Гибкие производственные системы

Введение

  Бурное развитие информатики и микропроцессорной техники подняло на принципиально новый уровень решение многих задач управления технологическими и производственными процессами. Тенденция перехода к автоматизированному производству затронула многие сферы хозяйства, в том числе и машиностроение. В основе автоматизации процессов лежит частичное или полное отстранение человека от непосредственного участия в производственном процессе. В современных условиях прогрессивным может быть только такое производство, которое способно учитывать изменение спроса заказчиков и может быстро переходить на выпуск новой продукции. В результате удается избежать выпуска не находящей спроса продукции бесполезного расходования ресурсов. Развитие автоматизации на ранних этапах характеризовалось отсутствием мобильности, динамичности - создание жестких автоматических линий, предназначенных для массового производства (срок окупаемости таких линий составляет не менее 8 - 10 лет). Однако единичное и мелкосерийное производство оставались практически неавтоматизированными. Именно поэтому возникла принципиально новая концепция автоматизированного производства - гибкие производственные системы (ГПС). Начальным этапом формирования направления автоматизации этих типов производств можно считать 60-е годы, когда впервые было сформулировано понятие "гибкое производство". Под гибкостью станочной системы понимают ее способность быстро перестраиваться на обработку новых деталей в пределах, определяемых техническими возможностями оборудования и технологией обработки группы деталей. Высокая степень гибкости обеспечивает более полное удовлетворение требований заказчика, оперативный переход к выпуску новой продукции, сохранение оправданного характера мелкосерийного производства, автоматизацию технологической подготовке производства на базе вычислительной техники, снижение затрат на незавершенное производство. 

Содержание

1. Гибкие производственные системы

  1.1. Потоки информации в автоматическом производственном процессе

  1.2. Организационно-технологическое управление(ТОУ) ГПС. 2.Типовые технологические и гибкие производственные модули гибких производственных систем (ГПС) сборки и монтажа

  2.1. ГПМ сборки и монтажа ЭМ-1

  2.3. ГПМ установки и крепления на ПП ИЭТЭ, вклеенных в   двухрядную липкую ленту

  2.4. ГПМ установки на ПП ИС в корпусах типа 2

  2.5. ГПМ установки и пайки ИС с планарными выводами на ПП

  2.6. РТК очистки ПП водными растворами ТМС

  2.7. ГПМ влагозащиты ЭМ

  2.8. ГПМ установки разъемов на ПП2.9. ГПМ установки контрольных контактов на ПП

  2.9. ГПМ установки контрольных контактов на ПП

  2.10. ГПМ комплектации ИС с пленарными выводами

 

 

 

1. Гибкие производственные системы

1.1. Потоки  информации в автоматическом  производственном процессе.

Под интегрированной  автоматизированной системой управления (ИАСУ) производством будем понимать интегрированную систему, состоящую  из трех основных компонент:

1)автоматизированной  системы технологической подготовки  производства (АСТПП),

2)системы планирования,

3)автоматизированной  системы управления технологическими  процессами (АСУ ТП).

Внутренние и  внешние связи в ИАСУ гибкого  производственного процесса (ГПС) можно  представить в виде довольно сложных  сетей физических, информационных и  управляющих потоков.

Физические потоки отражают, например, движение материальных, трудовых и энергетических ресурсов, информационные — передачу данных различного рода между производственными  подразделениями, управляющие характеризуют  связи между точками, где принимаются  решения и где эти решения  выполняются.

В самом общем  виде производственная система является взаимосвязанной совокупностью  трех систем: физической (станки, склады, транспорт), информационной и решающей.

В физической системе  осуществляется собственно производство изделий, а решающая система, пользуясь  информационной системой, обеспечивает управление производством. На (рис.1). показана структурная схема ИАСУ ГПС машиностроительного производства и взаимосвязь протекающих в ней процессов. Однако на рисунке не отражены организационная структура, соподчинение и роль компонентов, их физическая рассредоточенность, что очень важно для разработки конкретной проблемно-ориентированной ГПС.

Гибкая производственная система — это производственная единица или совокупность технологического оборудования, автоматически переналаживаемого  при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик. Организационная  структура производства подразделяется на четыре уровня (рис.2. ).

Первый уровень  — гибкий производственный модуль (ГПМ) — единица технологического оборудования с устройством программного управления и средствами автоматизации  технологического процесса (накопителями, спутниками, устройствами загрузки и  выгрузки, замены технологической оснастки, удаления отходов, контроля, переналадки  и т.д.).ГПМ функционирует автономно, осуществляет многократные циклы и  должен характеризоваться способностью встраивания в систему более  высокого уровня.

Второй уровень  — гибкий автоматизированный участок (ГАУ), гибкая автоматизированная линия (ГАЛ) — совокупность ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления и функционирующих по технологическому маршруту, в котором предусмотрена  или не предусмотрена возможность  изменения последовательности использования  технологического оборудования.

Третий уровень  — гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) — совокупность ГАУ и (или) ГАЛ, предназначенная  для изготовления изделий заданной номенклатуры.

Четвертый уровень  — гибкий автоматизированный завод (ГАЗ) — совокупность ГАЦ, предназначенная  для выпуска готовых изделий  в соответствии с планом основного  производства.

Основная функциональная система ГПС — система обеспечения  функционирования технологического оборудования (СОФТО) ГПС — представляет собой  совокупность взаимосвязанных автоматизированных систем: автоматизированной системы  научных исследований (АСНИ), САПР, АСТПП; системы управления предприятием (АСУП); транспортно-складской системы (АТСС); системы инструментального обеспечения (АСИО); системы автоматизированного  контроля (САК); системы удаления отходов (АСУО) и т.д.

Система автоматизированного  управления транспортно-складским  хозяйством (АТСС) представляет собой  транспортные и складские устройства для укладки, хранения, временного накопления, разгрузки и доставки предметов  труда, технологической оснастки и  удаления отходов.

Система автоматизированного  обеспечения инструментом (АСИО) включает контроля его качества, обеспечивающие хранение, автоматическую установку  и замену инструмента.

Методологической  основой ИАСУ ГПС в рамках единой процедуры управления являются:

а)согласование и  адаптация составляющих компонентов  ИАСУ ГПС путем выбора принципов  и схем комплексно-автоматизированной технологии;

б)выбор состава  и режимов работ автоматического  и роботизированного технологического оборудования, функциональной, организационно-экономической, организационно-технологической, информационной структур;

в)разработка общей  алгоритмической модели функционирования в составе компонент (САПР, АСНИ, АСТПП, автоматизированной системы  организационно-экономического управления (АСОЭУ), АСУ и др. 

 

 

 

Рис.1. Структурная  схема ИАСУ ГПС. 

 

Рис.2. Организационная  структура ГПС

В результате системного проектирования и реализации единой процедуры управления в концептуальной модели ГПС все программно-управляемое  оборудование, входящее в состав ГПМ  и оснащенное встроенными микроЭВМ (станки с ЧПУ, автоматические транспортно-складские  системы, автоматические контрольно-измерительные  системы и т.д.), работает во взаимосвязанных  и взаимообусловленных режимах.

ИАСУ ГПС на заводе предназначена для автоматизированного  управления производственными процессами конструирования изделий, технологической  подготовки производства и изготовления изделий в соответствии с техническим  заданием (ТЗ) на изделие с обеспечением технологической гибкости производства, высокой производительности, бесперебойности  работы технологического программно-управляемого оборудования.

В ИАСУ гибкого автоматизированного  завода (ГАЗ) входят подсистемы (рис.3. ):

САПР,с помощью  которой конструируют изделия, узлы, детали, разрабатывают требования к  ним; 

 

 

 

 

Рис.3. Структурная схема ИАСУ гибкого автоматизированного завода.

АСУП, планирующая  и координирующая работу всех подсистем  ИАСУ ГАЗ;

АСНИ, исследующая  готовые образцы изделий на соответствие требованиям технического задания (ТЗ) и разрабатывающая перспективные  изделия;

АСТПП, проектирующая  технологические процессы и управляющие  программы для станков с ЧПУ, технологическую оснастку, инструмент;

автоматизированная  система организационно-экономического управления (АСОЭУ), осуществляющая текущее  и оперативное планирование и  учет хода производственных процессов;

автоматизированная  система организационно-технологического управления (АСОТУ), управляющая технологическим  объектом управления, состоящим из комплекса гибких производственных модулей (ГПМ), снабженных локальными информационно-управляющими системами управления;

распределенная  автоматизированная система контроля (САК), контролирующая качество функционирования ГПС и качество изготовления изделий.

Практически подсистемы САПР, АСУП, АСНИ объединяют в комплекс верхнего уровня иерархии ГПС, на котором  вырабатывается стратегия организационно-экономического управления, планируется загрузка ГПС, осуществляется подготовка производства для функционирования ГПС, автоматизировано проектируются изделия. Таким образом, компоненты АСУП — САПР—АСНИ образуют информационную среду для ГПС, реализованную  в виде верхнего уровня общего распределенного  банка данных ИАСУ гибкого автоматизированного  завода (ГАЗ).

Компоненты автоматизированных систем технической подготовки производства (АСТПП),организационно-экономического управления (АСОЭУ),контроля (САК), организационно-технологического (АСОТУ) объединяют в комплекс иерархии нижнего уровня ГПС, на котором решаются тактические задачи организационно-технологического планирования и управления, автоматизировано подготовляются технологические управляющие  программы и осуществляется непосредственное цифровое управление технологическим  объектом управления в режиме реального  времени.

Эти подсистемы нижнего уровня иерархии (рис.2.) генерируют внутреннюю информационную среду, реализованную в виде нижнего уровня распределенного банка данных ИАСУ гибкого автоматизированного завода (ГАЗ-банка) данных ИАСУ гибких автоматизированных цехов (ГАЦ) со своими системами управления базами данных (СУБД).

В свою очередь, каждая подсистема ИАСУ ГПС, например автоматизированная система организационно-технологическая (АСУОТ) ГПС, — очень сложная система, обладающая сложными информационной, организационно-экономической, организационно-технологической и функциональной структурами.

Поэтому теоретической  базой создания ИАСУ ГПС служит теория иерархических систем. Методологической базой создания ИАСУ ГПС. служит системный  подход. Известные принципы и приемы декомпозиции и интеграции, используемые соответственно для системного анализа  и синтеза, при системном проектировании ИАСУ ГПС микроэлектронной и машиностроительной отраслей, должны рассматриваться комплексно. Принципы декомпозиции позволяют представить  сложные функциональную, организационно-экономическую, организационно-технологическую и  информационную структуры, а также  общую алгоритмическую модель функционирования ИАСУ ГПС в виде совокупности иерархически подчиненных функциональных компонентов, каждый из которых имеет определенные границы (система, подсистема, управляющий  блок, комплекс задач, задача, процедура  и т.д.).

Имитационные модели и многоуровневая иерархическая  концепция являются основными средствами интеграции этих компонентов. В многоуровневой иерархии каждый уровень управления должен поддерживать значения переменных, задаваемых вышестоящим блоком, и, в  свою очередь, должен устанавливать  ограничения, критерии для подчиненных  уровней управления.

Эти процедуры многоуровневой координации носят итеративный  характер. Основные трудности в реализации концепции многоуровневой координации  в ИАСУ ГПС связаны с широким  диапазоном временных масштабов  выполнения функций планирования и  управления; интервал изменяется от года при планировании на уровне ГАЗ до нескольких секунд при управлении технологическими процессами на уровне ГПМ.

Главное научное  направление в решении возникающих  здесь проблем — концепция  многослойной временной иерархии, согласно которой задачи планирования и управления на любом уровне разбивают на несколько подзадач с различными временными горизонтами и моделями, различающимися степенью детализации. Аналогично задачи оптимального управления технологическим объектом управления (ТОУ) решают в реальном масштабе времени с применением концепции многослойной функциональной иерархии, позволяющей находить компромисс между стоимостью и точностью решения. В соответствии с этой концепцией выделяют четыре слоя каждой функции управления: самоорганизацию, адаптацию, оптимизацию, регулирование.