CC BY
7Информатика. Экономика. Управление// Informatics. Economics. Management
cci ®
2023; 2(4) http://oajiem.com/
УДК: 681.5
EDN: DAUGTF
DOI: https://doi.org/10.47813/2782-5280-2023-2-4-0247-0256
К вопросу развития гибких производственных систем
Аннотация. В статье рассматривается один из подходов организации производственных мощностей, который стал весьма актуален в современном промышленном производстве серийных и мелкосерийных высокотехнологичных изделий широкой номенклатуры с возможностью быстрой переналадки оборудования под гибкий потребительский спрос. Ранее гибкие производственные системы (ГПС) изучались как раздел компьютерно-интегрированного производства, на сегодняшний день претендуют на самостоятельную дисциплину, поскольку объединяют методы и подходы роботизации, мехатроники, автоматизации, логистики и экономики производства в целом. Приведены основы концепции ГПС, классификация, состав компонентов, преимущества и ограничения по внедрению в производство. Приведены основные отрасли экономики, актуальные для внедрения ГПС, такие как производство компьютеров, электронных и оптических изделий, электрического оборудования, машин и оборудования, автотранспортных средств, прицепов и полуприцепов, а также комплектующих и принадлежностей к ним. Отражены вопросы развития ГПС в части усовершенствования систем контроля технологических операций на линиях сборки мелкосерийных высокотехнологичных изделий, основанных на технологиях машинного зрения, нейросетевого анализа, искусственного интеллекта, с целью непрерывного наблюдения за ходом выполнения технологического процесса за счет видеокамер и системы датчиков, интегрированных в средства производства на каждом рабочем месте.
Ключевые слова: гибкие производственные системы, высокотехнологичная продукция, технологический процесс.
Для цитирования: Лосев, В. В., & Калинин, А. О. (2023). К вопросу развития гибких производственных систем. Информатика. Экономика. Управление - Informatics. Economics. Management, 2(4), 0247-0256. https://doi.org/10.47813/2782-5280-2023-2-4-0247-0256
В. В. Лосев, О. А. Калинин
СибГУим. М.Ф. Решетнева, Красноярск, Россия
© Лосев В.В., Калинин А.О., 2023
0247
On the issue of the development of flexible manufacturing
systems
V. V. Losev, A. O. Kalinin
Reshetnev university, Krasnoyarsk, Russia
Abstract. The article discusses one of the approaches to organizing production capacity, which has become very relevant in modern industrial production of serial and small-scale high-tech products of a wide range with the ability to quickly re-adjust equipment to flexible consumer demand. Previously, flexible manufacturing systems (FMS) were studied as a section of computer-integrated production; today they claim to be an independent discipline, since they combine methods and approaches of robotization, mechatronics, automation, logistics and production economics in general. The basics of the FMS concept, classification, composition of components, advantages and limitations for implementation in production are presented. The main sectors of the economy relevant for the implementation of FMS are given, such as the production of computers, electronic and optical products, electrical equipment, machinery and equipment, vehicles, trailers and semi-trailers, as well as components and accessories for them. The issues of the development of FMS are reflected in terms of improving control systems for technological operations on assembly lines of small-scale high-tech products based on computer vision technologies, neural network analysis, artificial intelligence, with the aim of continuous monitoring of the progress of the technological process through video cameras and a system of sensors integrated into the tools production at every workplace.
Keywords: flexible manufacturing systems, high-tech products, technological process.
For citation: Losev, V. V., & Kalinin, A. O. (2023). On the issue of the development of flexible manufacturing systems. Informatics. Economics. Management, 2(4), 0247-0256. https://doi.org/10.47813/2782-5280-2023-2-4-0247-0256
ВВЕДЕНИЕ
Гибкие производственные системы базируются на новых принципах организации и управления технологическими процессами и производствами [1, 2].
Данные системы направлены на повышение эффективности многономенклатурного единичного и мелкосерийного производства в современных многономенклатурных технологических комплексах путем обеспечения интенсификации и автоматизации технологических операций, компьютеризации технологического процесса и их согласования с операциями транспортирования, складирования и управления [3-5].
Гибкие производственные системы (ГПС) состоят из группы обрабатывающих рабочих мест, соединенных между собой посредством автоматизированной системы обработки и хранения материалов и управляемых интегрированной компьютерной системой управления.
ГПС называют гибкой, поскольку она способна одновременно обрабатывать различные детали на рабочей станции, а объемы производства можно регулировать в соответствии со структурой спроса.
Термин «Гибкость» характеризуется тем, что производственная система должна обладать следующими возможностями:
- способность идентифицировать и различать различные входящие части, обрабатываемые системой;
- быстрая смена оперативных настроек;
- быстрая смена физической установки.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Среди основных компонентов ГПС следует выделять:
Рабочие станции - это станки с числовым программным управлением (ЧПУ), которые выполняют операции механической обработки рабочих деталей. Среди которых могут быть обрабатывающие центры, станции погрузки и разгрузки, монтажные рабочие места, станции осмотра и т.д.
Автоматизированная система погрузочно-разгрузочных работ и хранения материалов - они используются для транспортировки рабочих деталей и сборочных узлов между станциями обработки. Данный компонент выполняет следующие функции: работа с различными конфигурациями деталей; временное хранилище; удобен для погрузки и разгрузки рабочих деталей.
Компьютерная система управления - используется для координации деятельности станций обработки и системы обработки материалов в ГПС. Функции: контроль каждого рабочего места; распространение оперативных инструкций по рабочим местам; контроль производства; контроль движения потока [6].
ГПС можно разделить по количеству машин в системе: одиночный машинный участок; гибкая производственная ячейка; гибкая производственная система.
Одиночный машинный участок состоит из одного обрабатывающего центра с ЧПУ в сочетании с системой хранения деталей для автоматической работы. Ячейку можно разделить для работы в пакетном режиме, гибком режиме или в их комбинации.
Гибкая производственная ячейка состоит из двух или трех рабочих станций обработки, объединенных с системой обработки деталей. Система обработки деталей
подключена к станции погрузки/разгрузки. Система обработки обычно включает в себя ограниченную емкость склада деталей.
Гибкая производственная система имеет четыре или более обрабатывающих станции, соединенных механически общей системой обработки деталей и электронно-распределенной компьютерной системой.
Основными целями внедрения ГПС являются:
- снижение затрат;
- сокращение времени выполнения заказов;
- повышение эффективности использования единиц машинного оборудования;
- уменьшение незавершенной работы;
- повышение использования производственного оборудования;
- сокращение себестоимости единицы продукции;
- повышение качества. Преимущества использования ГПС:
- сокращение времени настройки и очередности;
- повышение эффективности;
- сокращение времени изготовления продукта;
- повышение эффективности персонала;
- производство разнообразных товаров на одном участке производства;
- улучшение качества продукции;
- повышение скорости выпуска продукции. Ограничения использования ГПС:
- ограниченная способность адаптироваться к изменениям в продукте или ассортименте продукции;
- ГПС являются дорогостоящими решениями;
- являются сложными производственными системами. Основные выводы, характеризующие ГПС:
- это система, которая сокращает ручную работу с помощью автоматизации;
- ГПС объединяет комплексную концепцию автоматизации, поскольку это является требованием глобальных производственных цепочек;
- применение ГПС позволяет сэкономить от 65 до 75% времени по сравнению с обычной производственной системой;
- ГПС повышает качество продукции за счет максимального использования оборудования и ресурсов при минимальных затратах [7].
РЕЗУЛЬТАТЫ И обсуждение
Применимость видов отраслей экономики в решении задачи внедрения гибких
производственных систем
Гибкие производственные системы актуальны для следующей отрасли экономики Красноярского края:
Обрабатывающие производства - 33,4% в отраслевой структуре валовой добавленной стоимости по Красноярскому краю (2021 г.), в том числе:
1. Производство готовых металлических изделий, кроме машин и оборудования
- конструкции и детали конструкций из черных металлов (продукция);
- конструкции и детали конструкций из алюминия прочие (продукция);
2. Производство компьютеров, электронных и оптических изделий.
3. Производство электрического оборудования.
- устройства для коммутации или защиты электрических цепей на напряжение более 1 кВ (продукция);
- устройства коммутации или защиты электрических цепей на напряжение не более 1 кВ (продукция);
- комплекты электрической аппаратуры коммутации или защиты(продукция);
- светильники и осветительные устройства (продукция);
- холодильники и морозильники бытовые (продукция).
4. Производство машин и оборудования, не включенных в другие группировки:
- краны мостовые электрические (продукция);
- лифты (продукция);
- оборудование для кондиционирования воздуха (продукция);
- шкафы холодильные (продукция);
- витрины холодильные (продукция);
- машины для сортировки, грохочения, сепарации или промывки грунта, камня, руды и прочих минеральных веществ (продукция);
5. Производство автотранспортных средств, прицепов и полуприцепов.
6. Производство прочих транспортных средств и оборудования.
7. Производство комплектующих и принадлежностей для автотранспортных средств и прочих транспортных средств.
- комплектующие и принадлежности для автотранспортных средств прочие (продукция).
- суда прогулочные и спортивные (продукция) [8].
Развитие технологий организации производственных процессов в промышленности - гибкие производства
В настоящее время исследовательские коллективы представителей университетского и академического сообщества Красноярского края решают задачи, связанные с разработкой программно-аппаратных решений для системы контроля технологических операций на линиях сборки мелкосерийных высокотехнологичных изделий. Разрабатываются программно-аппаратные комплексы автоматизированного контроля, осуществляющие непрерывное наблюдение за ходом выполнения технологического процесса за счет видеокамер и системы датчиков, интегрированных в средства производства на каждом рабочем месте, что в свою очередь позволит:
- минимизировать ошибки/сбои/простои, в результате человеческого фактора (невнимательности, забывчивости, неосторожности, незнания, усталости);
- осуществлять непрерывный мониторинг за технологическим процессом сборки (возможность в режиме реального времени получать информацию о работе линии);
- оптимизировать сборочные процессы (используя накопленную информацию и средства анализа, выявлять «слабые» места производства);
- повысить производительность труда (за счет исключения контрольных операции, выполняемых человеком).
Перспективными направлениями развития компетенций исследовательских коллективов в направлении гибких производств являются:
- разработка (или внедрение) автоматизированной системы управления производством (в том числе, создание необходимых интерфейсов для существующих АСУ);
- расширение области применения цифрового двойника производства для оффлайн программирования ЧПУ оборудования;
- внедрение роботизированных технологических ячеек, содержащих несколько роботов-манипуляторов для сборочных операций;
- автоматизация складских операций на базе система автоматизированного складского массива;
- внедрение/разработка автоматизированных платформ для транспортировки объектов и средств сборочного производства.
Также выделяются следующие субнаправления:
- разработка архитектуры системы автоматизированного управления технологической ячейкой и цифрового производства в целом;
- построение единой информационной среды в задачах обеспечения жизненного цикла высокотехнологичной продукции;
- интеграция цифровых двойников изделий и технологических процессов при внедрении новых производственных технологий с учетом особенностей гибкого производства;
- трансформация принципов проектирования элементов изделий и конструкций для унификации технологических операций и процессов в условиях гибкого производства;
Для обеспечения охвата комплекса компетенций, характеризующих жизненный цикл высокотехнологичной продукции, необходимо развитие дополнительных компетенций в области:
- разработки автоматизированных испытательных комплексов электротехнических систем (топология, аппаратная часть, математическое и программное обеспечение интеллектуальной системы управления);
- разработки транспортно-логистической системы цифрового производства;
- разработки системы умных складов;
- формирования системы подготовки кадров данных направлений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На сегодняшний день, при высокой скорости изменений, выражающейся в смене технологий, возникает задача внедрения эффективных инструментов в гибкие производственные системы, в частности, для усовершенствования систем контроля технологических операций на линиях сборки мелкосерийных высокотехнологичных изделий, основанных на технологиях машинного зрения, нейросетевого анализа, искусственного интеллекта, с целью непрерывного наблюдение за ходом выполнения
технологического процесса за счет видеокамер и системы датчиков, интегрированных в средства производства на каждом рабочем месте и корректного принятия решений.
Таким образом, одна из главных задач исследовательских коллективов, задействованных в направлении ГПС, становится развитие AIT - компетенций (сборка, интеграция, испытания) в области высокотехнологичных изделий [9].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[1] Лысенко И.В. Типология и структура высокотехнологичных гибких систем и модулей для дискретного производства. Вестник Волжского университета им. В. Н. Татищева. 2010; 15: 5-8.
[2] Булавко О.А., Туктарова Л.Р. Развитие гибких производственных систем в условиях нового технологического уклада. Бизнес. Образование. Право. 2021; 2(55): 3943. DOI 10.25683/VOLBI.2021.55.207. EDN KMUUCF.
[3] Shivanand H.K., Benal M.M., Koti V. Flexible manufacturing systems. New age international pblishers. New Delhi. 2006. 144.
[4] Хаймович И.Н., Фролов М.А., Куралесова Н.О. Совершенствование технологического процесса многономенклатурного производства на основе имитационного моделирования гибких производственных линий в цехе. Вестник Волжского университета им. В. Н. Татищева. 2016; 2(3): 208-213.
[5] Титова О.В. Эффективное развитие гибких производственных систем на высокотехнологичных промышленных предприятиях. Финансовый бизнес. 2021; 6(216): 268-271. EDN GCCGLC.
[6] Raouf A., Ben-Daya M. Flexible Manufacturing Systems: Recent Developments. Elsevier Science; 1995. 315.
[7] Talavage J. Flexible Manufacturing Systems in Practice. Design: Analysis and Simulation. Corporate. Taylor & Francis Group: CRC Press; 2020. 272. https://doi.org/10.1201/9781003065777
[8] Красноярский краевой статистический ежегодник, «Промышленное производство», 2022. URL: https://24.rosstat.gov.ru/folder/30015 (дата обращения: 29.12.2023).
[9] Drira Kh, Martelli A., Villemur Th.Cooperative Environments for Distributed Systems Engineering. The Distributed Systems Environment Report. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2003. 286.
REFERENCES
[1] Lysenko I.V. Tipologiya i struktura vysokotekhnologichnyh gibkih sistem i modulej dlya diskretnogo proizvodstva. Vestnik Volzhskogo universiteta im. V. N. Tatishcheva. 2010; 15: 5-8. (In Russian)
[2] Bulavko O.A., Tuktarova L.R. Razvitie gibkih proizvodstvennyh sistem v usloviyah novogo tekhnologicheskogo uklada. Biznes. Obrazovanie. Pravo. 2021; 2(55): 39-43. DOI 10.25683/VOLBI.2021.55.207. EDN KMUUCF (In Russian)
[3] Shivanand H.K., Benal M.M., Koti V. Flexible manufacturing systems. New age international pblishers. New Delhi. 2006. 144.
[4] Hajmovich I.N., Frolov M.A., Kuralesova N.O. Sovershenstvovanie tekhnologicheskogo processa mnogonomenklaturnogo proizvodstva na osnove imitacionnogo modelirovaniya gibkih proizvodstvennyh linij v cekhe. Vestnik Volzhskogo universiteta im. V. N. Tatishcheva. 2016; 2(3): 208-213. (In Russian)
[5] Titova O.V. Effektivnoe razvitie gibkih proizvodstvennyh sistem na vysokotekhnologichnyh promyshlennyh predpriyatiyah. Finansovyj biznes. 2021; 6(216): 268271. EDN GCCGLC (In Russian)
[6] Raouf A., Ben-Daya M. Flexible Manufacturing Systems: Recent Developments. Elsevier Science; 1995. 315.
[7] Talavage J. Flexible Manufacturing Systems in Practice. Design: Analysis and Simulation. Corporate. Taylor & Francis Group: CRC Press; 2020. 272. https://doi.org/10.1201/9781003065777
[8] Krasnoyarskij kraevoj statisticheskij ezhegodnik, «Promyshlennoe proizvodstvo», 2022. URL: https://24.rosstat.gov.ru/folder/30015 (data obrashcheniya: 29.12.2023) (In Russian)
[9]Drira Kh, Martelli A., Villemur Th.Cooperative Environments for Distributed Systems Engineering. The Distributed Systems Environment Report. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2003. 286.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Лосев Василий Владимирович, кандидат технических наук, доцент, кафедра автоматизации производственных процессов ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», доцент, Красноярск, Россия
Vasiliy Losev, candidate of technical sciences, docent, department of automation of production processes, Federal state budgetary educational institution of higher education «Reshetnev Siberian State University of Science and Technology», docent, Krasnoyarsk, Russian Federation
ORCID: 0000-0002-1996-2889
Калинин Андрей Олегович, ФГБОУ ВО
«Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева», соискатель ученой степени кандидата технических наук, Красноярск, Россия
ОЯСГО: 0000-0003-4237-3860
Andrey Kalinin, Federal state sudgetary educational institution of higher education «Reshetnev Siberian State University of Science and Technology», applicant for the degree of candidate of technical sciences, Krasnoyarsk, Russian Federation
Статья поступила в редакцию 20.10.2023; одобрена после рецензирования 28.12.2023; принята
к публикации 29.12.2023.
The article was submitted 20.10.2023; approved after reviewing 28.12.2023; accepted for publication
29.12.2023.
