Автоматизированная система управления гибкой производственной системой (АСУ ГПС)

 

Для ускорения темпов обновления продукции необходим переход от автоматизации отдельных элементов производственного процесса к комплексной автоматизации на всех уровнях, применению гибких производственных систем (ГПС) в условиях единичного, серийного и массового производства. Применение ГПС в промышленности позволяет разрешить противоречия между высокой производительностью и отсутствием мобильности оборудования для массового производства и высокой мобильностью и низкой производительностью универсальных станков единичного и серийного производства. Базой для решения этой сложной и противоречивой задачи явились особые свойства гибких производственных систем:

· способность к быстрой перестройке на выпуск новой продукции за счет гибкости и мобильности;

· наличие высокого технического уровня оборудования, способного реализовать прогрессивные технологические процессы на основе высокой степени интеграции производства;

· возможность способствовать решению проблем улучшения труда работающих, повышения их профессионально-квалификационного уровня;

· создание предпосылок для постепенного стирания граней между умственным и физическим трудом;

· освобождение рабочих от тяжелого физического труда.

Основными характеристиками ГПС являются:

· способность работать автономно или некоторое ограниченное время без участия человека;

· автоматическое выполнение всех основных и вспомогательных операций;

· гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства;

· простота наладки, а также простота устранения отказов основного оборудования и систем управления;

· совместимость с оборудованием традиционного и гибкого производства.

Особенность ГПС состоит в групповой гибко перенастраиваемой технологии обработки изделий, высокой степени автоматизации, обеспечивающей минимальное участие человека в выполнении прямых производственных функций, связанных с технологическим процессом обработки изделий.

Гибкие производственные системы основаны на возможности использования оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ). Основным видом оборудования в ГПС являются обрабатывающие центры - одна из разновидностей станков с ЧПУ. В состав технологического объекта управления ГПС может входить следующее технологическое оборудование:

· гибкий технологический модуль (ГТМ) — производственная единица, состоящая из одного или нескольких элементов технологического оборудования с ЧПУ, выполненная на базе мини- или микро-ЭВМ, способная функционировать автономно (по командам производственного персонала) или по командам от управляющего вычислительного комплекса. Гибкий технологический модуль, как правило, оснащен роботизированными устройствами подачи и удаления обработанных изделий и инструментов, автоматизированными устройствами (датчиками) измерения и контроля в процессе обработки, диагностики отказов и восстановления работоспособности, сбора и удаления отходов производства;

· автоматизированный складской модуль — единица производственного оборудования с локальной системой управления, выполненной на базе мини- или микро-ЭВМ, способная функционировать автономно или по командам от управляющего вычислительного комплекса (УВК);

· вспомогательный модуль (модуль комплектации инструментов, подготовки приспособлений, загрузки и выгрузки изделий и т. п.) -совокупность оборудования, предназначенного для обеспечения технологических модулей;

· гибкий контрольно-измерительный модуль (при отсутствии операций контроля в ГТМ) - совокупность программно-переналаживаемого оборудования, предназначенного для осуществления контроля качества выполнения операций в ГТМ;

· автоматизированный транспортный модуль — единица производственного оборудования с локальной системой управления, выполненной на базе мини- или микро-ЭВМ, способная функционировать автономно или по командам от УВК.

Система оборудования с ЧПУ предназначена для непосредственного управления технологическим оборудованием и обеспечения взаимосвязи с другими элементами гибкой производственной системы. Локальная система управления предназначена для обеспечения взаимосвязи с другими элементами ГПС и для управления операциями по загрузке, размещению и выдаче заготовок, готовых изделий, приспособлений, инструментов, поддонов.

В соответствии со структурно-организационными признаками гибкая производственная система может быть представлена в виде:

· гибкого автоматизированного участка (ГАУ), функционирующего по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования;

· гибкой автоматизированной линии (ГАЛ), технологическое оборудование которой расположено в последовательности, соответствующей технологическим операциям;

· гибкого автоматизированного цеха (ГАЦ), представляющего собой в различных сочетаниях совокупность ГАЛ (ГАУ) для изготовления изделий данной номенклатуры;

· гибкого автоматизированного завода (ГАЗ), на котором осуществлена частичная или полная интеграция нескольких гибких автоматизированных цехов, линий, участков, модулей в единую производственную систему.

Предусмотрены также гибкие производственные комплексы (ГПК), представляющие собой гибкую производственную технологию, состоящую из нескольких гибких производственных модулей (которые объединены автоматизированной системой управления и автоматизированной транспортно-складской системой), автономно функционирующую в течение заданного интервала времени и имеющую возможность встраивания в систему более высокой ступени автоматизации. Гибкая производственная система может представлять собой гибкий производственный комплекс на уровне рабочего места (участка) или даже целую производственную систему из нескольких технологических модулей, взаимосвязанных между собой с помощью транспортных, складских, контрольно-измерительных и вспомогательных модулей.

Автоматизированная система управления гибкой производственной системой — автоматизированная многоуровневая интегрированная система. Она функционирует как автономно, так и во взаимодействии с компонентами интегрированной автоматизированной системы управления (ИАСУ) предприятия. Автоматизированная система управления производством выдает АСУ ГПС планы-графики запуска партий изделий в обработку, план подготовки производства для ГПС. Система автоматизации проектных работ осуществляет автоматизированную подготовку управляющих программ для гибких технологических и контрольно-измерительных модулей.

В иерархии ИАСУ для АСУ ГПС обычно выделяется уровень управления технологическим процессом производства и уровень оперативно-календарного управления, который включает управление технологической подготовкой производства, планирование, учет, контроль, анализ и регулирование хода производства в условиях функционирования ГПС. Уровень управления технологическим процессом производства взаимодействует с уровнем локального управления технологическим оборудованием, включая системы ЧПУ в составе ГТМ, АСУ складскими и транспортными модулями, локальные системы управления контрольно-измерительными модулями, терминальные пульты вспомогательных модулей. Уровень оперативно-календарного управления взаимодействует с уровнем управления производством всего предприятия, т. е. с АСУП. Автоматизированная система управления гибкой производственной системой обычно строится как компонент ИАСУ предприятия.

Рассмотрим технологические аспекты функционирования гибкой производственной системы «по шагам». Процесс проектирования продукции осуществляется по заданию заказчика посредством диалога оператора с ЭВМ. Оператор выдает технические требования к продукции, а ЭВМ запоминает, стандартизирует информацию и производит необходимые расчеты. В процессе проектирования ЭВМ может непрерывно запрашивать и учитывать информацию о себестоимости продукции, производительности оборудования и ходе процессов производства. Затем ЭВМ, используя эту информацию, определяет оптимальные условия для обеспечения минимальной себестоимости и максимальной производительности.

Полученная информация используется для производственного планирования с целью оптимизации процесса обработки путем выбора соответствующего оборудования, технологических процессов, последовательности операций, условий обработки и т. д. Эта информация, в свою очередь, используется для управления автоматизированными станками и оборудованием, которые могут самонастраиваться, автоматически с помощью промышленных роботов или других технических средств загружать и разгружать детали, выбирать инструмент, производить различные операции обработки резанием и давлением, а также термическую обработку и сборку.

Обратная связь от станков и оборудования осуществляется через специальные контуры. ЭВМ непрерывно принимает информацию о реальных параметрах оборудования и процессов, сравнивает их с «идеальными» запланированными. Если система обнаруживает отклонения от запланированной программы работ, то она отвергает первоначальный вариант и, осуществляя динамическое планирование, регулирует условия работы станков и процессов и добивается, чтобы производство функционировало в оптимальном режиме.

В то же время станки и оборудование осуществляют самодиагностику; если при этом обнаруживается потенциальная возможность отказа какого-нибудь узла, то принимаются необходимые корректирующие действия, включающие замену вышедшего из строя модуля в системе. Более того, встроенные в станки приборы и контрольные машины осуществляют автоматический контроль изделия на всех этапах производства, чтобы любое отклонение от заданных технических требований автоматически корректировалось и поддерживалось в пределах допусков. Таким образом, окончательно собранное изделие оказывается полностью проверенным и соответствующим техническим требованиям, предъявляемым к изделию.

Автоматизированная система управления ГПС представляет собой систему, в которой одна часть управляющей информации включает плановые задания, время запуска в обработку, другая - технологическую информацию, содержащую управляющие программы, алгоритмы управления технологическим и вспомогательным оборудованием, информацию от станков на их обслуживание и т. п. Информационное обеспечение гибкой производственной системы состоит из пакетов управляющих программ для станка с ЧПУ, транспортных средств и роботов, накопительных систем заготовок, деталей, инструмента, оснастки и другого оперативного информационного фонда, содержащего данные о состоянии производственного процесса (местонахождении и состоянии деталей, инструмента, приспособлений в текущий момент времени и др.), а также плановые и фактические данные о ходе производственного процесса.

Рациональное управление состоит в том, чтобы каждая вышестоящая подсистема давала нижестоящей задание, не жестко регламентированное, а в «общих чертах», предоставляя им известную инициативу, но так ставя перед ними цели, чтобы каждая подсистема, стремясь к своей цели, работала в согласии с интересами вышестоящей подсистемы. На практике системный подход сводится к тому, что каждое звено, работа которого оптимизируется, следует рассматривать как часть другой, более обширной системы и необходимо выяснить, как влияет работа данной подсистемы на работу всей системы. Системный подход к процессу управления — это, прежде всего, образ мышления.

Иерархическая структура автоматизированного управления позволяет объединять управление различными производственными объектами и согласовывать их работу, т. е. подойти к производственному процессу как к единому целому, а не как к набору независимых частей. При этом можно автоматизировать весь комплекс производственных процессов, включая транспортные операции и различные организационные задачи.

Тесты и тренировочные задания

 

Тесты *

* Для выполнения тестов выберите правильный oтвет из предложенных вариантов.

 

3.1. Как называется процесс записи ранее формализованных профессиональных знаний в форме, готовой для непосредственного воздействия на машины и механизмы:

а) актуализация;

б) генерация;

в) программирование;

г) протоколирование?

3.2. Может ли автоматизированная информационная технология управлять производственным или технологическим процессом;

а) да;

б) нет?

3.3. Верно ли утверждение, что использование технологии с децентрализованной структурой эффективно при автоматизации технологически не зависимых объектов управления по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам:

а) да;

б) нет?

3.4. Многие производственные структуры имеют собственную иерархию. Иерархическая структура объекта управления не совпадает с иерархией системы управления:

а) никогда;

б) всегда;

в) чаще всего;

г) иногда.

3.5. Основными характеристиками гибкой производственной системы являются:

а) способность работать автономно или некоторое ограниченное время без участия человека;

б) автоматическое выполнение всех основных и вспомогательных операций;

в) гибкость, удовлетворяющая требованиям мелкосерийного производства;

г) простота наладки, а также простота устранения отказов основного оборудования и систем управления;

д) совместимость с оборудованием традиционного и гибкого производства;

е) все пять характеристик (а + б + в + г + д);

ж) первые три и пятая характеристики (а + б + в + д).

3.6. Гибкий технологический модуль, как правило, оснащен:

а) роботизированными устройствами подачи и удаления обработанных изделий и инструментов;

б) автоматизированными устройствами (датчиками) измерения и контроля в процессе обработки, диагностики отказов и восстановления работоспособности;

в) сбора и удаления отходов производства;

г) всеми тремя компонентами (а + б + в);

д) первым и третьим компонентами (а + в).

3.7. Верно ли нижеприведенное определение гибкого технологического модуля:

а) да;

б) нет?

Гибкий технологический модуль (ГТМ) - производственная единица, состоящая из одного или нескольких элементов технологического оборудования с ЧПУ, выполненная на базе мини- или микро-ЭВМ, способная функционировать автономно (по командам производственного персонала) или по командам от управляющего вычислительного комплекса.

3.8. Обеспечивающая часть гибкой производственной системы состоит из следующих модулей:

а) автоматизированного складского модуля;

б) вспомогательного модуля;

в) гибкого контрольно-измерительного модуля (при отсутствии операций контроля в ГТМ);

г) автоматизированного транспортного модуля;

д) всех четырех модулей (а + б + в + г);

е) первого, второго и четвертого модулей (а + б + г).

3.9. Гибкая производственная система может быть представлена в виде:

а) гибкого автоматизированного участка (ГАУ);

б) гибкой автоматизированной линии (ГАЛ);

в) гибкого автоматизированного цеха (ГАЦ);

г) гибкого автоматизированного завода (ГАЗ);

д) совокупности всех четырех компонентов (а + б + в + г).