Определение размера партии изделий, запускаемых в сборочную производственную систему

СОДЕРЖАНИЕ

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. Лабораторная работа № 1. Определение размера партии изделий, запускаемых в сборочную производственную систему

2. Лабораторная работа № 2. Исследование сборочно-монтажной линии с применением имитационной динамической модели

3. Лабораторная работа № 3. Моделирование процесса обслуживания гальванических ванн промышленным роботом

4. Лабораторная работа № 4. Анализ характеристик лазерных технологий и исследование операций лазерной сварки

5. Лабораторная работа № 5. Проектирование и исследование операций входного контроля комплектующих электронных узлов

6. Лабораторная работа № 6. Исследование процесса термовакуумного напыления резистивных пленок

7. Лабораторная работа № 7. Статистический анализ точности технологических операций

8. Лабораторная работа № 8. Исследование методов обеспечения заданной точности при сборке электронной аппаратуры

9. Лабораторная работа № 9. Оценка точности позиционирования компонентов на монтажном основании при автоматической сборке

10. Лабораторная работа № 10. Исследование и оптимизация пайки элементов на плате в конвейерных печах

11. Лабораторная работа № 11. Статистический контроль технологического процесса формирования резисторов толстопленочных микросборок

12. Лабораторная работа № 12. Исследование влияния технологических факторов на параметры многослойных печатных плат

13. Лабораторная работа № 13. Исследование методов выборочного контроля качества продукции

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Технологическая подготовка является одной из основных составляющих образовательных программ высшего профессионального образования инженеров и бакалавров технических специальностей и направлений. Еще большую значимость имеет технологическая подготовка бакалавров по направлениям 200100.62 – Приборостроение и 211000.62 – Конструирование и технология электронных средств. Настоящий лабораторный практикум предназначен для формирования у обучающихся практических навыков технологического проектирования и реализации тех компетенций, предусмотренных образовательными стандартами, которые соответствуют предметной области решения профессиональных задач в соответствии с проектно-конструкторским и производственно-технологическим видами профессиональной деятельности.

Выполнение лабораторных работ, входящих в данный лабораторный практикум, позволит получить дополнительные теоретические знания по важным разделам технологии, а главное, - приобрести умения выполнять экспериментальные исследования и овладеть методиками планирования технологических исследований, выполнения задач технологического проектирования на основе моделирования, анализа и оценки результатов проведенных экспериментов.

Лабораторные работы практикума выполняются в лабораториях кафедры микро- и нанотехнологий аэрокосмического приборостроения. Для каждого направления или специальности формируется цикл лабораторных работ, в соответствии с объемом часов, предусмотренных учебным планом и на основе перечня, приведенного в программе учебной дисциплины.

Методические указания к выполнению лабораторных работ практикума составлены на основе типового шаблона, предусматривающего, помимо основных теоретических сведений и описания работы, наличие вариантов заданий, требования к отчетам, контрольные вопросы для самоподготовки и перечень литературы, доступной в Информационной системе кафедры (электронный учебно-методический фонд).

В связи с наличием больших объемов теоретического материала по каждой лабораторной работе, настоящий лабораторный практикум подготовлен в форме учебного пособия, что позволит расширить его область применения. Многие из программ лабораторных исследований могут быть использованы для решения соответствующих задач курсового проектирования, при выполнении технологической части дипломных проектов специалистов и бакалаврских проектов.

 

Лабораторная работа № 1

 

Цель работы

На основе заданных характеристик технологического процесса сборки и номенклатуры изделий – объектов сборки, определить рациональный размер партии изделий, обеспечивающий максимальное значение показателей использования оборудования и гибкости.

 

Порядок выполнения работы

Описание входных данных и форма их представления. В качестве входных данных берутся показатели:

- подготовительно-заключительное время;

- штучное время;

- время работы оборудования, непосредственно затрачиваемое на сборку изделий;

- время, затраченное на переналадки при переходах от сборки одной партии изделий к другой;

- время простоев оборудования по разным причинам, кроме запланированных простоев на ремонт и техобслуживание;

- номенклатура изделий (количество разновидностей изделий, собираемых за время моделирования).

Величины , , берутся из расчета, что мин (плановый период − рабочая смена). Значение принимается равным двум или любой целочисленной величине, большей единицы.

 

ЗАДАНИЯ (ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ) НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБ. РАБОТЫ

 

№ варианта	ТР	ТН	ТП			m
	350, 400, 320,	20, 10, 40	110, 70, 120	2 - 6	4 - 8
	300, 350, 380	80, 50, 40	100, 80, 60	12 - 25	5 - 10
	300, 360, 380	30, 60, 80	150, 60, 20	8 - 12	4 - 10
	290, 340, 370	120, 60, 20	70, 80, 90	14 - 18	2 - 6
	300, 350, 400	80, 50, 30	100, 80, 50	20 - 30	4 - 8
	280, 380, 350	100, 50, 70	100, 50, 60	12 - 16	3 - 7

По каждому варианту задания выполняется ввод для трех расчетов. Например, по вар. 1 вводится: 1) 350, 20, 110, 2-6, 4-8, 5; 2) 400, 10, 70, 2-6, 4-8, 5; 3) 320, 40, 120, 2-6, 4-8, 5.

 

Описание выходных параметров и форма их представления. В качестве выходных параметров представляется таблица значений размера партии запуска (). Каждое значение соответствует определенному сочетанию величин и .

Внешний вид рабочего окна программы представлен на рис.1.

 

Рис.2. Внешний вид программы RAZMER.EXE

 

5. Указания по оформлению отчета

 

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- перечень исходных данных, введенных значений и варьируемых значений параметров;

- иллюстрации, поясняющие вариант постановки задачи (структура комплекса, принципиальная схема процесса и т. п.);

- схему решения задачи (блок-схему алгоритма) и основные расчетные выражения;

- выходные результаты проектирования (расчета);

- сравнительный анализ вариантов решенной задачи, выводы по работе с необходимыми иллюстрациями.

 

6. Контрольные вопросы

 

1.Дайте сравнительную оценку коэффициента загрузки и коэффициента технического использования оборудования.

2.Как изменяется размер партии при сокращении времени наладки и увеличении времени сборки?

3.Как зависит размер партии при изменениях коэффициента загрузки и коэффициента технологической гибкости?

 

Литература

 

1. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием.- М., Радио и связь, 2009. - 608 с.

2. Сборник технологических задач с расчетом на ЭВМ: лабораторный практикум / Под ред. В.П. Ларина.. [Электронный ресурс], Инф. Система кафедры МиНТАП. 2011.

3. Раздорожный А. А. Организация производства и управление предприятием: учебник / А. А. Раздорожный. - М.: Экзамен, 2009.

 

 

 

 

Лабораторная работа № 2

Цель работы

 

На основе использования динамической имитационной модели, варьируя переменными параметрами технологического процесса и структуры комплекса, найти такое сочетание количественно-временных и вероятностных характеристик сборочно-монтажного автоматизированного технологического линии (комплекса), которые обеспечивают эффективное его функционирование. Лабораторная работа рекомендуется к включению в цикл работ по общей технологии приборостроения.

 

Блок-схема алгоритма

I=1

Да

TG(I,J)<T

TPP(I)>TG(J,I)

I=J=1

Ввод исходных данных

TPP(J)=TPP* *ln(1-i)

K=K+1

TNO(K)=TNO* *ln(1-L)

TOT(K)=TV(k-1)+ +TNO(K)

Сбой

TG=TPS(I,J)+TPK

TV(K)=TV*ln(1-L)

TPRV(I,J)=TV(K)

TGV(K)=TG(I,J)+TV(K)

TPRV(I,J)=0

TPRP(J)=TPP(J)- -TG(I,J)

TPRP(J)=0

TG(I,J)=TGV(K)

Нет

Нет

Нет

Нет

 

 

Рис. 2. Блок-схема алгоритма моделирования

11,19

VP=0

|RY(I,J)|<=DY

|RK(I,J)|<=DX

R(I,J)<=D*D

ME>0

ME=ME-1

TPRE(I,J)=TSN

TPR(I,J)=TPRV(I,J)+ +TPRP(J)+TPRE(I,J)

RX(I,J)=VLAP* *(l-0.5)

RY(I,J)=VLAP* *(l-0.5)

BE=BE+1

R(I,J)=sqrt(-2lnL(I,J)

TKO(I,J)=TG(I,J)+ TPR(I,J)+TZ+TUS

TS(J)=TS(J)+ TKO(I,J)

TPS(I,J)=TPS(I,J)+ +TKO(I,J)

TPR(J)=TPR(J)+ +TPR(I,J)

I=I+1

 

 

Рис. 2. (продолжение)

 

Рис. 2. (окончание)

 

 

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы используются две программы, предусматривающие ввод разных комплектов исходных данных.

4.1. Порядок выполнения первой части работы

· Запустить программу «lab010».

· Согласовать с преподавателем структуру комплекса, маршрут моделируемого процесса и циклограмму, составить перечень исходных данных и варьируемых значений параметров, используя данные табл. 1.

· Ввести исходные данные из табл. 1 в соответствии с номером бригады.

· Запустить процесс моделирования.

· Занести в протокол выходные результаты моделирования (табл. 2).

 

4.2. Порядок выполнения второй части работы

Моделируются та же структура, маршрут и циклограмма, что и в первой части работы.

• Открыть файл рабочего окна «Лаб №10».
• Ввести исходные данные из табл. 3 в соответствии с номером бригады.

· Запустить процесс моделирования.

· Занести в протокол выходные результаты моделирования.

· Повторить этот процесс необходимое число раз, варьируя заданными значениями Т_П.ПП (число процессов моделирования равно числу членов бригады).

 

Таблица 1. Исходные данные

Наименование параметра	Обозна-чение	Номер бригады
Число компонентов, устанавливаемых на плату, шт.	i
Количество плат, подлежащих сборке, шт.	j	Для полной эмуляции рабочей смены введите 1000000
Время установки компонента на плату, сек	TUS		1,2	1,5	1,2	1,0
Время захвата компонента из накопителя, сек	TZ	1,2	1,1	1,5	1,2	1,0
Время проведения процесса моделирования (время смены)	T	8 часов
Случайная величина, равномерно распределенная в интервале [0,1]	L	0.2	0.4	0.8	0.3	0.6
Время поступления платы на сборку, сек	TPP
Время восстановления отказавшего технологического модуля, сек	TV
Время наработки РТК до отказа, сек.	TNO
Емкость накопителя, шт.	ME
Время смены накопителя,сек	TSN

 

 

Таблица 2. Параметры вывода

r	Количество компонентов, устанавливаемых на платы за смену (в шт.)
z	Количество плат собранных за смену (в шт.)
TPP1	Время, потраченное на сборку плат (в сек.)
c	Количество смененных накопителей за смену (в шт.)
m	Число отказов произошедших за смену (единицы)
T	Время, потраченное на устранение неполадок (в сек.)
E	Среднее время сборки одной платы (в сек.)

 

Таблица 3. Исходные данные для второй части работы

Наименование параметра	Обозна-чение	Номер бригады
Время работы комплекса по обслуживанию одной заявки, сек	Траб.АТК
Периодичность поступления печатных плат на сборку, сек	Т пост.ПП	300, 200, 100	100, 200, 300	80, 180, 250	120, 180, 220	200, 250, 320
Время восстановления отказав-шего элемента технологическо-го комплекса, сек	ТВ
Время наработки комплекса до отказа, сек	Т0
Время захвата компонента из накопителя, сек	ТЗАХ		1,2	1,5	1,2	1,0
Время установки компонента на плату, сек	ТУСТ	1,2	1,1	1,5	1,2	1,0
Емкость накопителя, шт.	VНАК
Время смены накопителя, сек	ТСМ.НАК

 

Таблица 4. Параметры вывода по второй части работы

 

КН.К	Количество компонентов, сборка которых не выполнена (нарушение условий собираемости)
ТСЕ	Среднее время сборки одной сборочной единицы (СЕ)
ТП.СЕ	Среднее время простоя, приходящееся на одну СЕ
КСМ	Количество СЕ, собранных за смену
ТОП	Средняя продолжительность одной сборочной операции (сборки одного компонента)
ТП.СУМ	Суммарное время простоев за смену
РСБ	Средняя вероятность выполнения сборочной операции

5. Указания по оформлению отчета

 

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- перечень исходных данных, введенных значений и варьируемых значений параметров;

- иллюстрации, поясняющие вариант постановки задачи (структура комплекса, принципиальная схема процесса, циклограмма и т. п.);

- схему решения задачи (укрупненную блок-схему алгоритма) и основные расчетные выражения;

- выходные результаты моделирования;

- сравнительный анализ вариантов проведенного моделирования, выводы по работе с необходимыми иллюстрациями.

6. Контрольные вопросы

 

1. Сформулируйте задачи технологического проектирования, решаемые с помощью имитационного моделирования.

2. Рассмотрите виды и назначение имитационных моделей

3. На каких теоретических положениях основан аппарат имитационного моделирования?

4. В чем состоит суть динамического имитационного моделирования?

5. Какие случайные события моделируются в работе?

6. Поясните смысл понятия собираемость для различных типов корпусов монтируемых компонентов.

7. Рассмотрите параметры входа технологического комплекса в терминах теории массового обслуживания.

8. В каких состояниях может находиться канал обслуживания?

9. Как выполняется имитация случайных процессов при моделировании?

10. Как эффективно могут быть использованы определенные при моделировании значения времен пролеживания объекта и простоя робота?

11. Какие основные задачи решены моделированием сборочно-монтажного АТК?

ЛИТЕРАТУРА

1. Сборник технологических задач с расчетом на ЭВМ: лабораторный практикум / Под ред. В.П. Ларина.. [Электронный ресурс], Инф. Система кафедры МиНТАП. 2011.

2. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием.- М., Радио и связь, 2009. - 608 с.

3. Имитационное моделирование и функционально-стоимостной анализ: Методика. Система бизнес-моделирования. Изд. Современные технологии управления. М.: 2011. - 92 с.

 

 

Лабораторная работа № 3

Промышленным роботом

 

Цель работы

На основе заданной структуры участка гальванического производства необходимо построить рациональную структуру системы обслуживания и определить оптимальные параметры системы используя имитационное моделирование.

Основное назначение программы - проведение лабораторных исследований при выполнении лабораторной работы по циклу автоматизации технологических процессов приборостроения. Варьирование исходными данными позволяет провести исследования всего комплекса задач проектирования и найти наиболее рациональный вариант, удовлетворяющий требованиям задания.

Программа может быть использована также для выполнения расчетов при разработке транспортно-технологических схем производственных систем в курсовых и дипломных проектах.

Порядок выполнения работы

 

3.1 Подготовка исходных данных и их ввод

Представление исходных данных. Данные, необходимые для модели­рования работы конкретной роботизированной линии, вводятся в модель в виде входных файлов и используются в модели через следующие матри­цы: матрицу перемещений роботов-манипуляторов МХ (i, j), каждая ячей­ка которой указывает расстояние в выбранных единицах от i-й позиции до j-й; матрицу техпроцессов МН(i, j), каждая строка которой содержит пос­ледовательность выполнения операций j при реализации техпроцесса i; матрицу МT(i, j), содержащую информацию о задержках поступления де­талей-транзактов в линию; i — номер техпроцесса, j — номер детали-тран­закта (перед началом работы модели в режиме получения расписания матрица является нулевой); матрицу МWD(i, j), содержащую информа­цию о времени выполнения операции i и о параметрах процедуры наладки технологических установок (j=4); матрицу МF(i, j), содержащую инфор­мацию для графического отображения положения всех неподвижных тех­нологических объектов роботизированной линии на экране дисплея; мат­рицу МR(i, j), которая включает данные для графического отображения начальных положений роботов.

Через отдельный входной файл вводится информация, определяющая_: режим работы модели (получение расписания, подробная текстовая ин­формация, работа с графическим отображением и др.), а также информа­ция, которую необходимо оперативно менять в процессе исследования конкретной структуры линии, например скорость транспортирования, ко­личество изготавливаемых деталей и др.

Представление выходных данных. В процессе моделирования могут быть собраны многочисленные статистические данные, характеризующие работу роботизированной линии и использующиеся в дальнейшем для вы­бора рациональной структуры и оптимальных параметров. Собранные статистические данные после окончания моделирования обрабатываются и выводятся на печать: Т — время окончания моделирования, с; Р — количество прошедших линию деталей, шт; РОТ — производительность, шт/ч; коэффициенты загрузки технологических установок и роботов и матрица задержек деталей-транзактов МТ. В отдельный файл выводится информа­ция о работе роботов, которая необходима в дальнейшем для выделения цикла их работы. В соответствии с циклом работы роботов составляется управляющая программа, которая вводится в систему управления линией. В таблице в качестве примера показана одна из управляющих программ для линии, изображенной на рис. 3.

 

 

Номер кадра	Номер робота	Начало дви­жения робо­та, с	Код движе­ния робота	Номер устройства к которому движется робот	Перемеще­ние робо­та, мм	Окончание движения робота, с	Номер детали в цикле
					-565
					-1505
...	...	...	...	...	...	...	...
...	...	...	...	...	...	...	...

 

В настоящее время процедура выделения цикла работы роботов осу­ществляется на основе эвристического алгоритма, параметры которого задаются, исходя из вида матрицы задержек деталей-транзактов. Проце­дура поиска квазиоптимального расписания для работы двух роботов, об­служивающих линию, состоящую из 6—12 ванн, занимает 5—10 мин ма­шинного времени ПЭВМ класса Мо1ого1а 68000.

 

4. Указания по оформлению отчета.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

- перечень исходных данных, введенных значений и варьируемых значений параметров;

- иллюстрации, поясняющие вариант постановки задачи (структура комплекса, принципиальная схема процесса, траектории перемещений и т. п.);

- схему решения задачи (блок-схему алгоритма) и основные расчетные выражения;

- выходные результаты проектирования (расчета);

- сравнительный анализ вариантов решенной задачи, выводы по работе с необходимыми иллюстрациями.

5. Контрольные вопросы

1.Какие функции моделируются в процессе работы?

2.Какие состояния моделируются в системе и как они задаются?

3.Как разрешаются ситуации занятости ПР или технологических установок?

4.Какие параметры характеризуют эффективную работу системы обслуживания?

 

 

Литература.

1. Shapiro С. W., Миttle Н. L. W. Hoist Scheduling for a PCB electroplating facility//IEEE Transact.. 1988. V. 20. № 2. Р. 157-167.

2. Шрайбер Т. Дж. Моделирование на GPSS. М.: Машиностроение, 1980. 592 с.

3. Schmidt B. GPSS-Fortran, 1980. 523 р.

4. Корендясев А. И., Серков Н. А. Гибкое автоматизированное производство, свойст­ва, уровни автоматизации, моделирование//Проблемы машиностроения и автоматизации/Междунар. центр, науч.-техн. информ. 1985. Вып. 5. С. 23-28.

5. Серков Н. А., Сосонкин А. В. Исследование производительности токарного ГП-участка методами имитационного моделирования // Контроль и диагностирование ав­томатического оборудования. М.: Наука, 1990. С. 11-17.

 

Лабораторная работа № 4

 

Цель работы

Проведение анализа взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемыми материалами, определение характеристик и параметров технологических операций лазерной обработки. Определение рационального режима операции лазерной сварки, обеспечивающего требуемое качество соединения, на основе варьирования исходными данными характеристик технологической операции лазерной сварки и параметров свариваемых деталей.

 

Параметры лазерной сварки.

Основные параметры режима импульсной лазерной сварки - это энергия и длительность импульсов, диаметр сфокусированного излучения, частота следования импульсов, положение фокального пятна относительно поверхности свариваемых деталей. Длительность лазерного импульса должна соответствовать тепловой постоянной времени для данного материала, приближенно определяемой по формуле:

где δ и α - соответственно толщина и коэффициент температуропроводности свариваемого материала.

Значения τ для тонких деталей (δ = 0,1...0,2 мм) составляют несколько миллисекунд. Соответственно длительность импульса нужно выбирать, например, для меди 0,0001...0,0005 с, для алюминия 0,0005...0,002 с, для сталей 0,005...0,008 с. При увеличении δ более 1,0 мм τ возрастает и может значительно превосходить достижимую длительность лазерных импульсов. Поэтому лазерная сварка металлов толщиной более 1,0 мм импульсным излучением затруднена.

Диаметр сфокусированного излучения d определяет площадь нагрева и плотность мощности Е. При сварке d изменяют от 0,05 до 1,0 мм путем расфокусировки луча. При этом фокальную плоскость, на которой сфокусированный световой пучок имеет наименьший диаметр, располагают выше или ниже поверхности свариваемых деталей. Управление интенсивностью излучения в фокальном пятне может осуществляться тремя способами:

- измене­нием длительности воздействия излучения на материал;

- изменением площади фокального пятна;

- изменением вы­ходной энергии.

Для сварки наиболее приемлемым способом управ­ления интенсивностью излучения лазера является изме­нение энергии в фокальном пятне.

Сварной шов при импульсном излучении образуется наложением сварных точек с их взаимным перекрытием на 30...90 % в зависимости от типа сварного соединения и требований к нему. Промышленные сварочные установки с твердотельными лазерами позволяют вести шовную сварку со скоростью до 5 мм/с при частоте импульсов до 20 Гц. Сварку можно вести с присадочным материалом в виде проволоки диаметром менее 1,5 мм, ленты или порошка. Использование присадки позволяет увеличивать сечение шва, устраняя один из наиболее распространенных дефектов - ослабление шва, а также легировать металл шва. Легирующие элементы при лазерной сварке можно также наносить предварительно на поверхности свариваемых кромок напылением, обмазкой, электроискровым способом и т.п.