Критерии и эффективность гибких производственных систем

Применительно к производственным системам на уровне реализации технологического процесса ГПС — это упорядоченная совокупность средств труда, обеспечивающих в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства автоматизацию технологических операций и автоматизацию перестройки на новую продукцию в пределах физических возможностей системы, а также оптимальное управление технологическими операциями с целью повышения потребительских свойств выпускаемой продукции за счет ее своевременного обновления.

Однако ни предложенное определение, ни другие известные определения не дают исчерпывающего описания таких сложных систем, какими являются ГПС. Стратифицированное представление ГПС позволяет на основе системного анализа дать наиболее полную и обстоятельную трактовку этого понятия.

Число страт, а также их выбор может быть любым, это зависит от постановки задачи. Но едва ли для кого представляет интерес описание ГПС на молекулярном уровне. Поскольку мы рассматриваем производственную систему, то естественно предположить, что существенными для исследования являются страты, интерпретирующие экономические и технологические аспекты ГПС. Кроме того, анализ ГПС показывает, что между экономической и технологической стратами следует расположить еще две по следующей схеме: экономика —> функции —> структура —> техпроцессы (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Схема формирования гибкости производственной системы.

Нижняя страта позволяет описать физические процессы, происходящие в гибкой производственной системе при переработке вещества и информации и использовании энергии для получения конечного продукта в заданное время и с заданными характеристиками. Здесь описание ГПС детализируется, конкретизируется ее поведение. На верхней страте — страте экономических факторов — в более широком контексте определяется значение всей ГПС в целом с позиций главных целей производственной системы. Экономические факторы обусловливают функциональные свойства системы, которые, в свою очередь, доминируют над структурой ГПС. От структуры ГНС зависят характер и особенности технологических процессов.

Экономические факторы гибкости. Па страте экономических факторов рассматривается эластичность, гибкость производства, определяемая природой хозяйственного механизма. Значение исследований экономических признаков гибкости в условиях неравновесной экономики возрастает. Здесь мы приведем признаки гибкости, которые связаны с предпосылками приближения цен к стоимости, сформулированными В. Немчиновым^[1]:

• • совпадение производства и потребления в целом и по отдельным продуктам;
• • пропорциональное развитие отдельных производств;
• • покрытие друг другом спроса и предложения.

Содержание понятия гибкости на экономической страте определяет возможности вовлечения в производство дополнительных ресурсов, изменения функций производственной системы, а также ее структуры. Вовлечение в производство дополнительных ресурсов, например, дополнительного оборудования, создание новых мощностей не всегда оправдано. Поэтому возрастает экономическое значение использования фиксированных ресурсов производства, обеспечивающих его гибкость по отношению к выявленному платежеспособному спросу. Такую ситуацию можно обеспечить определенным «запасом гибкости», который выражается в функциональных возможностях производственной системы.

Функциональные признаки. Рассмотрим признаки, относящиеся к функциональной гибкости производственных систем. Одним из первых таких признаков следует назвать универсальность. Она обеспечивается соответствующей структурой ГПС и тем набором технологических операций, которые заложены в систему. Кроме того, в многомашинной системе универсальность определяется еще набором различных последовательностей операций. В качестве примера предположим, что в системах 1 и 2 могут выполняться три вида операций: А, В, С. Система 1 может производить операции только в технологической последовательности АВС, а система 2 производит операции в технологической последовательности АВС, ВСЛ, САВ, ВАС. Таким образом, можно утверждать, что система 2 более гибкая, чем система 1, а производственная гибкость определяется не только набором всех операций, но и набором их последовательностей. Универсальность как составляющая функциональной гибкости имеет пределы, обусловленные физическими возможностями системы.

Существенным признаком функциональной гибкости является адаптивность управления, которая обеспечивает выполнение технологической операции по заданной программе в условиях неполной априорной информации об управляемом процессе, а также работу системы в условиях изменения самой программы, причем стратегия изменения программы заранее неизвестна. Этот признак обеспечивается возможностями управляющих вычислительных машин, средствами автоматики и т. п.

Свобода в выборе программного обеспечения также характеризует гибкость функционирования ГНС. Этот признак отражает способность перестраиваться при произвольном (в определенных пределах) изменении вида продукции и обеспечивается операционной системой управляющего вычислительного комплекса.

Необходимо выделить и такой важный функциональный признак, как способность оптимизировать производственный процесс, в том числе и в случае непредвиденных ситуаций. Это признак обеспечивается математическим моделированием. Поскольку в практике чаще всего встречаются стохастические задачи, то одним из основных средств их решения для ГПС могут быть методы теории массового обслуживания.

Следующим признаком функциональной гибкости можно назвать возможность выполнения произвольной операции на нескольких позициях одновременно, что обеспечивается соответствующим набором универсального оборудования.

Далее отметим мобильность, или свободу, транспортных средств в выборе позиции, что достигается за счет их автономности в применении вычислительной техники.

Таким образом, функциональные признаки прежде всего отражают информационные процессы в гибких производственных системах.

Интегральным признаком функциональной гибкости является возможность работать в изменяющихся условиях без участия человека, что обеспечивается системой внутреннего планирования и управления материальными потоками посредством ЭВМ, а также автоматическими средствами технологического оснащения. Этот признак отражает в себе концепцию так называемого безлюдного производства, которую следует понимать, конечно, в относительном смысле, имея в виду вытеснение человека из сферы исполнительно-технологических функций.

Выбор и обоснование функциональных (и других) признаков гибкости производственных систем должны производиться по принципам необходимости и достаточности. Такой подход страхует от многих просчетов. Так, функциональный признак «контроль и диагностика» работы ГПС является необходимым, но не достаточным признаком гибкости, поскольку он является обязательным и для других производственных систем, например автоматических поточных линий. Вопрос о количественных критериях гибкости производственных систем, несмотря на отдельные попытки его решения, остается пока открытым.

Структурные признаки. Обобщенная структура ГПС представлена на рис. 7.5. Она включает в себя гибкие производственные модули (ГПМ), представляющие собой программно-управляемое технологическое оборудование, имеющее возможность работать в составе системы.

Автоматические транспортные модули (ATM) обеспечивают обслуживание ГПМ, доставляя па них предметы труда из складской системы (СС) и возвращая в нее продукцию или осуществляя обмен предметами труда между ГПМ. Складская система также хранит набор сменной оснастки, необходимой при перестройке ГПС на выпуск новой продукции. Оснастка доставляется к ГПМ посредством автоматического транспортного модуля.

В состав ГПС могут также входить промышленные роботы в качестве вспомогательного, обслуживающего оборудования. Кроме того, имеется тенденция использовать в ряде случаев промышленных роботов в качестве гибких производственных модулей. Работу всех элементов системы координирует автоматизированная система управления, в состав которой входят центральная ЭВМ и вычислительная техника, обеспечивающая внутримодульное управление.

Определенные возможности по обеспечению гибкости заключает в себе и иерархичность управления ГПС ввиду отсутствия необходимости пропускать очень большие потоки информации через один пункт управления. Иерархическая структура управления гибкими производственными системами позволяет экономить затрачиваемые ресурсы за счет того, что элементам нижних уровней представляется некоторая свобода выбора их собственных решений.

Рис. 75. Обобщенная схема гибкой производственной системы:

ГПМ — гибкий производственный модуль; АТМ — автоматический транспортный модуль; АСУ — автоматизированная система управления; СС — складская система Элементы верхнего уровня хотя и обусловливают целенаправленную деятельность элементов нижних уровней, но не полностью управляют ею. Таким образом, происходит рациональное распределение усилий по принятию решений между элементами различных уровней. Из этого также следует, что иерархичность как структурный признак вступает в определенные взаимоотношения с признаками на функциональной страте, такими как, например, оптимизация производственного процесса. Иерархичность ГПС рассматривается и в более широком смысле, например, как технологическая компоновка системы, включающая центральные склады и промежуточные накопители.

Структурная гибкость предполагает также перестройки, которые затрагивают технологическую компоновку и конструктивные связи всей системы в целом или отдельных элементов. Среди таких перестроек: переналадка для обработки повой детали в пределах заданной номенклатуры; перестройка для выпуска новой продукции; перестройка в случае непредвиденных ситуаций, например, при выходе из строя части оборудования. Такие перестройки сопровождаются сменой оснастки, изменением количества оборудования, занятого в технологическом процессе, изменением его компоновки, сменой видов производственных механизмов.

Характерными структурными признаками ГПС являются модульность оборудования, разветвленность транспортных коммуникаций, резервирование оборудования.

Экономические, функциональные и структурные признаки ГПС, рассмотренные в этой главе, не претендуют на исчерпывающую полноту, тем не менее в достаточной мере иллюстрируют предлагаемый подход к описанию гибких производственных систем.

Попытки найти универсальный критерий гибкости, представить гибкость в чистом виде, в отрыве от целей производственной системы, без учета сложного механизма взаимных связей с внешней средой, включая связи с системой потребления, не могут претендовать на конструктивность. Гибкость нельзя отождествлять с эффективностью, но она является одним из условий обеспечения эффективности в определенных обстоятельствах. Эти обстоятельства связаны как с внешними по отношению к производственной системе, так и внутренними факторами. Внешние факторы обусловлены состоянием внешней среды и выражаются в виде формирующихся в ней запросов, которые могут изменяться во времени. Внутренние факторы определяются, в частности, принципами построения технологических машин. Системное рассмотрение внешних и внутренних факторов в их диалектическом единстве позволяет избежать технократического подхода к принципам построения производственных систем. Технократический подход может проявиться, например, в рассмотрении задачи повышения производительности технологических машин в качестве самоцели без учета запросов, формирующихся во внешней среде, что неизбежно приводит к увеличению инертности производственной системы, к производству в больших объемах продукции, не пользующейся спросом. При технократическом подходе внимание сосредоточивается только на сущности производственных машин, а не на производственной системе в ее целостности и взаимосвязи с внешней средой.

Таким образом, рассмотрение свойств гибких производственных систем предполагает изучение целостной совокупности факторов, среди которых:

• • цель производственной системы;
• • характер взаимодействия с внешней средой, включая запросы на продукцию;
• • эффективность реакции производственной системы на функциональные запросы из внешней среды;
• • принципы построения технологических машин;
• • принципы функционирования эргатических систем и другие факторы.

Сказать, что данная производственная система является гибкой — это значит почти ничего о ней не сказать. Но об этой же системе можно сказать так: система эффективна, ее эффективность в значительной мере определяется заложенным в нее свойством, которое мы называем гибкостью.

Эффективность проявляется в условиях изменяющихся запросов. Для другой системы эффективность может нс определяться гибкостью, если она (система) работает в условиях продолжительного, устойчивого и неизменного спроса. Более того, гибкая система в таких условиях может быть и неэффективной.

Изучение понятия «гибкость» необходимо для того, чтобы найти методологические принципы, организационно-технические механизмы, обеспечивающие экономически рациональную реакцию производственной системы на изменяющие внешние запросы. При этом следует учитывать, что на организацию производственного процесса оказывают влияние требования внешней среды, с одной стороны, а с другой — требования к построению производственных машин. Требования этих сторон заключают в себе противоречие: внешняя среда потенциально ориентирована на изменение выпускаемой продукции — принципы построения производственных машин тяготеют к повышению производительности машин при выпуске однотипной продукции. Создание гибких производственных систем является средством разрешения этого противоречия.

Гибкость — не самоцель, а средство повышения эффективности производства в условиях изменения спроса на выпускаемую продукцию.

Особую методологическую выдержанность необходимо проявлять, обращаясь к попыткам установить количественные значения гибкости производственных систем. В этих случаях необходимо руководствоваться простым представлением о том, что гибкость — не критерий производственной системы и введение иного критерия для производственной системы, альтернативной эффективности, ничего, кроме методологической путаницы, не даст. Именно поэтому поиски показателей гибкости носят зачастую искусственный характер и во многом дискредитируют концепцию гибкого автоматизированного производства.

Это утверждение не означает, что в отношении понятия «гибкость» следует руководствоваться только качественными категориями и избегать количественных оценок. Но при количественных оценках гибкости в любом случае отправной точкой должна быть эффективность производственной системы, выражающаяся в четких экономических категориях, таких как прибыль, доход и т. п.

На эффективность производственной системы влияют определенные параметры. Конкретизировать эти параметры и установить их связи с гибкостью, влияющей на эффективность, — это актуальная и еще не до конца исследованная задача.

При анализе параметров производственной системы, имеющих отношение к гибкости, мы не находим каких-то новых параметров, помимо известных до «эры гибкости», однако значимость определенного числа параметров, интенсивность их проявления, специфичность их соотношений позволяет исследователям выделить свойство производственной системы «гибкость» как самостоятельное понятие.

Поэтому речь идет не об открытии нового свойства, а о возрастании его значения на современном этапе в условиях комплексной автоматизации производства, с одной стороны, и усиления влияния изменяющегося спроса — с другой. Это свойство проявляется прежде всего в скачке производительности труда (в несколько раз) и в существенном сокращении времени отклика производственной системы на новый запрос внешней среды.

Производственная система, обеспечивая выпуск определенного продукта, находится в соответствующем состоянии. Действие системы (проявление свойства «гибкость»), которое приводит к изменению состояния производственной системы, заключается в адекватном отклике на запрос внешней среды (выпуск нового продукта). Связь между параметрами системы и ее состоянием при выпуске нового продукта представлена на уже рассмотренном рис. 7.5 следующим образом: параметры (допускающие количественную оценку) —> признаки ГПС на определенной страте —> страты —> состояние ГПС —> результат действия системы.

Параметры в контексте данного рассмотрения — это формализуемые атрибуты гибкости. Они выбираются исходя из специфики конкретной ГПС, позиции исследователя и целей, которые при этом преследуются. Параметры позволяют осуществить количественную оценку признаков производственной системы па определенной страте. Вот примеры некоторых параметров ГПС для механообработки: количество типов деталей, число деталей в партии, время обработки деталей, время транспортировки, время замены инструмента, объем памяти ЭВМ, время безотказной работы, количество модулей, производственная площадь и т. д., и т. п. Для ГПС сборки и монтажа узлов радиоэлектронной аппаратуры набор параметров и их значения могут быть иными частично или полностью.

Уместно повторить, что гибкость — свойство, изначально присущее производственной системе, поэтому нет необходимости вводить принципиально новые параметры, кроме тех, что существовали до введения термина «гибкие производственные системы», если не считать современных форм их интерпретации, например параметров, характеризующих адаптивность управления ГПС.

Заданное состояние системы мы связываем с выпуском определенного продукта. Переход на выпуск нового продукта сопровождается изменением системы, которому соответствуют новые значения параметров или новый набор параметров. В общем случае совокупности значений параметров могут различаться и набором параметров, и значениями каждого или нескольких параметров. Гибкость представляет собой свойство производственной системы, характеризующее способность системы перейти к новой совокупности значений параметров системы как отклик на общественную потребность в выпуске новой продукции. Общественная потребность обусловливает определенное задание для производственной системы. Задание можно представить в виде некоторой функции, определяющей зависимость количества необходимого натурального продукта от времени. Производственная система характеризуется внутренними свойствами, которые определяют функцию отклика производственной системы.

Отклик производственной системы на возникшую общественную потребность не может быть мгновенным. Инерционность производственной системы определяется условиями приобретения материалов и энергии, условиями разработки конструкторской документации и технологической подготовки производства. На степень инерционности влияют ограничения по возможностям оборудования, его способности адаптироваться к выпуску новых изделий и т. д. Даже условия отгрузки готовых изделий влияют на инерционность производственной системы.

В первых работах, посвященных гибкости производственных систем, она, как правило, противопоставлялась производительности. При этом ход рассуждений был примерно следующим. Поточные линии и автоматы — это средства для достижения высокой производительности, но они не имеют гибкости. Если требуется перестройка — необходимы соответствующие затраты времени, происходит потеря производительности. Следовательно, гибкость приводит к потере производительности.

В таких рассуждениях есть по крайней мере два противоречия. Во-первых, производственная гибкость по своей природе есть атрибут многономенклатурного мелкосерийного, а не массового производства, поэтому брать за отправную точку массовое производство нельзя. Напротив, в мелкосерийном производстве гибкость обеспечивает повышение производительности труда, сокращая время отклика на изменение внешних запросов на продукцию. Во-вторых, в приведенном выше рассуждении противопоставляются гибкость и автоматизация, тогда как повышение уровня автоматизации перестройки и есть повышение степени гибкости. Как мы видим, повышение гибкости следует рассматривать в контексте повышения производительности труда в мелкосерийном многономенклатурном производстве главным образом за счет автоматизации перестройки и автоматизации производственного процесса.

Таким образом, реальности современной промышленной практики свидетельствуют о возрастании значения ГГ1С в совершенствовании производственно-технических отношений, о необходимости развития работ по исследованию эффективности ГПС с учетом всех факторов, включая и человеческий.

Проблемные вопросы для обсуждения

• 1. Производственная гибкость, информатизация и социализация как синергетические факторы промышленного производства.
• 2. Содержание промышленной кибернетики.
• 3. Роль человека в комплексной автоматизации производственного процесса.
• 4. Обновляемость продукции как основная задача гибких производственных систем.
• 5. Содержание информационноемких технологий.
• 6. Гибкость производственных систем и основные ее факторы.

• [1] Немчинов В. С. Общественная стоимость и плановая цена. М.: Наука, 1970.