Бизнес XXI века: компьютеры вместо рабочих и крестьян

Развитие автоматических производственных систем началось в 60-е  годы XX века, после того как в Европе была восстановлена промышленность (после военных разрушений), начался подъем экономики, сократилась безработица и встал вопрос о квалифицированных рабочих кадрах. Их не хватало: резко увеличилась численность конторских рабочих, а привлеченные иностранные рабочие (из Турции и севера Африки) не обладали нужной квалификацией.

Следует учесть, что уровень  развития современной технологии требует  высокой точности обработки материалов³. Одновременно

увеличилась и скорость обработки. Человек, в силу ограниченности своих способностей, уже не мог обеспечить изготовления деталей с требуемыми параметрами. Необходимо было применять различные автоматические системы, способные обеспечить требуемое качество обработки с нужной точностью. Автоматические производственные системы (САМ — computer-aided manufacturing — управление предприятием с помощью компьютера) создавались в двух модификациях: специализированные и с программным управлением. Первые из них были рассчитаны на массовое производство однотипных элементов, например деталей двигателя автомобиля или платы управления телевизором. Такие системы должны производить однотипные узлы или детали в течение длительного времени, вплоть до физического износа оборудования. В станках комплекса жестко задано управление, т. е. оно не может быть изменено. И рабочие органы станков специализированные (а не универсальные), настроенные на выполнение конкретных операций. Такой автоматический комплекс, включающий обрабатывающие станки и манипуляторы, выполняет конкретную работу с максимальной эффективностью. И, конечно, не может перенастраиваться на новые детали и узлы.

Станки с программным  управлением (фактически — со встроенным компьютером) при крупносерийном производстве менее эффективны, чем специализированные комплексы. Это связано с тем, что они имеют универсальные рабочие органы, на которых можно изготавливать различные детали и узлы. Использование интеллектуальной программной системы управления позволило поднять производство на качественно новый уровень: теперь можно ввести в память компьютера конструкторскую документацию и получить на таком станке необходимую деталь. Если же изменять документацию (то есть исправлять в компьютере данные о конструкции изделия), то можно автоматически получать индивидуальные детали. Если же установить несколько станков и связать их манипуляторами (тоже с программным управлением), получится производственная линия с программным управлением. Компьютеры, встроенные в станки и манипуляторы этой линии, связываются с центральным компьютером всей системы по локальной вычислительной сети. Таким образом, формируется заводская вычислительная система. Теперь по этой сети можно передавать данные по деталям и узлам, которые должны быть обработаны на данном станке. Естественно

на линии с программным  управлением могут изготавливаться  различные узлы и детали. А время  перехода на новое изделие определяется только периодом смены оснастки.

Можно назвать основные причины, приводящие к увеличению использования  программного управления в промышленности:

• сокращение сроков внедрения новых изделий;
• возможность выпуска изделий с индивидуальными характеристиками;
• обеспечение более высокого качества выпускаемых изделий;
• обеспечение контроля состояния оборудования;
• сокращение трудозатрат.

Сегодня уровень насыщенности рынка столь высок, что для  того чтобы иметь свою устойчивую долю, необходимо выпускать продукцию, ориентированную на конкретного потребителя. И при этом сохранить невысокую стоимость изделия, что возможно только при массовом производстве. Реализовать массовый выпуск продукции с индивидуальными свойствами можно только с применением информационных технологий, когда все станки имеют собственное программное управление. Естественно, они должны получать исходные данные от единого центра.

С конца XX века в развитых странах автомобили выпускаются  только по индивидуальному заказу: покупатель сам выбирает тип корпуса, двигатель, коробку переключения передач, отделку салона, оснащение автомобиля, цвет корпуса и салона и многое другое. В соответствии с этими  конкретными требованиями завод изготавливает индивидуальный автомобиль, а производится он на конвейере вместе с множеством других автомобилей. На заводе компании BMW экскурсантам даже предлагается найти на конвейере два одинаковых автомобиля. Нашедшему — значительный денежный приз. Естественно — все ищут. И не находят: на конвейере — только разные автомобили. Конвейер, на котором организовано массовое производство индивидуальных автомобилей, может быть построен только с использованием программного управления.

Станки с программным  управлением продолжают совершенствоваться. Они оснащаются собственными считывающими устройствами, позволяющими определять, какое изделие сейчас

находится в работе. После  этого, в соответствии с конструкторской документацией, производится именно та деталь, которая нужна для данного изделия.

Управление технологическими процессами

Практически все сложные  технологические процессы в настоящее время управляются компьютерами. Эта область применения информационных технологий меньше всего известна за пределами непосредственно предприятий. Применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности компьютерного управления позволило оптимизировать параметры процессов, протекающих в оборудовании. Одновременно сократились затраты на освоение и время внедрения новых процессов.

Вот как организовано управление прокатным станом. Через его валки  проходит стальной лист, нагретый до нескольких сотен градусов. Скорость движения листа весом в несколько тонн — больше 10 км/ч. Толщина листа  должна выдерживаться на всей его  ширине. Лист катается несколько раз, и каждый раз валки слегка сжимаются, уменьшая зазор (и толщину листа). Нельзя слишком близко соединять  валки — это приведет к очень  сильному сжатию листа и может вызвать поломку стана. Нельзя оставлять слишком большой зазор — это приведет к нарушению технологического процесса. Движением всех элементов стана непрерывно управляет компьютер, получающий данные от множества датчиков, размещенных в узлах стана. Компьютер приводит в действие и управляющие механизмы стана. Эти и другие требования к современному машиностроению могут быть реализованы только с помощью компьютерной техники и программного управления.

Но компьютеры используются не только для управления технологическим процессом в тяжелой промышленности. Уже несколько лет для раскроя ткани на швейных фабриках используются программы, обеспечивающие оптимальный (безотходный) раскрой ткани. При этом из одного рулона ткани кроятся все детали изготавливаемой одежды (рубахи, платья или пальто) всех размеров. Программа позволяет минимизировать зазоры между элементами. Сегодня эти программы начинают устанавливать и на домашние швейные машинки'.

Применяется программное  управление и в пищевой промышленности. После второй мировой войны японцы познакомились с пшеничным хлебом (до войны, вернее, до оккупации Японии, японцы обходились без хлеба). Больше всего им понравились французские круассаны — булочки из слоеного теста, которые французы привыкли есть по утрам. В Японии была создана автоматическая линия по выпечке 6 тысяч круассанов в час (сто штук за одну минуту). Эта линия автоматически замешивает тесто, дает ему "подойти", формирует булочки, помещает в них начинку и выпекает круассаны. Человек только задает размер (долю) начинки. Все остальное делается автоматически. Линия сама контролирует параметры теста и выпечки, тем самым, обеспечивая получение наилучших круассанов.

Можно сказать, что сегодня  нет такой отрасли производства, которая не могла бы быть автоматизирована. Полный переход на автоматическое управление производственными процессами сдерживается финансовыми ограничениями — пока еще на многих процессах человеческий труд дешевле, чем автоматизация.

Автоматизация проектирования

Проектирование любого изделия  — это процесс обработки информации. В результате проектирования готовится проектная и конструкторская документация, по которой ведется изготовление изделия на производстве. Естественно, документация, как любая информация, может быть представлена в различной форме: в бумажной (чертежи, схемы, описания, расчеты), в натурной (макеты) или электронной (в памяти компьютера). Сегодня проектирование практически всех сложных устройств (самолетов, автомобилей⁴, судов, зданий, информационных приборов и т. д.) ведется в электронной форме.

Для проектирования созданы  системы автоматизированного проектирования (САПР, или CAD — computer-aided design — проектирование с применением компьютера). Наиболее известные системы:

• AutoCAD, Autodesk — для проектирования изделий машиностроения;
• АгСоп — для архитекторов и дизайнеров;
• PCAD — для проектирования электронных устройств.

Для разработки особо сложных  комплексов (например, аэрокосмических систем) используются так называемые "тяжелые" системы, такие как разрабатываются компанией Unigraphics. Так, в НПО "Сатурн", которое разрабатывает и производит самолетные и ракетные двигатели, установлено более 100 рабочих мест проектировщиков с САПР от Unigraphics.

Кроме этих систем, разработаны  и активно применяются также  программы анализа различных  процессов, необходимых для проектирования. Вот некоторые из них:

• ANSYS (ANSYS, Inc.) — программа статического и динамического анализа конструкций, решения стационарных и нестационарных задач теплофизики, гидро- и газодинамики, электромагнитного поля, акустики, усталости и др.;
• LS-DYNA3D (LSTC, Livermore Software Technology Corporation) — программа анализа быстротекущих процессов (например, столкновение автомобилей, задачи формования и пр.), сверхпластических деформирований, разрушений и др.;
• eta/DYNAFORM (ETA, Engineering Technologies Associates) — программа для моделирования процессов глубокой листовой штамповки-вытяжки, а также проката листового, профильного и гидроформования;
• FASTFORM3D (FTI, Forming Technologies Inc.) — программа для оценки штампуемости изделий из листовых материалов на ранних этапах проектирования;
• ADAMS (MDI, Mechanical Dynamics Inc.) — программа расчета динамики и кинематики механических систем (механизмов) произвольного вида;

О STAR-CD (CD, Computational Dynamics) — программа для решения задач механики жидкостей и газов;

□ AutoSEA — программа расчета распространения акустического шума и вибрации в конструкции.

Такие программы позволяют  не только существенно сократить  сроки разработки новых изделий, но и качественно более быстро организовать выпуск опытных, а затем и серийных образцов. При этом также значительно сокращаются и сроки проведения модернизации уже выпускаемых изделий.

Комплекс автоматизации  проектирования включает не только программы, но и аппаратные средства. Как правило, рабочие станции, на которых непосредственно  ведется конструирование, используют компьютеры Macintosh или Silicon Graphics'. Эти компьютеры позволяют наиболее эффективно обрабатывать графические объекты. Для систем необходимы также мощные сервера, в памяти которых находятся данные по всем комплектующим, сборкам и т. д.

Созданная конструкторская  документация может передаваться в  станки с программным управлением  сразу же после окончания проектирования по локальной вычислительной сети предприятия или предварительно записываться на внешний носитель (перфоленту или магнитную дискету), с которого информация считывается непосредственно в станке.

Таким образом, между проектированием  и началом выпуска изделий отсутствует временной период. При традиционных методах проектирования и производства необходимо было провести подготовку оборудования для производства новых изделий. А это требовало значительного времени.

Автоматизация управления предприятия

Производственное предприятие  — сложный комплекс с множеством взаимосвязанных материальных, трудовых и финансовых потоков. Управление предприятием требует обработки больших объемов информации. Естественно, на основе компьютеров

• начали создаваться системы, используемые для обработки этой информации и для комплексного управления ресурсами предприятий. Такие системы получили общее название корпоративных информационных систем (КИС). Среди многих компаний, занятых разработкой КИС, можно выделить следующие: SAP (система R/3), Oracle (Oracle Applications), Ваап. Созданные системы могут настраиваться в соответствии с требованиями тех предприятий, на которых они устанавливаются. В результате эти системы создаются как универсальные многопрофильные, т. е. достаточно дорогие и сложные в установке и администрировании. Как следствие, дорогие полнофункциональные версии систем указанных фирм устанавливаются на крупных предприятиях', имеющих множество филиалов и отделений в разных странах. Мощные системы могут эффективно работать с огромными потоками информации, характерными для крупных корпораций.
• До 90-х годов практически на всех советских предприятиях были созданы автоматизированные системы управления предприятием (АСУП), которые, в основном, позволяли собирать статистические данные о результатах работы предприятия за определенный период (месяц, квартал, год). Подготовленные данные, как правило, не позволяли вести оперативный анализ и составлять надежный прогноз деятельности предприятия. Надо сказать, что реальной потребности в таком анализе и прогнозе не было, ибо предприятия действовали не в условиях рынка. Программное обеспечение для управления предприятиями появилось в России к середине 90-х годов, когда в стране началось формирование рыночных отношений. В это время появились первые российские разработки и решения зарубежных компаний. Из числа поставщиков корпоративных информационных систем можно указать следующие российские фирмы: "Парус", "АйТи", "Галактика", "Никос-Софт", "Цефей", TopS, IBS и др.
• Развитие бизнеса требует повышения уровня информационного обеспечения предприятий. Современные информационные сис-
• Понятие "крупное предприятие" в России и в развитых странах существенно отличается. В России — крупным предприятием считается то, на котором работает более 10—20 тысяч человек. Такие имеются только в нефтедобыче и в металлургии. В мире крупными компаниями считаются предприятия с числом сотрудников не менее 100 тысяч человек, такие как IBM, Boeing, Ford.