Гибкие производственные системы

Производственная система - очень сложная многоуровневая ие­рархическая система, которая преобразует исходные полуфабрикаты сырья или материалов в конечный продукт, соответствующий общест­венному заказу. Простейшим звеном производственной системы пред­приятия является рабочее место, т.е. часть производственной площа­ди, где рабочий или группа рабочих выполняет определенную техноло­гическую операцию (или группу из нескольких операций). Рабочее ме­сто может быть оснащено одним станком или агрегатом, либо группой технологически связанных единиц оборудования. Группы рабочих мест соединяются в производственные участки, где осуществляется опре­деленный технологический процесс или отдельная его стадия. Сово­купность связанных мевду собой производственных участков образует наиболее крупное производственное звено - цех. В цехе осуществляет­ся определенный производственный процесс или его относительно за­конченная часть.

Структура производственных участков и цехов может строиться по технологическому, предметному или смешанному признакам. Тех­нологический принцип построения структуры предполагает техноло­гическую однородность производственного звена. В таких производст­венных звеньях изготавливают продукцию с любым технологическим маршрутом, не изменяя плана расположения оборудования, что позво­ляет улучшить загрузку оборудования, обеспечить взаимозаменяемость при выходе из строя отдельных агрегатов, маневрировать рабочей си­лой. Недостатком технологического принципа является организационная раздробленность выполнения технологического процесса, которая затрудняет взаимодействие различных звеньев, удлиняет и усложняет транспортные маршруты. При предметном принципе производствен­ное звено выпускает определенное, законченное изделие, которое мо­жет являться конечным продуктом предприятия или его частью (уз­лом). При предметном построении структуры создаются благоприятные условия дня организации поточного производства, т.е. процесса, при котором не приходится переналаживать оборудование. Основным зве­ном поточного производства является поточная линия, на которой обо­рудование располагается по ходу технологического процесса. Предмет­ный принцип построения структуры эффективен при массовом и круп­носерийном производстве. Принцип смешанной структуры (пред­метно-технологический) предполагает сочетание двух описанных принципов в рамках одного производственного звена.

В зависимости от масштабности объекта управления в производ­ственной системе выделяют четыре иерархических уровня управления [5, 6], приведенных на рис. 1Л.

Рис. 1.1. Иерархические уровни управления производственной системой

На первом (технологическом) уровне осуществляют управление отдельными машинами, станками, роботами, транспортом и другими локальными объектами. Цель управления на этом уровне - выбор и поддержание заданных режимов выполнения технологических опера­ций. В качестве критериев управления в основном используют техноло­гические критерии функционирования локальных объектов, таких как: точность обработки; точность поддержания технологических парамет­ров и режимов; интегральные критерии качества продукции. На вто­ром уровне осуществляют управление производственными участками и технологическими линиями. На этом уровне в соответствии с задани­ем и приоритетом производства продукции распределяется работа меж­ду агрегатами первого уровня в зависимости от их исправности, обес­печенности материалами, инструментом и заготовками, производится оперативное планирование и управление работой первого уровня и со­ставляется отчет о исполнении работ. Работа этого уровня оценивается по результатам выполнения задания. Третий уровень управления про­изводственной системы охватывает координацию работы отдельных участков различных видов производства и реализацию заданий в целом на уровне цеха (или совокупности цехов), а также работы по подготов­ке производства, включая проектирование самих изделий, технологи­ческих процессов, технологической оснастки и управляющих программ для локальных объектов управления. На этом уровне управления про­изводственной системой действуют экономические критерии. На чет­вертом уровне управления производственной системы анализируют связи с поставщиками, конъюнктуру рынка, прогнозируется выпускае­мая в будущем номенклатура изделий. На всех уровнях управления производственной системы соответствующие задачи решаются как с помощью технических средств, так и с использованием интеллектуаль­ных и физических возможностей человека.

Одним из важнейших показателей качества системы является ее производительность. Причем это требование сохраняется и для произ­водственных систем, ориентированных на мелкосерийное и индивиду­альное производство, в связи с необходимостью сокращения цикла раз­работки и изготовления новых изделий. Объем и качество производи­мой в производственной системе продукции определяются всеми уров­нями управления, но производится она непосредственно на технологи­ческом уровне, в результате взаимодействия трех компонентов: рабочей среды, инструмента и человека, который либо непосредственно выпол­няет работу, либо управляет инструментом.

В эволюции производственных систем обычно различают пять уровней автоматизации: автоматизация цикла обработки; автоматизация загрузки оборудования; автоматизация измерений и контроля; ав­томатизация переналадки оборудования; организация гибких производ­ственных систем (ГПС).

ГПС ориентированы на автоматизацию единичного и мелкосерий­ного производства, строятся на принципах группового производства, обеспечивают технологическую гибкость в пределах однородных групп деталей. Внедрение ГПС обеспечивает следующие техни­ко-экономические преимущества [5]: повышает производительность труда; повышает качество изделий и их идентичность; увеличивает объем производства; увеличивает коэффициент загрузки оборудования; увеличивает фондоотдачу с основных средств производства; уменьшает трудоемкость изготовления изделий и тем самым срок освоения изде­лий; приводит к сокращению численности квалифицированных произ­водственных рабочих; сокращает занимаемые площади. В то же время внедрение ГПС требует: больших капиталовложений на модернизацию производства; существенной перестройки всего производства; перепод­готовки обслуживающего персонала. ГПС строятся с учетом принципов системного подхода, развития, совместимости, типизации, унификации, стандартизации, однократности, иерархичности, эффекгавности, новых задач и автоматизации, подробно рассмотренных в учебном пособии

Имеются различные определения ГПС.

1.ГПС с точки зрения управления [8] - это система, допускаю­щая иерархическую организацию с комплексно-автоматизированным производственным процессом, работа всех компонент которой (техно­логического оборудования* транспортных и складских средств, погрузочно-загрузочных устройств, средств измерения и контроля и т, д,) ко­ординируется как единое целое системой управления, обеспечивающей быстрое изменение программ функционирования элементов при смене объектов производства.

2. ГПС по ГОСТу [9] - это совокупность в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов (РТК), гибких производственных модулей (ГПМ)_Э отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функциони­рования в автоматическом режиме в течение заданного интервала вре­мени, обладающая свойствами автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик.

По организационным принципам ГПС подразделяются на [1]: гибкую автоматизированную линию - это ГПС, в которой техноло­гическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций; гибкий автоматизированный участок -это ГПС, функционирующая по технологическому маршруту, в которой предусмотрена возможность изменения последовательности использо­вания технологического оборудования; гибкий автоматизированный цех - это ГПС_Э представляющая собой в различных сочетаниях сово­купность гибких автоматизированных линий, роботизированных техно­логических линий, гибких автоматизированных участков, роботизиро­ванных технологических участков для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Составными частями ГПС являются: гибкий производственный модуль - единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значе­ний их характеристик с программным управлением, автономно функ­ционирующая и автоматически осуществляющая все функции с их из­готовлением, имеющая возможность встраивания в ГПС; роботизиро­ванный технологический комплекс - совокупность единиц техноло­гического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные цик­лы, которые для работы в ГПС должны иметь автоматизированную пе­реналадку и возможность встраивания в систему; система обеспечения функционирования ГПС - совокупность взаимосвязанных автомати­зированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, техно­логическую подготовку их производства, управление ГПС при помощи ЭВМ, автоматическое перемещение предметов производства и техноло­гической оснастки.