ЭВМ управляет производством

Потенциальные возможности гибких технологических комплексов поистине огромны. Достаточно назвать только некоторые их качества. Они, например, способны за считанные минуты перестроиться на выпуск новой продукции, работать по трехсменному графику на протяжении многих недель и даже месяцев. Вместе с гибкостью производство приобретает высокую эффективность и экономичность, оно становится почти "безлюдным".

Возникает вопрос: как же можно сегодня обеспечить управление таким сложным оборудованием, которое входит в гибкий технологический комплекс?

Попытаемся объяснить это на примере машиностроительного производства.

Чтобы изготовить деталь средней сложности, в технологическую цепочку комплекса приходится включать несколько обрабатывающих центров и других станков. Так как одновременно обрабатывается не одна, а целая партия деталей, то в этом случае 95 процентов времени, отведенного на их обработку, неминуемо будет уходить на "ожидание" деталями своей очереди. Остальное время занимает непосредственно обработка. Одна деталь "требует" для обработки десять станков, другая - восемь. Что делать с "оставшимися" двумя станками? Отключать? Или загружать побочной продукцией? Возникает и другая проблема. Время обработки детали на каждом из станков различное. Следовательно, и темп движения конвейера будет определяться характеристиками наименее Производительного станка.

Чтобы максимально использовать возможности станочного оборудования, включенного в гибкое производство, необходимо его работу синхронизировать, оптимально распределив между станками операции обработки. Так необходимо поступать каждый раз, когда на обработку поступает деталь, отличающаяся от предыдущей. Иногда может оказаться, что передавать деталь со станка на станок надо в иной последовательности, чем раньше. Как же в этом случае оптимально скоординировать работу станков? Необходимо все станки подчинить одной ЭВМ и связать их гибкой автоматизированной транспортной системой.

В основу работы такой транспортной системы станкостроители положили своеобразный принцип: "верни на место". Заключается он в следующем: склад заготовок и деталей - центральное звено системы, делают в виде многоярусного стеллажа, который обслуживается роботом-штабелером. По командам центральной ЭВМ он достает из ячейки склада нужную заготовку (на спутнике или в специальной таре) и грузит ее на борт тележки-робота, которая направляется к станку по адресу, указанному ЭВМ. Там деталь переносится на станок, а тележка тем временем выполняет другие задания. К концу обработки управляющее устройство станка через центральную ЭВМ вызывает пустую тележку. И деталь возвращается в ячейку склада, откуда она (тем же способом) может быть послана к другому станку. А в памяти ЭВМ, рядом с кодом детали и адресом ячейки склада, появляется информация о том, какая часть обработки уже закончена.

Так осуществляется четкое взаимодействие склада и обрабатывающих станков. Эту четкость обеспечивает центральная ЭВМ. Склад играет здесь роль своеобразной узловой станции, через которую деталь может быть послана или с определенными интервалами, или без них - от каждого станка к любому другому из станков, обслуживаемых гибкой транспортной системой. Возникает возможность подключить станки к обработке деталей в любой нужной последовательности.

Могут быть и другие варианты подачи деталей к станкам. В целях экономии времени и энергии тележка-робот, минуя склад, может сразу доставить деталь на соседний станок, если он готов продолжить обработку и находится в пределах ее досягаемости. Можно обойтись и без тележек. Это можно сделать, выстроив станки по обе стороны склада-стеллажа, ячейки которого будут работать "на просвет". По обеим сторонам будут передвигаться и роботы-штабелеры. В этом случае деталь, пройдя обработку на станке, поступит на стоящий рядом накопитель, откуда штабелер заберет ее и отправит в ячейку склада.

Преимущество гибких транспортных систем можно по праву оценить, сопоставив их с обычными автоматическими линиями, где транспортировка изделий от агрегата к агрегату осуществляется строго в одном направлении. Послать деталь "против течения", чтобы повторно использовать один из станков, невозможно. Когда же в процессе обработки изделия нужно, скажем, выполнить три операции сверления, а их нельзя совместить, то в линию приходится встраивать дополнительно три сверлильных агрегата. Гибкая транспортная система позволяет направлять деталь на один и тот же станок любое количество раз. Такое преимущество дает возможность ограничиться минимумом станков и полнее загрузить их.

Гибкая транспортная система, как видим, надежно обеспечивая связь станок - склад и обратно, способствует превращению самого разнообразного оборудования в единый комплекс, который, как показала практика, может действовать без непосредственного участия человека. Для того чтобы этот комплекс, состоящий из гибких технологических модулей, работал в автоматическом режиме не отдельную смену, неделю или месяц, а даже годы, необходимо его дополнить еще одной сетью связей - системой инструментального обеспечения.

Если проблема подачи заготовок решается сравнительно просто: робот-штабелер периодически извлекает со склада готовые детали и в освободившиеся ячейки помещает новые заготовки (на спутниках или в специальной таре), одновременно сообщая их адреса в ЭВМ, то с инструментом дело обстоит гораздо сложнее. Дело в том, что на тех режимах, на которых работают обрабатывающие центры, он быстро выходит из строя. Его надо часто заменять. Да и потребность в инструменте такова, что имеющегося в магазине его запаса едва хватает на трехсменную работу. Наращивать же беспредельно количество инструмента в магазине нельзя. Это усложняет конструкцию станков. Кроме того, приходя в движение, огромная масса магазина с инструментом может вызвать вибрации станка, что неприятно отразится на качестве его работы.

Есть ли выход из такого сложного положения? Он сегодня уже найден конструкторами. Организована автоматическая смена инструмента либо через определенные промежутки времени, либо по вызову датчиков, следящих за его состоянием. Иными словами, гибкий технологический комплекс дополнили системой инструментального обеспечения.

По какой же схеме работает такая система? Она может иметь свой склад и свою автоматизированную транспортную систему. В другом варианте эта система может использовать для хранения запасов инструмента ячейки склада заготовок и деталей, а для транспортировки - гибкую транспортную систему комплекса, включая и роботы-штабелеры, и тележки-роботы, и роботы-загрузчики, обслуживающие модули. В том случае, когда в составе модулей роботов нет, манипулятор для зарядки нового инструмента в магазин станка можно установить на одну из тележек. Имеется и еще один вариант. Он применим в том случае, когда для сокращения простоев станка меняют не отдельные инструменты, а сразу весь магазин. Для этих целей в ячейки склада помещают дублирующие магазины в снаряженном виде.

Все рассмотренные нами варианты систем инструментального обеспечения вполне жизнеспособны. При реализации их на практике они дают и некоторые дополнительные преимущества. Например, отпадает необходимость оснащения станков чрезмерно большими магазинами, что значительно упрощает конструкцию станков.

Чтобы обеспечить бесперебойную работу всего технологического комплекса, состоящего из нескольких модулей, объединенных автоматизированной транспортной системой и системой инструментального обеспечения, необходимо иметь еще и единый координирующий центр, который управлял бы всем комплексом. Эту задачу должна выполнять центральная ЭВМ.

Для того чтобы обеспечить высокую гибкость работы всего комплекса, он должен "уметь" обрабатывать как можно больше разных деталей. Если деталь сложная, то она приобретает окончательный вид после множества операций, которые надо наивыгоднейшим образом распределить между станками модулей. ЭВМ должна уметь (ее надо этому научить) делить программу полной обработки каждой детали на отдельные фрагменты и "примерять" их к возможностям того или иного станка. После этого ЭВМ должна будет передать выбранные фрагменты управляющему устройству модуля и записать в его память как руководство к действию. Это только одна из задач, которая решается с помощью ЭВМ.

Итак, чтобы запустить в работу гибкий технологический комплекс, то есть начать изготовление какой-то детали, доступной техническим возможностям комплекса, достаточно ввести в ЭВМ программу ее обработки. А если эта программа уже имеется в памяти машины, необходимо указать с пульта оператора ее шифр. После всего этого ЭВМ наилучшим образом распределит работу модулям, направит по наивыгоднейшему пути потоки деталей от станка к станку. Она же обеспечит и синхронность всех операций. Если необходимо обработать на станках комплекса не партию одинаковых деталей, а несколько разных изделий, то и эту задачу успешно решит ЭВМ. Она синхронно запустит их в поток одну за другой, мгновенно меняя "фрагменты" программ обработки изделия на станках. ЭВМ способна решать и логические задачи. Когда эти разные детали сравнительно просты, ЭВМ может для независимой обработки каждой из них условно расчленить комплекс на отдельные группы оборудования. При этом машина может дать команду, и один и тот же станок будет использоваться в разных группах. Подобные манипуляции необходимы с целью максимального использования возможностей оборудования всего комплекса. Это, естественно, повышает коэффициент загрузки станков в гибких комплексах, который может быть доведен до 0,85-0,90. А цикл обработки изделий по сравнению с традиционной технологией может быть сокращен в 2-3 раза.

ЭВМ, управляющая гибким технологическим комплексом, может осуществлять непрерывный учет загрузки станков и выпуска продукции. Сопоставив, например, выпуск продукции за несколько дней, она может произвести необходимый анализ производительности комплекса. Совершенствуя свои программы на принципах самообучения, машина может дать полезные рекомендации по достижению более высокой производительности оборудования гибкого технологического комплекса.

Получая информацию от датчиков, встроенных в модули и системы комплекса, об отказах и неполадках в их работе, ЭВМ может проанализировать полученную информацию и дать необходимые рекомендации по дальнейшему повышению надежности оборудования. А в случае, например, отказа одного из станков, ЭВМ незамедлительно распределяет его обязанности между другими станками.

Так работает гибкая производственная система. Путь же к заводу будущего лежит через интеграцию всех элементов этой системы - оборудования с числовым программным управлением, промышленных роботов, гибких транспортных систем, автоматизированных многоярусных складов и электронной вычислительной техники.