Понятие гибких производственных систем и их специфические черты
На сегодняшний день сфера распространения поточных форм организации производства и соответствующих видов поточных линий (ОНПЛ, ОППЛ, МНПЛ, МППЛ, АЛ, РЛ) ограничена в основном массовым и крупносерийным типами производства, доля которых в общем объеме производства относительно невелика и постоянно уменьшается под воздействием ряда факторов, порождаемых научно-техническим прогрессом. К числу таких факторов относятся частая сменяемость выпускаемых изделий, возрастание многономенклатурности производства изделий, деталей и сборочных единиц и т.д.
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 массовому внедрению гибких производственных систем (ГПС).
В общем случае 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, обусловливающих эффективность функционирования ГПС, относятся:
1. групповая технология обработки деталей.
2. комплексная автоматизация всех основных и вспомогательных технологических операций;
3. программная переналадка технологического оборудования;
4. автоматизация конструкторско-технологической и организационной подготовки производства;
5. автоматизация управления производственно-технологическими процессами, осуществляемого в режиме реального времени;
6. оптимизация оперативно-производственного планирования, позволяющая получить максимальную загрузку оборудования, минимизировать производственный цикл и обеспечить комплектность деталей и сборочных единиц для сборки.
В отличие от поточных и автоматических линий, имеющих узкую специализацию на изготовление определенного вида изделий, использование 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 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 линиями (АЛ, РЛ и др.) с механической связью. От первых 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 более высокой гибкостью, позволяющей обрабатывать широкую номенклатуру изделий и осуществлять быструю смену объектов производства.
Основные формы гибкости гибких производственных систем
Степень гибкости, как ключевая характеристика работы ГПС, может быть определена величиной затрачиваемого времени или количеством необходимых дополнительных расходов, требующихся для перехода на выпуск изделий определенного наименования, а также широтой номенклатуры выпускаемой продукции.
Степень гибкости производственной системы является многокритериальным параметром. В зависимости от специфики решаемой задачи, принято выделять различные типы гибкости ГПС:
1. машинная гибкость - простота перестройки технологического оборудования для производства заданного множества изделий каждого наименования;
2. технологическая гибкость - способность системы производить заданное множество деталей каждого наименования с использованием разных вариантов 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 (характеризуется минимальным размером партии изделий, при котором использование системы остается экономически эффективным);
5. гибкость по номенклатуре - способность системы к обновлению выпускаемой продукции. (характеризуется сроками и стоимостью подготовки производства деталей нового наименования). Для обеспечения данного типа гибкости важное значение имеет унификация конструктивных и технологических решений, достигаемая за счет автоматизации процессов конструирования изделий и технологической подготовки производства, а также широкого применения принципов групповой технологии.
Функциональная структура гибких производственных систем
Действие указанных факторов обеспечивается за счет комплекса функциональных элементов ГПС, делящихся на две укрупненные части:
a) производственно-технологические функциональные элементы.
b) информационно-вычислительные и управляющие элементы.
Производственно-технологическая часть ГПС предназначена для выполнения всех основных и вспомогательных технологических процессов и операций над элементами материального потока. При ее проектировании используется блочно-модульный принцип построения организационных уровней системы
Основными элементами производственно-технологической части ГПС являются: гибкий производственный модуль (ГПМ), роботизированный технологический комплекс (РТК) и система обеспечения (СО).
Гибкий производственный модуль - это единица технологического оборудования с ЧПУ, предназначенная для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с изготовлением продукции, имеющая возможность встраиваться в более сложную ГПС. В состав ГПМ входят:
a) специальное технологическое оборудование (от одного до трех станков с ЧПУ);
b) контрольно-измерительная аппаратура и установки;
c) промышленные роботы и манипуляторы;
d) средства автоматизации технологического процесса;
e) средства идентификации деталей, заготовок, инструмента и оснастки.
Роботизированный технологический комплекс - 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.
Основными характеристиками ГПМ и РТК являются:
1. способность работать автономно, без участия человека;
2. способность автоматически выполнять все основные и вспомогательные операции производственного процесса;
3. гибкость, удовлетворяющая требованиям единичного и мелкосерийного производств;
4. простота наладки, устранения отказов основного оборудования и системы управления;
5. совместимость с оборудованием традиционного и гибкого производства;
6. большая степень завершенности обработки деталей с одной установки;
В настоящее время создаются и эксплуатируются ГПС полного технологического цикла, на которых детали или изделия обрабатываются (изготавливаются) со 100%-й 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).
Система обеспечения функционирования ГПС в общем случае включает:
1. 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;
2. автоматизированную систему инструментального обеспечения (АСИО), осуществляющую подготовку, хранение и автоматическую замену инструмента;
3. автоматизированную систему слежения за износом и поломками инструмента (АССИ);
4. автоматизированную систему обеспечения надежности, осуществляющую слежение за состоянием оборудования (АСОН);
5. автоматизированную систему управления качеством продукции (АСУКП);
6. автоматизированную систему удаления отходов производства (АСУОП).
Информационно-вычислительная и управляющая части ГПС обеспечивают управление и координацию деятельности производственно-технологических функциональных элементов системы, реализующиеся иерархией ЭВМ. В общем случае, информационно-вычислительная и управляющая части ГПС могут включать в свою структуру следующие элементы:
1. систему автоматизированного проектирования (САПР);
2. автоматизированную систему технологической подготовки производства (АСТПП);
3. автоматизированную систему управления технологическими процессами (АСУТП);
4. автоматизированную систему научных исследований (АСНИ);
5. локальные системы управления (ЛСУ);
