К вопросу развития гибких производственных систем

DOI:

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 гибкихпроизводственных 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].