§ 5.4. Состояние и развитие гибких производственных систем

В условиях ускоряющегося научно-технического прогресса возникли два важнейших обстоятельства.

С одной стороны, появилась потребность в более частой смене выпускаемой продукции широкой номенклатуры, которая быстро совершенствуется, и появляются новые виды изделий, причем быстро развивается и технология производства, в том числе основанная на новых физических принципах.

С другой стороны, появились возможности осуществления принципиально новых форм подготовки, организации и планирования производства, проектирования изделий и технологии, принципиально новых форм управления, контроля, обработки информации. Базой для этого послужили быстрое развитие вычислительной техники, особенно микропроцессорной, успехи робототехники, информатики.

Современное состояние в этой области можно охарактеризовать следующим образом. Типичным является на многих промышленных предприятиях раздельное существование автоматизированных систем управления, систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем управления технологическими процессами, роботизированных технологических комплексов, различных станков с числовым программным управлением и обрабатывающих центров.

На ряде предприятий уже введены в эксплуатацию гибкие производственные модули (ГПМ), гибкие автоматизированные линии (ГАЛ), участки (ГАУ) и цехи (ГАЦ) с автоматизированными транспортом и складами. На конец одиннадцатой пятилетки (1985 г.) в СССР было внедрено около 80 таких систем, в ряде случаев до масштаба цеха, включая автоматический контроль качества, автоматизированную смену инструмента и уборку стружки. При этом управление и обработка информации осуществляются сетью ЭВМ по иерархическому принципу организации, как описано в § 5.2.

Это является началом общей интеграции перечисленных выше отдельных форм автоматизации, объединения их в единую производственную систему, базирующуюся на новых принципах организации, исключающих ручной труд человека в ходе технологического процесса и обеспечивающих высокий темп производства. Таким образом, интеграция даже существовавших форм автоматизации при новой их системной организации дает принципиально новый эффект.

Имеющийся опыт эксплуатации ГПС позволяет утверждать, что они сокращают время производственного цикла до 30 раз. Коэффициент сменности оборудования повышается до 2,5-2,7 при экономии производственной площади на 30-40%. Внедренные ГПС в СССР уже дают экономию около 12 млн. руб. в год. Так же высок и социальный эффект при использовании внедренных в эксплуатацию ГПС. Он выражается в изменении характера труда, повышении его культуры и т. д. Управление от ЭВМ повышает уровень технической вооруженности трудовых процессов и решает проблему сокращения дефицита рабочих как по основным, так и вспомогательным операциям на производстве.

Гибкие производственные системы (ГПС) в разных масштабах (от линии до цеха) созданы в основном в машиностроительных отраслях, включая приборостроение, радио-и электронную промышленность.

Приведем только некоторые примеры эксплуатируемых в СССР гибких производственных систем.

ГПС типа АСВ содержит от 4 до 16 специализированных станков с ЧПУ. Обрабатывается широкая номенклатура деталей типа тел вращения. Система имеет модульную компоновку: осуществлена система стружкоотвода; применена транспортная система конвейерного типа с автоматизированным складом. Включена контрольно-измерительная машина. Эксплуатируется с 1980 г.

ГПС типа АСК-20 предназначена для многооперационной обработки корпусных деталей. Содержит пять многоцелевых станков с пристеночными накопителями, многоярусный автоматизированный склад, автоматизированную транспортную тележку, участок подготовки инструмента. Эксплуатируется с 1981 г.

Автоматизированный цех механообработки производит обработку как токарных, так и корпусных деталей, всего 367 наименований. ГПС включает 34 станка с ЧПУ различных моделей, один фрезерно-центровальный станок, автоматизированную транспортную складскую систему (тележки и два склада), автоматизированную систему управления технологической подготовкой производства. Система в целом имеет агрегатно-модульное строение. Кроме того, цех содержит участок автоматов из 19 единиц и участок станков с ЧПУ из 9 единиц. Эксплуатируется с 1980 г.

ГПС типа АЛП-3-2 предназначена для обработки 70 различных корпусных деталей. Содержит четыре многооперационных пятикоординатных станка с ЧПУ и три многооперационных шестикоординатных станка с ЧПУ, а также один станок глубокого сверления с ЧПУ. Имеются автоматизированная транспортно-складская система, автоматизированная система инструментального обеспечения и контроля. Эксплуатируется с 1985 г.

ГПС типа ГАУ XIII предназначена для многономенклатурной холодной штамповки из листовых заготовок. Имеются автоматизированные погрузка, разгрузка, транспортировка заготовок, оснастки инструмента. Применен промышленный робот. Осуществлена автоматизированная перестройка производственного цикла. Эксплуатируется с 1985 г. Говоря о разных формах автоматизации производства, следует упомянуть и о важной роли (для определенного вида изделий) роторных и роторно-конвейерных линий, которые отличаются чрезвычайно высокой производительностью и имеют хорошие перспективы развития и применения.

Что касается описанного в § 5.3 общего случая гибких производственных систем, объединяющих в единую систему цеховые гибкие автоматизированные производства, САПР изделий, технологических процессов, а также автоматизацию управления многогранной деятельностью завода в целом, то это является для большинства машиностроительных отраслей промышленности еще перспективной задачей на ближайшие пятилетия.

Надо сказать, что в настоящее время уже нет принципиальных трудностей создания ГПС в общем виде с полной интеграцией всех подсистем, указанных в § 5.3. Все эти подсистемы в отдельных исполнениях на ряде предприятий имеются. Но чтобы получить наивысший эффект гибкости, ускорение темпа производства, высокие производительность и качество, а также социально-экономическую эффективность, нужна новая система организации взаимосвязанной деятельности всех подсистем ГПС на базе сети ЭВМ.

Важно тщательно изучить имеющийся опыт разработки, создания и организации ГПС первых поколений и проанализировать его, чтобы избежать ошибок на этом этапе, и наращивать систему далее до полного комплекса в масштабе завода.

Однако в частных видах гибких производственных систем (от ГПМ до ГАЦ) остается еще много проблем для дальнейшего развития. К ним относится задача разработки модульных принципов программного обеспечения ГПС на всех уровнях.

Возникает также важнейшая задача предварительного моделирования создаваемой ГПС. В сложных случаях это является громоздкой задачей. Нужен просмотр ряда вариантов. Возможны постепенное наращивание математической модели, начиная с моделей отдельных ГПМ, и последующая их интеграция в сложные иерархические системы.

Кроме такого рода общих для различных ГПС проблем, остаются не до конца решенными задачи гибкой автоматизации с применением ЭВМ и робототехники еще ряда технологических процессов, включая сборочные.

Во многих случаях здесь нужны робототехнические системы с адаптацией, в основном с использованием систем технического зрения и силомоментного чувствления, о которых говорилось в главе 2.

В связи с этим разработка и создание адаптивных робототехнических систем является одной из перспективных проблем дальнейшего развития ГПС.

Наконец, необходимо особенно подчеркнуть проблему подготовки, переподготовки и повышения квалификации инженеров, техников, рабочих и руководящего состава предприятий и главков министерств. Очевидно, как уже говорилось, нужны совершенно новые категории работников как в цехах, так и в конструкторских и технологических подразделениях. Нужно новое техническое мышление и психологическая подготовка инженеров и руководителей всех рангов.