1.2. Эволюция автоматизированных комплексов и производственных систем

Внедрение средств вычислительной техники позволило эффективно осуществить идею цифрового управления технологическим оборудованием, которая нашла практическое воплощение в первую очередь в машиностроительном производстве и в частности при разработке систем управления металлообрабатывающими станками. Станки с устройствами числового программного управления (УЧПУ) появились в конце 60-х годов и превратились в важнейший вид высокоэффективного металлорежущего оборудования. Этому способствовала достигаемая на этих станках возможность их быстрой переналадки на обработку любой детали в пределах технической возможности станка, т.е. возможность гибко перестраивать тех­нологический процесс в механообработке. Это очень важно при автоматизации мелкосерийного производства.

В 1970—1980 гг. осуществлялись попытки повышения производительности технологического оборудования путем группировки агрегатов в автоматизированные комплексы и приближения их по производительности к поточным линиям. В основу таких комплексов была положена возможность гибкой перестройки технологии обработки, по которой любая заготовка (в пределах возможностей комплекса) может быть введена в этот комплекс и обработана по требуемой технологии. Изготовление в таком комплексе деталей широкой номенклатуры тесно связано с вопросами участия человека в этом процессе, с реализацией «безлюдной технологии».

Понятие «безлюдная технология» не означает, что человек не участвует в производстве, но предусматривает длительное функционирование оборудования в автоматическом режиме (одна-две смены). Чтобы реализовать «безлюдную» гибкую технологию обработки, необходимо автоматизировать все процессы переналадки оборудования. При работе на обычном станке с ЧПУ рабочий-оператор загружает заготовки на станок, удаляет обработанную деталь, устанавливает инструмент в шпиндель, подбирает нужный инструмент, меняет приспособления крепления детали, включает станок, контролирует качество детали, наблюдает за работой оборудования. Исключение этих функций из обязанностей оператора высвобождает его для многостаночного обслуживания и повышает долю основного времени обслуживания станка, обеспечивая рост производительности производства.

В последнее время наметилась тенденция оснащения производственного оборудования специальными загрузочными устройствами в виде универсальных или специализированных робототехнических комплексов (РТК) с локальной системой управления. Это позволяет получить более гибкое сопряжение обрабатывающего технологического оборудования с транспортной системой и осуществить «безлюдную» технологию. Также расширилось применение РТК в качестве основного технологического оборудования на опе­рациях сборки, сварки, контроля и др.

К концу 60-х годов в промышленно развитых странах возникла проблема коренной перестройки управления в связи с необходимостью обеспечения их живучести при быстро изменяющихся заказах рынка. Технические средства адаптации к этому времени развились до средств вычислительной техники, способной работать непосредственно в производственных условиях, а их применение стало экономически целесообразным. Однако было еще неясно, отчего проявится наибольший эффект: от внедрения новых технических средств на нижнем (технологическом) уровне управления ПС или на верхних уровнях управления, связанных с организацией технологии.

В 70-е годы в странах с передовой технологией подвергли проверке две альтернативные гипотезы, суть которых сводилась к следующему. Что быстрей ведет к успеху — автоматизация получения знаний о технологии или автоматизация самой технологии.

В области получения знании о технологии используется большое количество людей и других ресурсов, обеспечивающих прогнозирование, исследование, проектирование, подготовку производства и испытания готового продукта. Поэтому автоматизация получения знания о технологии могла резко уменьшить трудоемкость, сократить время подготовки информации для производства и обеспечить живучесть ПС в условиях сильных возмущений со стороны среды.

Автоматизация самой технологии позволила уменьшить количество людей, занятых непосредственно в технологическом процессе, поднять качество производимых изделий и производительность ПС за счет гибкой организации ТП, исключить или ускорить обучение персонала при переходе к другой номенклатуре или видам изделия, резко сократить время изготовления изделия и др.

На основании этих подходов сформировалось два основных направления автоматизации производства.

Первое на правление получило название M1S/CAD. В отечественной литературе аналогами этих терминалов являются АСУ/САПР.

Второе направление, связанное с автоматизацией самого производства, получило название СAM, а в отечественной литературе — АСУТП. Следует отметить условность строгого разделения этих двух направлений в деле обеспечения живучести ПС в условиях взаимодействия со средой.

В промышленно развитых странах наблюдалось совместное развита е обоих направлении CAD и САМ. Однако доли капитальных вложений в эти направления были разными, В США основное внимание уделялось концепции CAD. К концу 70-х годов США значительно опережали другие страны в этой области. Япония обеспечила преимущественные капитальные вложения в концепцию САМ и в результате вырвалась вперед на международном рынке по целому ряду промышленных видов продукции. Достижения в направлениях CAD и САМ привели к необходимости и возможности создания объединенной концепции CAD/CAM (САПР/АСУТП).

Однако для объединения этих концепций необходим интерфейс. Этот информационный компонент получил обозначение MIS (информационная служба).

Системы CAD/CAM обладают следующими особенностями:

строятся на базе аппаратных и программных средств ЭВМ для целей технического проектирования, графического представления информации, машинного анализа, управления производством;

позволяют создавать, отображать, анализировать, запоминать, манипулировать всевозможной графической информацией без использования ручного черчения;

легко перестраиваются по требованиям конкретного пользователя благодаря модульному принципу построения, имеют многотерминальный доступ со стороны пользователей;

позволяют автоматически преобразовать информацию в команды управления средствами производства с устройствами числового программного управления; имеют одновременный контроль точности, качества и надежности как технологического оборудования, так и продукции.

Однако недостатком систем CAD/CAM является то, что они сохраняют ручной труд в управлении технологическими процессами, а следовательно, технологический уровень управления таких ПС остается достаточно жестким, ориентированным на специфику того или иного проекта.

В связи с этим в последние годы разрабатывается и осуществляется новая концепция, объединившая CAD, САМ, MIS и робототехнику и получившая название FMS — гибкая производственная система (ГПС). Применение робототехники значительно повысило гибкость управления ПС и позволило сделать практический шаг в области разработки и создания трудосберегающей технологии и «безбумажного» производства.