CC BY
15
Полиграфическое производство как гибкая производственная система: выбор оптимального уровня автоматизации
А.П. Фролов,
аспирант кафедры АПП
Полиграфическое производство имеет тенденцию к уменьшению тиражей выпускаемой продукции. Производство с объемом партии от 500 до 5000 изделий принято считать мелкосерийным. Мелкосерийное производство необходимо комплексно автоматизировать таким образом, чтобы наряду с гибкостью оно имело и лучшие черты массового производства - непрерывность, ритмичность, высокий темп выпуска изделий, стабильность технологических процессов. Решить эти задачи позволяет создание гибких производственных систем (ГПС).
Согласно ГОСТ 26228-90 [1], гибкая производственная система - это управляемая средствами вычислительной техники совокупность технологического оборудования, состоящего из разных сочетаний гибких производственных модулей и (или) гибких производственных ячеек, автоматизированной системы технологической подготовки производства и системы обеспечения функционирования, обладающая свойством автоматизированной переналадки при изменении программы производства изделий, разновидности которых ограничены технологическими возможностями оборудования.
В гибких автоматизированных системах автоматизируются практически все технологические, вспомогательные и транспортные операции.
В настоящее время широко осуществляется объединение единичного автоматического оборудования в групповые (многопозиционные) системы (линии, обрабатывающие центры), управляемые ЭВМ. При этом доля участия человека в производственном процессе сокращается более чем в 3 раза. Кроме того, создаются и внедряются автоматические участки и цехи-автоматы, управляемые одной или несколькими ЭВМ на
основе принципов и средств ГПС при условии серийного изготовления всех технических и программных компонентов. Доля участия человека в производственном процессе в этом случае сокращается более чем в 6 раз [4].
Уровень автоматизации ГПС - показатель, который определяется отношением времени автоматической работы оборудования к объему фонда времени его использования [2]. В это комплексное понятие входит: степень надежности работы системы, степень интеграции различных задач, решаемых в ГПС в автоматическом режиме, организация автоматического производства в ГПС.
Оптимальным следует считать проект, который приводит к созданию объекта, наилучшего из реально возможных в данных конкретных условиях. Это означает создание таких систем, которые обеспечивают выпуск продукции заданного качества с требуемой производительностью при наивысших экономических показателях, отвечают требованиям технической эстетики и охраны окружающей среды, удобны в обслуживании и тому подобное.
Процесс создания оптимальных проектов предполагает наличие:
- оптимальной последовательности проектных процедур;
- методов принятия оптимальных решений на каждом этапе.
Анализ ГПС позволяет выделить следующую оптимальную
последовательность процедур автоматизации [3]:
- анализ технологических методов и процессов, конструктивных решений важнейших функциональных узлов;
- формулировка проектной задачи, выбор основных характеристик автоматизируемого объекта;
- разработка технологических процессов, включая выбор методов и маршрутов обработки, режимы обработки, методы обеспечения и стабилизации качества выпускаемой продукции;
- схемно-компоновочное проектирование объекта, включая разработку структуры и компоновки системы, определение уровня автоматизации, выбор системы управления (СУ) и т. д.;
- конструктивная проработка всех компонентов (механизмов, устройств, вспомогательного оборудования) и объекта в целом, разработка общих видов и планировка;
- технико-экономическая оценка разработанного проекта, сопоставление полученных характеристик объекта с техническим заданием.
Процесс оптимизации включает две стадии:
- формирование совокупности технически возможных и целесообразных проектных вариантов, отличающихся сочетанием управляющих параметров;
- выбор оптимального варианта по заданной целевой
функции.
Формирование общей совокупности возможных и целесообразных вариантов носит в основном экспертный характер и включает следующие этапы:
1. Выявление управляющих переменных (технологических, структурных, компоновочных, конструктивных), характерных для данного объекта с учетом требований заявки на проектирование.
2. Оценка возможного числа значений каждой вариантной управляющей переменной.
3. Формирование общего числа возможных вариантов компоновки объекта.
4. Отсеивание невозможных или технически нецелесообразных вариантов с учетом имеющегося в отрасли практического опыта эксплуатации аналогичных объектов.
Процесс выбора оптимального варианта носит пошаговый характер с постепенным сужением по принятым критериям числа рассматриваемых конкретных вариантов. Основным вариационным признаком АСУ ГПС является количество и номенклатура выполняемых функций управления. Для ГПС целесообразно рассматривать следующие функции автоматизированных систем управления:
- управление последовательностью работы основного технологического оборудования от ЭВМ. При этом могут быть повышены режимы обработки, т. е. повышена технологическая производительность К, также уменьшены потери производительности из-за холостого хода ДQI;
- оптимальное регулирование процессов обработки. Учет нерегламентированных возмущающих воздействий позволяет повысить производительность К и снизить потери от брака ДQV;
- управление транспортно-складирующими системами. Позволяет снизить организационные потери ДQIV из-за отсутствия заготовок у станка;
- управление механизмами автоматической загрузки. Снижает время холостых ходов на загрузку-разгрузку станков ДQI;
- функциональная диагностика оборудования. Контроль за состоянием оборудования, систем управления и т. д. позволяет сократить потери из-за надежности ДQШ, а также потери производительности из-за брака ДQV;
- статистическая диагностика работоспособности и использования машин. Учет и анализ работы оборудования, в первую очередь, позволяет сократить организационные потери ДQIV;
- оперативное планирование загрузки оборудования. Позволяет существенно сократить такие виды простоев, как отсутствие
заготовок, неравномерная загрузка оборудования (организационные потери ДQIV), а также ускорить переналадку (ДQVI) за счет подбора порядка запуска деталей;
- оперативный учет выпуска и качества продукции. Повышение оперативности управления в первую очередь уменьшает организационные потери ДQIV;
- автоматизация подготовки управляющих программ. Своевременное отсутствие управляющих программ может привести к росту организационных потерь ДQIV;
- автоматизация контроля и корректировки управляющих программ. В первую очередь автоматизация данной функции позволяет сократить потери по браку ДQV;
- хранение управляющих программ в памяти ЭВМ. Позволяет сократить время на переналадку оборудования ДQVI;
- оперативное управление ремонтной службой. Повышается качество работ ремонтной службой и, в конечном итоге, уменьшаются потери по надежности ДQШ.
Номенклатура функций АСУ ТП является основным вариационным параметром. Она однозначно определяет и состав вспомогательного оборудования. Из функций АСУ отбираются те, которые могут быть реализованы в данных конкретных условиях. Затем выявляются перспективные функции, которые могут дать существенный рост производительности или сокращение обслуживающего персонала.
Эксплуатационные исследования работоспособности базового оборудования проводятся с целью количественной оценки его функционирования, расчета технологической производительности К, цикловой Qц и фактической Qф производительности, а также всех видов потерь производительности. Основным инструментом выполнения данной работы является хронометраж работы. Произведя соответствующие расчеты для различных видов потерь, можно определить приближенно наиболее перспективные функции для автоматизации. Следует отметить, что некоторые функции АСУ при создании ГПС во многих случаях являются безусловными. К ним относятся для дискретных процессов функции автоматического управления последовательностью работы основного технологического оборудования, хранение управляющих программ в памяти ЭВМ, а также автоматического регулирования процессов обработки, которые являются главным содержанием процесса автоматизации.
Наиболее ответственным и слабо формализованным является этап оценки ожидаемого роста производительности оборудования из-за автоматизации выбранного набора функций. Следует отметить, что никакая автоматизация не может снизить конкретный вид потерь до нуля. Для некоторых видов потерь коэффициент сокращения может
быть рассчитан достаточно точно (время загрузки-разгрузки), чаще используют экспертные оценки.
Для приближенных оценок при отсутствии других соображений можно рекомендовать двухкратное сокращение конкретного вида потерь при автоматизации.
Для получения оптимального варианта автоматизации ГПС формируется совокупность возможных вариантов методом перебора состава функций. Следует учитывать, что таких вариантов может быть очень много, поэтому следует критически подходить к отбору перспективных функций АСУ.
Библиографический список
1. ГОСТ 26228-90. Системы производственные гибкие. Термины и определения. Номенклатура показателей. - М. : Изд-во стандартов, 1990. - 12 с.
2. Лазарева Т.Я. Интегрированные системы проектирования и управления. Структура и состав : учеб. пособие / Т.Я. Лазарева, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе. - М. : Машиностроение-1, 2006. -172 с.
3. Выбор оптимального уровня автоматизации ГПС: метод. указания к лабораторной работе по дисциплине «Автоматизации технологических процессов и производств» для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении) » / сост. А.Н. Трусов; ГУКузГТУ. - Кемерово, 2008. -26 с.
4. Шишмарев В.Ю. Автоматизация производственных процессов в машиностроении : учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.Ю. Шишмарев. - М. : Издательский центр «Академия», 2007. - 368 с.
