Создание систем организационно-технологического управле­ния производством продукции в машиностроении

Производственный процесс на машиностроительном предприя­тии может состоять из технологических операций непрерывных, характерных для химических производств, и дискретных, чаще распространенных в маши­ностроении, приборостроении и др. Однако при всем многообразии технологических процессов, встречающихся в машиностроении, боль­шинство из них можно отнести в первом приближении к категории непрерывных на отрезке времени «контроль – управление». Так, техноло­гический процесс механической обработки на станке является дискретным. Вместе с тем, если рассматривать отдельную операцию (например фрезеро­вание), то на интервале времени фрезерования (одного рабочего хода) и управления параметрами сил, режимов резания и другими процесс можно рас­сматривать как непрерывный и управле­ние осуществлять в контуре авто­матического управления или регулирования. Тот или иной тип техно­логического процесса определяет способ управления как основными, так и вспомогательными операциями и процессами объекта управления, возмож­ную полноту автоматизации технологического процесса.

Деление производственного процесса на фазы позволяет раз­рабатывать систему управления для фаз производства, так как каждая фаза имеет свои особенности независимо от конкретного вида изготовляемой продукции, ло­кализована по месту и времени выполнения и является законченной частью производственного процесса. Конкретный вид изготовляемой продукции оп­ределяет состав технологических процессов различных типов (дискретный, непрерывный и др.) для каждой фазы производства, что влияет на выбор той или иной схемы системы управления с учетом достигнутого уровня авто­матизации производства.

В современном машиностроительном производстве наряду с совершенство­ванием технологических процессов, энерговоору­женностью и оснащенно­стью механизмами все большее значение начинают приобретать вопросы ор­ганизации производства, при­нятия решений на основе информации о его функционировании на всех уровнях.

Структуру производственного процесса машиностроительного производства представим в виде совокупности типовых задач управления незави­симо от типа и фазы производства (рис. 69). Первая группа задач связана с управлением процессами, в основе которых лежат изменения физикохими­ческих свойств или гео­метрических размеров изделий, материалов или сы­рья, контроль за состоянием режущего инструмента и др. Характерной осо­бен­ностью этой группы задач является необходимость решения их в реаль­ном масштабе времени. Сюда, как правило, входят меха­ническая, термиче­ская и другие виды обработки, гальванопокрытия и т.п.

Рис. 69. Основные типовые задачи управления производственным процессом

В данном случае имеем дело с управляемым технологическим процес­сом, так как для него определены основные входные (управляющие, управ­ляемые и неуправляемые) воздействия и выходные переменные процесса, а также известны зависимости между входными и выходными параметрами.

Автоматизированное управление осуществляется по определенным принципам, в основе которых заложено деление всевозможных задач на группы.

К первой группе относятся задачи управления, связанные с необходимо­стью регулирования и поддержания параметров процесса в соответствии с заданными требованиями с помощью локальных контуров автоматического или программного управления. Как правило, это управление в реальном ре­жиме времени технологическими процессами, рассмотренное в разд. 3.

Вторая группа задач – это управление технологическим оборудованием, рассматриваемое совместно с технологическим процессом.

Оборудование может работать по жесткой программе, но стремление к обеспечению гибкости технологического оборудования привело к созданию переналаживаемых технологических систем, работающих от внешней про­граммы. Для обеспечения адаптивного управления, в систему вводят обрат­ную связь.

Третью группу составляют задачи управления вспомогательным обору­дованием. Такое оборудование обеспечивает непрерывную работу основного технологического оборудования. Это, как показано в разд. 4, автоматиче­ская загрузка – разгрузка, подача заготовок, смена инструмента. Вспомога­тельное оборудование может работать самостоятельно или быть составной частью технологического оборудования. Использование накопителей (см. рис. 3, 4) позволяет время реакции системы управления увеличить до нескольких десят­ков секунд.

Четвертую группу составляют задачи управления транспортными операциями, включая и операции, выполняемые транспортными роботами и ма­нипуляторами. При проектировании транспортных систем существенное зна­чение приобретают вопросы оптимизации маршрутов и алгоритмов управле­ния.

Различают также задачи управления складскими работами, которые рас­сматриваются совместно с транспортными процессами.

При всей условности деления задач на группы изучение фаз производст­венного процесса и анализ всех технологических процессов каждой фазы позволяют определить способ управления каждым отдельным процессом, а в последующем объединить отдельные подсистемы в единую систему управ­ления.

Информационные АСУ

Интенсивное усложнение и увеличение масштабов промышленного производства, развитие экономико-математиче­ских методов управления, внедрение ЭВМ, об­ладающих большим быстро­действием, гибкостью логики, значительным объ­емом памяти, во все сферы производ­ственной деятельности человека, послужили основой для разработки автоматизированных сис­тем управления (АСУ), которые качественно изменили формулу управления, значительно повысили его эффективность. Достоин­ства ЭВМ проявляются в наиболее яркой форме при сборе и обработке большого количества инфор­мации, реализации сложных законов управления.

АСУ – это, как правило, система «человек – машина», призванная обес­печить автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации процесса управления. В отличии от автоматических систем, где человек полностью исключен из контура управления, АСУ предполагает ак­тивное участие человека в контуре управления, который обеспечивает необ­ходимую гибкость и адаптивность АСУ.

Следует говорить не о вытеснении человека из кон­тура управления сложными системами, а о рациональном распределении функций управления между человеком и техническими средствами, освобождающими человека от решения рутинных задач и возлагающими на него задачи, решение которых требует творчества.

Существенным признаком АСУ является наличие больших потоков информации, сложной информационной структуры, достаточно сложных ал­горитмов переработки информации. Общими свойствами и отличительными особенностями АСУ как сложных систем являются следующие: наличие большого числа взаимо­связанных и взаимодействующих элементов, причем изменение в характере функционирования какого-либо из элементов отра­жа­ется на характере функционирования другого и всей системы в целом; сис­тема и входящие в нее разнообразные элементы в по­давляющем большинстве являются многофункциональными; взаимодействие элементов в системе мо­жет происходить по каналам обмена информацией, энергией, материалом и др.; наличие у всей системы общей цели, общего назначения, определяющего един­ство сложности и организованности, несмотря на все разнообразие вхо­дящих в нее элементов; переменность структуры (связей и состава системы), обеспечивающая многорежимный характер функ­ционирования, возможность адаптации как в структуре, так и в алгоритме функционирования; взаимодей­ствие элементов в си­стеме и с внешней средой в большинстве случаев носит стохастический характер.

В зависимости от роли человека в процессе управления распределение информационных и управляющих функций между оператором и ЭВМ, ме­жду ЭВМ и средствами контроля и управления все АСУ делятся на два класса – информационные и управляющие.

Цель информационных АСУ – получение оператором информации с вы­сокой достоверностью для эффективного принятия решений.

Эти АСУ подразделяются на информационно-справочные (пассивные) и информационно-советующие (активные) системы.

В информационно-справочных системах информация от датчиков преобразуется в цифровую форму устройствами сопряжения и вводится в ЭВМ. После обработки по соответствующим программам информация поступает на устройство отображения в форме, удобной для восприятия оператором.

ЭВМ в составе АСУ предоставляет широкие возможности для использо­вания математических методов обработки данных. Общение между операто­ром и ЭВМ ведется в режиме «запрос – ответ», причем «ответ» машины но­сит чисто информационный характер (рис. 70).

Рис. 70. Структурная схема информационно-справочной системы

Способы организации функционирования информационно-сове­тующей системы следующие: вычисление управляющих воздей­ствий производится при отклонениях параметров управляемого процесса от заданных технологи­ческих режимов, которые иниции­руются программой-диспетчером, содер­жащей подпрограмму ана­лиза состояния управляемого процесса; вычисление управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса, когда оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнитель­ные данные, которые невозможно получить путем измерения параметров управляемого процесса или содержать в системе как справочные.

Эти системы применяют в тех случаях, когда требуется осторожный подход к решениям, выработанным формальными мето­дами. Это связано с неопределенностью в математическом описа­нии управляемого процесса: ма­тематическая модель недостаточно полно описывает технологический (про­изводственный) процесс, так как учитывает лишь часть управляющих и управляемых параметров; математическая модель адекватна управляемому процессу лишь в узком интервале технологических параметров; критерии управления носят качественный характер и существенно изменяются в зави­симости от большого числа внешних факторов.

Управляющие АСУ

Адаптация к изменяющимся условиям управляе­мого процесса осущест­вляется за счет опробования различных вариантов не на самом процессе, а на его математической модели, хранящейся в памяти ЭВМ. Математическая мо­дель позволяет с помощью ЭВМ получить достаточно полную картину про­цесса в целом. Разработка модели процесса требует значительных усилий, однако на основе модели можно выполнить расчеты, необходимые для опре­деления управляющих воздействий. Без всестороннего понимания существа процесса и без его описания оптимальное управление невозможно.

Модель процесса, алгоритмы управления, измерения входных и выход­ных параметров и элементы управления в комбинации с техническими средст­вами АСУ образуют «строительные блоки» современных систем управления технологическими процессами.

По мере усложнения процессов даже самый квалифицированный опера­тор перестает справляться с задачами управления.

Управляющая система осуществляет функции управления по определенным программам, заранее предусматривающим дей­ствия, которые должны быть предприняты в той или иной произ­водственной ситуации. За человеком остается общий контроль и вмешательство в тех случаях, когда возникают непредвиденные алгоритмами управления обстоятельства. Управ­ляющие системы имеют несколько разновидностей.