![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Литературный обзор по принципам построения и структуре ГПС
В отечественной и зарубежной практике за последнее десятилетие было разработано и передано в эксплуатацию несколько сотен гибких производственных систем (ГПС) различного целевого назначения и уровня автоматизации. Согласно проведенным недавно исследованиям на ряде промышленных предприятиях, показало, что 45% ГПС не достигали проектных показателей по ряду причин. Причем в большинстве случаев низкая эффективность ГПС обусловлена недостаточным технико-экономическим обоснованием целесообразности создания системы в условиях конкретного потребителя (включая и неподготовленность предприятия к эксплуатации систем подобной сложности), неправильным выбором уровня автоматизации, структуры и состава ГПС, недостаточным опытом проектировщиков и заказчиков, несоответствием ГПС общей структуре производственного процесса предприятия. [14] Использование традиционных методов проектирования при создании автоматизированных переналаживаемых производственных комплексов, какими, собственно, и являются ГПС, оказалось неприемлемым в силу значительной трудоемкости разработки нескольких вариантов и возможности случайного выбора окончательного проектного, решения, т.к. оптимальный (или близкий к нему) вариант на практике может вообще не рассматриваться и, соответственно, не разрабатываться. С другой стороны, рациональность одновариантного проектирования полностью зависит от ряда случайных факторов, включая опыт и квалификацию проектировщиков. Создание ГПС является сложной научно-технической задачей, предусматривающей разработку оптимального, экономически обоснованного проекта на основе новейших достижений науки и техники, обеспечивающих высокую эффективность производства и качество продукции. В состав проекта ГПС (как и любого проектируемого изделия), согласно требованиям ГОСТа 15.001–73 «Порядок разработки и постановки продукции на производство», должны входить: заявки на создание ГПС, аванпроект, техническое задание (ТЗ), проект и рабочая документация. В составе проекта имеются организационно-технологическая и конструкторская части, разделы, посвященные автоматизированной системе управления и строительно-монтажным работам. Таким образом, ТЗ на создание ГПС – это совокупность уточненных документов, содержащих технико-экономические показатели н все исходные данные, необходимые для разработки технической документации на ГПС в целом и на ее составные части, и дающие полное представление о составе и принципе организации системы. Проект ГПС — это совокупность документов, содержащих окончательные технические решения, а также необходимые данные для разработки рабочей документации.
Понятия ГПС - ГПС – это совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик; - гибкий производственный модуль (ГПМ) – единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в ГПС; - гибкий производственный цех – комплекс ГП-линий, ГП-участков, ГП-модулей, предназначенный для выполнения технологических процессов и переналаживаемый на изделия заданной номенклатуры; Принято различать кратковременную и долговременную гибкость. Кратковременная гибкость позволяет быстро переналаживать оборудование на производство различной продукции в рамках действующей производственной программы. Долговременная гибкость обеспечивает возможность переналадки на выполнение новых, заранее не предусмотренных технологических задач. Основные стадии создания ГПС Основные стадии создания ГПС включают следующие разработки: - заявка на разработку ГПС; - техническое задание; - технический проект; - рабочий проект; - внедрение ГПС. Заявка на разработку ГПС должна включать исходные требования к проектируемой ГПС: номенклатуру изготавливаемых изделий, ориентировочные объемы производства по каждому изделию. Техническое задание включает: - основание для разработки ГПС; - цель и назначение разработки; - технические требования к ГПС; - технико-экономические показатели ГПС; - стадии и этапы разработки; - порядок контроля и приемки. Технические требования к ГПС должны включать следующие основные ограничения: - уровень автоматизации; - перечень обязательных технических средств ГПС; - схемно-структурные ограничения; - конструктивно-компоновочные, габаритные, энергетические, привязочные и др. ограничения; - качество функционирования системы: точность обработки, качество поверхностей, надежность, долговечность, живучесть и др.; - информационные и программно-алгоритмические ограничения: информационное обеспечение, возможности корректировки программного обеспечения и др.; - системно-организационные ограничения: - использование групповой технологии, требования к гибкости потоков; - эксплуатационные ограничения: условия эксплуатации, режимы работы ГПС, требования охраны труда и техники безопасности и др.; - социальные требования; - экологические требования; - эволюционно-адаптивные требования; - особые требования. В качестве технико-экономических показателей используются: производительность, себестоимость, сроки окупаемости, период эксплуатации и др. Технический проект ГПС содержит окончательные технические решения, дающие полное преставление о составе, структуре и функционировании комплекса, а также исходные данные для разработки рабочей документации. Рабочий проект ГПС включает рабочую техническую документацию, необходимую для изготовления ГПС: - конструкторскую; - технологическую; - программную; - строительно-монтажную; - организационную. Основные подсистемы ГПС В соответствие с основными задачами, решаемыми в ГПС в процессе обработки, в ГПС используются следующие основные подсистемы: - " Управление" – для решения задач организации и управления производственным процессом в ГПС, основными из которых являются следующие: планирование, учет, контроль хода производства, координация взаимодействия функциональных подсистем ГПС, автоматическое управление всеми техническими средствами ГПС; - " ТПП" (технологическая подготовка производства) – для автоматизации проектирования технологических процессов, инструментальных наладок и оснастки, подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ; - " Обработка" – обеспечивает автоматизированную обработку изделий в ГПС; - " АТСС" (автоматизированная транспортно-складская система) – для осуществления учета, автоматизированного хранения, доставки заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, инструментов, приспособлений, тары и др. на рабочие места ГПС, разгрузки и разгрузки оборудования ГПС. - " Инструмент" – для обеспечения технологических процессов обработки необходимыми инструментами и оснасткой: комплектация, сборка-разборка, настройка, паспортизация, сортировка, заточка, определение стойкости, учет наработки и др.; - " Контроль" – для обеспечения требуемого качества изготавливаемых изделий и работоспособности технических средств ГПС; - " СОЖ (снабжения смазочно-охлаждающими жидкостями)" – для централизованного снабжения СОЖ; - " УОП" (удаления отходов производства) – для сбора и удаления стружки и др. отходов производства от рабочих мест (может быть с разделением отходов по видам и маркам материалов) и предварительная их обработка; - " ТОП" (технического обслуживания и ремонта) – для организации и проведения технического обслуживания и планово-предупредительных ремонтов оборудования ГПС; - " ХОБ" (хозяйственного обеспечения) – для обеспечения ГПС вспомогательными материалами, ремонта помещений. Планирование и управление в ГПС
Основные функции системы планирования и управления производством: - прогнозирование; - планирование производства; - оценка производственных затрат; - формирование основного графика производства; - планирование материальных потребностей; - материально-техническое снабжение; - календарное планирование; - диспетчеризация; - оперативное управление технологическими процессами; - контроль качества выпускаемой продукции; - поставки по заказам и управление запасами готовой продукции; Функциональная блок-схема системы планирования и управления производством показана на рис. 1.1. Прогнозирование позволяет предвидеть будущий объем реализации продукции. Различают: - долгосрочные прогнозы на срок более 5 лет, основной целью которых являются рекомендации по реконструкции производства и выполнению научно-исследовательских работ; - среднесрочные прогнозы на срок 1-2 года, которые используются для планирования заказов на поставки материалов и комплектующих изделий. Планирование производства имеет целью оценку выпуска продукции по группам изделий на определенный отрезок времени (чаще всего - на год). Такое планирование необходимо для определения необходимых запасов (материалов, комплектующих и др.) по производству каждой группы изделий. [14]
Рис. 1.1
Оценка производственных затрат осуществляется для формирования цен на продукцию и выполняется с помощью известных методов микроэкономики. Формирование основного графика производства - это установление объемов выпуска и сроков изготовления по каждому виду продукции, на основании чего определяются графики поставок необходимых материалов, комплектующих и др. Основной график может формироваться на месяц, неделю, день. Планирование материальных потребностей осуществляется на основе основного графика производства и устанавливает все компоненты (сырье, комплектующие, инструменты и др.), необходимые для изготовления изделий. Материально-техническое снабжение имеет своей целью оформление заказов и приобретение всех необходимых компонентов (материалов, комплектующих, инструментов и др.), необходимых для изготовления изделий. При этом общеизвестна дилемма материально-технического снабжения: " изготовить или купить". В странах с развитой рыночной экономикой широко развиты кооперативные связи и, в этом случае, конечно, выгоднее купить, чем изготавливать в условиях " натурального хозяйства". Календарное планирование (иначе его еще называют составлением расписания) выполняется с целью назначения моментов начала и окончания изготовления изделий. Задача календарного планирования является наиболее ответственной и сложной в ГПС, что вызвано возможностью одновременного изготовления на ГПС нескольких изделий, каждое из которых имеет индивидуальный технологический процесс. Диспетчеризация осуществляется путем выдачи индивидуальных заданий на согласованное выполнение работ по изготовлению продукции. В ручном производстве диспетчеризация осуществляется руководителями подразделений (мастер, бригадир, диспетчер и др.). В ГПС эта функция выполняется управляющим вычислительным комплексом ГПС. Оперативное управление обеспечивает управление оборудованием и транспортными потоками в ГПС. Контроль качества обеспечивает контроль соответствия производимых изделий заданным техническим характеристикам. Поставка по заказам и управление запасами готовой продукции должна обеспечивать создание рациональных запасов по каждому виду продукции, достаточных для удовлетворения спроса потребителей. Анализ эффективности ГПС Анализ эффективности ГПС можно разделить на несколько составляющих этапов: - анализ затрат и потерь существующего производства; - анализ затрат и экономии от внедрения ГПС; - анализ риска и чувствительности технических решений. На этапе анализа затрат существующего производства определяются показатели, определяющие себестоимость продукции, производительность обработки, степень использования технологического оборудования, уровень запасов материалов и др. Анализ затрат и экономии от внедрения ГПС основан на оценке как количественных, так и качественных показателей: - показатели прямой экономии, имеющие количественный характер; - показатели косвенной экономии, сочетающие как количественные, так и качественные оценки; - факторы экономии, имеющие качественный характер. Показатели прямой экономии - уменьшение затрат на: - прямую оплату труда; - обеспечение производства энергией, топливом и др.; - перемещение материалов, полуфабрикатов, изделий; - обработку отходов; - амортизацию помещений и оборудования. Основные показатели косвенной экономии в ГПС: - ускорение производственного цикла; - снижение уровня незавершенного производства; - снижение уровня складских запасов и затрат на их хранение; - уменьшение затрат на оплату труда в сфере ремонта, обслуживания и эксплуатации меньшего парка оборудования (хотя они могут и возрасти вследствие усложнения оборудования и повышения квалификации обслуживающего персонала); - повышение уровня инженерного труда: эффективности обработки информации, проектирования, планирования, организационного управления; - снижение затрат на реконструкцию и модернизацию производства. Качественные факторы экономии наиболее сложны для оценки: - улучшение качества продукции и повышение ее конкурентоспособности; - возможность быстрого изменения характеристик производимых изделий; - улучшение условий труда; - повышение эффективности связей между предприятиями и степени кооперации на основе высокой дисциплины взаимных поставок; - снижение затрат в социальной сфере (в результате уменьшения количества работающих). Анализ риска и чувствительности экономических решений при создании ГПС необходим в связи с отвлечением больших средств, необходимых для внедрения ГПС, на достаточно длительное время. Поэтому анализ риска проводится очень тщательно с помощью систем имитационного моделирования.
Основные технико-экономические характеристики ГАП: - производительность живого и фондоотдача овеществленного труда; - степень гибкости производства; - продолжительность производственного цикла изготовления изделий; - потери от брака; - материалоемкость и энергопотребление производства; - применение безотходных технологий; - надежность ГАП; - живучесть ГАП.
Примеры компоновочных схем ГПС
1. Без транспортной тележки (транспортирование с помощью робота-штабелера):
1-3 – ГПМ; 4-6 – устройства манипулирования; 7-9 – пристаночные накопители; 10 – транспортное устройство; 11 – автоматический склад; 12 – управляющий вычислительный комплекс ГПС; 13-16 – УЧПУ станочных модулей и автоматического склада. Такая компоновка используется при небольшом количестве ГПМ, т.е. в том случае, когда их можно расположить вдоль склада, т.е. это ГПЛ (линия).
2. С транспортной тележкой:
1-2 – ГПМ; 3-4 – пристаночные накопители; 5-6 – устройства загрузки-выгрузки; 7 – автоматическая тележка, транспортный робот.
Создание дорогостоящих крупных технических систем (ГПС) потребовало минимизации уровня риска принятия не только ошибочного, но даже просто неоптимального технического решения при их проектировании. Опыт отечественной и зарубежной практики создания ГПС показал, что перенос традиционных методов на процесс проектирования ГПС неприемлем ввиду значительной трудоемкости разработки нескольких вариантов и не исключает случайный выбор окончательного проектного решения. Это положение потребовало практического переосмысления всей существующей методологии проектирования вообще и проектирования ГПС в частности. В то же время, в результате анализа ряда литературных источников выявлены методические и теоретические подходы для целенаправленного определения оптимального или близкого к нему состава ГПС и методология оценки экономической эффективности проектного варианта. Причем информационной базой для оценки принятого варианта на ранних стадиях проектирования могут служить данные, полученные в результате статистического анализа по ряду основных показателей ГПС (технические возможности, производительность, комплектация, режим эксплуатации надежность и т. д.) при условии их постоянного обновления. Относительно собственно проектирования ГПС (поиска ее образа), с точки зрения системного проектирования был выявлен алгоритм проведения этих работ по этапам (постановка задачи, формирование комбинаторного множества, выбор оптимального варинта создаваемой системы, уточняющий анализ выбранных вариантов и выдача ТЗ на разработку отдельных технических средств), а также были показаны состав и особенности работ по каждому из этапов. Необходимо отметить, что одним из основных условий успеха той или иной методологии проектирования является наличие развитого информационного массива данных, представленных в удобном для многовариантного автоматизированного проектирования виде. Особенности информационного обеспечения системного проектирования ГПС, основанного на определенного вида классификации составляющих ГПС, показали необходимость предварительной обработки информации для формирования комбинаторной матрицы или файла на базе иерархической структуры, (что, собственно, подтверждено приведенными примерами подсистемы инструментального обеспечения и транспортной подсистемы). Указанные примеры в достаточной степени выявляют необходимость изменения ряда паспортных данных ГПС и ее составляющих для обеспечения процесса автоматизированного проектирования производственных систем вообще и ГПС в частности.
|