Теоретические аспекты автоматизации управления производством

Возможны два принципиально различных способа автоматизированного проектирования:

1. Синтез проектируемого объекта (конструкции, технологического процесса, цеха) применяется к заданным конкретным требованиям и технико-экономическим условиям при крупносерийном и массовом выпуске продукции (индивидуальное проектирование);

2. Поиск с использованием информационно-поисковых систем по заданным характеристикам типового или группового объекта из имеющейся в памяти ЭВМ номенклатуры объектов для предприятий с единичным, мелкосерийным и серийным характером производства (групповое или типовое проектирование).

Описание группового технологического процесса для деталей представляет собой список технологических операций (технологический маршрут) с закрепленными за каждой из них оборудованием и оснасткой. Технологический процесс для каждой конкретной детали, принадлежащей данной группе, определяется выбором из группового технологического процесса операций необходимых для изготовления этой детали. При выборе операций используют формализованные правила (условия), устанавливающие соответствие технологических, конструктивных и производственных параметров детали, с одной стороны, и операций технологического процесса, размеров и типов оснастки - с другой. Такие САПР ТП предназначены в основном для предприятий с единичным и мелкосерийным производством.

На предприятиях с массовым и крупносерийным производством повышаются требования к качеству проектного решения. Даже незначительное уменьшение, например, расхода металла или трудозатрат в одном технологическом процессе дает большой экономический эффект при изготовлении сотен тысяч и миллионов деталей. При этом необходимо индивидуальное проектирование (синтез) технологического процесса и оснастки применительно к изготовляемой детали с учетом особенностей ее формы и размеров и возможностей используемого технологического оборудования, а также оптимизация проектного решения. Процесс проектирования разбивают на элементарные, но универсальные операции (элементы расчетов, принятия решений, геометрических преобразований и др.), каждая из которых уже не зависит от особенностей деталей и проектируемых процессов. Однако в совокупности комплекс элементарных операций обеспечивает принятие решения для деталей любых форм и технологических требований для выбранного класса задач.

В 70-х гг. появление мини-ЭВМ и терминалов дало возможность получать с помощью САПР ТП чертежи и графики в интерактивном режиме при небольших трудовых и финансовых затратах.

САПР позволяет ускорить процессы проектирования и повысить качество проектов, быстрее использовать новейшие достижения науки и техники, лучше удовлетворять потребности в новых изделиях.

Автоматизированная система управления производством (АСУП) это ряд технологий, позволяющих управлять и контролировать работу производственного оборудования при помощи ЭВМ. Эта технология идет дальше обычной автоматизации в основном за счет обеспечения гибкости производственного процесса. Компьютер может передать на управляемую им единицу оборудования новый набор команд и изменить выполняемую оборудованием задачу.

Первые автоматизированные системы планирования – системы планирования материальных ресурсов(Manufacturing Resources Planning), MRP-системы – появились в США в 60-е годы, и до настоящего времени не потеряли своей актуальности. В это время лидерство американской промышленности было безусловным. Однако появление сильной конкуренции со стороны Европы и Японии требовало соответствующих решений.

Проблема наличия необходимых материалов и комплектующих в нужное время, в нужном месте и в нужном количестве особенно актуальна для массовых сборочных производств, где простои конвейера недопустимы.

Методология MRP и соответствующие программные решения разрабатывались специально под производства, использующие систему КАНБАН или just-in-time. Данная методология служит для реализации следующих целей:

• минимизация запасов на складах сырья и готовой продукции;
• оптимизация поступления материалов и комплектующих в производство и исключение простоев оборудования из-за не прибывших вовремя материалов и комплектующих.

Следует понимать, что MRP – это методология, на практике представляющая собой компьютерную программу.

В настоящее время для планирования ресурсов предприятий с серийным производством используется подход, получивший название MRP II– планирование производственных ресурсов.

Ядром системы является методика планирования потребностей в материалах MRP (Material Requirements Planning).

АСУП, претендующая на звание MRP II-системы, должна соответствовать требованиям документа «MRP II Standard System», который разработан Американским обществом по контролю за производством и запасами (American Production and Inventory Control Society - APICS) и содержит описание 16 групп функций, которые должна поддерживать АСУП. Уровень поддержки делится на обязательный и необязательный (опциональный).

Основная задача АСУП это управления всеми составными частями производства, то есть управление основным используемым при обработке оборудованием ГПС (основное оборудование ГПС это станки оснащенные системой ЧПУ), а также дополнительным (к вспомогательному, но не менее важному оборудованию ГПС можно отнести различное технологическое оснащение, необходимое для выполнения определенной операции технологического процесса обработки детали, промышленных роботов, роботов транспортеров и т.д.). «Технологическим процессом» называется часть «производственного процесса» (производственный процесс начинается с обработки заготовки и заканчивается сборкой деталей в узлы) содержащая действия (совокупность операций и переходов, выполняющихся в определенной последовательно) по изменению состояния предмета производства (заготовки), технологический процесс связан непосредственно с изменением размеров, формы и свойств материала обрабатываемой заготовки.

По степени автоматизации АСУП подразделяют на:

• автоматические (полностью автоматика, без участия человека-оператора);
• автоматизированные (автоматика с участием человека-оператора, дополняющего работу АСУП).
• АСУП можно разделить на несколько уровней, их число зависит от исполнения ГПС:
• на внешнем уровне находится устройство управления станком, роботом, транспортом;
• следующий уровень представляет собой концентратор каналов связи от устройств нижнего уровня, который может быть выполнен в виде микро ЭВМ;
• третий уровень, это система управления ГПС;
• четвертый – система управления заводом.

Основные функции АСУП:

• управление транспортными перемещениями;
• наблюдение за всем производственным процессом;
• вывод данных на печать;
• вывод информации на монитор;
• сигнализирование при необходимости в случае аварийной ситуации;
• технологическая подготовка производства;
• управление технологическим процессом производства;
• управление инструментальным обеспечением;
• оперативное планирование.

Состоит АСУП из средств вычислительной техники — управляющих ЭВМ, связанных в единый комплекс с помощью интерфейсных устройств и линий передачи данных, и программного обеспечения, предназначенного для управления отдельными единицами автоматизированного оборудования всех подсистем и системы в целом. Она базируется на использовании оборудования с ЧПУ, ГПМ. Программное управление автоматизированных систем технического оборудования основывается на применении программы, определяющей порядок действий с целью получения требуемого результата. Вычислительные машины, устройства сопряжения с объектами и передачи данных являются аппаратурными средствами системы управления ГПС, функционирующими под управлением программных средств.

В состав АСУ ГПС входят следующие подсистемы:

• подсистема УТСС (подсистема АСУП, необходимая для управления транспортно-складской системой);
• подсистема УТПП (подсистема АСУП, осуществляющая управление технологическим процессом производства);
• подсистема ТПП (подсистема АСУП, осуществляющая технологическую подготовку производства);
• подсистема УИО (подсистема АСУП, для управления инструментальным обеспечением);
• подсистема ОКП (подсистема АСУП, осуществляющая оперативно-календарное планирование).

Немаловажным являются и другим элементы автоматизации, которые будут рассмотрены далее.

1.3 Автоматизированные  складские системы. Интегрированная  автоматизированная система управления производством

Автоматизированные складские системы (АСС) предусматривают использование управляемых компьютером подъемно-транспортных устройств, которые закладывают изделия в склад и извлекают их оттуда по команде. Эти системы не только исключают ручной труд, но и позволяют экономить складские площади, ускорять складские операции и улучшать контроль за материально-техническими запасами, поскольку ЭВМ следит за местонахождением каждого изделия на складе. Эти системы называют также автоматизированными складами.

АСС предназначены для приема и хранения нормативного запаса и выдачи в производство, а также учета материалов, заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, инструментов и д. р.,  с целью обеспечения ритмичности производственного процесса в ГПС.

Функции АСС в ГПС:

• накопление исходного сырья;
• накопление основных и вспомогательных материалов, заготовок;
• накопление порожней тары;
• хранение инструмента, приспособлений, оснастки, сменных захватов;
• накопление готовых изделий;
• временное хранение отходов производства.

За основные признаки классификации АСС приняты:

• наличие стеллажных конструкций;
• типы и конструкция стеллажей;
• типы и конструкция штабелирующих устройств (складских роботов).
• Применяется также классификация АСС по:
• объему и размерам склада;
• по выполняемым функциям;
• по типам и параметрам складской тары;
• по расположению участков по отношению к пунктам приема и выдачи грузов;
• по уровню и средствам автоматизации.

Расположение АСС в ГПС зависит от:

• типа и характера производства;
• производственной программы;
• вида (организации) внутрицехового и внутрисистемного транспорта;
• строительной части производственного корпуса и других факторов.

Часто используется линейная компоновка склада по отношению к производственным участкам. Применяется также боковая компоновка АСС по отношению к производственным участкам. При этом появляется возможность раздельного хранения и выдачи заготовок, материалов, инструментов, приспособлений. Приемлем также вариант единого стеллажного склада для материалов, полуфабрикатов, инструмента, пустой тары  и готовых изделий с боковым расположением производственных участков.

Сочетание вышеназванных и др. технологий в одной системе, работающей под управлением интегрированной управляющей системы, называется интегрированной автоматизированной системой управления производством (ИАСУП), или компьютеризированным интегрированным производством. Оно предполагает применение гибких производственных систем, управляющих интегрированной системой управления производством. Начавшийся со второй половины 70-х годов процесс создания нового технологического базиса производства протекает в разных странах с различной интенсивностью. Наибольшее развитие он получил в фирмах США и Японии благодаря стремительному накоплению новых автоматизированных средств; автоматизированных систем проектирования продукции, технологического оборудования с программным управлением, ЭВМ и микропроцессоров, промышленных роботов. Новые технологии повышают гибкость производства, позволяют сократить затраты на переналадку оборудования, что обеспечивает экономичность производства небольших партий изделий.

Гибкие системы были разработаны в США, однако сейчас ведущие позиции в мире по их разработке и внедрению занимает Япония. Наиболее широко гибкая автоматизация используется японскими фирмами параллельно с совершенствованием производственного процесса, отладкой системы поставок, приспособлением конструкций изделий для автоматизированной сборки, подготовкой персонала.

Использование микроэлектроники стало массовым явлением. Еще недавно операции, связанные с накоплением и обработкой информации, концентрировались главным образом в вычислительных центрах и информационных подразделениях крупных компании. Сейчас этот процесс охватывает все звенья производственной и управленческой структуры. Поэтому решающими вопросами стали программное обеспечение и разработка технологии использования микропроцессоров. Некоторые программы уже издаются массовыми тиражами и активно используются для автоматизации конторских работ - обработки текстов, подготовки финансовых отчетов (в форме таблиц и графиков), учетной и отчетной информация, а также для осуществления расчетных операций, автоматизированного проектирования. Существенное значение приобрели вопросы доступа к источникам информации с помощью персональных компьютеров.

На ИАСУ были возложены не только функции автоматизации процессов проектирования и производства изделий, но и совершенно новые задачи, связанные с обеспечением информационной интеграции процессов. Эта интеграция должна была осуществляться за счет совместного использования одной и той же информации (в электронном виде) для решения разных задач.

Задание 2

2.1 Постановка  задачи