3. Технологическая гибкость автоматизированного машиностроительного производства

Концепция гибкого производства не требует полной замены труда человека машиной и электронно-вычислительной техникой. Это следует учитывать, особенно на переходном этапе при внедрении гибких производственных систем на существующих предприятиях. Однако новые заводы, проектирование которых только начинается или ведется, должны полностью удовлетворять возможности наращивания как степени гибкости, так и степени автоматизации с тем, чтобы они с минимальными капитальными вложениями могли быть трансформированы в заводы будущего.

Гибкое производство должно внедряться постепенно с учетом реальных конкретных условий каждого предприятия. На первых этапах внедрения ГПС приоритет должен отдаваться повышению степени гибкости, а не повышению степени автоматизации; главным критерием при этом является рентабельность производства. Если автоматизация какой-то одной операции требует сложных решений, значительных капитальных вложений и при этом не обеспечивается высокая надежность, то замена человека машиной или электронно-вычислительной техникой не является оправданной. В таких случаях рациональным решением будет сохранение выполнения такой операции за человеком, создав ему хорошие условия работы средствами эргономики и малой некапиталоемкой автоматизации. На последующих этапах по мере освоения концепции гибкого производства автоматизация снова займет приоритетное место в повышении эффективности производства. Таким образом, степень гибкости не должна отождествляться со степенью автоматизации.

При рассмотрении факторов, влияющих на гибкость производства, важно правильно толковать слово «гибкий». Гибкий - это способный легко изменяться, умело и быстро приспосабливаться к условиям и обстоятельствам. Гибкий (flexible) означает способность адаптироваться к быстро изменяющимся ситуациям, легко управляемый, поддающийся влиянию. Таким образом, в отношении к производству гибкость – это возможность изменять в любой момент стратегию производства в зависимости от обстоятельств; гибкость – это такая организация производства, когда можно повторно использовать значительную долю существующих капитальных вложений и в случае, если придется полностью менять вид выпускаемой продукции. Исходя из такого понимания гибкости, следует различать четыре различных уровня автоматизации производства с учетом степени гибкости технологического оборудования.

Первый уровень – это жесткое технологическое оборудование, предназначенное для изготовления одной детали (изделия), которое по окончании выпуска изделия не может использоваться для выпуска нового изделия. В данном случае какая-либо степень гибкости отсутствует, хотя и есть автоматические линии, на которых обрабатывается узкая, фиксированная группа деталей. Примеры оборудования – обычно специальное оборудование, станки и автоматические линии из специальных станков, используемые в массовом производстве.

Второй уровень – это перестраиваемое технологическое оборудование, которое при замене его отдельных компонентов, узлов и механизмов или изменении компоновки может использоваться для изготовления нового изделия или фиксированной группы изделий. Степень гибкости перестраиваемого оборудования очень ограниченная, зависит от доли заменяемых узлов и других частей по отношению к остающимся и от объема работ, связанных с их изготовлением и перестройкой. Примеры такого оборудования - автоматические линии из агрегатных станков, созданные по агрегатно-блочному принципу.

Третий уровень – это переналаживаемое технологическое оборудование, предназначенное для одновременного выпуска ограниченной группы деталей. Для перехода на изготовление каждой детали требуется перестановка, настройка отдельных узлов, механизмов и замена некоторых устройств из имеющегося заранее изготовленного комплекта, набора (например, захваты, опорные детали, щупы, лотки и пр.). Переналадка позволяет чередовать обработку различных деталей или сборку различных изделий в зависимости от их потребности. Возможен переход и на выпуск новых деталей (изделий). В этом случае заранее должны быть изготовлены отдельные части оборудования, устройства. Переналадка обычно требует более короткой остановки производства, чем перестройка. Степень гибкости при переналадке может быть очень высокой, например, когда для ее осуществления требуется всего несколько минут (1—5 мин).

Высокая степень переналаживаемости производства, как правило, говорит о том, что в таком производстве можно изготовлять большое количество различных деталей (изделий). При этом обеспечивается быстрая и нетрудоемкая переналадка, т.е. в данном показателе учитываются также время, объем работ и количество заранее подготовленной оснастки, необходимой для переналадки.

Четвертый уровень – это гибкое технологическое оборудование, которое для чередования выпуска группы деталей, изделий или перехода на выпуск совершенно нового изделия не требует переналадки. В пределах известной номенклатуры деталей оборудование само автоматически переналаживается с обработки одного вида деталей ни обработку другого по команде с пульта управления или по команде поступившей заготовки. При использовании робототехнических средств автоматическая переналадка становится возможной и при обработке значительно отличающихся друг от друга деталей как по форме, так и технологии обработки, например, при использовании сменных или универсальных самонастраивающихся захватов робота, бесконтактных измерительных устройств и др. Определяющим фактором является наличие или отсутствие остановки технологического оборудования при переходе на обработку другой детали. Если же замена или настройка каких-то элементов и требуется, например, комплекта режущего инструмента, захватов роботов или управляющих программ и другой технологической информации, то они осуществляются параллельно с работой оборудования. Степень гибкости при этом ограничена только технологическим назначением оборудования. Примером такой гибкой автоматизации являются частично или полностью интегрированные производственные системы, имеющие обратную связь с управляющей центральной ЭВМ.

Два последних уровня переналаживаемой и гибкой автоматизации называются также программируемыми, т.е. при переходе с одного объекта производства на другой меняется порядок действий, программа действий.

На начальном этапе внедрения ГПС, при переходе обработки с одной группы деталей на другую, как правило, требуется переналадка, хотя и не очень трудоемкая и быстрая, что фактически относит такие ГПС к третьему уровню, т.е. переналаживаемым производственным системам. В дальнейшем в ходе их совершенствования, повышения надежности и увеличения интеграции управления при переходе с обработки одной группы деталей (изделия) на другие переналадка, как правило, не потребуется. Главный вклад в достижение такого уровня гибкости внесет углубление специализации и кооперации производства, а также повышение надежности работы оборудования. Такие системы будут по-настоящему гибкими, полностью отвечать пониманию термина «гибкий» и концепции гибкого производства.

Гибкость является необходимым условием производства независимо от серийности выпуска продукции. Определенный потенциал мобильности, приспособляемости к изменяющимся требованиям необходим и при массовом выпуске продукции, так как изменение номенклатуры выпускаемой продукции ускоряется. При модернизации существующих и проектировании новых заводов следует уделять гибкости должное внимание, имея в виду при этом, что не все производственные показатели находятся в прямой зависимости от степени гибкости производства. Основным качеством гибкого производства, в отличие от «жесткого», является возможность изготовлять детали тогда, когда они нужны на сборке, не создавая лишних запасов. Гибкое производство позволяет изменять конструкцию изделия в процессе его выпуска. Такая гибкость может быть достигнута надлежащим детальным планированием производства с учетом перспектив и прогноза его развития.

Важным является понимание полного значения слова «гибкость», которое включает и наличие в системе запаса производственной мощности с тем, чтобы воспринимать повышенные производственные задания. Такая гибкость противоречит стремлению постоянно обеспечивать максимальную загрузку оборудования, но без этого не может быть полной гибкости. Данный путь является альтернативой существующей организации производства, когда эта задача решается созданием запасов незавершенной продукции, что увеличивает, в свою очередь, накладные расходы.

Полная гибкость производства может быть достигнута наличием в системе возможности размещения дополнительных станков без останова ее работы. Увеличить объем выпуска можно также переходом на круглосуточную, ежедневную, круглогодичную работу, что является еще одной характеристикой полной гибкости ГПС.

Полная гибкость является относительным понятием и зависит от реальных задач производства и будущего развития средств, обеспечивающих гибкость производства. Наиболее полной гибкости ГПС соответствует возможность ее использования в целях, не предполагаемых априори. Так случилось с ГПС, первоначально установленной на одном из заводов компании «Интернейшнл Харвестр» (США), которая после закрытия завода была продана компании «Дженерал Моторс» (США). Эта система, построенная фирмой «Вайг Сандстренд», состоит из восьми ОЦ и первоначально предназначалась для обработки корпусов главной трансмиссии, корпусов заднего моста и других деталей комбайнов. Теперь на ней обрабатываются корпуса трансмиссий и запасные части автомобилей на заводе в Детройте.

Можно сформулировать понятие абсолютной, т.е. максимальной гибкости, как возможности ГПС обрабатывать любые детали в любом требуемом количестве или переходить на выпуск новой продукции в любой случайной последовательности, без дополнительных капиталовложений, без увеличения оборотных средств и без затрат дополнительного времени на переналадку. Абсолютная гибкость вряд ли будет экономически оправданной, хотя такие системы возможны и будут созданы в будущем для производства отдельных видов товаров широкого потребления. Необходимо при создании каждой системы предусматривать только экономически оправданную степень гибкости в зависимости от возможных изменений конкретных условий в будущем.

Различаются два вида гибкости: тактическая (краткосрочная) и стратегическая (долгосрочная). Первая характеризуется объемом работ и средств, необходимых для перехода с производства одного вида продукции на другой в соответствии с текущей производственной программой. Вторая – полным объемом мероприятий, необходимых для перевода производства на выпуск новой продукции при смене всей производственной программы, и теми количественными и качественными изменениями производственных мощностей, которые при этом потребуются. Определяющим показателем тактической гибкости является главным образом время перехода на выпуск разных изделий. Определяющими показателями стратегической гибкости являются величина новых капиталовложений и масштаб реконструкции.

Гибкость может также быть встроенной, что определяется самонастраиванием системы, т.е. способностью адаптироваться к всякого рода внутренним и внешним изменениям без вмешательства со стороны оператора, и потенциальной, т.е. способной адаптироваться к будущим изменениям, задаваемым вне системы. При этом необходима внешняя команда на адаптацию или вмешательство человека для надлежащей перестройки работы системы.

Различные виды гибкости находятся в сложных взаимосвязях, которые в большинстве своем не являются прямыми. Поэтому достижения максимальных результатов возможно при выборе оптимальной степени гибкости системы с учетом всех влияющих на нее факторов. При решении этой задачи необходимо рассматривать и стоимостные показатели, степень универсальности или специализации станков, необходимый уровень нормализации деталей и узлов и др. Станки ОЦ, как правило, должны иметь широкие возможности по выполнению всех необходимых видов обработки заданных и перспективных групп деталей. За счет подбора степени гибкости можно уменьшить количество связанных в одну систему станков, что повышает надежность всей системы. Следует рассматривать и другие альтернативные пути решения задач оптимизации степени гибкости ГПС. Имеется широкий набор технологических, конструкторских, организационных и экономических факторов, от сочетания которых зависит степень гибкости системы. Многие из этих факторов еще ждут своего анализа в ходе дальнейшего развития науки и техники.

Гибкость производственных систем определяется следующими главными показателями:

- уровнем производительности;

- величиной себестоимости;

- стабильностью высокого качества продукции;

- эффективностью использования средств производства;

- численностью обслуживающего системы персонала и характеристиками условий труда.

Целью создания ГПС не должно быть достижение высокой гибкости системы ради самой гибкости. В системе при ее создании должны быть предусмотрена такая степень гибкости, которая необходима для достижения экономически наивыгоднейших значений главных показателей. Эта задача чаще всего должна решаться в условиях, когда продукция будущего производства не определена конкретно, а задана в широких пределах с учетом ее изменений в перспективе. Например, выбор оборудования. Эта стратегическая задача фактически решается при неизвестных диапазонах изменений ассортимента изделий и масштабах прогресса автоматизации, который будет достигнут еще при жизни проектируемой системы. Основным в задаче является определение оптимального сочетания требуемого для производства количества и видов оборудования с уровнем необходимой гибкости, обеспечиваемым системой для достижения высоких показателей работы ГПС. Средствами решения такой задачи являются прогнозирование возможных условий и моделирование различных вариантов.

Анализ взаимосвязи между главными показателями производства и факторами, определяющими гибкость» дает возможность определить четыре основных, наиболее важных качества гибкости:

- универсальность – способность системы обрабатывать разные детали различного количества во время нормальной работы системы без какой-либо ее модификации;

- повторяемость – способность системы неоднократно возвращаться к выполнению ранее выполненных работ, после завершения новой работы;

- приспособляемость – способность системы после ее отладки быть измененной таким образом, чтобы обрабатывать другие детали посредством введения надлежащих изменений извне или путем самонастраивания;

- нечувствительность – способность системы адаптироваться к изменениям окружающей обстановки, отклонениям параметров заготовок, условий производства при гарантии выполнения всех предписанных ей технических требований, без возникновения собственных нарушений и потери качества продукции.

В традиционном производстве чем выше универсальность, тем ниже производительность, выше себестоимость и занятость рабочих. В гибком производстве эти зависимости изменяются. При высокой универсальности технологического оборудования достигается высокая производительность, низкая себестоимость уменьшается занятость обслуживающего персонала, обеспечивается малолюдность и хорошие условия работы (отсутствуют монотонность, тяжелый физический труд). Высокая приспособляемость гибких систем повышает эффективность, обеспечивает высокое качество продукции и условий труда, но влечет за собой повышение себестоимости продукции за счет роста стоимости самих систем и в то же время снижение себестоимости за счет роста производительности и сокращения прямых затрат, обеспечивает повышение качества продукции и условий труда. Такие же взаимосвязи существуют между повторяемостью и эффективностью, себестоимостью и качеством продукции. Нечувствительность повышает производительность за счет сокращения общего количества отказов и потерь времени по различным причинам, повышает эффективность использования всего комплекса оборудования системы, качество продукции, уменьшает количество обслуживающего персонала, улучшает условия труда, снижает брак.

Определение зависимости показателей производства от качеств гибкости является трудно решаемой задачей, поэтому только из глубокого анализа всех факторов можно определить их оптимальное соотношение. Этот анализ должен выполняться совместно создателями и потребителями; он должен способствовать определению различных параметров системы, влияющих на ее гибкость, и учитывать, каким образом выбранные параметры системы отразятся на себестоимости продукции, включая как прямые, так и все косвенные затраты производства, которые могут быть уменьшены благодаря применению этой новой современной организации производства. Задача оптимизации гибкости в зависимости от различных факторов решается с помощью имитационного моделирования, которое стало широко применяться в прединвестиционном анализе и обосновании выбора ГПС. Факторы, определяющие гибкость, зависят от конкретных условий, целей и задач производства, для которого создается ГПС.