Автоматизированное производство с прямым применением средств вычислительной техники

Автоматизированное производство с прямым применением средств вычислительной техники (direct CAM) предполагает непосредственное подсоединение компьютера к одной или более единиц производственного оборудования с целью осуществления мониторинга производственного процесса и управления им. Эта технология может найти свое практическое применение на предприятиях многих типов. Ввод необходимой информации может осуществляться вручную через клавиатуру, через штрихкод, а также посредством сигналов, поступающих от видеодатчика или от робота-погрузчика, который способен распознавать, например, изменение веса или формы изделия. Возможность перемещения обрабатываемых изделий между станками, а также возможность взаимного обмена координирующими сигналами могут позволить сформировать интегрированную систему станков и погрузочно-разгрузочного оборудования, которая называется гибкой производственной системой.

8.Гибкие производственные системы

Расширение функций и повышение уровня автоматизации применительно к концепции формирования групп станков, которые могут производить семейство деталей, позволяет сформировать новый тип автоматизированных систем - гибкую производственную систему. Гибкая производственная система (flexible manufacturing system – FMS) – это группа станков, которые оборудованы перепрограммируемыми контоллерами, связаны между собой автоматизированной системой выполнения погрузочно-разгрузочных операций, а также интегрированы в единую систему через центральный компьютер таким образом, что эта система может производить ряд изделий с аналогичными требованиями к технологии их изготовления. Гибкая производственная система может быть сформирована на базе разного количества и состава оборудования. В качестве примера небольшой гибкой производственной системы можно назвать два токарных станка, обслуживаемых одним роботом, который исполняет функции системы выполнения погрузочно-разгрузочных операций. Большая система может включать в себя более десятка станков, связанных между собой тщательно разработанной системой конвейеров или системой автоматически управляемых транспортных средств (automatic guided vehicle system – AGVS), которые способны перемещать изделия от одного станка к другому в любом порядке.

В большинстве случаев гибкая производственная система состоит из четырех станков. Подобный состав оборудования в гибкой производственной системе обеспечивает производство такого количества и ассортимента изделий, которого достаточно для того, чтобы система FMS работала эффективно, а также чтобы были оправданными с экономической точки зрения достаточно большие затраты на ее организацию.

Со времен промышленной революции сформировалась устойчивая общая тенденция к углубленной специализации процессов, позволяющей в полной мере реализовать преимущества автоматизации производства. На первоначальном этапе самым типичным и эффективным способом применения автоматизации была обработка металлических деталей на станках.

В настоящее время гибкие производственные системы используются преимущественно для механической обработки металлов, в частности в процессе удаления металла с заготовки, для того, чтобы получить изделие требуемого размера и формы. В самом общем виде функционирование гибкой производственной системы происходит по следующей схеме. В базе данных центрального компьютера хранятся маршрутно-технологические карты для перемещения всех деталей, подлежащих обработке в рамках данной FMS. Рабочий или робот помещает деталь на палету; при этом в компьютер вводятся данные о том, какая именно деталь была погружена. Компьютер осуществляет поиск самой оптимальной маршрутно-технологические карты для изготовления данной детали и выдает в адрес конвейера команду транспортировать деталь к тому станку, который должен выполнить первую операцию. После перемещения детали к станку конвейер отправляет в адрес центрального компьютера сигнал о выполнении задании, а компьютер, в свою очередь, передает в адрес станка данные о том, какая именно деталь поступила для обработки на нем. На следующем этапе станок отыскивает соответствующую программу, содержащую инструкции по поводу обработки детали, а также заданную последовательность смены инструментов. По завершении всех операций в адрес центрального компьютера передается информация о выполнении предписанных действий. Далее компьютер проверяет состояние станков, которые могут выполнить следующую технологическую операцию в соответствии с данной маршрутно-технологической картой, выдает в адрес конвейера команду доставить деталь к подходящему станку, на котором продолжается процесс обработки детали. После выполнения всех операций, необходимых для обработки данной детали, она перемещается на место разгрузки, где снимается с паллеты. Далее на освободившуюся паллету можно помещать следующую деталь, подлежащую обработке.

Преимущества гибких производственных систем

Внедрение гибких производственных систем принесло большой успех некоторыми компаниями. Наиболее удачное применение гибкие производственные системы нашли в изготовлении изделий крупных размеров. Перемещение изделий такого типа от станка к станку и их закрепление на каждом станке без применения FMS обошлось бы очень дорого. Подобные изделия являются дорогостоящими, и если бы они производились партиями, это привело бы к необходимости крупных капиталовложений в незавершенное производство. Гибкую производственную систему можно использовать для изготовления сначала отдельных частей. На следующем этапе осуществляется сборка готового изделия из отдельных деталей, после чего изделие готово к отгрузке в адрес заказчика. Следует обратить внимание на то, что применение FMS существенно сокращает необходимость в накоплении больших запасов промежуточных материалов. В последнее время гибкие производственные системы применяются также и для изготовления более мелких деталей.

Приведем краткий перечень преимуществ организации производственного процесса на базе гибкой производственной системы.

• Сокращение необходимости в живом труде. Упрощенная процедура закрепления деталей, уменьшенное количество погрузочно-разгрузочных операций, а также автоматическое управление станками – все эти характеристики FMS во многих случаях позволяют сократить количество живого труда, необходимого для обслуживания процесса производства продукции.

• Сокращение объема капиталовложений. Коэффициент загрузки оборудования, обслуживающего работу FMS, может быть почти в три раза больше, чем в случае обработки изделий на традиционных станках, поэтому для производства продукции с использованием FMS требуется меньше станков. Поскольку производственный процесс обслуживает меньшее количество станков, для обработки деталей на этих станках требуется и меньше инструментальной оснастки. Материалы перемещаются непосредственно на следующий станок, что позволяет сократить объем капиталовложений в хранение материальных запасов. Для обеспечения процесса изготовления изделий требуется меньшее количество станков и материальных запасов, поэтому для размещения производственных мощностей нужно меньше производственных площадей.

• Сокращение рабочего цикла изготовления изделия. Гибкая производственная система характеризуется более коротким периодом настройки оборудования или смены инструментов, поскольку большая часть этой работы выполняется автоматически в качестве ответного действия на программируемые команды. При низком объеме промежуточных материалов практически отсутствуют очереди, которые могли бы стать причиной задержек выполнения рабочих заданий. По этим причинам значительно сокращается время прохождения материального потока через все этапы производственного процесса. Сообщается, что в одном из случаев практического применения гибких производственных систем весь рабочий цикл изготовления продукции требует от 1,5 до 3 дней вместо 30-90, которые требовались при прежней, традиционной системе производства.

• Постоянство качества. Из процесса изготовления изделий устраняется свойственные человеку нестабильность и способность допускать ошибки, поэтому качество продукции, выпускаемой посредством FMS, характеризуется таким свойством, как постоянство. Одна из гибких производственных систем позволила сократить процент брака с 10 до 3%.

• Усовершенствованная система контроля над выполнением работ. При меньшем количестве рабочих заданий, подлежащих выполнению, а также при ограниченной области поиска возможных проблем существенно упрощается отслеживание процесса выполнения производственных операций. Порядок выполнения рабочих заданий не претерпевает значительных изменений в зависимости от времени прохождения материального потока, даже если это время становится равным нескольким дням вместо нескольких месяцев. Большинство операций, реализуемых в рамках FMS, выполняется под управлением компьютера, что делает процесс производства продукции более стабильным.

Недостатки гибких производственных систем

Когда не слишком широкий ассортимент изделий выпускается средними партиями, использование гибких производственных систем не всегда приемлемо. Применение FMS имеет смысл только в том случае, когда изготовлению подлежит семейство деталей, обработка которых требует станков одинакового размера, работающих с одинаковой точностью. При этом допустимые отклонения должны быть такими, чтобы их можно было обеспечить при изготовлении деталей на станках с ЧПУ. Разнообразие типов и размеров режущих инструментов не должно выходить за пределы возможностей автоматических устройств смены инструментов. Это ограничение может потребовать определенного уровня стандартизации конструкции изделий, имеющей своей целью сокращение количества инструментов, требуемых для их обработки.

В состав гибких производственных систем включается ряд станков, которые приходят в негодность в разное время. Во многих случаях руководство компаний предпочитает делать более мелкие капиталовложения в частичную замену оборудования, чем вкладывать большие средства в технологию, которая им недостаточно знакома. Гарантировать успех FMS может только долгосрочное планирование на длительный период развития компании. В то же время многие менеджеры склонны принимать краткосрочные решения и ориентировать работу компании на быструю отдачу. Повышенная сложность комплексной автоматизации производства является причиной того, что некоторые компании воздерживаются от внедрения гибких производственных систем. В некоторых случаях ситуация складывается таким образом, что сначала в рамках компании применяются станки с ЧПУ, затем внедряется соединяющая эти станки система выполнения погрузочно-разгрузочных операций и только после этого устанавливается центральный компьютер с соответствующим программным обеспечением, позволяющим координировать действия всей производственной системы.

Концепция гибкой производственной системы представляет собой еще один шаг на пути объединения некоторых производственных операций в общую производственную систему; главным образом это касается погрузочно-разгрузочных операций и операций по обработке изделий, иногда – в сочетании с осуществлением технического контроля. Дальнейшая интеграция достигается посредством использования системы CAD/CAM для разработки базы данных, содержащей информацию о конструкции изделия, а также планы выполнения технологических операций. Еще более высокую степень объединения всех операций в общую систему обеспечивает система комплексного автоматизированного производства.