CC BY
119
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОРГАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
И.В. Лысенко
ТИПОЛОГИЯ И СТРУКТУРА ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ГИБКИХ СИСТЕМ И МОДУЛЕЙ ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
I. V. Lysenko
TYPOLOGY AND STRUCTURE OF HI-TECH FLEXIBLE SYSTEMS AND UNITS FOR DIGITAL PRODUCTION
Ключевые слова: высокие технологии, высокотехнологичные системы и модули, гибкие производственные системы, автоматизация дискретного производства, мехатронные системы, промышленные роботы и роботизированные комплексы, автоматизированная система технической подготовки производства, организационные задачи управления, процессы технической подготовки производства, системы автоматизированного проектирования конструкции изделия, технологии производства изделия, системы проектирования инструмента, приспособлений и технологии их изготовления.
Key words: high technologies, hi-tech systems and units, flexible industrial systems, automation of digital production, mechatronic systems, industrial robots and the robotised complexes, the automated system of fitting-out, management problems, processes of fitting-out, systems of computer-aided design of article configuration, production techniques, system of designing tools, devices and technology of their manufacture.
Аннотация
Сформулированы основные пути автоматизации дискретного производства, даны классификация и структура современных гибких производственных систем, выявлены основные сферы применения, подходы в проектировании.
Abstract
Tthe main paths of automation of digital production are formulated, classification and structure of modern flexible industrial systems are given, main spheres of application, approaches in designing are revealed.
В настоящее время идет интенсивный процесс автоматизации основных технологических и вспомогательных операций во всех типах производств на базе средств вычислительной техники, активно создаются и используются высокотехнологичные мехатронные системы. Создаются системы и вводятся в эксплуатацию машины с компьютерным управлением движения, которое базируется на знаниях в области механики, электроники, микропроцессорной техники и информатики. На подавляющем большинстве современных промышленных предприятий производство носит дискретный характер и отличается, как правило, большой номенклатурой материалов, комплектующих изделий, полуфабрикатов и продукции, многооперационностью обработки предметов производства, большим количеством разнообразного оборудования. Сложность автоматизации дискретного производства во многом зависит от серийности выпускаемой продукции, которая в свою очередь определяет целесообразность использования автоматического оборудования.
Одно из основных направлений использования высоких технологий в управлении технологическими процессами в массовом дискретном производстве - создание автоматизированных транспортных и складских систем (АСУ). АСУ хранит в своей памяти информационную модель склада, транспортных конвейеров и по оперативным заданиям на сборку изделий управляет автоматической выдачей со склада или перемещением комплектующих изделий.
Автоматизация технологических процессов дискретного производства с серийным выпуском продукции началась в связи с широким выпуском оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), позволяющим быстро, за счет замены управляющей программы, пе-
рейти на обработку новой партии деталей. В последние годы автоматизация технологических процессов дискретного производства связана с внедрением промышленных роботов (ПР), обеспечивающих автоматизацию загрузочно-разгрузочных операций, и с созданием робототехнических комплексов (РТК), представляющих собой систему из одной или нескольких единиц технологического оборудования, обслуживаемую одним или несколькими ПР.
Гибкий производственный модуль (ГПМ) - это комплекс обрабатывающего оборудования, управляемого системой с ЧПУ и автоматизированной системой замены инструмента, загрузки заготовок и снятия готовых деталей, а также других вспомогательных систем (контроля, диагностики, уборки отходов и пр.), способный достаточно долгое время (например, рабочую смену) автоматически вести обработку разной продукции установленной номенклатуры. Под гибкостью понимается возможность быстрой переналадки оборудования на изготовление других изделий, что позволяет быстро переходить на выпуск новых изделий и является важным фактором ускорения научно-технического прогресса.
Целью создания ГПС является обеспечение на автоматизированном высокопроизводительном оборудовании эффективного выпуска изделий мелкими партиями и возможности быстрого перехода на выпуск новых изделий. Достижение этой цели связано не только с возможностью программной переналадки технологического оборудования, но и с обеспечением необходимой гибкости системы управления предприятием в части организационно-экономических и организационно-технологических задач управления ГПС. К таким задачам относятся задачи технической подготовки производства и организации бесперебойной работы ГПС.
Поэтому структурная схема ГПС на рисунке 1 представлена трехуровневой системой организации производства. Верхний уровень - это подсистемы и задачи АСУП в части организации и технической подготовки производства.
Рисунок 1 - Структура ГПС
Автоматизированная система технической подготовки производства (АСТПП), реализованная в полном объеме, решает организационные задачи управления процессом технической
подготовки производства (ТПП) и включает системы автоматизированного проектирования конструкции изделия (САПР-К) и технологии производства изделия (САПР-Т).
САПР-Т состоит из САПР технологического процесса изготовления изделия (САПР-Т изделия), решающей задачи разработки технологии, вплоть до создания программ управления автоматическим оборудованием, и из системы проектирования инструмента, приспособлений и технологии их изготовления (САПР-Т оснастки).
Автоматизированная система оперативного управления производством решает задачи координации работы служб и производственных подразделений предприятия. Эта система, в частности, применяется для обеспечения ритмичной работы гибких производственных комплексов.
Средний уровень ГПС представлен гибкими автоматизированными участками (ГАУ) и гибкими автоматизированными линиями (ГАЛ). Обычно ГАУ (или ГАЛ) имеют некоторую предметную или технологическую специализацию. Это, например, ГАУ обработки корпусных деталей с ограничением их габаритов или ГАЛ обработки валов (с ограничениями диаметра и длины), включающие в свой состав оборудование черновой и чистовой токарной обработки и шлифования.
Нижний уровень ГПС представлен гибкими производственными модулями (ГПМ), основу которых составляют технологическое оборудование и некоторые вспомогательные модули (транспортные, складские, контрольно-измерительные), входящие в состав ГАУ или обслуживающие несколько ГАУ.
Компоненты Г АУ имеют собственные локальные системы управления. Этим достигается некоторая (ограниченная в пределах их функций) автономность компонентов, а следовательно, и большая (по сравнению с централизованным управлением) надежность комплекса. Основными в составе ГАУ являются гибкие производственные модули. Они определяют технологические возможности Г АУ и требования к составу и параметрам остальных элементов Г АУ.
Таким образом, система управления гибким автоматизированным производством является интегрированной системой, решающей задачи управления технологией и организационно-экономические задачи управления производством, т. е. относится к системам организационно-технологического типа. Количество иерархических уровней управления может быть больше, например, в том случае, если на предприятии созданы гибкие автоматизированные цехи со своими системами управления или имеются групповые системы управления для нескольких ГПМ. Хотя каждый уровень управления решает свои задачи, но функционально, информационно и технически системы всех уровней связаны между собой и представляют интегрированную систему управления единого производственного организма предприятия, внедрившего ГПС - АСУ ГПС.
Поэтому в современном автоматизированном производстве, содержащем мехатронные модули, или мехатронные системы, большую роль играют автоматизированные системы управления.
Автоматизированная система управления (АСУ) производственными процессами, в частности АСУ непрерывными процессами, применяемая в автоматизированном производстве, отличается рядом особенностей:
- непосредственная связь с технологическим оборудованием;
- функционирование в режиме реального времени;
- большое количество взаимосвязанных элементов технологического оборудования и характеристик протекаемых в них технологических процессов;
- необходимость использования для выработки управленческих решений адекватных математических моделей объекта, алгоритмов их решения и программ машинной реализации;
- использование в качестве основных (и единственных) источников информации электрических и пневматических сигналов контрольно-измерительных приборов и исполнительных механизмов;
- целесообразность и эффективность высокой степени автоматизации (включая автоматические системы управления).
Сложность систем управления технологическими процессами с непрерывной технологией определяется вероятностным характером и скоростью протекания процессов. Как правило, это процессы (объекты) многовариантного регулирования, в которых количество регулируемых величин больше одной и регулируемые величины связаны между собой так, что изменение какой-либо одной из них (в статике или динамике) вызывает изменение других регулируемых величин.
Взаимовлияние между отдельными регулируемыми величинами обусловлено естественными свойствами объекта (процесса). Каждый объект управления не может функционировать без связанной с ним информационной системы (ИС). В подавляющем большинстве случаев динамика процесса требует настолько быстрой реакции управляющей системы, что человек не в состоянии эффективно управлять им. Задача управления усложняется действиями внешних возмущений, характер которых не всегда поддается прогнозу, а также тем, что в реальных условиях совокупность объектов может иметь иерархическую структуру.
Гибкие производственные системы создаются в основном в машиностроении, где процесс производства связан с механическими перемещениями предметов и орудий труда, с механическими воздействиями на предметы труда.
В качестве объектов управления в компонентах ГПС выступают станки (а конкретнее -механизмы подач, вращения шпинделя, перемещения поворотных столов, передвижения накопителей и т. д.), роботы (механизмы перемещения манипуляторов), контрольно-измерительное оборудование (механизмы перемещений и остановов измерительных головок по сигналам тактильных датчиков, системы измерения положения щупов и пр.). Поэтому при выполнении как основных (обработка, сборка), так и вспомогательных (транспортировка, установка, базирование, смена инструмента, измерения и др.) операций, основными управляемыми и контролируемыми параметрами являются величины, определяющие изменение положения в пространстве предметов обработки и рабочих органов оборудования.
На основе ГПМ и РТК создаются более крупные гибкие производственные системы (участки, линии, цехи), в состав которых обязательно входят системы управления на базе компьютеров последнего поколения и новых информационных технологий с использованием элементов интеллектуального управления. Эти системы относятся к мехатронным системам. Базовыми объектами в таких системах являются мехатронные модули, которые выполняют движение, как правило, по одной управляемой координате. На реализацию заданного управляемого движения направлены информационные потоки системы, ее ресурсы, современные аппаратные и программные средства вычислительной техники. Из мехатронных модулей на основе модульного принципа построения формируются сложные системы.
