Организационно-технические особенности создания и эксплуатации гибких производственных систем

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра менеджмента

РЕФЕРАТ

На тему:

«Организационно-технические особенности создания и эксплуатации гибких производственных систем»

МИНСК, 2008

В современных условиях сфера распространения поточных форм организации производства и соответствующих видов поточных и автоматических линий (ОНПЛ, ОППЛ, МНПЛ, МППЛ, АЛ, РАЛ) ограничена в основном массовым и крупносерийным типами производства, удельный вес которых в общем объеме производства не столь значителен и постоянно уменьшается под воздействием ряда факторов, порождаемых научно-техническим прогрессом. К таким факторам относятся: увеличение многообразия разработки объектов новой продукции; частая сменяемость выпускаемых изделий; возрастание многономенклатурности производства изделий, сборочных единиц, деталей; снижение объема выпуска отдельных изделий при увеличении объема других и др. Развитие радиоэлектроники, вычислительной техники и программирования, серийное производство высокопроизводительных многоцелевых станков с ЧПУ (обрабатывающих центров), робототехника и использование групповой технологии обусловили создание базы для автоматизации серийного, мелкосерийного и единичного производств, а также для перехода к гибкому автоматизированному производству и к массовому внедрению гибких производственных систем (ГПС).

В отличие от поточных и автоматических линий, имеющих узкую специализацию на изготовление определенного вида изделий, создание ГПС направлено на обеспечение выпуска серийных и мелкосерийных изделий дискретными партиями, номенклатура и размеры которых могут меняться во времени. При этом использование ГПС должно способствовать сохранению для многономенклатурного производства отличительных особенностей и преимуществ массового производства (непрерывности и ритмичности) и существенному повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции при сокращении численности рабочих-операторов.

Гибкие производственные системы отличаются от технических систем, состоящих из универсального оборудования и автономно работающих станков с ЧПУ и от производств, оборудованных станками-автоматами и полуавтоматами в линии (АЛ, РАЛ и др.) с механической связью. От производств, оснащенных универсальным оборудованием и станками с ЧПУ, ГПС отличаются высокой производительностью оборудования и труда как за счет одновременного выполнения многих операций производственного процесса с одной установки обрабатываемого предмета труда, так и за счет того, что ГПС может работать в автоматическом режиме круглосуточно. От автоматических линий ГПС отличается гибкостью в широком смысле слова, что позволяет обрабатывать в нем широкую номенклатуру изделий и быструю смену объектов производства.

Обладая широкой гибкостью, ГПС обеспечивает высокую производительность оборудования, приближающуюся к уровню производительности АЛ и линий, скомпонованных из специализированных станков. Основной показатель ГПС — степень гибкости — может быть определен количеством затрачиваемого времени, количеством необходимых дополнительных расходов, при переходе на выпуск изделий j-го наименования, а также широтой номенклатуры выпускаемой продукции.

Следует отметить, что понятие степень гибкости производственной системы — это не однозначный, а многокритериальный показатель. В зависимости от конкретной решаемой задачи ГПС выдвигаются различные аспекты гибкости, такие как:1) машинная гибкость — простота перестройки технологического оборудования для производства заданного множества изделий j-го наименования; 2) технологическая гибкость — способность системы производить заданное множество деталей j-го наименования разными вариантами технологического процесса; 3) структурная гибкость — возможность расширения ГПС за счет введения новых дополнительных технологических модулей, а также возможность объединения нескольких систем в единый комплекс; 4) гибкость по объему выпуска — способность системы экономично изготавливать изделия j-го наименования при различных размерах партий запуска и может быть охарактеризована минимальным размером партии, при котором использование системы остается экономически эффективным; 5) гибкость по номенклатуре — способность системы к обновлению выпуска продукции и характеризуется сроками и стоимостью подготовки производства нового наименования деталей. В мелкосерийном производстве в качестве показателя гибкости номенклатуры можно принять максимальный коэффициент обновления продукции, при котором использование системы остается экономически эффективным.

Важное значение для обеспечения гибкости по номенклатуре имеет унификация конструктивных и технологических решений, достигаемая за счет автоматизации процессов конструирования изделий и технологической подготовки производства, а также широкого применения принципов групповой технологии, являющейся технологическим фундаментом современных механообрабатывающих производств.

Следует отметить, что перечисленные виды гибкости тесно связаны между собой и улучшение одного показателя гибкости может вызвать ухудшение другого. Поэтому при сопоставлении различных ГПС, особенно при анализе вариантов на стадии проектирования, желательно пользоваться не качественными оценками, а некоторой системой количественных характеристик, так как создание ГПС, обладающих высокой гибкостью по всем перечисленным показателям, является не только технически невозможным, но и экономически нецелесообразным. Поскольку каждая ГПС разрабатывается для нужд конкретного предприятия, цеха, участка, она оказывается специализированной не только по своему технологическому назначению, но и решаемым производственным задачам.

В общем виде под ГПС понимается автоматизированное производство, построенное на современных технических средствах (станках с ЧПУ, роботизированных технологических комплексах, гибких производственных модулях, транспортно-накопительных и складских системах и т. д.), способное обеспечить выпуск широкой номенклатуры продукции, однородной лишь по своим основным конструктивным и технологическим параметрам и способное безинерционно переходить на выпуск новых изделий j-го наименования.

К числу основных факторов, обеспечивающих функционирование ГПС, относятся: 1) комплексная автоматизация всех основных и вспомогательных технологических операций; 2) программная переналадка технологического оборудования; 3) оперативная (автоматизированная) конструкторско-технологическая и организационно-экономическая подготовка производства; 4) автоматизация управления производственно-технологическими процессами, осуществляемая в режиме реального времени; 5) реализация и оптимизация оперативно-производственного планирования, позволяющая обеспечить максимальную загрузку оборудования, минимизировать производственный цикл и обеспечить комплектность деталей и сборочных единиц для сборки; 6) групповая технология обработки деталей.

Обеспечение реализации названных факторов осуществляется за счет функциональных элементов ГПС, которые можно разделить на две группы:

1) производственно-технологические функциональные элементы ГАП, составляющие производственно-технологическую часть ГПС;

2) электронно-вычислительные функциональные элементы ГАП, составляющие информационно-вычислительную и управляющую часть ГПС.

При проектировании производственно-технологической части ГПС, как правило, используется блочно-модульный принцип на различных организационных уровнях системы (рис. 1).

Основными элементами производственно-технологической части ГПС являются: гибкий производственный модуль (ГПМ), роботизированный технологический комплекс (РТК) и система обеспечения функционирования.

ГПМ — это единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с ЧПУ, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с изготовлением продукции, имеющая возможность встраиваться в более сложную ГПС.

Рис. 1. Структура ГПС В состав ГПМ входит специальное технологическое оборудование (от 1 до 3 станков с ЧПУ); контрольно-измерительная аппаратура и установки; промышленные роботы и манипуляторы; средства автоматизации технологического процесса; средства идентификации деталей, заготовок, инструмента, оснастки.

РТК — это совокупность единиц технологического оборудования от 3 до 10 станков с ЧПУ, ПР и средств их оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы. РТК, предназначенные для работы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраиваться в ГПС. В качестве средств оснащения РТК могут быть: устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и др.

Таким образом, основными характеристиками ГПМ и РТК являются: способность работать автономно, без участия человека; автоматически выполнять все основные и вспомогательные операции производственного процесса; гибкость, удовлетворяющая требованиям единичного и мелкосерийного производств; простота наладки, устранения отказов основного оборудования и системы управления; совместимость с оборудованием традиционного и гибкого производства; высокая степень завершенности обработки деталей с одного установа; высокая экономическая эффективность при правильной эксплуатации.

В настоящее время создаются и эксплуатируются ГПС полного технологического цикла, на которых детали или изделия обрабатываются (изготавливаются) со 100%-ной готовностью, и ГПС неполного цикла, когда для завершения изготовления детали требуются дополнительные операции, выполняемые вне этой системы. В соответствии с этим создаются более сложные ГПС в виде гибких производственных комплексов (ГПК), гибких автоматизированных линий (ГАЛ), гибких автоматизированных участков (ГАУ), гибких автоматизированных цехов (ГАЦ) и гибких автоматизированных заводов (ГАЗ).

ГПК — ГПС, состоящая из нескольких ГПМ (треть парка от 6 до 10, а остальные — 11 и более ГПМ) или РТК, объединенных АСУ и автоматизированной транспортно-складской системой (АТСС), автономно функционирующая в течение заданного времени и имеющая возможность встраиваться в систему более высокого уровня автоматизации.

ГАЛ — ГПС, состоящая из нескольких ГПМ или РТК, объединенных АСУ, в которой технологическое оборудование располагается в принятой последовательности технологических операций вдоль автоматизированной транспортно-накопительной системы.

ГАУ — ГПС, состоящая из нескольких ГПМ, РТК, ГПК, ГАЛ и отдельных единиц специального технологического оборудования, автоматизированной транспортно-накопительной системы, объединенных АСУ в гибкий участок, в котором предусмотрено изменение последовательности использования технологического оборудования в пределах заданного технологического маршрута.

ГАЦ — ГПС, объединяющая ГАУ (или ГАЛ), вспомогательные участки и отдельные ГПМ, РТК, ГПК, АТСС и управляемая автоматизированной системой.

ГАЗ — ГПС, состоящая из ГАЦ заготовительного производства, ГАЦ обрабатывающей и сборочной стадий, автоматизированных складов материалов, заготовок, комплектующих изделий, готовых деталей и изделий, автоматизированной транспортной системы (АТС), объединенная АСУ.

Система обеспечения функционирования ГПС в автоматическом или автоматизированном режиме включает: а) автоматизированную транспортно-складскую систему (АТСС) — систему взаимосвязанных автоматизированных транспортных и складских устройств с установкой в транспортной таре для временного накопления, распределения и доставки предметов производства и технологической оснастки к ГПМ, РТК или другому технологическому оборудованию в ГПС; б) автоматизированную систему инструментального обеспечения (АСИО), осуществляющую подготовку, хранение, автоматическую замену инструмента; в) автоматизированную систему слежения за износом и поломками инструмента (АССИ); г) автоматизированную систему обеспечения надежности, осуществляющую слежение за состоянием оборудования (АСОН); д) автоматизированную систему управления качеством продукции (АСУКП); е) автоматизированную систему удаления отходов производства (АСУОП).

Производственно-технологическая часть ГПС предназначена для выполнения всех основных и вспомогательных технологических процессов и операций над элементами материального потока.

Основными элементами информационно-вычислительной и управляющей части ГПС является автоматизированная система управления предприятием (АСУП), обеспечивающая автоматизированное организационно-экономическое управление гибким автоматизированным производством, включающая системы более низкого уровня, такие как: система автоматизированного проектирования (САПР); автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП); автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП); автоматизированная система научных исследований (АСНИ); локальные системы управления (ЛСУ).

Частичная или полная интеграция производственно-технологической части ГПС с функциональными системами информационно-вычислительной и управляющей части в единую производственную систему превращает ее в гибкое автоматизированное производство (ГАП).

Информационно-вычислительная и управляющая часть ГПС обеспечивают управление и координацию деятельности производственно-технологических функциональных элементов системы, которая реализуется иерархией ЭВМ.

На первом уровне иерархии управления используются ЧПУ. С их помощью управляются станки и др. технологическое оборудование, промышленные роботы, робоэлектрокары и др. транспортные системы.

На втором уровне используются микро-ЭВМ типа «Электроника» и другие программно совместимые с ней ЭВМ. С их помощью управляются ГПМ, РТК, АТС, АСС и др. обеспечивающие системы.

На третьем уровне используются мини-ЭВМ типа СМ-1420 и другие программно совместимые с ними ЭВМ. Мини-ЭВМ управляют группами модулей (ГПК, ГАЛ, ГАУ, ГАЦ). На этом уровне с помощью мини-ЭВМ осуществляются хранение программ и другой информации, реализация оперативно-календарного плана, регистрация текущего состояния производства, контроль неисправности оборудования и т. д.

На четвертом уровне используются мощные ЭВМ в составе АСУП.

На всех этапах разработки ГПС рассматриваются как сложные производственные системы, в состав которых входят производственно-технологические и электронно-вычисли-тельные элементы ГАП, предметы труда и обслуживающий персонал, а также система управления.

1. Блехерман М. Х. Гибкие производственные системы. Организационно-экономические аспекты. — М.: Экономика, 2008. — 222 с.

2. Организация, планирование и управление промышленным предприятием/ Под ред. Д. М. Крука. — М.: Экономика, 2002. — 376 с.

3. Роботехника и гибкие автоматизированные производства. Кн.8. Основы построения автоматизированного проектирования гибких производств/ Под ред. И. М. Макарова. — М.: Высшая школа, 2006 — 176 с.