Напрямки та шляхи розвитку автоматизації виробничих систем

Діалектика розвитку основних методів організації виробництва показує існування стадій та їх складових етапів автоматизації, зміна яких обумовлена об’єктивно існуючими протиріччями між вимогами ефективності та мобільності виробництва, зокрема, між підвищенням продуктивності та скороченням терміну освоєння нової продукції. Загальна тенденція розвитку стадій передбачає повторний рух у напрямку від універсальних одиниць устаткування до їх спеціалізації та групування у комплекси. Таким чином, кожна стадія загалом може включати чотири основних етапи:

– універсальне устаткування як одиниця обладнання;

– спеціалізоване устаткування як одиниця обладнання;

– універсальні системи устаткування, об’єднані у групи, лінії, дільниці;

– спеціалізовані системи устаткування.

Так, на початку розвитку автоматизації виробництва головною задачею було збільшення обсягу випуску досить обмеженого кола товарів зниженням питомих витрат на виробництво одиниці товару. Основний спосіб розв’язку цієї задачі полягав у поглибленні поділу праці, коли робітник з відносно вузькою спеціалізацію виконував багаторазово повторювані найпростіші операції, не потребуючи високої кваліфікації. Відбувалися стандартизація товарів, збільшення числа окремих деталей і операцій техпроцесу їх виготовлення, уніфікація виробництва. Однак у подальшому почалися зміни в структурі попиту, коли первинні потреби були задоволені масовим виробництвом основних видів товарів, і почалася диференціація попиту за номенклатурою товарів та їх якістю. Одночасно в середині самого виробництва з’явилися фактори, що сприяли переходу до нової моделі виробництва.

Таким чином, виникло соціально-економічне замовлення суспільства на створення комплексно-автоматизованих виробництв на базі гнучких комп’ютерно-інтегрованих систем (ГКІС), яке можна реалізувати як сучасним рівнем науково-технічних знань, так і рівнем розвитку технічних засобів.

Отже, діалектика розвитку автоматизації виробничих процесів на основі ГКІС може бути відтворена у вигляді спіралі, яка наведена на рис. 1.1.

На І стадії розвитку автоматизації – “ Автоматизація робочого циклу машин ” – засоби виробництва пройшли шлях від універсальних верстатів, універсальних, спеціальних і спеціалізованих автоматів і напівавтоматів до агрегатних верстатів, автоматичних ліній з агрегатних верстатів, універсальних автоматів і ліній на їх основі. Людина передала машинам функції обробки предметів праці, залишивши собі функції обслуговування та управління машинами і виробництвом в цілому. Принцип управління, що застосовується до технологічного устаткування цієї стадії, заснований на електромеханічному управлінні.

Граничною формою організації виробництва цієї стадії розвитку автоматизації в машинобудуванні стали комплексні автоматичні лінії та автоматичні заводи (зокрема, автоматичні заводи по виробництву підшипників, виготовленню автомобільних поршнів тощо) з високим рівнем продуктивності, але малою мобільністю. Цей рівень розвитку виробництва забезпечив значне підвищення продуктивності праці (у 5–10 разів) і зниження собівартості (на 30–50 %), однак застосовується тільки у масовому виробництві виробів, конструкція яких тривалий час залишається стабільною.

Рис. 1.1. Схема діалектичного розвитку гнучкого виробництва

На створення та налагодження жорстких автоматичних ліній витрачається до 5 років, термін автоматизації складає 8 років і більше. Тому конструкція виробів, що випускаються, на таких виробництвах тривалий час повинна залишатися незмінною. Консерватизм твердої автоматизації не задовольняє вимогам науково-технічного прогресу, прискорення змінюваності виробів у машинобудуванні. Таким чином, підвищення продуктивності жорстких автоматичних виробництв було досягнуто за рахунок повної втрати їх мобільності. Рішення цього протиріччя – підвищення мобільності при одиничному і серійному характері виробництва – повернуло машинобудування знову до універсальних верстатів, але оснащених системами числового програмного управління (ЧПУ).

В результаті ІІ стадія розвитку автоматизації практично повторила І, але на новому принципі переналагодження – зміні керуючої програми в системі ЧПУ, що дозволило значно підвищити гнучкість устаткування та створюваних на його засадах автоматичних ліній.

Розвиток засобів виробництва на ІІ стадії – “ Числове програмне управління устаткуванням ” – еволюціонувало від верстатів із ЧПУ, автоматів із ЧПУ, спеціальних верстатів із ЧПУ до багатоопераційних верстатів – обробних центрів з індивідуальними системами ЧПУ і побудови на їх основі ділянок із закінченим циклом виготовлення окремих виробів. Людина передає машині функції управління обробкою предметів праці, залишивши собі функції обслуговування машин, підготовки та організації виробництва. Принцип управління, використаний на цієї стадії, – це програмне управління устаткуванням від ЕОМ. Використання устаткування з ЧПУ дійсно дозволило одержати значний ефект в одиничному і серійному виробництвах, однак індивідуальне для кожного верстата управління від своєї стійки ЧПУ виявилося громіздким і дорогим. Крім того, залишалися невирішеними задачі автоматизації управління матеріальними потоками на таких дільницях, а також завантаження самих верстатів. Формою організації виробництва стали автоматичні лінії устаткування з ЧПУ.

Розвиток робототехніки і подальше удосконалення електроніки на основі мікропроцесорних засобів розкрили нові можливості підвищення рівня автоматизації виробничих процесів у машинобудуванні.

Створенням промислових роботів і універсальних технологічних машин і верстатів із ЧПУ, безпосередньо керованих від ЕОМ у режимі поділу часу, почалася ІІІ стадія розвитку автоматизації в машинобудуванні та інших галузях промисловості – “ Гнучкі виробничі системи ”. З’явилась можливість зв’язати технологічне устаткування єдиним управлінням і автоматичним транспортом, тобто створити системи машин, об’єднаних спільністю цільової функції – виробництвом визначеного виду виробів. На даній стадії людина займається організацією та підготовкою виробництва, поклавши на машини функції обробки і управління групами устаткування. Застосований принцип управління стадії – управління від декількох ЕОМ групами машин з формою організації виробництва у вигляді гнучких автоматизованих дільниць, ліній, цехів. На цьому рівні з‘явилися передумови і почалося з’єднання в єдину комп’ютерно-інтегровану систему (КІС) усіх виробничих функцій: конструювання, технологічної підготовки виробництва і виготовлення виробів, що і стало основою створення гнучких виробничих систем (ГВС). Виходячи із загальних тенденцій розвиток засобів виробництва на цій стадії визначається такими формами реалізації етапів автоматизації:

– багатофункціональне універсальне устаткування з ЧПУ;

– автоматизований транспорт;

– системи автоматизованого проектування і підготовки виробництва;

– автоматизований завод.

Незважаючи на такий діалектичний хід подій, поява ГВС породжує серйозні проблеми, одна з яких (найбільш істотних) полягає в наступному. У зв’язку з тим, що ГВС мають продуктивність у декілька разів більшу, ніж звичайна людино-машинна виробнича система, виникли тверді вимоги до скорочення термінів технічної підготовки виробництва, що стала одним з основних стримуючих факторів збільшення швидкості виробничого процесу в цілому. Наслідком появи ГВС виявилася проблема створення інтегрованих виробничих систем, у яких об’єктом автоматизації є весь виробничий процес, починаючи від наукових досліджень, конструювання виробів і закінчуючи їх виготовленням, випробовуванням і складуванням.

Наступна, ІV стадія – “ Інтегровані виробничі системи ”, почнеться зі створення автоматизованого виробництва, повністю інтегрованого на базі ЕОМ п’ятого покоління, а закінчиться створенням гнучкого автоматичного заводу з безлюдною технологією. На цій стадії передбачається проведення повної комплексної автоматизації виробництва від проектування до виготовлення продукції та створення на базі гнучких комп’ютеризованих систем (ГКС) інтегрованих виробничих систем з принципом управління – штучний інтелект.

Подальший розвиток виробництва піде по шляху вирішення проблеми надійності, самостійної діагностики робочих машин і значного підвищення рівня інтелектуальності інформаційно-управляючих та гнучких комп’ютеризованих систем. Розвиток застосування штучного інтелекту забезпечить успішне розв’язання цієї задачі на V – “ Безвідмовні самовідновлювані виробничі системи ” і VІ –“ Самонавчальні виробничі системи ” стадіях розвитку автоматизації гнучкого виробництва.