2.8. Особенности применения гибких производственных систем

при механической обработке деталей

Развитие современного машиностроения претерпевает новые фундаментальные изменения. Остается неизменным направление, связанное с повышением производительности труда при работе на универсальном оборудовании. Это формирование технологических наладок, применение одновременной обработки нескольких поверхностей, совмещение основного и вспомогательного времени и т. д. Второе направление – повышение производительности станков с ЧПУ. Эти станки начинают все шире внедряться в промышленное производство, однако коэффициент их использования низок, так как из-за отсутствия квалифицированных кадров организацию их работы проводят по тем же принципам, что и организацию работ на универсальном оборудовании.

Новая волна развития машиностроительного производства – возврат к многооперационным станкам – обрабатывающим центрам, организация гибких производственных систем (ГПС). Начавшие разрабатываться во второй половине 70-х годов гибкие производственные системы стали реальным новым, качественно отличающимся этапом перевооружения машиностроительной промышленности. Это открыло пути решения сложившегося противоречия между высокой производительностью и отсутствием мобильности оборудования массового производства и высокой мобильностью и низкой производительностью универсальных станков единичного и серийного производств.

Идеологи ГПС считают, что ГПС представляют собой, по-видимому, наиболее важное технологическое достижение с начала нашего века. Их внедрение будет иметь для промышленности поистине революционное значение, поскольку вызовет резкое сокра­щение себестоимости продукции, изготовляемой в условиях мелкосерийного производства. Именно ГПС, а не промышленные роботы знаменуют собой начало этапа научно-технической революции, который поз­волит в машиностроении достигнуть уровня автоматизации, давно существующего в перерабатывающих отраслях. В то же время результатом внедрения ГПС явится значительное сокращение потребностей машиностроения в рабочей силе (возможно на 60 - 80 % в течение последующих десяти лет). Сокращение происходит за счет значительного снижения количества рабочих при некотором повышении инженерного состава.

Опыт внедрения первых гибких производственных систем (ГПС) показывает, что они обеспечивают высокую мобильность, практически равную мобильности единичного производства, высокую производительность и низкую себестоимость, которые можно сравнивать с теми же показателями массового производства, что практически стирает границы между этими производствами. Практически мы организуем мелкосерийное производство, обеспечивая при этом эффективность крупносерийного производства.

С внедрением ГПС становится практически осуществимым сочетание высокой производительности с малыми размерами партии изделий и коротким периодом освоения их производ­ства. Таким образом, стратегия производства выходит на качественно новый этап, причем в самое оптимальное время.

В чем же состоят преимущества ГПС? Достаточно простым ответом на этот вопрос будет такой: они предоставляют фирмам реальную возможность резкого снижения значительных скрытых производственных затрат, например, на незавершен­ное производство, и таких накладных расходов, как оплата труда вспомогательных рабочих. Стоимость материалов и объем накладных расходов составляют в настоящее время 50 - 90 % общих производственных затрат, поэтому любой выигрыш здесь приносит значительные результаты. Примене­ние ГПС в своем окончательном варианте приводит к созданию безлюдного производст­ва, что позволяет значительно сократить стоимость рабочей силы, хотя следует отметить, что направление, связанное с уменьшением накладных расходов, более существенно.

Результаты применения первых производственных систем были впечатляющими. В обзоре Дж. Хартли указывается, что при использовании одной ГПС, напри­мер, прибыль за пять лет составила 15 млн. фунтов стерлин­гов (ф. ст.), а в цехе, оснащенном станками с числовым прог­раммным управлением (ЧПУ) типа CNC, за тот же период она слегка превысила 1 млн. ф. ст. Кроме того, сообщалось, что стоимость незавершенного производства сократилась в первом случае с 3 млн. до 150 тыс. ф. ст. При использовании еще одной ГПС часовая производи­тельность увеличилась вшестеро при сокращении времени смены инструментов с 80 ч. до 4 ч.

Что же такое ГПС? Термины и определения видов гибких производственных систем устанавливает ГОСТ 26228-90.

Гибкая производственная система (ГПС) - совокупность или отдельная единица технологического оборудования и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

ГПС по организационной структуре подразделяют на следующие уровни: гибкий производственный модуль - первый уровень; гибкая автоматизированная линия и гибкий автоматизированный участок - второй уровень; гибкий автоматизированный цех - третий уровень; гибкий автоматизированный завод - четвертый уровень.

По степени автоматизации ГПС подразделяют на следующие ступени: гибкий производственный комплекс - первая ступень; гибкое автоматизированное производство - вторая ступень. Если не требуется указания уровня организационной структуры производства или ступеней автоматизации, то применяют обобщающий термин "гибкая производственная система".

Гибкий производственный модуль (ГПМ) - ГПС, состоящая из единицы технологического оборудования, оснащенная автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса, автономно функционирующая, осуществляющая многократные циклы и имеющая возможность встраивания в систему более высокого уровня.

Частным случаем ГПМ является роботизированный технологический комплекс (РТК) при условии возможности его встраивания в систему более высокого уровня. В общем случае в ГПМ входят накопители, приспособления-спутники (палеты), устройства загрузки и разгрузки, в том числе промышленные роботы (ПР), устройства замены оснастки, удаления отходов, автоматизированного контроля, включая диагностирование, переналадки и т.д.

Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) - ГПС, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.

Гибкий автоматизированный участок (ГАУ) - ГПС, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.

ГАЛ и ГАУ могут содержать отдельно функционирующие единицы технологического оборудования.

Гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) - ГПС, представляющая собой совокупность гибких автоматизированных линий и (или) гибких автоматизированных участков, предназначенная для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Гибкий автоматизированный завод (ГАЗ) - ГПС, представляющая собой совокупность гибких автоматизированных цехов, предназначенная для выпуска готовых изделий в соответствии с планом основного производства. ГАЗ может содержать также отдельно функционирующие неавтоматизированные участки и цехи.

По ступеням автоматизации различают два вида ГПС.

Гибкий производственный комплекс (ГПК) - ГПС, состоящая из нескольких гибких производственных модулей, объединенных автоматизированной системой управления и автоматизированной транспортно-складской системой, автономно функционирующая в течение заданного интервала времени и имеющая возможность встраивания в систему более высокой ступени автоматизации.

Гибкое автоматизированное производство (ГАП) - ГПС, состоящая из одного или нескольких гибких производственных комплексов, объединенных автоматизированной системой управления производством и транспортно-складской автоматизированной системой, и осуществляющая автоматизированный переход на изготовление новых изделий с помощью АСНИ, САПР и АСТПП.

ГПС в общем случае включает комплекс функциональных систем. Система обеспечения функционирования технологического оборудования ГПС - совокупность взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.

В общем случае в систему обеспечения технологического оборудования ГПС входят: автоматизированная система научных исследований (АСНИ); система автоматизированного проектирования (САПР); автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП); автоматизированная система управления предприятиями (АСУП); автоматизированная транспортно-складская система (АТСС); автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО); система автоматизированного контроля (САК); автома­тизированная система удаления отходов и т.д.

Автоматизированная транспортно-складская система (АТСС) - система взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств для укладки, хранения, временного накопления и доставки предметов труда, технологической оснастки и удаления отходов.

Автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО) - система взаимосвязанных элементов, включающая накопители, устройства смены и контроля качества инструмента, обеспечивающие хранение, автоматическую установку и замену инструмента.

Основной областью применения ГПС является серийное многономенклатурное производство. Как видно из определений, каждый вид ГПС характеризуется тем, что может функционировать автономно, представляет собой технически законченное целое и имеет свою локальную систему управления; возможность встраивания в систему более высокого уровня; позволяет, спроектировав ГПС высокого уровня, начинать внедрять его по частям как ГПС более низкого уровня. Степень автоматизации как самой ГПС, так и ее функциональных систем может быть различной. И этим определяется число обслуживающего персонала. ГПС обладает также свойством быстрой переналадки на изготовление новых деталей и изделий произвольной номенклатуры.

В чем же недостатки этого, несомненно, прогрессивного направления? Почему внедрение ГПС во многих странах встречало значительные трудности, а машиностроительный комплекс Советского Союза так и не сумел внедрить практически ни одной гибкой производственной системы? В-первую очередь это связанно с неравномерностью развития направлений, предопределяющих развитие ГПС. Как показывает практика развитие рабочих машин (т.е. оборудования, станков) идет быстрее развития или создания соответствующей им производственной обстановки, условий организации труда, что связано с традиционным, сложившимся исторически подходом: сначала создается новое оборудование, новая технология, а затем новая организация труда, которая, будучи третьей в очередности, не успевает перестроиться, а научно-техническая револю­ция уже дает новые решения рабочих машин, и в результате автоматизация рабочей машины идет в отрыв от автоматизации всего комплекса производственных задач.

При установке новых станков редко пересматривается на заводах однажды установленный маршрут обработки детали. Ряды новых и старых станков, ряды ОЦ - все это уживается на современном заводе. На подавляющем большинстве машиностроительных заводов, практически во всех странах мира имеет место одно и то же явление, когда, несмотря на постоянное обновление основного оборудования, экономические их показатели растут очень медленно или не растут вовсе, завод как бы продолжает устаревать. Современно выглядя­щий цех может быть отнесен к устаревшему, если его работу оценивать в соответствии с современными требованиями, критериями экономической эффектив­ности и мобильности производства.

Явление такого устаревания подкрадывается медленно, но угрожающе для большинства современных заводов. Речь идет как раз о тех заводах, которые "ломятся" от новых современных станков — этого псевдоочевидного признака современности. Часто новые станки становятся только фасадом, прикрывающим устаревшую технологию производства, если организация производства не обеспечивает их эффективного использования.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Гибкие производственные системы представляют собой наиболее современное технологическое достижение. Это и есть те высокие технологии, а которых в настоящее время повсеместно так много говорят. Их внедрение будет иметь для промышленности поистине революционное значение, поскольку вызовет резкое сокра­щение себестоимости продукции, изготовляемой в условиях мелкосерийного и единичного производства;

2. Высокопроизводительное оборудование может обеспечить высокую производительность труда только при надлежащем изменении окружающей обстановки и условий применения новой техники, т. е. организации производства, при которой новая техника используется во всех звеньях производственного комплекса, от идеи до готовой продукции.

3. Нельзя экономить на технологической подготовке производства. Именно этот этап предопределяет эффективность применения ГПС и всего производства в целом.

4. Выбор оптималь­ных режимов резания, технологической осна­стки, широкое применение современных вы­сококачественных инструментов, разнообраз­ных приспособлений, устройств контроля, ди­агностики, автоматической загрузки станков позволяет существенно повысить эффектив­ность использования станков с ЧПУ и ГПС.

5. Важной особенностью ГПС явля­ется возможность постепенного наращивания и совершенствования любой создаваемой или уже внедренной ГПС. Таким образом, каждый внедренный ГПМ может стать ячейкой буду­щей ГПС более высокого уровня.

6. Проблема подготовки кадров - одна из важнейших при создании ГПС. Ее основа – сильный инженерный состав, при значительном снижении количества рабочих.

7. Для оперативного руководства разработкой ГПС должен быть создан мобильный «мозговой центр», который бы своевременно разрабатывал организационную и техническую стратегию, реализуемую затем рабочей группой.

8. Анализ внедрения ГПС показывает, что успешное развитие ГПС реализовано в странах, где первые ГПС внедрялись при протекционной политике государства. Так как для авиационной отрасли, как ни для какой другой, характерны мелкосерийность и необходимо высокая производительность, а ВАСО следует рассматривать, как опытный полигон по внедрению высоких технологий, к внедрению ГПС на ВАСО следует привлечь руководство авиационной корпорации и их финансовые возможности.