопредметных линиях, если предметы производства конструктивно и технологически подобны. На рабочих конвейерах предметы сборки, монтажа, регулировки и настройки не снимают с транспортирующего органа. Работа на конвейере исключает возможность дополнительных затрат на доработку и подбор деталей, входящих в сборочную единицу. Поэтому метод взаимозаменяемости - один из основных методов поточного производства.

При создании контрольной системы необходимо решить следующие взаимосвязанные вопросы:

- выбор контролируемых параметров;

- выбор методов и средств контроля;

- определение принципов выборки.

Процесс проектирования контрольных средств следует осуществлять параллельно с проектированием сборочной оснастки и приспособлений. Это конкретизирует задачу.

В отличие от схватов, предназначенных для работы с деталями одного-двух наименований, к сборочным схватам предъявляются требования высокой универсальности, ибо в этом случае робот манипулятор со всеми деталями сборки, как базовыми, так и крепёжными. Для сборки узлов, имеющих пять-шесть деталей, возможно использование одного универсального схвата, в случае большого числа типоразмеров деталей и комплектующих частей, входящих в узел, целесообразно предусмотреть сменные схваты.

По принципу действия сборочные схваты можно классифицировать следующим образом: механические, вакуумные, электромагнитные, комбинированные. В настоящее время наиболее распространены механические захваты устройства.

Схваты проектируются для манипуляции с конкретными деталями, ибо создание единого универсального захватного устройства не представляет возможным. Однако проведение унификации отдельных узлов захватных устройств и разработка рекомендаций по выбору типа схвата упростят их разработку и сократят сроки внедрения сборочных РТК в производство.

До начала выполнения монтажных операций необходимо проверить наличие и правильность установки детали в сборочном приспособлении. Для этих целей предназначена система обратной связи от оборудования и оснастки к системе управления комплексом. Следует отметить, что одна из отличительных особенностей сборочных РТК - наличие широко развитой системы контроля.

Сопрягаемая деталь собирается ПР из питателя и транспортируется к месту сопряжения (предварительно контролируется правильность положения детали в схвате).

Осуществление комплексного выпуска сборочных роботизированных систем позволит сократить сроки разработки и внедрения средств автоматизации сборочных процессов.

Однако эксплуатация оборудования для автоматизированной сборки становится эффективной лишь при значительном увеличении объёма производства и размера серии. Эти условия могут быть удовлетворены усовершенствованием конструкции разнотипных изделий, выпускаемых малыми сериями, позволяющим достичь высокой степени общности методов сборки этих изделий. Максимальная производительность сборки достигается при очень хорошем качестве деталей. Улучшение качества деталей приводит к резкому удорожанию, поэтому нужен компромисс между увеличением стоимости деталей при улучшении их качества и прогнозируемыми прибылями.

Процесс автоматизированного производства, должен быть контролируемым, управляемым и наблюдаемым, что обеспечивается датчиками информации, контролирующими наиболее важные параметры его. Ведущая роль в комплексе рабочего оборудования отводится промышленному роботу. В системе управления им предусматривается возможность выдачи на внешнее оборудование серии команд, позволяющих синхронизировать и контролировать всю работу комплекса или линии [7].

Для контроля и согласования действия всех элементов комплекса или линии, увязки их в единый «организм» разрабатывается схема связи систем управления промышленными роботами, сборочным оборудованием, средствами транспортирования и другими средствами оснащения.

Иногда сборочные операции могут быть выполнены роботами лишь при изменении конструкции собираемых изделий. Необходимы особые конструктивные решения (например, направляющие скосы), соблюдение предпочтительных направлений движений сборки и т.д.

Основными критериями технологичности конструкции изделия, подлежащего автоматической сборке, являются:

- рациональный выбор кинематических цепей и конструкций присоединительных связей деталей и узлов;

- выбор принципиальной схемы, обеспечивающей простоту сборки и конструктивных решений;

- расчленение изделий на отдельные сборочные узлы, обеспечивающие удобство сборки и ее независимость, а также тщательность и быстроты контроля;

- уменьшение количества наименований деталей, снижение трудоемкости и стоимости сборки, сокращение ее цикла.

Для реализации этих задач могут применяться различные методы и оценки технологичности, но суть их должна заключаться в том, чтобы получить ответ на следующие вопросы:

- какую деталь или узел изменить, чтобы облегчить процесс автоматизации сборки;

- что изменить конкретно в конструкции;

- как произвести оценку сделанных изменений?

Высокий уровень технологичности конструкции объекта сборки позволяет разработать рациональную структуру технологического процесса, применить прогрессивные методы сборки, обеспечить прямоточность, непрерывность и ритмичность процесса.

Попытки автоматизации сборочных процессов наталкиваются на трудности, связанные с отсутствием средств восприятия внешней информации, анализаторов ситуации на логическом уровне. То есть автоматическим сборочным системам недостает той гибкости, которая имеется при использовании ручного труда.

Преодоление этих трудностей должно вестись с двух сторон. С одной стороны необходимо пересмотреть конструктивные решения с тем, чтобы в них учитывались и предусматривались только те сборочные процедуры, которые поддаются автоматизации. Прежде всего, следует отказаться от использования локальных соединений (винтов, болтов и т.д.) при монтаже изготавливаемой продукции.

Кроме того, удобным, с точки зрения автоматизации сборки, является магазинное соединение, при котором детали укладываются друг на друга с помощью направляющих. Такого рода соединения находят широкое применение электрических и электронных устройств.

Только в пересмотре процесса конструирования с целью создания устройств, значительно упрощающих сборку, и заключена возможность автоматизации этого процесса.

Иногда для улучшения собираемости и упрощения сборки достаточно незначительных конструктивных изменений изделия. Например, наиболее пригодны для сборки детали простой формы, имеющие максимальное число плоскостей и осей симметрии.

Если деталь в целом симметрична, но имеет некоторые асимметрично расположенные конструктивные элементы (выступы, проточки, отверстия и т.п.), то необходимо обеспечить полнейшую симметрию, введя дополнительные («ложные») симметричные элементы.

Цилиндрические элементы должны иметь длину, отличающуюся от диаметра не менее чем на 25%. Асимметричные детали должны обладать резко выраженной асимметричность, причем предпочтительнее асимметричность по наружному контуру. Если необходимо ориентировать по внутреннему, то на наружной поверхности детали должен иметься отличительный элемент, расположенный в соответствии с внутренним контуром.

Облегчает задачу ориентации эксцентричное расположение массы детали, т.е. удаление центра тяжести детали от условного геометрического центра ее оси, а также наличие пазов, уступов, фланцев и т.п.

Детали сложной конфигурации должны иметь явно выраженную базовую поверхность. Для удобства ориентации необходимо вводить дополнительные конструктивные элементы, не требуемые служебным назначением детали.

Для эффективной подачи деталей надо еще при конструировании деталей предусматривать предотвращение возможности их сцепления. Ширина замка деталей типа пружинных шайб, поршневых и замковых колес не должна превышать их толщины, а в некоторых случаях замок может быть выполнен в виде косого или ступенчатого паза.

Размеры пазов, углублений, отверстий большого диаметра и других характерных особенностей деталей должны быть такими, чтобы предотвратить возможность западания одной детали в другую, также не рекомендуется применять плоские неметаллические детали во избежание их сцепления, вызываемого статическим электричеством.

Выполнение этих требований гарантирует правильность базирования и установки деталей на сборочных позициях.

При этом обеспечивается:

- удобство транспортирования в рабочих зонах сборки точно установленной детали;

- правильное расположение сопрягаемых поверхностей изделия, которые должны обладать по возможности большой площадью, быть устойчивыми и иметь низко расположенный центр тяжести;

- надежная и точная фиксация деталей на сборочных позициях, особенно если детали имеют ярко выраженные цилиндрические или плоские базовые опорные поверхности, способствующие устойчивому положению объектов сборки [8].

Промышленные роботы (ПР) применяются, во-первых, для сборки под последующую механическую обработку и, во-вторых, для узловой сборки. В первом случае ПР захватывает, подает, ориентирует, соединяет детали вместе, устанавливает и снимает собранные детали с обрабатываемого оборудования.

Во втором случае промышленные роботы ведут поиск и распознавание деталей, передают их на сборочную позицию в ориентированном положении, контролируют размеры, проверяют правильность соединения и закрепления деталей. Роботы также могут упаковывать или передавать на следующую сборочную позицию сборочный узел.

Из теории автоматической сборки известны три метода расчета и осуществления установки деталей перед сборкой:

- по жестким базам;

- самоориентирование с другими базами;

- совмещение деталей.

В первом случае при расчете возможности автоматической сборки необходимо учитывать точность расположения поверхностей, по которым происходит базирование, относительно посадочных поверхностей.

Второй способ основан на придании одной из деталей свободного перемещения в ограниченном пространстве (чаще всего по спирали). При этом одна из деталей имеет возможность самоустанавливаться под воздействием сил, возникающих в точках контакта собираемых деталей.

В третьем случае необходимы контрольные механизмы, которые осуществляют определение, величины модуля и угла отклонения поверхностей, по которым собирают деталь. С целью компенсации погрешностей базирование деталей в этом случае схват робота оснащен обратной связью по усилению, по положению деталей относительно друг друга или в пространстве.

В ряде случаев, когда сборка производится по точно обработанной поверхности, а зажим по менее точно обработанным поверхностям жёсткое базирование вообще не обеспечивает сборки при сколь угодно высокой точности позиционирования схвата.

Поэтому при использовании ПР для совмещения собираемых деталей используют второй и третий методы осуществления установки деталей. В свою очередь такие работы должны быть оснащены устройствами и системами компенсации погрешности базирования деталей и совмещения поверхностей сопрягаемых деталей.

Подобные устройства необходимы и при сборке презиционых пар, поверхности которых обработаны с высокой точностью и не должны иметь на поверхности царапин и забоин.

Специфика сборки и необходимость компенсации погрешностей позиционирования деталей выдвигают и ряд других специфических требований.

Сравнение процесса сборки человеком и роботом показывает, что робот проигрывает человеку в ориентации деталей для сборки и подаче на рабочую позицию, на гораздо быстрее выполняют операции закрепления. Поэтому время позиционирования часто играет определяющую роль при создании ПР.

При автоматизации сборочных процессов следует применять роботы со многими степенями свободы, способные адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Средствами, обеспечивающими высокую универсальность роботов, являются сенсорные устройства, которыми оснащаются руки роботов, устройства, обеспечивающие высокую гибкость конструкции захватов. Это позволяет компенсировать погрешности позиционирования исполнительных органов и предопределить действия робота.

Сборочный робот, оснащённый несколькими руками, сенсорной автоматической телекамерой, средствами вычислительной техники и математическими методами, способен выполнить такой объём сборочных работ, как целая автоматическая линия [9].

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СБОРКИ

Технологическим процессом сборки называют совокупность операций, в результате которых детали собираются в сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия. Простейшим сборочно-монтажным элементом является деталь, которая согласно ГОСТ 2101-68 характеризуется отсутствием разъемных и неразъемных соединений.

Сборочная единица является более сложным сборочно-монтажным соединением. Состоящим из двух и более деталей, соединенных разъемным и неразъемным соединением. Характерным признаком сборочной единицы является возможность ее сборки отдельно от других сборочных единиц [10].

Технологическая схема сборки изделия является одним из основных документов, составляемым при разработке ТП сборки. При разработке ее руководствуются следующими принципами:

- технологическая схема сборки составляется на основании сборочного состава, включая в последнюю характеристики сборки;

- схема сборочного состава составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей и электрической схемы блока (микропроцессора, см. приложение);

- сборочные единицы образуются при условии независимости сборки, транспортировки и контроля;

- схема должна обладать свойством непрерывности, то есть каждая последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей.

Включение в схему сборочного состава характеристик сборки превращает ее в технологическую схему сборки. Наиболее широко применяются схемы сборки «веерного» типа и с базовой деталью. На схеме сборки «веерного» типа стрелками показано направление сборки деталей и сборочных единиц. Достоинством схемы является простота и наглядность, однако, схема не отражает последовательность сборки во времени.

Схема сборки с базовой деталью указывает временную последовательность сборочного процесса. При такой сборке необходимо выделить базовый элемент, то есть базовую деталь или сборочную единицу. В качестве базовой обычно выбирается деталь, поверхность которой в последствии будет использоваться при установке в готовый прибор. Для микропроцессора базовой деталью является печатная плата, на которую устанавливаются все другие детали.

Направление движения деталей и сборочных единиц на схеме показывается стрелками, а прямая линия, соединяющая базовую деталь и изделие, называется главной осью сборки. Точки осей сборки, в которые подаются детали, обозначаются как элементы сборочных операций, например Сб.1, Сб.10 и т.д.

При построении технологической схемы сборки каждую деталь или сборочную единицу изображают в виде прямоугольника (рис. 4.1), в котором указывают позицию детали по спецификации к сборочному чертежу (1), ее наименование (2) и обозначение (3) согласно конструкторскому документу, а также количество деталей (4), подаваемых на одну операцию сборки. Размеры прямоугольника рекомендуются 5015 мм. Стандартные изделия, как винты и шайбы, изображаются в виде круга диаметром 15 мм, в котором указывается позиция по спецификации и количество деталей.

Рисунок 4.1 - Условные обозначения: а - деталей и сборочных единиц;

б - крепежа

Для определения количества устанавливаемых ЭРЭ и ИМС на платы в ходе выполнения сборочных операций необходим предварительный расчет ритма сборки:

r = Фд / Nр, мин/шт, (4.1)

где Фд - действительный фонд времени за плановый период, Nр - программа выпуска с учетом коэффициента брака.

Для определения Фд используется следующая формула:

(мин),(4.2)

где n - количество рабочих дней в году (n=254); а - продолжительность рабочей недели (а=40ч.); в - количество рабочих дней в неделе (в=5); у - число смен (у=3); Крег.пер - коэффициент регламентированных перерывов (Крег.пер=0.95).

Для определения Nр используется следующая формула:

(4.3)

где - возможные технологические потери (=2).

По формуле (4.2) получаем:

(мин).

По формуле (4.3) получаем:

(шт).

Подставив значения Фд и Nр в формулу (4.1) получаем, что такт выпуска равен:

r = 347472 / 204000 = 1.7 (мин).

Разработка технологических схем сборки способствует дифференциации процессов сборки, что значительно сокращает длительность производственного цикла.

Технологические указания по выполнению сборочных операций или электрического монтажа помещают в прямоугольник, ограниченный штриховой линией, а место его выполнения указывают наклонной стрелкой в точку, соответствующую данной операции. Так на технологических схемах сборки оговаривают характер выполнения неразъемных соединений, например, сварку, пайку, склеивание и т.д.; применяемый материал при сборке; характер операций монтажа элементов: волной припоя, электропаяльником и т.д.

Монтироваться электрорадиоэлементы на печатную плату микропроцессора будут с одной стороны, а пайка проводится с противоположной монтажу стороне печатной платы.

Количество элементов, устанавливаемых по i-ой операции должно учитывать соотношение:

0,9 Ti/r 1,2 , (4.4)

где Ti - трудоемкость i-ой операции сборки.

При составлении последовательности сборки микропроцессора нужно руководствоваться следующими условиями:

- сначала производится механизированная и автоматизированная установка электрорадиоэлементов, затем оставшиеся устанавливаются в ручную;

- первыми монтируются пассивные элементы, затем активные;

- первыми устанавливаются малогабаритные, а затем крупные электрорадиоэлементы [11].

5. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

Проектирование технологического процесса сборки и монтажа блока эхотомоскопа начинается с тщательного изучения исходных данных (ТУ и технических требований, комплекта конструкторской документации, программы выпуска, условий запуска в производство и т.д.). На основании этого делается заключение о пригодности изделия к промышленному образцу. На данном этапе основным критерием, определяющим пригодность изделий к промышленному выпуску, является технологичность конструкции.

Под технологичностью конструкции (ГОСТ 18831-73) понимают совокупность ее свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий аналогичного назначения при обеспечении заданных показателей качества.

Оценка технологичности преследует цели:

- определения соответствия показателей нормативным значениям;

- выявление факторов, оказывающих наибольшее влияние на технологичность;

- установление значимости этих факторов и степени их влияния на трудоемкость изготовления и технологическую себестоимость изделий.

Вид изделия, объем выпуска, тип производства и уровень развития науки и техники являются главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции изделия. Для оценки технологичности используются качественные и количественные показатели. К качественным относят взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность и инструментальную доступность конструкции. Количественные показатели по ГОСТ 14.205-83 ЕСГПП подразделяются на:

- базовые (исходные) показатели, регламентируемые отраслевыми стандартами;

- показатели технологичности конструкций, достигнутые при разработке;

- показатели уровня технологичности конструкции, определяемые как отношение показателей разрабатываемого изделия к соответствующим базовым значениям.

Номенклатура показателей технологичности конструкций выбирается в зависимости от вида изделия, специфики и сложности конструкции, объема выпуска, типа производства и стадии разработки конструкторской документации. Значения относительных частных показателей технологичности должны находится в пределах 0к1. Отработка конструкций на технологичность в соответствии с ГОСТ 14.205-83 ЕСТПП включает:

1) комплекс работ по снижению трудоемкости и себестоимости изготовления изделий, в который входят:

- повышение серийности посредством стандартизации, унификации и группирования изделий и их элементов по конструктивным признакам;

- ограничение номенклатуры элементов и применяемых материалов;

- преемственность освоенных в производстве конструктивных решений;

- снижение массы изделий;

- применение высокопроизводительных типовых ТП и средств технологического оснащения;

2) комплекс работ по снижению трудоемкости, цикла и стоимости ремонта и эксплуатации, в который входят:

- рациональное выполнение конструкций, обеспечивающих удобство технического обслуживания и ремонта;

- повышение надежности и ремонтопригодности конструкции [12].

Основными показателями технологичности согласно ЕСТПП являются:

1. Трудоемкость изготовления изделия:

Ти = Ti (н/ч), (5.1)

где Тi - трудоемкость i-й операции; n -- количество операций.

2. Себестоимость технологическая:

Ст == См + Сз + Син + Со (руб.), (5.2)

где См - затраты на сырье и материалы; Сз - зарплата рабочих; Син - стоимость инструмента и оснастки; Со - расходы на амортизацию и эксплуатацию оборудования.

3. Уровень технологичности конструкции по трудоемкости:

ь(5.3)

где ТБ.И. - трудоемкость базового варианта изделия.

4. Уровень технологичности по себестоимости:

Ку.т. = Ст / СБ.И. (5.4)

где СБ.И. - себестоимость базового варианта изделия,

Дополнительными техническими показателями технологичности являются:

коэффициент унификации:

Ку = (Еу+Ду) / (Е+Д ) (5.5)

где Еу + Ду - число унифицированных сборочных единиц и деталей соответственно; Е + Д - общее число сборочных единиц и деталей соответственно;

коэффициент применяемости типовых технологических процессов (ТП):

Кт.п. = Тт.п. / Т (5.6)

где Тт.п. - число деталей и сборочных единиц, которые выполняются по типовым или групповым ТП.

3) коэффициент автоматизации и механизации:

Км.а. = Тм.а. / Ти, (5.7)

где Тм.а - трудоемкость операций, выполненных на автоматическом и полуавтоматическом оборудовании.

Базовые показатели технологичности блоков и узлов, характерных для отрасли изделий установлены стандартом отраслевой системы технологической подготовки производства ОСТ 4ГО.091.219-81.В соответствии с ним все блоки РЭА условно делят на четыре класса:

- радиотехнические;

- электронные;

- электромеханические;

- коммутационные.

Для каждого из них определяются семь показателей технологичности, имеющих свою весовую характеристику i.

Величина коэффициента весомости i зависит от порядкового номера частного показателя в ранжированной последовательности и рассчитывается по формуле:

i = g / 2 g-1 (5.8)

где g - порядковый номер показателя в ранжированной последовательности частных показателей.

Таблица 5.1 - Весовые характеристики

g	i
1	1,0
2	1,0
3	0,8
4	0,5
5	0,3
6	0,2
7	0,1

Затем на основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности по формуле:

К = Кii / i , (5.8)

Коэффициент технологичности находится в пределах:

0 < К < 1.

Расчет показателей технологичности для блока эхотомоскопа будем выполнять для электронного типа аппаратуры на основе отраслевого стандарта ОСТ 4ГО.091.219.

К электронным блокам относятся логические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированных систем управления и электронно-вычислительной техники. Состав показателей технологичности в ранжированной последовательности для электронных РЭС приведен в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Показатели технологичности в ранжированной последовательности

Порядковый номер (i) показателя	Показатели технологичности	Обозначение	Степень влияния
1	Коэффициент применения микросхем и микросборок	Км.с	1,0
2	Коэффициент автоматизации и механизации монтажа	Км.м	1,0
3	Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу	Км.п.ИЭТ	0,8
4	Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля	Ка.р.к	0,5
5	Коэффициент повторяемости ИЭТ	Кпов.ИЭТ	0,3
6	Коэффициент применения типовых технологических процессов	Кт.п	0,2
7	Коэффициент прогрессивности формообразования деталей	Кф	0,1

Коэффициент применения микросхем и микросборок:

Км.с = Кэ.мс / (Кэ.мс + Ниэт), (5.9)

где Кэ.мс - общеее число дискретных элементов, замененных микросхемами и установленных на микросборках РЭС; Ниэт - общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы. К ИЭТ относят резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъемы и другие элементы.

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

Км.м = Нм.м / Нм, (5.10)

где Нм.м - количество монтажных соединений ИЭТ, которые предусматривается произвести механизированным или автоматизированным способом, Нм - общее число монтажных соединений. Для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ определяется по количеству выводов.