CC BY
29
A.C. Пухов
Курганский государственный университет
ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
1. Принципы универсальности и саморазвития автоматизированных систем (АС)
На создание АС все более существенное влияние оказывают идеи «системной организации», отдельные принципы которых успешно используются при проектировании. Раскрытие содержания взаимосвязанных и взаимообусловленных принципов системной организации АС имеют научную ценность и практическую направленность. Располагая перечнем и иерархией этих принципов, можно более целенаправленно выполнять анализ проектных ситуаций, выделяя отдельные свойства систем, определять пути и средства повышения их эффективности.
При формировании организационных принципов АС необходимо иметь в виду, что основными атрибутами этих систем являются их технологические функции - технологические возможности с их количественными и качественными характеристиками. В качестве основых формируемых принципов системной организации АС могут быть приняты: технологическая универсальность, самоорганизация и технико-экономические характеристики. Каждая из этих характеристик является интегральным принципом организации АС и базируется на принципах, находящихся на более низких иерархических уровнях.
Так принцип универсальности выражается через полноту реализуемых системой функций и характеризует ее технологические возможности (технологический потенциал).
С универсальностью технологического оборудования тесно связана степень завершенности обработки объекта (детали) на данном агрегате (станке). Количественно она оценивается коэффициентом kcd функциональной полноты оборудования по отношению к обрабатываемому объекту
kcd = |fcoüfd|/|fd| 0<kcd<1, (1)
где fc - множество технологических функций, реализуемых агрегатом (станком); fd - множество подлежащих обработке попарно различимых элементов (поверхностей) объекта.
При kcd = 0 технологические возможности оборудования fc и технологические потребности fd объекта несовместимы (fc о fd = 0)- Объект не может быть обработан на данном станке.
При kcd = 1 технологические потребности объекта полностью совместимы с технологическими возможностями оборудования ( fd с: fc ) - возможна полная обработка (изготовление) объекта.
При выполнении условия 0 < kcd < 1 объект не может быть полностью обработанным на данном агрегате и требуется его передача на другой агрегат (позицию) АС.
Коэффициенты полноты функций, реализуемых всеми входящими в АС агрегатами, количественно характеризуют соотношение технологических возможностей АС и технологических потребностей kd одного объекта (детали) и партии kD объектов и определяются соответственно зависимостями
к.= 1^п(1Лс)|/|у, к0= |(1Л,) п(1Лс)|/|иу,(2)
сеС с1еО сеС с1еО
где С - технологические возможности оборудования АС; О - технологические потребности партии объектов (деталей).
Принцип самоорганизации АС также является интегральным и базируется на ряде составляющих его принципов, основные из которых рассматриваются ниже.
Принцип приспособительности АС проявляется в адаптации к изменениям технологической среды. В условиях нормального функционирования АС с определенной быстротой могут целенаправленно изменять свои технологические возможности: 1) автоматически или при участии оператора в пределах технологического потенциала; 2) путем автоматизированной трансформации (перекомпоновки) под технологические потребности выпускаемых объектов. По существу, данные действия АС по изменению своих технологических возможностей характеризуют гибкость в перенастройке: технологическую и структурную.
Принцип живучести характеризует свойство АС активно противостоять вредным воздействиям внешней среды и выполнять свои функции путем перераспределения функций между нормально работающими элементами системы.
Принцип самовосстановления направлен на поддержание и сохранение технологического потенциала АС. Для его реализации необходимо обеспечение АС средствами самодиагностики и свойствами самовосстановления, достигаемыми подключением резервных элементов либо заменой отказавших.
Принцип саморазвития направлен на расширение технологического потенциала системы путем воспроизводства эффективных и прогрессивных (инновационных) элементов и/или их свойств. Одной из концепций данного направления является гибкая многофункциональность среды (обрабатывающего пространства), погружаясь в которую объект подвергается полной обработке. Такие системы, созданные на основе инновационных применений агрегатно-модульного принципа (АМП), способны обладать высокой технологической универсальностью, что обеспечивает реализацию большей части рассматриваемых принципов.
Принцип эволюционного проектирования АС, базируясь на инновационных положениях агрегатно-модуль-ного проектирования, выражается в продолжении проектных работ после создания систем и позволяет выполнять: наращивание мощности технологического потенциала за счет присоединения технологических модулей как автономных производственных единиц; замену морально устаревшего и физически изношенного оборудования и устройств управления, не прерывая процесса функционирования АС. Данный принцип тесно связан с предыдущим и способствует постоянному обновлению и саморазвитию автоматизированных систем.
2. Технико-экономические принципы при создании АС
В основу ТЭП положено обоснование принимаемых проектных решений. Эти решения базируются на принципах интенсификации технологических процессов, направленной на повышение производительности, которая является интегрированной критериальной оценкой автоматизации в любых ее производственных реализациях и может быть определена согласно общей зависимости
<3 = К т р б и, (3)
где К= 1 / ^-технологическая производительность системы (1 - время, связанное с воздействием инструмента (среды) на обрабатываемый объект); т - коэффициент, учитывающий затраты времени на манипулирование объектом при его транспортировке, установке и снятии с позиций оборудования; р - коэффициент непрерывности процесса обработки, учитывающий затраты времени на холостые ходы (смена позиций, смена инструмента, его подвод и отвод и т.п.); б - коэффициент безотказности, учитывающий потери времени на восстановление работоспособности оборудования, нарушенной в результате отказов, поломок, регулировок, поднастроек и т.п.; и - коэффициент гибкости, учитывающий время на перенастройку оборудования при переходе с выпуска одного наименования объекта на другой объект.
Приведенная зависимость показывает, что увеличение производительности оборудования АС обеспечивается интенсификацией процессов обработки (увеличение технологической производительности К - уменьшение времени рабочих ходов ^ при сокращении всех непроизводительных затрат времени (увеличение коэффициентов т, р, б, и), наибольшее значение каждого из которых равно единице, что означает полное отсутствие непроизводительных затрат времени на данную операцию (например, и = 1 при автоматической перенастройке станка, совмещенной с установкой на него заготовки объекта нового наименования).
В дополнение можно отметить, что сокращение непроизводительных затрат времени достигается также при автономной реализации потоков изделий (деталей), инструментов и информации, т.е. при совмещении времени действия {Д, И, П } - потоков (рис. 1).
кд = Р ^ Р / Р ^ Р,
(4)
Рис. 1. Схема фрагмента автоматизированного производственного Т-потока
Принципы экономии материальных и энергетических ресурсов направлены на минимизацию единовременных и текущих затрат на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации АС, Текущие затраты на инструменты, приспособления и другую технологическую оснастку сокращаются, например, за счет оптимальных потоков деталей и инструментов. При обмене инструментами между станками число инструментов каждой номенклатуры может быть значительно сокращено. Экономию единовременных затрат на оборудование и сокращение производственных площадей, занимаемых АС, можно получить, выбирая рациональные конструктивно-компоновочные решения при проектировании, используя принцип компактности при распределении функций между элементами АС. Степень интеграции функций, реализуемых элементами в конструктивном пространстве системы, предлагается оценивать посредством зависимости
где ^ - множество функций, реализуемых ¡-м элементом системы; ^ - множество функций, реализуемых системой.
Предложенная зависимость, характеризуя плотность «упаковки» функций, в определенной мере связана с принципом экономии энергетических ресурсов, использование которого позволяет уменьшить энергозатраты за счет сокращения протяженности материальных потоков и числа транспортных операций.
Принцип «безлюдности» («малолюдности») связывается с высвобождением максимально возможной численности обслуживающего персонала за счет повышения уровня автоматизации. Это также приводит к росту производительности и сокращению затрат на обслуживание системы.
3. Организационные структуры автоматизированных систем
Применение рассмотренных выше принципов системной организации АС приводит к созданию новых поколений систем и их дальнейшему развитию. Источником данного развития является противоречие между двумя основными тенденциями: стремлением к технологической универсальности, выраженным высоким технологическим потенциалом и стремлением к обеспечению индивидуальных технологических возможностей, достигаемых оперативной перенастройкой для эффективной обработки конкретного объекта с его индивидуальными характеристиками (потребностями). Таким образом, дальнейшее развитие АС можно связывать с их многофункциональностью как способностью морфологической трансформации - изменению строения, структуры, конструктивно-компоновочного оформления.
Принцип морфологической трансформации, рассмотренный во взаимосвязи с принципами технологической универсальности, саморазвития и технико-экономическими принципами, имеет фундаментальное значение при выборе структурно-компоновочных и конструктивных решений при проектировании гибких многономенклатурных АС. По уровню организационной структуры осуществляемого производственного процесса данные АС могут иметь ряд реализаций: гибкий автоматизированный производственный модуль (ГПМ); гибкая автоматическая линия (ГАЛ); гибкий автоматизированный участок (ГАУ); гибкое автоматизированное производство (ГАП). Последнее можно рассматривать в виде гибкого цеха (ГАЦ) и/ или завода (ГАЗ). Иерархическую структуру такого разделения можно представить в виде
{ГПМ} с {ГАЛ} с {ГАУ} с {ГАП}
или
(5)
{ГПМ} с {ГАЛ} ^ {ГАУ} с: {ГАЦ} с= {ГАЗ}
ГПМ состоит из единицы технологического оборудования, оснащенного средствами автоматизации вспомогательных работ (загрузка, контроль и др.) и может работать как автономно, так и в составе ГАЛ и ГАУ ГАУ отличается от ГАЛ возможностью изменения последовательности работы оборудования (возвраты, пропуски позиций и т.п.).
Вместе с тем, оставляя за гибкой автоматизацией присущие ей рассмотренные выше преимущества, следует отметить, что на данном этапе развития производственных систем нельзя полностью отказаться от традиционных видов производств, базирующихся как на «жес-
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 4
113
ткой» автоматизации для массового выпуска продукции, так и на средствах механизации ручного труда. Их связь с гибкой автоматизацией показана на рис. 2 графиками, построенными на показателях: себестоимость продукции - объем ее выпуска.
Объем быпуска
Рис. 2. Изменение себестоимости продукции в зависимости
от объема ее выпуска в различных производствах
Приведенные на рис.2. графики соответствуют: А -ручному механизированному труду; В - «жесткой» автоматизации, при которой оборудование работает практически без перенастроек; С - гибкой автоматизации с перенастраиваемым процессом работы.
Согласно рисунку точки на оси абцисс показывают целесообразность: 1 - переход с ручного труда на гибкую автоматизацию; 2 - возможности перехода на «жесткую» автоматизацию; 3 - переход с гибкой на «жесткую» автоматизацию.
Рассмотренные выше концепции и организационные принципы показывают, что создание эффективных производственных систем сопряжено с решением целого ряда сложных задач, связанных с разработкой инновационных многовариантных решений. При этом, известно, что большинство технических инноваций (изобретений) формируется на ранних этапах разработки технических объектов - на уровне построения структуры, а при необходимости ее уточнения до получения принципа действия (работы) объекта.
Вместе с тем, технической литературы, стандартов, систематизированных методических материалов по разработке технологий и технических объектов на уровне структуры или так называемого «внешнего проектирования» в настоящее время крайне недостаточно. Положительный вклад в эту область знаний сделан А.И. Поло-винкиным в работе [1]. Достаточно обоснованно идеологию структурного проектирования ранее рассматривали и зарубежные авторы, например,[3]. Широкого применения в проектировании данные работы не получили из-за сложности их практического использования и отсутствия системной связи анализа проблем с завершающей стадией - синтезом решений. Процедурами поиска решений в них не предусматривается формирование целей синтеза. Результат получается путем последовательного сокращения множества альтернатив решений.
В учебном издании [2] предпринята попытка устранения отмеченных недостатков. В частности, предложено формирование многомерных целей синтеза по результатам проведенного декомпозиционного исследования проблемы создания объекта, а также сформировано представление процесса поисково-структурного проектирования в виде автономного модуля, функционирующего на ранних стадиях проектирования как самостоя-
тельно, так и в составе САПР, осуществляющих параметрическое проектирование на завершающих этапах кон-структорско-технологической подготовки производства.
Список литературы
1. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учебное пособие
для студентов втузов. - М.: Машиностроение, 1988.- 368 с.
2. Пухов А.С. Синтез решений при создании автоматизированных
технических объектов. Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп.- Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2006. - 142 с.
3. Koller R. Konstruktionswissensehaft für den Maschinen - Geräte-und
apparatebau. - Berlin: Sprinqer-Verlaq, 1976. - 184 S.
В.Н. Орлов, А.В. Серебров
Курганский государственный университет,
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ERP-СИСТЕМ для УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ
В настоящее время промышленные предприятия проявляют всё больший и больший интерес к технологиям компьютерного менеджмента качества.
Каждое предприятие хотело бы приобрести информационную систему, которая позволит усовершенствовать многие внутренние процессы, снизить себестоимость продукции, производить ее быстрее и более высокого качества, чем раньше, а, кроме того, открыть новые резервы, качественно улучшить бизнес предприятия и обеспечить ему устойчивую позицию в рыночной конкуренции. Примером такой системы является ERP-система (Enterprise Resource Planning System - система планирования ресурсов предприятия).
ERP-система - это такой комплекс программных средств и управленческих решений, который позволяет в необходимые сроки с максимальной точностью выполнить заказ потребителя путем правильного планирования, перераспределения и направления всех ресурсов предприятия.
ERP система - это набор интегрированных приложений, позволяющих создать единую среду для автоматизации планирования, учета, контроля и анализа всех основных бизнес-операций предприятия. В основе ERP-систем лежит принцип создания единого хранилища данных, обеспечивающего одновременный доступ к нему любого необходимого числа сотрудников предприятия, наделенных соответствующими полномочиями.
Схематично модель большинства ERP-систем можно описать следующим образом: в единую базу данных из различных источников поступает информация о качестве выпускаемых изделий и на их основе программа строит различные отчеты, графики, прогнозы, то есть поставляет полноценную аналитическую информацию (рис. 1).
Цель ERP-систем - это повышение качества работы предприятия за счет увеличения уровня прозрачности, автоматизации бизнес-процессов и применения систем планирования, а также оптимизация предприятия для лучшего управления себестоимостью продукции и достижения за счет этого конкурентных выгод.
Основные функции ERP- систем [1]
1. Ведение конструкторских и технологических спецификаций, определяющих состав производимых изделий, а также материальные ресурсы и операции, необходимые для их изготовления.
2. Формирование планов продаж и производства;
3. Планирование потребностей в материалах и комплектующих, сроков и объемов поставок для выпол-
