Современная концепция автоматизации производства

Промышленное производство призвано удовлетворять потребности общества в промышленной продукции. При возникновении в обществе потребности в новой или модернизированной промышленной продукции (возникновение спроса на продукцию) потенциальный производитель осуществляет ее проектирование и подготовку производства, после чего начинается само производство (рис. 1). Производство продукции продолжается пока существует спрос на нее, и реализация продукции приносит прибыль.

В производственном процессе выпуска новой или модернизированной продукции можно выделить ряд основных этапов. На первом этапе осуществляется проектирование продукции, в процессе которого разрабатывается техническая документация (технический проект и рабочая документация) на продукцию и проводятся необходимые исследования для обеспечения требуемого уровня потребительского качества продукции.

На основании разработанного проекта осуществляется проектирование технологии изготовления продукции и подготовка ее производства. После завершения пуско-наладочных работ и приемно-сдаточных испытаний оборудования и технологических процессов начинается непосредственно производство продукции, которая реализуется конечным потребителям.

Каждый этап производственного процесса требует определенного (порой весьма значительного) времени и привлечения материальных и людских ресурсов. Все это обуславливает необходимые затраты на производство продукции. Производство может существовать и развиваться только в том случае, когда цена реализации продукции выше затрат на ее производство и производителю обеспечивается достаточная прибыль. В то же время в условиях рыночного хозяйства производитель стремится к максимальной прибыли.

Увеличению прибыли способствуют следующие обстоятельства:

• сокращение сроков на освоение выпуска новой или модернизированной продукции с целью опережения конкурентов и монополизации ценообразования на продукцию (возможность установления максимальной цены продукции);

• сокращение затрат на проектирование продукции, подготовку ее производства и само производство;

• повышение потребительского качества продукции и ее конкурентной способности.

Для сокращения временных затрат необходимо либо привлечение дополнительных материальных и людских ресурсов, либо интенсификация производственных процессов на всех этапах производства, либо сочетание обоих факторов. Наиболее предпочтителен путь интенсификации производства, который связан с необходимостью повышения производительности труда. Основным средством повышения производительности производственных процессов является их автоматизация.

В развитых странах до 80 % производственных затрат составляет оплата труда участвующих в производстве людей. Следовательно, доминирующим фактором сокращения производственных затрат является сокращение в производстве доли человеческого труда, что опять-таки требует автоматизации производства.

Повышение производительности труда позволяет в приемлемые сроки провести больший объем исследований, больший объем работ по доводке продукции и технологии ее изготовления, оптимизировать продукцию и ее производство. Это влечет повышение потребительского качества продукции и ее конкурентную способность.

Таким образом, основным средством повышения эффективности производства является его комплексная автоматизация. Комплексная автоматизация предполагает автоматизацию как интеллектуальных функций людей, занятых в производстве, так и их физических функций, связанных с производством. Необходима автоматизация: процессов проектирования новой или модернизированной продукции; процессов научных исследований, выполняемых в интересах производства; процессов подготовки производства; процессов управления производством и технологическими процессами; а также самих технологических процессов производства продукции.

Подход к решению задачи автоматизации производства зависит от объема производства данного вида продукции. По этому признаку производство может быть массовым и многономенклатурным (серийным). При массовом производстве продукция определенного вида производится в больших количествах и в течение продолжительного периода времени. Серийное производство характеризуется большой номенклатурой производимой продукции, выпускаемой ограниченными партиями с частыми сменами вида продукции.

При автоматизации массового производства допустимы значительные затраты на автоматизацию производства данного вида продукции, поскольку их компенсация требует приемлемого роста цены продукции. Например, затраты на автоматизацию производства в 500 тыс. руб. при производстве партии изделий в 500 тыс. шт. могут быть компенсированы повышением цены одного изделия всего на 1 руб.. Следовательно, при массовом производстве допустимо (и в большинстве случаев желательно) использование специальных и специализированных средств автоматизации, предназначенных только для производства данной продукции и реализующих конкретные технологические процессы. Основной целью автоматизации массового производства является получение наивысшей производительности при выпуске определенной продукции.

Типичными примерами продукции массового производства являются подшипники качения, патроны к стрелковому оружию массового применения, одноразовые медицинские шприцы и др. Эта продукция производится непрерывно в течение многих лет без всяких изменений и потребляется в больших количествах.

Основными средствами автоматизации массового производства являются цикловые автоматы и автоматические линии с жестким рабочим циклом. Отсутствие необходимости перестройки рабочего цикла автомата или редко возникающая необходимость позволяют использовать в таких автоматах кулачковые и рычажные механизмы с заданной траекторией движения, кулачковые системы управления, командоаппараты и цикловые системы управления с аппаратной реализацией.

Технологические автоматы специального и специализированного назначения используются для автоматизации различных технологических операций. В области машиностроения и металлообработки, например, нашли широкое применение кулачковые токарные автоматы для изготовления фасонных деталей; копировальные автоматические станки токарной, фрезерной и шлифовальной групп; многорезцовые станки автоматы; многошпиндельные станки автоматы и др.

Иначе обстоит дело при многономенклатурном производстве. При выпуске, например, партии изделий в 100 шт. отсутствует реальная возможность (с точки зрения экономической эффективности) компенсации больших затрат на автоматизацию производства именно данного вида изделия. Значительные затраты на автоматизацию производства здесь окупятся только в том случае, если используемые средства автоматизации пригодны для производства и других видов изделий, т.е. обладают определенной универсальностью.

Следовательно, автоматизация многономенклатурного производства должна быть гибкой и обеспечивать возможность оперативного перехода на выпуск иного вида продукции. При этом сам такой переход, связанный с перестройкой технологических процессов, должен осуществляться либо автоматически, либо в автоматизированном режиме с наименьшими дополнительными затратами. Таким образом, автоматизация многономенклатурного производства существенно отличается от автоматизации массового производства и требует более сложных принципиальных решений по сравнению с массовым производством.

Если учесть, что массовое производство промышленной продукции занимает менее 20 % в общем объеме производства, то становится очевидной актуальность гибкой автоматизации.

В основе современного автоматизированного производства лежит концепция "безлюдной" и гибкой технологии. "Безлюдная" технология предполагает высокий уровень автоматизации всех производственных процессов с сокращением доли человеческого труда на производстве в 20 и более раз. Предполагается, что полномасштабная реализация этой концепции приведет к тому, что в промышленном производстве ведущих стран будет занято только около 2 % трудоспособного населения.

Гибкая технология означает возможность выпуска в автоматизированном производстве произвольной номенклатуры изделий в любых количествах (вплоть до индивидуального производства). При этом все процессы создания или модернизации продукции и перестройки производства осуществляются в автоматизированном режиме.

Гибкая технология актуальна для производств с большой номенклатурой выпускаемой продукции при частом обновлении этой номенклатуры. Гибкая технология основана на широком использовании принципов программного управления, когда изменение управляющей программы ведет к изменению рабочего цикла объекта управления, что позволяет перестраивать рабочие циклы простой заменой управляющих программ.