2.4. Основные характеристики гибкого производства

К основным характеристикам гибкого машиностроительного производства следует отнести: степень автоматизации, степень гибкости и уровень интеграции.

Степень автоматизации – это показатель, равный отношению объемов работ, выполняемых без участия и с участием человека, или соотношение времени «безлюдной» работы и времени работы системы, когда требуется какое-либо участие человека. Этот показатель включает и степень надежности работы системы, которая определяется соотношением времени работы и простоев системы, вызванных отказом оборудования, управления, вычислительной техники и других компонентов системы.

Степень гибкости – это фактически мобильность, объем затрат, с которыми можно перейти на выпуск новой продукции, и величина разнообразия номенклатуры изделий, обрабатываемых одновременно или поочередно.

Уровень интеграции – это показатель количества различных производственных задач, функций, которые увязываются в единую систему и управляются центральной ЭВМ. Это – конструирование, технологическая подготовка производства, обработка, сборка, контроль, испытания, делопроизводство, ремонт и содержание оборудования и др.

Наряду с терминами «автоматизация», «механизация» широко употребляется и такой термин, как «электронизация», означающий автоматизацию с использованием ЭВМ и другой электронной техники, математического программирования и числового программного управления. Отсюда появление новых терминов, например, «программируемая автоматизация» и «программируемая сборка».

Для дальнейшего понимания концепции гибкого производства необходимо дать определение ключевым понятиям, исходя из их общепринятой интерпретации.

Числовое программное управление (ЧПУ) вообще или станков в частности – это автоматическое управление путем передачи информации в форме чисел от программоносителя до исполнительного органа, определяющей его движение и выполнение им других функций. Этим ЧПУ отличается от механического программного управления, задающего величину движения или передающего команды посредством механических устройств (копиров, кулачков, рычагов, распределительных валов и др.).

Первые станки с ЧПУ имели свои индивидуальные устройства ЧПУ с программоносителями на перфокартах, перфоленте или магнитной ленте. Возможность работы ЭВМ в режиме разделения времени позволила перейти к прямому числовому управлению станками от центральных ЭВМ (DNC)1. В такой системе управления программа (программоноситель) находится в памяти ЭВМ, а на станок подаются из памяти ЭВМ только отдельные команды, когда это требуется. Затем с развитием малых ЭВМ и микропроцессорной техники появились станки с ЧПУ, управляемые непосредственно от собственной ЭВМ (CNC).

Числовое программное управление позволило создать многоцелевые станки с автоматической сменой инструмента, которые получили название обрабатывающий центр (ОЦ). Эти станки стали основой гибкого производства, на них выполняется большое количество разнообразных видов обработки различных деталей с минимальным временем на установку и снятие деталей. ОЦ имеет управление по двум и более осям перемещения рабочих органов, включая поворот (индексацию) стола. ОЦ может предназначаться для обработки корпусных деталей (операции: фрезерование, сверление, расточка, развертывание, нарезка резьбы) или для обработки тел вращения (ТОЦ) (токарные операции, включая отдельные операции фрезерования, сверления, нарезки резьб и др.).

Программируемая автоматизация широко распространилась в конструкторских работах, в подготовке и планировании производства. У нас созданы системы автоматизированного проектирования – САПР. За рубежом их называют «CAD» (КАД); это означает «конструирование с помощью ЭВМ». К САПР относится и понятие АРМ — автоматизированное рабочее место. САПР может быть расчетной и применяться для различных конструкторских расчетов или технологической: составление сборочного чертежа, деталировка, определение технологических переходов, технологии обработки, подготовки управляющих программ и др. Такая технологическая САПР получила название «автоматизированная система технологической подготовки производства» (АСТПП); для управления предприятием – «автоматизированная система управления предприятием» (АСУП). В зарубежной практике используется для всех этих систем одна аббревиатура – «САМ» (КAM), что означает «использование ЭВМ в производстве», но это более широкое, менее определенное понятие, например, чем АСТПП или АСУП.

В зарубежной практике наиболее употребляемым термином является CAD/САМ, который может приравниваться к САПР - АСТПП - АСУП. Обобщающим термином является ”СIМ” (Computer Integrated Manufacturing), т. е. «компьютерная интеграция производства» (КИП).

На основе ОЦ создается гибкий производственный модуль (ГПМ). ГПМ - это единица технологического оборудования с ЧПУ (CNC или DNC) и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующая, осуществляющая многократные автоматические циклы, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве деталей или изделий произвольной номенклатуры в пределах его технологического назначения и установленных паспортом технических параметров и характеристик, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему (ГПС). В общем случае ГПМ могут включать: накопители, спутники, паллеты, устройства загрузки и выгрузки, замены технологической оснастки, автоматизированного контроля, включая диагностирование, устройство переналадки и т.д.

ГПМ может быть литейный, кузнечно-прессовый, сварочный, термообработки, покрытий, сборки и др.

Это наименьшая единица гибкого производства, которая может иметь или не иметь связи с центральной ЭВМ и поэтому может выдавать или не выдавать информацию в систему управления предприятием.

Основные свойства ГПМ:

- способность работать автономно и некоторое ограниченное время без человека;

- автоматическое выполнение всех основных и вспомогательных операций;

- гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства;

- легкость наладки, устранения простоев, управления;

- возможность легко встраиваться в существующее и гибкое производство;

- достаточно высокая экономическая эффективность;

- максимально возможная полная обработка деталей с одного установа, в одну операцию.

- ГПМ и другие обрабатывающие машины с ЧПУ объединяются в гибкие системы, обобщающим названием которых является «гибкая производственная система» (ГПС).

ГПС - это совокупность оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования с ЧПУ и системы обеспечения их функционирования в автоматическом или автоматизированном режиме, обладающая свойством автоматизированной (программируемой) переналадки при производстве деталей или изделий произвольной номенклатуры в пределах технологического назначения и установленных паспортных характеристик и параметров оборудования. ГПС предназначена для выполнения основных производственных процессов (в заготовительных, механических, термических и других цехах).

Следует различать ГПС полного цикла, на которых детали (изделия) обрабатываются полностью из заготовки (или из сырья в заготовку) в готовую для сборки деталь (изделие), и ГПС неполного цикла, когда для полного изготовления требуется предварительная или доделочные и другие операции на оборудовании вне этой системы.

Система обеспечения функционирования ГПС в автоматизированном режиме включает:

- автоматизированную транспортно-складскую систему (АТСС);

- автоматизированную систему инструментального обеспечения (АСИО);

- автоматизированную систему удаления отходов (АСУО);

- автоматизированную систему обеспечения качества (АСОК);

- автоматизированную систему обеспечения надежности (АСОН);

- автоматизированную систему управления (АСУ).

Все системы обеспечения функционирования ГПС частично или полностью входят в состав гибкой автоматизированной линии (ГАЛ) или гибкого автоматизированного участка (ГАУ).

При необходимости обработки деталей полностью или частично на нескольких различных рабочих машинах (станках) по жесткому заранее устанавливаемому маршруту создается ГАЛ. В ГАЛ технологическое оборудование расположено в заданной последовательности технологических операций; при этом для изготовления (обработки) какого-то изделия может требоваться все или только часть оборудования линии. В ГАЛ часто включают ОЦ с автоматической сменой агрегатных головок, единым устройством загрузки, транспортировки от станка к станку и разгрузки деталей. Группы деталей обрабатываются поочередно на станках в заранее определенной последовательности по жесткому маршруту, фиксированному программой циклу и с настройкой равного времени обработки на каждом станке. Возможен вариант, когда одна деталь обрабатывается одновременно с нескольких сторон, несколькими шпиндельными головками на агрегатном ОЦ, встроенным в ГАЛ. ГАЛ имеет высокую производительность за счет потери гибкости.

ГПС со свободным маршрутом обработки деталей образует ГАУ. Это наиболее распространенный вид ГПС.

Обязательными признаками ГАЛ и ГАУ является прямое ЧПУ от центральной ЭВМ станками, другими рабочими машинами и всеми обеспечивающими их функционирование системами в диалоговом режиме.

Объединением в одну систему на базе единой АСУ двух и более ГПС начинается интеграция производства; объединением в одну систему ГПС различного производственного назначения и систем, автоматизирующих различные производственные функции, начинается создание ГАП. Таким образом, в ГАП имеет место какой-либо уровень интеграции производства. В зависимости от технологического или производственного назначения ГАП может составлять гибкий автоматизированный цех (ГАЦ). Целью полной интеграции производства является создание гибкого автоматизированного завода (ГАЗ).

ГАЦ представляет собой частичную интеграцию ГAJI, ГАУ другого технологического оборудования с ЧПУ, а также таких систем, как САПР, АСТПП и др. ГАЦ предназначен, как самостоятельная структурная единица завода, для изготовления отдельных изделий или элементов, которые являются составной частью номенклатуры изделий, выпускаемых заводом, или для выполнения какого-то вида технологического передела (заготовительный, термический, механический, сборочный, инструментальный и др.).

ГАЗ – это ГАП более высокого уровня интеграции, приближающейся к полной, представляющая совокупность ГАЦ, ГПС, предназначенная для выпуска готовых изделий регулярно меняющейся номенклатуры. ГАЗ может включать отдельно функционирующие автоматические линии, участки рабочих машин с ЧПУ, неавтоматизированные участки и цехи с универсальным оборудованием, однако они должны входить в единую систему управления на базе автоматизации сбора и передачи производственной информации для координации и принятия решений в системе управления всего ГАЗ.

В состав ГАЦ и ГАЗ частично или полностью могут входить следующие системы обеспечения их функционирования:

- автоматизированная система научных исследований (АСНИ);

- система автоматизированного проектирования (САПР);

- автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП);

- автоматизированная система оперативного планирования производства (АСОПП);

- автоматизированная система моделирования производства (АСМП);

- автоматизированная система содержания и обслуживания оборудования (АССОО);

- автоматизированная система энергоснабжения и энергосбережения (АСЭСЭС);

- автоматизированная система материалоснабжения и переработки отходов (АСМСПО);

- автоматизированная система управления снабжением (АСУСнаб);

- автоматизированная система управления сбытом продукции (АСУСбыт);

- автоматизированная система управления экономикой предприятия (АСУ ЭП);

- автоматизированная система делопроизводства (АСДП);

- автоматизированная система управления кадрами (АСУКадры);

- автоматизированная система управления предприятием (АСУП).

Эти системы организуют потоки производственной информации, различных показателей деятельности предприятия, статических данных между различными уровнями управления (от каждого станка, оператора через все организационно-управленческие уровни до директора). Эти системы помогают решать задачи загрузки оборудования, следят за запасами, рассчитывают себестоимость продукции, решают задачи снабжения и сбыта и др., обеспечивают повседневный, ежечасный, ежеминутный анализ хода производства и принятия решений управленческим персоналом.

Полная интеграция в единую систему всех необходимых систем, которые становятся в этом случае подсистемами, для производства заданной продукции определяет гибкий автоматизированный завод – это завод будущего, полностью автоматизированный, гибкий, работающий 24 ч в сутки, каждый день в году и большую часть времени в «безлюдном» режиме, способный регулярно переходить на выпуск новой продукции в любое время, практически немедленно, а также способный самообновляться по мере появления новых решений, т. е. идти в ногу с достижениями науки и техники.

Таковы перспективы развития гибкого автоматизированного интегрированного производства. Внедрение гибких автоматизированных систем на современном этапе развития является неизбежным, поэтому необходимо разработать рекомендации, как создателям, так и эксплуатационникам по наиболее эффективному претворению в жизнь этой новой концепции организации производства.