Организация управления групповым автоматизированным производством деталей: На примере обрабатывающих цехов организаций машиностроения

XX век во всем мире прошел под знаком взрывного развития промышленности. Этому активно способствовал научно-технический прогресс, который позволил в сотни раз увеличить производительность технологического оборудования. Наиболее демонстративным примером являются трансформации, произошедшие в машиностроительной отрасли. Всего за сто лет человечество шаг* нуло от примитивных обрабатывающих станков с механическим приводом до сложнейших производственных комплексов — гибких производственных систем. Одновременно с этим изменилась и роль человека в производстве — от непосредственного исполнителя технологических операций до оператора управляющей ЭВМ.

В конце XX века развитие информационных и интернет-технологий позволило по-новому подойти к решению проблем эффективного управления авто.

• матизированным производством, организованным на базе групповых методов механической обработки. Данная проблема стала особенно актуальной в связи с современными тенденциями развития рынков машиностроительной продукции, которые заключаются в увеличении выпуска продукции по индивидуальным предпочтениям заказчиков за счет производства различных модификаций и вариантов даже одной номенклатурной позиции. Реализовать данные требования рынка, которые привели к увеличению разнообразия деталей в пределах типо.

• размерных групп и снижению их серийности, представляется возможным исключительно с помощью создания в цехах организаций машиностроения гибких производственных систем (ГПС).

В связи с изменением рыночной ситуации произошла смена и целевой ориентации системы управления групповым автоматизированным производством. Задача максимальной загрузки оборудования отошла на второй план. Первичным стало максимально возможное сокращение производственного цикла изго.

• товления детали за счет применения принципов вытягивающей системы организации производства. Исключение из производственного цикла пролеживания деталей в заделах, вызванного стремлением максимально загрузить оборудование, привело к обработке деталей групповыми потоками.

Однако потоки деталей в групповом автоматизированном производстве как объект управления имеют целый ряд специфических признаков, усложняющих управление ими. В основе этих признаков лежит групповой порядок формирования потоков. Поэтому принципы группирования деталей имеют ключевое значение в создании автоматизированной системы управления современной гибкой производственной системой. Наиболее разработанными аспектами данной проблемы в настоящий момент являются общие вопросы организации маI териальных потоков в ГПС (сети Петри), в особенности в складской и транспортной системе, автоматизации управления групповыми поточными линиями /45, 46,47/, решения задачи формирования расписания рабочих мест ГПС /30/.

Первые попытки применить поточные методы в мелкосерийном и единичном производстве организаций машиностроения для увеличения объемов выпуска продукции и роста производительности труда пришлись на начало 50-х годов прошлого столетия /43/.

Перед учеными, инженерами и руководителями производства стояла сложная задача: как организовать поток, дающий феноменальный эффект в массовом производстве, в цехах с широкой номенклатурой деталей и малой серийностью. Сложность задачи внедрения потока в такое производство усугублялась устаревшим, технологически неудобным расположением производственных помещений и твердо закрепившимися навыками технического персонала к групповому расположению оборудования.

Для внесения элементов поточности в таких условиях предусматривалось выполнить ряд организационных (пересмотр чертежей на повышение технологичности, подбор однотипных деталей и соответственная типизация технологических процессов) и технических мероприятий (введение высокопроизводительного режущего инструмента и скоростных методов обработки, пневматических и механических зажимов детали, модернизация оборудования, применение средств межоперационной транспортировки, многостаночного обслуживания). Их реализация позволила повысить производительность труда в единичном и мелкосерийном производстве на 28%, а также упростить задачи управления производством, его подготовки, планирования и учета /43/. Однако, несмотря на достигнутые результаты, производство в своей основе продолжало носить непоточный характер.

Одновременно рядом исследователей стали делаться попытки закрепить за поточной линией не одно изделие, как это имеет место при постоянном потоке, а несколько изделий, чтобы обеспечить полную загрузку рабочих мест /2/. Обработка нескольких деталей на одном потоке может осуществляться в двух формах — попеременно и одновременно. В первом случае за поточной линией закрепляется попеременное изготовление двух и более сходных по технологическому процессу изделий, а за каждым рабочим местом — попеременное выполнение соответствующих операций. При такой организации после изготовления партии данных изделий все рабочие места линии должны быть переналажены и на ней начинается изготовление партии других изделий. Такая организация производственного процесса соответствовала серийному производству и получила название переменного потока.

Случай с одновременной обработкой нескольких деталей на поточной линии при работе без переналадок был назван групповым потоком. Внедрение группового потока сопровождалась многочисленными трудностями технического и организационного характера, поэтому распространен он был незначительно. Мнение ученых о высоких перспективах развития группового потока в серийном производстве было единодушным 121. Однако практически реализовать эту идею в уже сложившихся производствах было затруднительно. Изучению группового потока по сравнению с потоком в массовом и крупносерийном производстве уделялось очень мало внимания. Основной причиной этого, стало общепринятое мнение о том что, групповой поток по своей структуре не отличается от поточных форм работы на однопредметной линии /20/. Кроме этого, считалось, что серийное производство в условиях наращивания. выпуска промышленностью СССР, имеет устойчивую тенденцию к росту масштабов производства. Это приводит к тому, что групповой поток распадается на отдельные самостоятельные однодетальные поточные линии. То есть ошибочно считалось, что групповой поток является лишь переходной формой от единичного и мелкосерийного производства к массовому и самостоятельно ре представляет интереса для научных изысканий.

Перелом в таком ограниченном понимании природы и назначения групповых потоков деталей наступил после опубликования в 1963 году результатов исследования советского ученого Митрофанова С. П. /37/, посвященных научным основам группового производства. Он разработал и впервые внедрил групповой метод изготовления и обработки деталей машин и приборов. Последующие работы Митрофанова С. П. /33, 35, 41/ были посвящены дальнейшему развитию группового метода, в том числе внедрению групповых многономенклатурных поточных линий, которые позволяют обеспечить пропорциональность, прямоточность, непрерывность и ритмичность единичного и мелкосерийного производства. Вопросы управления групповыми поточными линиями нашли свое отражения в работах Парамонова Ф. И. /31, 45, 46, 47/. Его исследования имели важное значения для автоматизации управления групповыми потоками в форме групповой поточной линии. Парамонов Ф. И. в своих работах системно подошел к вопросам управления групповыми потоками. Однако в качестве технологического решения группового потока Парамонов Ф. И. рассматривал однои многономенклатурные групповые поточные линии. Для таких линий он разработал математическую модель процесса производства 'л решил задачу на основе критерия сокращения длительности совокупного производственного цикла. Кроме этого в целях автоматизации оперативного управления групповыми потоками Парамонов Ф. И. разработал принципы периодического формирования модели процесса обработки годовой программы выпуска деталей, методы ее периодической корректировки, систему рационального хранения информации и внесения в нее изменений, принципы формирования графиков загрузки рабочих мест групповых потоков с учетом фактического хода производства. В работах Парамонова Ф. И. не были до конца раскрыты вопросы управления групповым производством деталей, охватывающие управление складской системой, автоматизированным транспортом, системами материального и инструментального обеспечения, расчеты экономических показателей, роли и регламент действий производственного и управленческого персонала.

В 80-х годах XX столетия уже предполагалось, что 75% промышленных организаций перейдут на работу по методу групповой технологии /33/. Тогда же были сделаны выводы о том, что высшей формой группового производства является обработка деталей в замкнутых автоматизированных участках, на автоматическом и полуавтоматическом оборудовании с программным управлением, с автоматической транспортировкой и автоматической системой управления производством от ЭВМ.

Бурное развитие информационных технологий на базе высокоскоростных средств обработки, передачи и визуализации информации повлияло на повсеместное внедрение автоматизированных систем управления производством, а снижение стоимости такого оборудования привело к повышению эффективности его использования в целях управления. В современных условиях, когда заказчик требует удовлетворения исключительно своих потребностей, приводит к значительному увеличению номенклатуры деталей в машиностроении. Именно групповой поток позволяет обеспечить эффективное функционирование производственной системы при данных обстоятельствах. Однако управление такой системой представляет собой сложную управленческую задачу. Для ее решения возникает необходимость глубокого анализа природы и структуры групповых потоков деталей, имеющих место в современных ГГТС механообработки.

Актуальность исследования заключается в развитии теории и практики автоматизированного управления производством на основе внедрения групповых методов обработки деталей в гибких производственных системах обрабатывающих цехов организаций машиностроения. Исследования в данной области в стране были приостановлены в конце 80-х гг. XX века. В настоящее время их необходимо возобновить и развить в связи с расширением внедрения в производственные процессы ЭВМ и значительным увеличением их быстродействия, большим скачком в использовании высоких информационных технологий в системах управления.

Цель исследования — развить теоретические основы, организационные и методические решения по автоматизации процесса управления групповым автоматизированным производством деталей в обрабатывающих цехах организаций машиностроения, обеспечивающих снижение длительности производственного цикла обработки деталей, увеличение загрузки оборудования, повышение эффективности производства и управления.

Исследование вопросов управления групповым автоматизированным производством показало, что для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• выявить особенности группового автоматизированного производства как объекта управления;

• определить требования к созданию автоматизированных систем управления групповым автоматизированным производством;

• провести классификацию групповых потоков деталей, существующих в групповом автоматизированном производстве;

• разработать принципиальную схему организации управления групповым автоматизированным производством;

• разработать методические положения по организации управления групповым автоматизированным производством, включающие в себя разработку функциональных структур системы управления и локальных систем управления оборудованием, схем взаимосвязи и синхронизации работы подразделений группового автоматизированного производства, технического обеспечения автоматизированной системы управления.

Объект исследования — система управления групповым автоматизированным производством.

Предметом исследования является групповое автоматизированное производство деталей в обрабатывающих цехах организаций машиностроения.

Теоретической и методологической основой исследования явились труды отечественных и зарубежных ученых и специалистов в области организации и управления производством, в частности, посвященные вопросам разработки интегрированных автоматизированных систем управления, организации группового производства, комплексной автоматизации управления производством. Эти вопросы рассмотрены в трудах российских ученых и специалистов В. И. Васильева, В. А. Егорова, C.B. Емельянова, Б. З. Мильнера, С. П. Митрофанова, А. И. Неймарка, В. А. Петрова, Ф. И. Парамонова, H.A. Саломатина, А.Д. Чуда-кова и др. За рубежом данные вопросы рассмотрены в работах — Р. Асфаля, X.-Д. Хауштайна, Дж. Хартли, Chun-Hung Cheng, Chon-Huat Goh, Anita Lee. При проведении исследования были обобщены публикации в специализированной печати, материалы научно-практических конференций и семинаров, данные о разработках систем по автоматизации управления производством.

Научная новизна исследования заключается в теоретическом обосновании организационных и методических положений по созданию системы управления групповым автоматизированным производством деталей на базе современных информационных технологий, выразившаяся в следующих наиболее существенных научных результатах:

• исследованы особенности группового производства в условиях' полной автоматизации, уточнено понятие о присущих ему групповых потоках деталей;

• выявлены требования к системам управления групповым автоматизированным производством на основе анализа существующих систем управления групповым автоматизированным производством, их недостатков и основных направлений развития автоматизированных систем управления производством в современных условиях;

• разработаны структурно-функциональные схемы управления автоматизированным складом и автоматизированным транспортом на основе исследования особенностей работы автоматизированных транспортной и складской систем в групповом автоматизированном производстве;

• разработана структура и описаны основные компоненты виртуальной информационной модели группового автоматизированного производства, используемой в качестве информационного обеспечения системы управления групповым автоматизированным производством;

• разработана принципиальная схема организации управления групповым автоматизированным производством с применением виртуальной информационной модели;

• выявлены и систематизированы функции автоматизированной системы управления групповым автоматизированным производством, произведено их распределение по комплексам автоматизированных рабочих мест специалистов по управлению;

• предложены и описаны схемы синхронизации работы подразделений и взаимодействия функциональных комплексов системы управления групповым автоматизированным производством;

• определены состав и взаимосвязи технических средств управления с целью организации технического обеспечения автоматизированной системы управления групповым автоматизированным производством.

Практическую значимость исследования представляют методические рекомендации по организации автоматизированного управления групповым производством деталей, разработанные на основе классификации групповых потоков деталей, позволяющие снизить длительность производственного цикла деталей, увеличить загрузку оборудования, обеспечить эффективную работу всего комплекса автоматизированного производственного оборудования.

Результаты исследования апробированы в механо-сборочном производстве № 1 ОАО «Ростсельмаш» (г. Ростов-на-Дону). Основные положения исследования вошли в состав отчетов по научно-исследовательской теме: «Современное состояние и основные направления развития управления организацией в XXI веке» (гос. per. № 01.2.00 108 375).

Отдельные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международной конференции по автоматизированным системам управления промышленными предприятиями (Москва, ИПУ РАН, 2003), III региональной межвузовской научно-технической конференции (Вологда, 2002), Региональной научной конференции молодых ученых в области экономики «Проблемы повышения научно-технического потенциала региона» (Вологда, 2000).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 4 работы, общим объемом 1,1 п.л.

Структура работы. Диссертация включает введение, 3 основные главы, заключение, список использованной литературы (68 наименований) и 5 приложений. Объем основной части работы — 159 стр. Диссертация содержит 32 рис. и 15 табл.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ III.

1. Управление групповым автоматизированным производством занимает промежуточное положение между АСУ технологическими процессами и АСУ ресурсами организации.

2. Разработка системы управления групповым автоматизированным производством должна вестись в соответствии с рядом требований, предъявляемых к ее экономической эффективности и целесообразности, к функциям управления, к персоналу и к различному обеспечению — техническому, программному, информационному, организационному, лингвистическому.

3. Особенностью планирования работы группового автоматизированного производстова является то, что расписание работы оборудования нельзя составить один раз на длительное время. Внесение изменений и дополнений в план выпуска деталей требует составления расписания оборудования с учетом реального состояния производства в текущий момент.

4. Ключевое значение в системе управления групповым автоматизированным производством имеет виртуальная информационная модель производства, через которую осуществляется взаимодействие всех структурных подразделений.

5. Совокупность функциональных, технических, информационных и программных средств, позволяющих в полной мере и с должным качеством реали-зовывать человеку его должностные обязанности в АСУ групповым автоматизированным производством обеспечивается АРМ специалиста. В работе выделен перечень операций АРМ, описан состав АРМ АСУ групповым автоматизированным производством и распределение функций между ними.

6. Все функции АСУ группового автоматизированного производства делятся на четыре основные блока: автоматизированная технологическая подготовка групповых потоков деталей, организационная подготовка производства, управление ходом производственных процессов в режиме реального времени и управление локальными системами. Методическую помощь для выполнения работ по созданию АСУ ГПС могут оказать предлагаемые автором описания типовых функций автоматизированной системы управления ГПС, а также схема типовой функциональной структуры АСУ ГПС.

7. Функции АСУ группового автоматизированного производства реализуются в комплексе технических средств автоматизации управления, на базе применяемого программного обеспечения. Информационное обеспечение управления групповым автоматизированным производством основывается на использовании виртуальной информационной модели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Групповое автоматизированное производство деталей в условиях изменчивого спроса и острой конкуренции на рынке является наиболее эффективной формой производства деталей малыми сериями. В групповом автоматизированном производстве возникают групповые потоки деталей, которые представляют собой совокупность организованных в группы заготовок, полуфабрикатов и готовых деталей, которые находятся в движении по ходу производственного процесса.

2. Действующие системы управления гибкими производственными системами имеют ряд недостатков — малую производительность, высокий уровень ручных работ, низкую интеграцию подсистем, жесткую централизованную структуру. Базовыми принципами, на которых должна базироваться автоматизированная система управления групповым автоматизированным производством являются принципы интеграции, гибкости, иерархичности структуры, автономности, модульности, инвариантности, работы в реальном масштабе времени, автоматизма и надежности. Совершенствование систем управления групповым автоматизированным производством должно проходить в направлении децентрализации управления, применения вытягивающей системы управления, безбумажных технологий управления и автоматизированных рабочих мест в соответствии с разработанными в диссертации требованиями, предъявляемыми к построению автоматизированной системы управления групповым автоматизированным производством.

3. Организационную основу для системы управления групповым автоматизированным производством деталей закладывает проведенная классификация групповых потоков деталей с выделением трех основных групп признаков.

4. Взаимодействие и синхронизация работы подразделений в системе управления групповым автоматизированным производством осуществляется по предложенной принципиальной схеме организации управления на базе виртуальной информационной модели производства.

5. Методические решения по созданию системы управления групповым автоматизированным производством включают в себя разработанные автором структурно-функциональные схемы управления автоматизированным складом и автоматизированным транспортом, организационно-функциональную структуру системы управленияструктуру виртуальной информационной модели группового автоматизированного производствапринципиальную схему организации управления групповым автоматизированным производствомсхемы синхронизации работы и взаимодействия подразделений в групповом автоматизированном производстве.