Организационно-технические особенности создания и эксплуатации гибких производственных систем

Современное производство характеризуется широкой номенклатурой и частой сменой изделий, что обуславливает большой удельный вес мелкосерийного и серийного производства.

Для ликвидации большого разнообразия продукции используется унификация и стандартизация элементов изделий, техники и технологий. Однако удельный вес мелкосерийного производства все равно растет, поэтому реализация курса на всемерную интенсификацию требует новых методов и решений в области организации и управления производством.

Производственная система должна быть такой, чтобы обеспечить перестройку на выпуск новой продукции. Но производственная система имеет такую техническую основу, которая в определенной степени стабильна. При переходе на новую продукцию необходимо перестраивать производственную систему.

Гибкость производства – способность без каких-либо существенных изменений техники, технологий, организации производства обеспечить освоение производства новых изделий, выполнение новых видов работ в краткие сроки с минимумом затрат трудовых и материальных ресурсов вне зависимости от конструктивных и технологических характеристик изделий.

Понятие «степень гибкости производственной системы» – это не однозначный, а многокритериальный показатель. В зависимости от конкретной решаемой задачи ГПС выдвигаются различные аспекты гибкости:

1) машинная гибкость – простота перестройки технологического оборудования для производства заданного множеств изделий каждого наименования;

2) технологическая гибкость – способность системы производить заданное множество деталей каждого 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 каждого наименования при разных размерах партий запуска. Она может быть охарактеризована минимальным размером партии, при котором использование системы остается экономически эффективным;

5) гибкость по номенклатуре – способность системы к обновлению выпуска продукции, она характеризуется сроками и стоимостью подготовки производства деталей нового наименования. В мелкосерийном производстве в качестве показателя гибкости номенклатуры можно принять максимальный коэффициент обновления продукции, при котором использование системы остается экономически эффективным.

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 по решаемым производственным задачам.

В общем виде под гибкой производственной системой 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 обеспечивать выпуск широкой номенклатуры продукции, однородной лишь по своим основным конструктивным и технологическим параметрам, и способное безынерционно переходить на выпуск новых изделий любого 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 получить максимальную загрузку оборудования, минимизировать производственный цикл и обеспечить комплектность деталей и сборочных единиц для сборки; 6) групповая технология обработки деталей.

Реализация названных факторов обеспечивается за счет функциональных элементов ГПС, которые можно разделить на две группы.

1. Производственно-технологические функциональные элементы ГАП, составляющие производственно-технологическую часть ГПС.

При проектировании производственно-технологической части ГПС, как правило, используют блочно-модульный принцип на различных организационных уровнях системы.

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

Гибкий производственный модуль (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.

В состав ГПМ входят специальное технологическое оборудование (от одного до трех станков с ЧПУ), контрольно-измерительная аппаратура и установки, промышленные роботы и манипуляторы, средства автоматизации технологического процесса, средства идентификации деталей, заготовок, инструмента и оснастки.

Роботизированный технологический комплекс (РТК) – это совокупность единиц технологического оборудования от 3 до 10 станков с ЧПУ, роботов и средств их оснащения. Этот комплекс автономно функционирует и осуществляет многократные циклы. Предназначенные для работы в ГПС роботизированные комплексы должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраиваться в ГПС. В качестве средств оснащения они могут быть устройствами накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и т. д.

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;

• большая степень завершенности обработки деталей с одной установки;

• 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-процентной готовностью, и ГПС неполного цикла, когда для завершения изготовления детали требуются дополнительные операции, выполняемые вне данной 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 (1/3 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, 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, 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 – 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.

2. Электронно-вычислительные функциональные элементы ГАП, составляющие формационно-вычислительную и управленческую часть ГПС.

Основными элементами информационно-вычислительной и управляющей части ГПС являются: 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); автоматизированная система управления предприятием (АСУП), обеспечивающая автоматизированное организационно-экономическое управление гибким автоматизированным производством.

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

Сущность ГАП может быть выражена характерными его особенностями.

1. Высокая производственно-технологическая гибкость, обеспечиваемая связью всех модулей, построенных на базе автоматического технологического оборудования, в единый производственный комплекс с помощью АСУ технологическими процессами и оборудованием; блочно-модульным составом основных и вспомогательных компонентов; максимальным использованием технических и эксплуатационных возможностей оборудования; программируемостью основных и вспомогательных технологических процессов; оперативностью выявления неисправностей оборудования с помощью средств вычислительной техники и замены вышедших из строя элементов новыми унифицированными; применением автоматизированных систем на стадиях эксперимента, конструкторской и технологической подготовки и освоения производства.

2. Постоянная мобильность производства, достигаемая компактной планировкой оборудования, принудительной синхронизацией его работы, осуществляемой системой управления, связью модулей технологического оборудования через автоматические накопители, а также тем, что при смене объекта производства не всегда требуется переналадка оборудования. При высоком уровне конструктивно-технологической унификации объектов бывает достаточно сменить программы функционирования и средства технологического оснащения ГАП.

Создание ГАП должно обеспечить:

- сокращение цикла изготовления изделий за счет уменьшения времени контрольных, транспортно-складских операций и межоперационного пролеживания, которое в общем времени цикла составляет 95%;

- повышение непрерывности производства и использования оборудования за счет организации работы во вторую и третью смены без участия рабочих;

- уменьшение тяжести труда и повышения его производительности;

- сокращение дефицита рабочей силы.

При надежной работе оборудования и высокой стойкости инструмента ГАП обеспечивает повышение производительности труда в 3 -5 раз.

Основными направлениями совершенствования производственных процессов в гибких производственных системах являются:

- обеспечение высокой степени непрерывности основных производственных процессов путем календарной регламентации и взаимной увязки основных, вспомогательных и обслуживающих процессов;

- обеспечение максимального сосредоточения операций в ГПС по наиболее полному изготовлению детали (изделия);

- максимальная автоматизация основных, вспомогательных и обслуживающих операций в гибкой системе.

Контрольные вопросы и задания

1. Раскройте виды и организационно-технические особенности создания и эксплуатации автоматических линий.
2. Рассмотрите организационно-технические особенности создания и эксплуатации автоматических роторных линий.
3. Из каких компонентов состоит ГПС?
4. В чем преимущества гибкого автоматического производства по сравнению с традиционным?
5. Проведите классификацию ГПС.