2. Основы проектирования производственных систем

2.1. Задачи проектирования автоматизированных производственных систем

Целью проектирования производственной системы является создание системы, обладающей высокими показателями качества функционирования (в том числе гибкостью) и обеспечивающей требуемое качество объектов производства.

Проектирование производства на основе принципов гибкой производственной системы является сложной и трудоемкой инженерной задачей, имеющей целью разработку наиболее эффективного проекта. на основе новейших достижений науки и техники, обеспечивающего высокие показатели по использованию оборудования, гибкости, производительности, качеству продукции, себестоимости и т.д.

Проект ИПС укрупненно состоит из организационно-технологической, конструкторской и информационно-управляющей частей.

Организационно-технологическая часть проекта включает в себя аванпроект, заявку на проектирование ИПС, техническое задание (ТЗ) на проектирование ИПС, проект ИПС, рабочую документацию. Заявка на создание ИПС составляется на основе аванпроекта, определяющего необходимость и целесообразность ее создания, соответствие мировому уровню и требованиям международных нормативных документов, обоснование технико-экономических и экологических показателей и изложение вариантов путей их достижения, требования к структурно-функциональным схемам построения ИПС в целом и ее составных частей. Разрабатываются также основные положения по организации производства, управлению и метрологическому обеспечению и выбирается состав системы обеспечения функционирования ИПС, т.е. определяются ее основные функции и технические требования к подсистемам. В аванпроект (и в бизнес-план) часто включают результаты предварительного обоснования проекта с позиций социально-экономического аспекта. Примерная схема анализа социальных факторов труда включает следующие направления анализа: структура кадров; условия труда на рабочем месте; степень удовлетворенности сотрудников условиями труда; текучесть кадров; оплата и стимулирование труда.

Исходным документом для создания ИПС является ТЗ, разрабатываемое на основе результатов аванпроекта. В ТЗ определяется состав задач, решаемых ИПС, уточняются ее технико-экономические показатели, номенклатура изделий, подлежащих изготовлению, состав технологического и вспомогательного оборудования, требования к реализуемым системам обеспечения функционирования ИПС, к организационному, информационному и программному обеспечению и др. Таким образом, ТЗ на проект ИПС — это совокупность уточненных документов, содержащих все исходные данные и требования на ИПС в целом и ее составные части, а также сведения, дающие полное представление о составе и устройстве системы.

Автоматизация производственных процессов на практике осу­ществляется на разных уровнях (см. рис. 2.1). Автоматизация нулевого уровня ограничивается исключением участия человека только при выполнении ра­бочих ходов. Примером может служить включение и выключение вращения шпинделя или движения подачи инструментов. Автома­тизация нулевого уровня называется также механизацией. Поэтому для проведения автоматизации необходимо прежде провести ме­ханизацию производственных процессов.

При автоматизации рабочего цикла в серийном и поточном производствах часто ограничиваются созданием устройств, исклю­чающих участие человека в выполнении холостых ходов на от­дельных агрегатах технологического оборудования. В этом случае говорят об автоматизации первого уровня и при расчете штучного времени учитывается как основное время рабочих циклов, так и вспо­могательное время, затрачиваемое на отвод и подвод инстру­мента, загрузку оборудования и контроль, а также время техни­ческого обслуживания, затрачиваемое на смену инструмента, наладку оборудования, удаление отходов, управление и отдых рабочего.

СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ АВТОМАТИЗАЦИИ	ЭЛЕМЕНТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ	ФУНКЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ
«0» уровень (Автоматизация основных операций, выполняемых в технологическом модуле)	Автоматизированный технологический модуль (АТМ)	Программное управление режимами и исполнительными органами технологического оборудования
«1» уровень (Автоматизация всех операций в автономном технологическом модуле или автоматизация технологического комплекса)	АТМ, Автоматизированный технологический комплекс (АТК)	Программное выполнение основных и вспомогательных операций в АТМ. Программная смена инструмента Программный контроль объектов изготовления Программный контроль режимов операций и исполнительных органов оборудования Управление межоперационным транспортированием в АТК Программное управление накопителями Сбор, обработка и передача информации в АСУ верхнего уровня (о состоянии, загрузке; заявки на комплектацию и инструмент; количественные показатели; статданные по качеству)
«2» уровень (Автоматизация технологических процессов, выполняемых в АТМ и АТК, объединенных в структуре линии или участка)	Автоматизированная технологическая линия (АТЛ) Автоматизированный технологический участок (АТУ)	Выполнение функций АТМ и АТК, входящих в АТЛ или АТУ Программное управление накоплением, хранением и выдачей объектов изготовления Программное управление накоплением, хранением и выдачей инструментов и оснастки Программное управление транспортированием объектов изготовления в соответствии с выбранным алгоритмом управления Программное управление транспортированием инструментов и оснастки в соответствии с выбранным алгоритмом управления Планирование и оперативное управление АТЛ или АТУ (создание потока работ: управление заказами; разработка сменно-суточных заданий и календарно-сетевых графиков) Создание отчетной документации по объектам изготовления и по АТЛ или АТУ
«3» уровень (Автоматизация производственной системы – крупной структурной единицы предприятия)	Автоматизированный цех (АЦ)	Выполнение функций 2 уровня автоматизации Планирование и оперативное управление АЦ (создание потока работ: управление заказами и поставками; разработка сменно-суточных заданий и календарно-сетевых графиков для АЦ в целом и для АТУ и АТЛ) Создание отчетной документации по объектам изготовления и по производственной системе Автоматизация процесса технологической подготовки производства нового изделия Отчетная документации системы качества Выполнение функционально-стоимостного анализа

Рис. 2.1. Структурные уровни автоматизации производственной системы

Автоматизация первого уровня не подразумевает связь рабо­чих машин между собой автоматической связью. Транспортиров­ка и контроль обрабатываемых изделий осуществляется в этом случае с участием человека. Применяемое технологическое оборудование может в этом случае быть как автоматическим, так и полуавтоматическим. В случае использования полуавтоматического оборудования автоматизируется только процесс изготовления одного изделия (детали), а его установка и снятие осуществляется с участием человека. В случае использования автоматического обо­рудования автоматизируется как процесс изготовления одного изделия (детали), так и его установку и снятие. Примером автомата может служить современный токарный многошпиндельный ста­нок, который выполняет обтачивание, сверление, зенкерование, развертывание и нарезание резьбы, причем заготовкой является многократно автоматически подаваемый до упора стальной пруток.

Автоматизация второго уровня сводится к автома­тизации технологического процесса в целом. При втором уровне автоматизации обеспечивается решение задач автоматизации транс­портировки, контроля изделия (детали), удаления отходов и уп­равления системами машин. Этому уровню автоматизации соответствуют различного типа автоматизированные комплексы и линии.