Экономический механизм хозяйствования

Таким образом, требования к современному машиностроительному производству, с одной стороны, а с другой - достижения в области микроэлектроники и связанные с ними успехи в области микропроцессорных управляющих вычислительных систем определили, соответственно, необходимость и возможность резкого повышения эффективности производства в современных условиях.

Объединение роботизированных комплексов, транспортных и складских средств и вычислительной техники дает многократно умноженный эффект, вносит коренные преобразования в технический уровень производства и служит основой гибких производственных систем, конечной целью которых является «безлюдное» производство.

В настоящее время особенно остро ставится вопрос дальнейшей интенсификации производства, повышения его эффективности и обеспечения выпуска конкурентоспособной продукции. Достижение этих целей возможно лишь при существенном росте производительности технологического оборудования и широкой его автоматизации. Эффективным средством реализации указанного является широкое применение ТПС и гибких производственных комплексов, управляемых от ЭВМ и работающих по принципу гибко переналаживаемых технологий.

В ТПС можно автоматизировать практически все технологические операции. Традиционный подход к построению ГПС состоит в замене универсального неавтоматизированного оборудования станками с ЧПУ или многооперационными станками со сменными спутниками, в объединении групп станков единой ЭВМ. Это позволяет создавать автоматизированные комплексы оборудования с ЧПУ, в которых помимо механической обработки деталей по заданной программе автоматизированы операции подачи на станки заготовок и удаление с них обработанных деталей; смены режущих и измерительных инструментов; контроля качества обработки деталей; транспортировки заготовок из склада к станкам и обработанных деталей от станка на склад; отвода стружки от станка и подачи смазочно-охлаждающей жидкости; смены программ обработки.

Основными частями автоматизированных комплексов (ГПС) являются:

- во-первых, автоматизированные транспортные системы подачи заготовок, удаления готовых деталей, подачи инструмента и его возвращения на склад;

- во-вторых, группы станков с автоматизированной сменой инструмента;

- в-третьих, управляющая их действиями центральная ЭВМ.

Основа автоматизации ГПС - широкое использование систем числового программного управления (ЧПУ) и управляющих вычислительных комплексов для управления и согласования работы станков, транспорта и всех устройств, необходимых для функционирования ГПС. В производстве, построенном на основе ГПС, изготовление деталей на станках осуществляется без станочников и практически реализуются принципы «безлюдной» технологии механической обработки с круглосуточной эксплуатацией оборудования, что чрезвычайно важно для машиностроительных предприятий.

В связи с созданием и использованием ГПС механической обработки особое значение приобретают станки с числовым программным управлением. Эти станки получили широкое применение в качестве наиболее производительного металлорежущего оборудования. Переход от отдельных станков с ЧПУ к автоматизированным системам в первую очередь решает задачу повышения эффективности оборудования с ЧПУ в 2-3 раза за счет резкого сокращения времени переналадки его на выпуск другой продукции, а также освобождения оператора от монотонной работы - наблюдения за работой станка. Объединение автономных станков с ЧПУ в автоматизированные гибко перестраиваемые системы позволяет повысить коэффициент загрузки станков, коэффициент сменности, при этом резко сокращается производственный цикл обработки деталей, появляется возможность выполнить операции в любой последовательности деталей нескольких типов одновременно.

В технически развитых странах накоплен опыт создания ГПС, компоновка которых зависит от многих факторов: алгоритма работы оборудования и его состава; степени автоматизации ГПС; потоков заготовок, инструментов, информации; организации транспортно-накопительных систем. Внедрение ГПС позволяет получить значительный экономический эффект в результате централизованного управления всеми производственными процессами, быстрой двухсторонней передачи административной и технической информации.

В настоящее время необходимость ускорения темпов социального и экономического развития нашей страны на базе научно-технического прогресса определила задачи по коренной перестройке организационно-экономических и технологических характеристик производственной деятельности в направлении создания более динамичных и сверхинтенсивных форм производства.

Рассматривая хронологию традиционного подхода к интенсификации производства можно показать, что она заключалась в повышении производительности машин, оборудования и технологических процессов.

По мере прогресса науки и техники традиционный путь интенсификации привел к резкому дисбалансу форм интенсификации труда человека и машин. В перспективе такой путь привел бы к еще большему противоречию трудовых возможностей человека и производительности машин.

Современный этап развития машиностроения в ведущих странах мира характеризуется повышением экономических и научно-технических требований к производству. Ранее перед автоматизацией ставилась задача обеспечить нужды производства по параметрам времени, количества и качества. Теперь устройства автоматизации применяются для непосредственной рационализации производственного процесса и обработки данных в системах планирования и управления.

В конце 90-х годов динамизм той или иной индустриальной державы зависит не столько от общего высокого научно-технического уровня промышленности, сколько от уровня овладения тремя направлениями, в которых сконцентрированы достижения многих областей науки и техники. Речь идет о компьютерах, средствах связи и автоматизации конторско-управленческой деятельности, производство которых станет ядром промышленности XXI века.

Как видно, главная тенденция и особенность современного этапа развития производства состоит в том, что впервые эта проблема решается принципиально по-новому за счет полного исключения исчерпавшего себя по интенсивности физического труда человека и расширения применения более гибких и практически неограниченных для интенсификации форм труда и широкими возможностями современных ЭВМ. Очевидно, можно утверждать, что последствия столь революционного изменения характера труда окажут глубокое влияние на разные стороны жизни общества - организационно-техническую, научно-техническую, социально-экономическую.

В конце 60-х годов прогресс вычислительной техники и средств автоматизации технологических процессов достиг такого уровня, что в промышленно развитых странах был поставлен вопрос о крупномасштабной автоматизации на основе ЭВМ. В то время было трудно ответить точно, где проявится наибольший эффект от внедрения новых технических средств - в технологии или производстве. Поэтому в 70-х годах в отдельности друг от друга стали развиваться, главным образом, две сферы (рис. 11.3): автоматизация обработки информации - автоматизированные системы управления (АСУ), системы автоматического управления (САПР); автоматизация технологии производства - технологическое оборудования с числовым программным управлением от ЭВМ (с ЧПУ), автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), промышленные роботы (ПР).

Рис. 11.3 Общие направления автоматизации

Опыт показал, что обработка информации (автоматизированная) в отрыве от автоматизации технологии не приводит к желаемым результатам. Поэтому в 80-х годах уже был взят курс на интеграцию указанных сфер автоматизации. Наиболее интенсивным направлением реализации такой интеграции является создание автоматизированных производственных систем, получивших название «гибких производственных систем» (ГПС). Хронологическое развитие ГПС делится на несколько периодов (рис.11.4.):

I период (60-70-е гг.) - разработка и проверка базовых принципов создания технологии будущего;

II период (80-е годы) - разработка и создание элементной техники и технологии;

III период (90-е годы) - разработка и создание системных комплексов гибкого производства.

Рис. 11.4 Хронология развития ГПС

Рассмотрим результаты этих периодов:

- продуктом первого периода стали такие новинки, как промышленный робот, обрабатывающий центр, микропроцессор, автоматизированное рабочее место проектировщика и др. достижения;

- второй период характеризуется первыми попытками реализовать методологию локально-комплексной автоматизации производства. Так возникли робототехнические комплексы (РТК), гибкие модули, линии и участки;

- в третьем периоде появились гибкие технологии с высоким уровнем машинного интеллекта техники управления производством.

ГПС представляет собой качественно новый этап автоматизации и организации производственных процессов. Концептуальные характеристики ГПС (автоматизация и гибкость) могут быть реализованы только при высоком уровне взаимосвязи и сбалансированности техники, технологии, информационно-программного обеспечения, подготовки соответствующих кадров, организации и управления: Организационно-экономическая концепция ГПС охватывает такие аспекты, как исследование ГПС как составного элемента всего производственного процесса, рассмотрение ГПС как самостоятельной системы, в которой составные элементы должны быть уравновешены.

ГПС является принципиально новой формой организации и интеграции производства на основе внедрения новой техники и технологии управления. В результате изменения и совершенствования форм организации сокращается живой овеществленный труд в единице продукции. С внедрением ГПС организуется «безлюдное» производство, достигается высокая производительность многооперационного оборудования и его непрерывная работа.

Внедрение ГПС требует определения экономической целесообразности уровня гибкости автоматизации определенного объекта. Экономический критерий - своеобразный компромисс между уровнем гибкости и величиной расходов на новую технику и перестройку оборудования в ходе производства. Основными организационно-техническими целями и критериями эффективности функционирования ГПС являются: уменьшение численности промышленно-производственного персонала; снижение себестоимости продукции; повышение использования производственных мощностей; сокращение срока разработки изделий. Определение целей разработки ГПС должно основываться на анализе и прогнозировании потребностей производства продукции и организационно-экономической оценке альтернативных вариантов организации производства, удовлетворяющих принятым критериям.

Для подобных современных производственных комплексов характерны высокая степень технологической, параметрической и структурной гибкости и широкое применение принципа типовых технологических, управленческих и технологических решений.

По технологическому признаку гибкие производственные системы в различного рода дискретных производствах могут быть разделены на две группы.

ГПС первой группы предназначены для выпуска с высокой производительностью крупных серий узкого спектра изделий, характеризующихся высокой степенью конструктивного и технологического подобия. Примером могут служить блоки цилиндров автомобильных двигателей, изготавливаемых в вариантах на 4 либо 6 цилиндров с расточками под гильзы различных размеров. Такие технологические задачи решают, применяя разновидность ГПС, называемую гибкой поточной линией (ГПЛ). На такой линии поток изделий перемещается с заданным ритмом по рабочим позициям, расположенным в соответствии с технологическим маршрутом и связанным внутренними межстаночными транспортными устройствами. Так или иначе прохождение изделием производственного цикла определяется технологическим маршрутом и соответствующим этому маршруту расположением оборудования.

Однако для такой разновидности гибких производственных систем характерно то, что для перехода на изделия другого наименования необходимо: остановить поток; завершить обработку имеющегося задела; остановить оборудование; перекомпоновать производственные бригады; произвести переналадку оборудования и затем снова запустить поток на выпуск изделий нового наименования. Таким образом, одновременно в производстве в условиях гибкого потока могут находиться изделия только какого-нибудь одного наименования.

Для выпуска изделий широкой номенклатуры, ограниченной только техническими характеристиками типоразмеров применяемого оборудования, и специализацией и квалификацией производственного персонала, обладающей в этих пределах большим технологическим разнообразием, создаются гибкие производственные системы второй группы, характеризующиеся иной организационной и функциональной структурой. Для этой разновидности производств характерно движение изделий от одной единицы оборудования к другой по участку по произвольно изменяемому маршруту с возможностью его прерывания. Маршрут движения изделий и последовательность выполнения над ними технологических операций не связаны с расположением оборудования или с неизменным порядком чередования специализированных производственных бригад, а определяются планом работы производственного комплекса и расписанием загрузки оборудования. Здесь возможно одновременное нахождение в производстве изделий различных наименований и не требуется обязательного выравнивания для различных изделий времени пребывания на соответствующих операциях технологического маршрута так же, как и числа этих операций. К гибким производственным системам данной разновидности относятся технологические комплексы разного масштаба и различной степени сложности и уровня автоматизации, от гибких участков и цехов до гибких автоматизированных производств и объединений. Таким образом, многономенклатурные дискретные гибкие производства независимо от их природы характеризуются одновременной работой над несколькими изделиями с выполнением при этом отдельных операций технологического маршрута на характерном для этих операций технологическом оборудовании либо с привлечением специализированного персонала.

Для ГПС второго поколения характерны нелинейные схемы организации производства, при которых порядок прохождения деталями технологических маршрутов определяется не конфигурацией технологической линии, а зависит от уровня загрузки тех или иных станков системы. Технологические маршруты, таким образом, изменяются в зависимости от состояния всей производственно-технической системы в целом, что позволяет оптимизировать загрузку станков, сократить объем незавершенного производства и время прослеживания деталей.

По мнению многих зарубежных специалистов, важнейшими условиями гибкого комплексно-автоматизированного производства являются комплексная стандартизация режущего и вспомогательного инструмента, крепежной оснастки, уменьшение на основе стандартизации исходных многообразий инженерных решений и обеспечение технологичности обрабатываемых деталей еще на стадии проектирования.

Одним из основополагающих принципов и необходимых предпосылок концепции адаптивной автоматизации в настоящее время является так называемая групповая технология, т.е. организация производства путем выделения в отдельные технологические группы деталей, близких по морфологическим параметрам и размерам и, следовательно, требующих сходных методов обработки и оборудования.

Структура и состав оборудования гибких производственных систем определяется, прежде всего, номенклатурой обрабатываемых деталей, чаще всего до десяти штук. Технико-экономические преимущества такого варианта системы обусловлены сравнительно небольшой номенклатурой режущего и вспомогательного инструмента и крепежной оснастки, простотой системы управления, планирования и диспетчирования, относительно небольшим массивом управляющих программ для станков.

Внедрение ГПС должно осуществляться без прекращения производственных процессов, что обусловливает особое значение организационного механизма подключения гибкого модуля к действующей системе. Следовательно, необходимо соблюдение таких принципов организации производства, как специализация предприятия и его звеньев, пропорциональность элементов, параллельность выполнения работ, непрерывность организации производственных процессов, ритмичность и равномерность производства, обеспечение целостности производственных систем. Важными проблемами остаются организация управления системы в реальном времени, координация с другими звеньями и возможность применения различных типовых ГПС на одном предприятии.

При анализе и решении о внедрении ГПС освящаются следующие проблемы: анализ состояния; тенденции, цели и критерии создания ГПС; характеристика особенности организации производства в условиях ГПС; проектирование ГПС в целом и по отдельным элементам; взаимосвязь ГПС с системами управления производства и всего предприятия; определение предварительной экономической эффективности до внедрения; внедрение системы; поддержание ее в состоянии эффективного функционирования.

Следует отметить, что ГПС не могут заменить все традиционные виды производства. Их области применения широки, но не беспредельны.

Свыше нескольких миллионов выгодно применять жесткую автоматизацию, а при нескольких сотнях деталей в месяц целесообразен ручной труд.

При проектировании ГПС исходным пунктом является анализ ассортимента производимых деталей, на основании которого выделяются те группы деталей, автоматизированное производство которых обеспечивает наивысшую экономическую эффективность. Затем с учетом взаимосвязей между потоками заготовок, инструментов, средств контроля информационных потоков определяют и оптимизируют методы производства и производственного процесса применительно к ГПС. Главное внимание при этом уделяют вопросам крепления и позиционирования заготовок, выбору инструмента, а также управлению производственным процессом.

Оптимизация систем производства и производственного процесса осуществляется путем многокритериального сравнительного анализа нескольких возможных вариантов. Основными оптимизируемыми параметрами являются: срок изготовления деталей; стоимость продукции; коэффициент загрузки оборудования. Важное место в обеспечении эффективности работы ГПС отводится контролю за состоянием инструмента и функционированием станков, роботов и периферийных устройств. Прямые измерения выполняются механическими, индуктивными и оптоэлектронными датчиками. Косвенные измерения основаны на определении усилия в зажимах, уровня шума, вибрации, расхода Электрической энергии, величины рабочего напряжения в электрических устройствах. Управляющие и контролирующие устройства состоят из программных модулей, позволяющих производить долгосрочное и краткосрочное планирование, управление материальными потоками и производственным оборудованием.

В настоящее время сформировалось два основных направления создания ГПС:

создание ГПС из вновь изготовляемого, а в ряде случаев -из специально проектируемого нового оборудования (ГПС-Н). Однако реальные возможности изготовления оборудования для ГПС-Н и значительные единовременные капиталовложения на его приобретение не позволяют удовлетворить существующие потребности;

создание ГПС на базе уже имеющегося на предприятии действующего оборудования с ЧПУ (ГПС-Д). Это направление в ряде случаев экономически более целесообразно, поскольку единовременные капиталовложения сводятся к затратам на модернизацию основного оборудования, приобретение вспомогательного оборудования (автоматизированной транспортно-складской системы (АТСС), оргоснастки рабочих мест) и системы управления (вычислительной техники, программного обеспечения), а также на проведение реконструкции цеха (участка), что в совокупности составляет 15-25% общей стоимости ГПС из 30 станков. Для многоцелевых станков эта доля еще ниже. Для ГПС-Д характерно разнообразие моделей оборудования, в том числе станков близкого технологического назначения. Это уменьшает гибкость и надежность ГПС, существенно усложняет вопросы управления, однако ГПС-Д является практически единственным средством повышения эффективности и использования уже имеющегося и довольно значительного парка станков с ЧПУ.

Показатели и область применения ГПС

Первоначальный мировой опыт разработки и внедрения наглядно показал жизнеспособность ГПС как высокоинтенсивной, трудосберегающей формы производства. Как по зарубежным, так и по отечественным данным, даже далеко не самые совершенные ГПС позволяют увеличить в среднем коэффициент использования оборудования на 30%, уменьшить его простой на 40%, снизить стоимость единицы продукции на 10%, уменьшить потребность в персонале на 30%, обеспечить поточное изготовление единичных партий изделий, поступающих в случайном порядке при номенклатуре до нескольких десятков единиц.

Анализ распределения времени загрузки производства (рис. 11.5) показывает, что основное машинное время оборудования для производства мелких партий деталей занимает всего 6% от общего времени загрузки производства, а доля вспомогательного времени в совокупности с потерями превышает 50-60%. Естественно, что основной упор был сделан и на автоматизацию вспомогательных операций, обеспечение автоматического функционирования оборудования в вечерние и ночные смены, резкое сокращение времени переналадок, переоснащение, смены инструмента, автоматизацию управления материалами и информационными потоками.

Рис. 11.5 Диаграмма распределения времени загрузки производства

Наибольшее распространение ГПС получили в механообработке. Здесь сформировалась типичная структура - модули, объединяемые в линии или участки с помощью транспортно-складских систем. Распространение ГПС в механообработке неравномерно. В основном развитие получила обработка корпусных деталей, затем тел вращения и листовых материалов. Достигнута длительность безоператорной работы модулей для корпусных деталей до одной смены (как правило, ночной) и повышение производительности труда до 200-300%.

Автоматизация многономенклатурного производства на базе ГПС позволяет приблизить его по организованности к конвейерному, придать мелкосерийному производству характер массового па-производительности и использованию оборудования.

Анализ применения ГПС в механообработке показывает, что по сравнению с традиционным оборудованием ГПС позволяет снизить следующие показатели:

- число единиц технологического оборудования на 50-70%;

- число обслуживающего персонала максимально - на 80%;

- удельные расходы на зарплату рабочим, отнесенные к одной детали - на 20%;

- производственные площади - на 60%;

- производственные расходы - на 55%;

- накладные расходы и расходы на вспомогательные работы - на 87%;

- общее время производительного цикла (от заказа до выпуска готового изделия) - в 5-6 раз, в том числе время обработки -на 50-70%, время наладки - на 90%.

Уместно также отметить, что гораздо труднее с помощью ГПС осваивать сборочные технологии. Если в ГПС мехобработки фокусирующим компонентом является обрабатывающий центр, то для сборочных большое значение имеют промышленные роботы, обеспечивающие универсальность и гибкость сборочного оборудования. В сборке требуются работы с развитой сенсорикой и достаточно высоким уровнем машинного интеллекта, что особенно влияет на повышение уровня при создании ГПС сборки.

В связи с тем, что роботы с интеллектуальными средствами не получили необходимого распространения, приходится резко повышать затраты на периферийное оборудование и оснастку, создавая условия для применения более простых роботов. При этом стоимость оснастки и периферийного оборудования составляет до 70% от общей стоимости сборочного модуля.

Сборочное оборудование является одним из определяющих в общем технологическом цикле производства как с точки зрения обеспечения номенклатурного и качественного уровня, так и объемов выпуска. Свыше 30% объема продаж технологического оборудования в мире составляет сборочное, а, по оценке специалистов, динамика его роста в общем объеме равна 45-50%.

Созданию ГПС предшествовал этап развития элементной гибкой технологии. При этом основой гибкости стала перестройка программ управления оборудованием и процессами.

В 50-е годы стали развиваться металлорежущие станки с программным управлением. В конце 60-х появились управляемые от ЭВМ промышленные роботы. Далее, в 70-х, числовое программное управление станками также было переведено на управление от ЭВМ. После этого начали появляться другие технологические средства, управляемые от ЭВМ. Например, транспортные робокары.

Появление в середине 70-х годов микропроцессоров и микро-ЭВМ в значительной степени ускорило развитие систем программного управления, способствовало расширению функциональных возможностей, облегчало их встраивание в технологическое оборудование при конструировании.

На следующем этапе, который начался в 80-е годы, все это отдельно созданное и разрозненно-эксплуатируемое автоматическое оборудование стали объединять в целостно-эксплуатируемые системы.

В исследованиях ГПС выявлено, что затраты на сравниваемые по показателям системы могут различаться весьма существенно - в 5-7 раз.

За рубежом разработан ряд экспериментальных проектов ГПС с использованием системного подхода и принципа системной комплектности. Это широко известные проекты фирм ФАНУК (Япония), КОНАУ (Италия), РЕРАСАМ (Англия), УСАМ (США) и др.

В бывшем СССР имелись проекты создания ГПС, в которых конкретно реализуется системный подход. Гибкий машиностроительный комплекс, построенный в электронной промышленности, нацелен на достижение таких технико-экономических показателей, которые позволяли бы перекрыть широкий диапазон производственных возможностей - от опытного производства индивидуальных

изделий до мелкосерийного и серийного производства. Такая цель требует взаимосвязанного рассмотрения не только процессов проектирования, конструирования, технологической подготовки и изготовления, но и процессов долгосрочного планирования производства, развития НИР и ОКР, управления хозяйственной деятельностью и инженерно-технической подготовкой.

Гибкий производственный комплекс из 17 роботизированных модулей для обработки тел вращения успешно эксплуатируется, подтверждая обоснованность выбранного подхода. Решение первоначальных задач уже привело к повышению производительности в 4,5 раза, при снижении себестоимости продукции на 30-40% и увеличении ее объема в 2 раза.

Системная постановка проблем характерна для проекта КАПРИ Института атомной энергии им. И.В. Курчатова. Проект связан с разработкой ГПС для опытно-экспериментального машиностроения с индивидуальным и мелкосерийным типом производства. Характерная особенность КАПРИ - ориентация на полный сквозной цикл «Проектирование - подготовка производства - изготовление».

В соответствии с комплексным проектом в электронной отрасли созданы цеховые структуры ГАЛ, ГАУ и ГАЦ с минимальным участием людей в самых ответственных технологических операциях микросборки и микросварки. В результате реализации проектных разработок производительность комплексно-автоматизированных участков сборки в расчете на одного оператора выросла в 20 раз; объем производства увеличился в 4 раза; число отказов в работе оборудования снизилось в 3 раза. Решена важная социальная проблема - человек освобожден от выполнения вредной для зрения и здоровья работы.

В настоящее время известно более 300 зарубежных разработок ГПС, большая часть которых уже внедрена в промышленности. Почти 50% всех разработок приходится на долю Японии; около 30% ГПС создано фирмами Западной Европы; 20% спроектировано в США.

Одной из основных проблем, возникающих при создании ГПС, является обеспечение аппаратной и программной совместимости отдельных автоматизированных линий. Решение проблемы заключается в стандартизации аппаратного и программного обеспечения. Причем процесс стандартизации должен быть обязательным для всех фирм изготовителей вычислительной техники и периферийного оборудования. Фирмой GENERAL MOTERS (США) разработан стандарт предприятия «Протокол автоматизации производства». Фирмой DEC (ФРГ) используется ГПС с хорошо отработанными пакетами программ в области планирования производства, конструирования и подготовки производства. ГПС на базе центрального банка данных создана и используется фирмой MCDONELL DOUGLAS (США). Кроме САПР, автоматизированных систем планирования и управления производством в ГПС этой фирмы имеется автоматизированная система контроля качества продукции. Фирмой SIEMENS (ФРГ) внедрена ГПС, которая осуществляет конструирование, программирование и подготовку производства, управление станками, контроль качества, управление заказами, складским хозяйством, отправкой готовой продукции.

Предложенная фирмой D'IVEREA (Италия) концепция управления позволила создать систему, названную ею руководящей, с выделением функций собственно управления (распределение и проведение работ в производственной системе с помощью прямых и косвенных указаний) и функций контроля (накопление и обработка информации для подготовки манипуляционных действий с последующей ее передачей на управление функции). Все функции зависят от аппаратурного состава производственной системы, что не позволяет создавать стандартные программные модули. Фирма пытается преодолеть эту трудность путем разработки гибкой руководящей системы, позволяющей изменением определенных программных модулей адаптировать ее к конкретным условиям производства. Дальнейшее развитие системы предлагается по пути создания экспертных систем с искусственным интеллектом, позволяющих производить самообучение.

Усиление конкуренции чрезвычайно обострило требования к качеству выпускаемой продукции и гибкости производственных систем, что привело к всемирной интеграции новейших технологий в систему производства и активизации участия сотрудников в процессе выработки производственных решений. Все это обусловило создание в Америке концепции «подвижного производства». Примером может служить завод по производству электронных компонентов автомобильной компании «Форд Лэнсдейнс», выпускающий в день 124 000 различных сложных приборов. Руководству предприятия приходится ежедневно отслеживать производственное движение более 5 млн. деталей. При этом производство может быть перестроено на новую программу в течение 24 часов, т.к. завод был спроектирован с высоким уровнем автоматизации, повсеместным компьютерным контролем, что позволяет быстро реагировать на все изменения. Работа предприятия базируется в основном на программном, а не аппаратном обеспечении. Поэтому, когда нужно изменить производственный процесс, меняют программу, а не оборудование. На заводе стараются установить более тесные связи с потребителями и поставщиками, чтобы оперативнее реагировать на все изменения рынка.

Интенсивное использование технологии кодирования для отслеживания пути каждого сборочного узла, а также оборудования на компьютерной основе, которое можно перепрограммировать буквально «на лету» - все это дает возможность производственным руководителям сократить производственные запасы, свести к минимуму время перехода на новую продукцию и, соответственно, быстро реагировать на изменение потребительского спроса.

Несмотря на очевидные достоинства гибких производственных систем при автоматизации технологических процессов в промышленности возникают существенные технико-экономические затруднения и противоречия.

В условиях быстрого развития техники требования к современной автоматизации оборудования постоянно повышаются. При этом, с одной стороны, повышение точности, динамических и эксплуатационных характеристик технологического оборудования ведет к постоянному его усложнению, а с другой - требуется быстрая смена поколений оборудования, сокращение сроков его разработки и внедрения. Задачи же по созданию и внедрению гибких производственных систем достаточно сложны. Это объясняется тем, что разработка процессов проектирования и изготовления Продукции должна быть ориентирована на применение высокопроизводительных материале- и энергосберегающих технологий, новых конструкционных материалов, повышающих надежность, экономичность и долговечность изделий, на использование методов групповой организации производства.

Для современных способов автоматизации производства характерны высокие уровни начальных капиталовложений. ГПС в этом смысле не является исключением. Например, в зарубежной практике ГПС для большей части разработок начальные капиталовложения составляют от 2 до 20 млн. долл. Стоимость наиболее распространенных промышленных роботов изменяется в диапазоне от 40 до 100 тыс. долл.

Показателен пример японской фирмы «Ямазаки», создавшей ГПС механообработки. В результате ее внедрения число станков уменьшилось с 68 до 18. Занимаемая оборудованием площадь сократилась в 3 раза, число работников уменьшилось с 215 до 12 человек, технологическое время обработки сократилось в среднем с 85 до 1,5 дней. Несмотря на столь резкое улучшение показателей через два года из 18 млн. долл. затрат окупилось только 6,9 млн. долл. Это свидетельствует о том, что обоснованием капиталовложений на создание ГПС должны быть соображения стратегического характера, вытекающие из комплексного анализа эффективности ГПС. Анализ экономической эффективности ГПС является одной из центральных проблем, решаемых при создании гибкого производства.

К недостаткам следует также отнести:

- противоположность тенденций к унификации узлов ГПС и их гибкости, т.е. степени адаптации к конкретным особенностям различных технологических процессов;

- снижение производительности ГПС (по сравнению с жесткими автоматическими линиями роторно-конвейерного типа) при расширении их функциональных возможностей и универсализации вследствие разделения транспортных, вспомогательных и особенно производственных операций.

Эти трудности в значительной мере являются результатом того, что существующие ГПС и робототехнологические комплексы нацелены на исключение человека из сложившегося технологического процесса, опирающегося на готовые единицы основного оборудования, главным образом, станки с ЧПУ.

О значении, придаваемом ГПС, и сложности решаемых задач свидетельствует тот факт, что в принятой в 1985 году. Комплексной программе научно-технического прогресса стран-членов СЭВ до 2000 года создание ГПС признано одним из пяти приоритетных направлений международного сотрудничества. В США, Японии и странах Западной Европы наиболее крупные проекты в этой области также выполняются на уровне государственных и международных программ. Правительство Великобритании компенсирует фирмам половину затрат на получение консультаций и до трети капиталовложений на приобретение оборудования и расширение производственных площадей для создания ГПС.

Однако практика создания, внедрения и эксплуатации ГПС выявила целый ряд объективных и субъективных трудностей и показала, что во многих случаях ГПС не оправдали возлагаемых на них надежд, что необходимо тщательное технико-экономическое обоснование уровня гибкости и автономности ГПС с учетом организационно-производственной специфики конкретных предприятий. При создании ГПС особое внимание следует уделять вопросам оптимизации материальных, энергетических и информационных потоков, которые в значительной мере определяют мобильность и эффективность таких производств.

Оценивая реально существующее положение, следует признать, что наиболее скромные успехи достигнуты в области организационного управления. Однако в целом проблемы устойчивости и смежные задачи организационного управления работой ГПС связаны не столько с созданием каких-то новых оптимизационных моделей или глобальных концепций управления, сколько с анализом и взаимной увязкой различных компонентов производственного процесса - направление главного удара при разработке систем Организационного управления переносится из сферы теоретико-математической в сферу практической организации производства.

Внедрение ГПС требует привлечения новых нетипичных для Традиционного производства специалистов: технологов-программистов, электронщиков, операторов и наладчиков станков с ЧПУ, а также существенного повышения квалификационных требований к имеющимся специалистам. Таким образом, хотя внедрение ГПС обусловливает тенденцию сокращения числа работающих в расчете на единицу выпускаемой продукции, требуемая «сумма квалификаций» и спектр профессиональных специализаций персонала резко возрастают.

Сама идея создания ГПС вытекала из логики развития техники - на базе последних достижений вычислительной техники и механообрабатывающего оборудования не просто создать технологическую систему (пусть совершенную), а систему производственную, призванную решать в первую очередь именно производственные задачи, особенно в мелкосерийном многономенклатурном производстве. Эта задача пока решена только частично. Основная трудность состоит в том, что по мере снижения серийности происходит резкое усложнение организационно-производственных взаимосвязей как внутри производственной системы, так и при ее взаимодействии с «внешним миром», именно поэтому наиболее обнадеживающие результаты гибкая автоматизация пока дала в массовом, крупно- и среднесерийном производстве, где эти взаимосвязи гораздо проще.

Нами рассмотрены внутрипроизводственные технико-экономические проблемы создания и внедрения ГПС. Обратив внимание на макроэкономические проблемы, на влияние «внешней среды», можно сделать вывод, что в настоящее время в Беларуси не лучший период для эффективного развития гибкого производства. Основная причина современного экономического кризиса в Республике Беларусь заключена в отставании развития технологий из-за постоянного недофинансирования инвестиционного процесса, состояние которого можно охарактеризовать как «дистрофия инвестиций»- болезнь застарелая, хроническая для всей экономики.

Перспективы развития ГПС связаны со все более масштабной интеграцией в составе одной системы различных производственных функций и полной передачей этих функций под контролируемое управление от ЭВМ. Такая концепция может быть реализована в XXI веке. Это объясняется тем, что реализовать ее можно только на новейшей технологии вычислительной техники, в частности, на ЭВМ пятого поколения, базирующихся на принципах искусственного интеллекта, развитых средствах обработки Графической и речевой информации, лазерной и другой техники Измерения и т.д. Точные прогнозы развития ГПС затруднены из-за того, что часто ГПС включает разные по масштабу системы. Число станков может изменяться от 2 до 50 и больше, а стоимость, соответственно, колеблется от 0,5 до 50 млн. долл. По данным средних годовых приростов производства элементных технологий, ГПС и системы с ЧПУ имеют прирост, соответственно, 5,4 и 14,7%. Основание гибкого производства осложняется тем, что развитие элементных технологий проходит неравномерно во времени и часто от идеи до внедрения этап может занимать до 20 лет. При этом в последние годы ускорился процесс развития систем САД/САМ. Капитальные вложения на создание таких систем в передовых в техническом отношении странах составляют для машиностроения 35% от капиталовложений на вычислительную технику. Эта тенденция отражает крупные шаги, осуществляемые в направлении повышения эффективности и интеллектуальности возможностей будущих ГПС.

Так, например, в ФРГ объединение ЭВМ через вычислительные сети обеспечивает интеграцию (информация и данные относятся к предприятию в целом). Это осуществляется через систему CIB (Computer Integrated Business) и с помощью компьютерно-интегрированного производства CIM (Computer Integrated Manufacturing).

Институт производственной техники и автоматизации им. Фраунхофера (1РА), в г. Штутгарте (ФРГ) разрабатывает основные положения CIM независимо от изготовителей и коммерческих поставщиков. Кроме того, институт решает локальные проблемы предприятий, анализирует их, дает конкретные технологические решения или методические указания. При этом технологические процессы и их логические обоснования рассматриваются в непосредственной совокупности с процессами планирования и управления, вплоть до обеспечения качества продукции и технического обслуживания систем.

Структура промышленного предприятия - основной вопрос компьютерно-интегрированного производства (CIM). Если ранее структура предприятия ограничивалась только выбором линий, ориентированных на изготовление изделия, или выбором цеха, ориентированного на выполнение определенных функций, то теперь для каждой производственной ступени важно, должна ли она выполняться в виде самостоятельного участка или сконцентрировать ряд рабочих операций в одной производственной ячейке (или ГПС).

Производственная структура определяет не только организацию исполнения рабочих процессов, при ее разработке необходимо также учитывать спектр обрабатываемых деталей и многократное выполнение операций переналадки. Для этого применяется ЭВМ в информационном потоке, используются роботы в потоке материалов и гибкая автоматизация производственных и сборочных ячеек.

В последние годы IPA разработал ряд методов анализа и оценки данных для решения указанных проблем. Например, программы анализа позволяют специалистам, занятым процессами планирования, быстро находить альтернативные организационно-производственные концепции. Но разработка структуры не означает объединения по соответствующим критериям, иногда существующие структуры приходится расчленять, вплоть до создания нового предприятия.

Условием успешного функционирования автоматизированного производства любой концепции является синхронизированный поток материалов и информации (без узких мест). В сложном контуре регулирования высокоавтоматизированных производственных систем со всеми компонентами потоков материалов и информации оптимальное решение может гарантировать использование взаимоувязанного многолетнего опыта в области производства, сборки, техники транспортирования и складирования.

Достаточная гибкость производства достигается только в том случае, когда практически все возможные рабочие ситуации будут учтены при планировании. Непрерывное повышение уровня автоматизации вызывает увеличение затрат на планирование. Необходимо постоянно согласовывать между собой производственные мощности и время прохождения изделий, обеспечивать оптимальный режим производственных процессов, операций переналадки, плановый режим работы и ремонтов. Из-за сложности указанных проблем применение статических методов иногда невозможно, а динамические методы требуют применения ЭВМ. Вспомогательные средства на базе ЭВМ для логического управления производственными системами, моделирования процессов (производства и определения эффективности оказались наиболее целесообразными инструментами планирования, с помощью которых можно быстро получить точные решения.

В настоящее время с помощью моделирования оптимизируется работа такой сложной системы, как, например, комплексный автомобильный завод.

Планирование и управление являются основой любого ре-биения автоматизированного производства на предприятиях ФРГ. Наряду с производственной мощностью учитываются такие факторы, как общее время прохождения изделий и наличие запасов материальных средств. Управление производством имеет целью не только определение загрузки станков, но также и снижение до минимума запасов материалов. Такая цель управления производством требует новых методов программного планирования производства, материального хозяйства, цехов и производственных данных. Все это вызывает изменение организации процесса. В качестве примера может служить система материального хозяйства фирмы «Фольксваген» (VW, ФРГ). Эта система предназначена для последовательного многоступенчатого производства и отличается подходом к ограничению запасов материалов и загрузке производственных мощностей с учетом конкуренции. Основой системы является специально разработанный способ для определения количества изделий и исполнения заказов.

Сложные технические системы на уровне производственных ячеек требуют дополнительно интеллектуальных устройств управления. Автоматизированные транспортные системы не решают всех проблем ГПС. Институт IPA работает над устранением узких мест между планированием, управлением производства и фактическим рабочим процессом. Созданы графические центральные щиты для управления складскими и цеховыми операциями, а также программы управления в реальном масштабе времени для ГПС.

Прогрессивная система контроля автоматизированного производства имеет данные о текущем состоянии всех компонентов и фиксирует состояние наиболее изнашивающихся частей. Одним из основополагающих принципов и необходимых предпосылок концепции адаптивной автоматизации в настоящее время является так называемая групповая технология, т.е. организация производства путем выделения в отдельные технологические группы деталей, близких по морфологическим параметрам и размерам и, следовательно, требующих сходных методов обработки и оборудования. В отличие от классических схем управления производством, ориентированных не столько на изготовляемое изделие, сколько на типаж имеющегося оборудования, принципом создания гибких систем является концентрация всех станков, предназначенных для полной или почти полной обработки деталей выбранной технологической группы, на одном участке и объединение их в единую транспортно-накопительную систему.

CIM-система должна быть такой же надежной, как и обслуживающий персонал. Обучение и мотивация деятельности персонала является основным компонентом CIM-концепции. Чем выше степень автоматизации, тем значительнее человеческий фактор -информация, мотивация и квалификация персонала.

Базой для планирования и исполнения ОМ-систем является анализ информационного потока, а базой для реализации соединенных систем - способные к интеграции ЭВМ, устройства управления и открытые системы средств математического обеспечения, которые должны приспосабливаться к развивающейся организационной структуре предприятия. Одной из возможностей соединения между собой ЭВМ и устройств управления является локальная вычислительная сеть (LAN). Для стандартизированного отображения информации в сфере производства используется, например, МАР - способ (Manufacturing Automation Protocol), а для решения той же задачи в сфере управления - ТОР (Technical Office Protocol).

Важным для CIM-концепции является разделение знаний и труда между человеком (оценка информации) и ЭВМ (алгоритмическая обработка и накопление информации). Различают вертикальную и горизонтальную коммуникации - в зависимости от направления информации и связи функций. Вертикальная коммуникация означает интеграцию иерархий принятия решений на предприятии в информационной системе: обмен информацией возможен непрерывно от верхней ступени в иерархии управления до производственного процесса. Горизонтальная коммуникация означает передачу данных внутри иерархического уровня: обмен данными между сотрудниками отдела, в производственном процессе - между станками, складами и транспортными системами. Для безупречной CIM-концепции требуются горизонтальная интеграция иерархических уровней и уровней ЭВМ.

На основе вышеизложенного установлены условия для CIM-реализации:

- полезность заказчиков и, следовательно, получение прибыли;

- в центре всех обсуждений должен находиться человек, влияние человеческого фактора; только человек обеспечивает повышение производительности и гибкость производства;

- организация структуры и технологического процесса должны проверяться при каждом существенном изменении производственной программы и «глубины» производства;

- общее время изготовления изделий и использование производственных мощностей по отношению к целям предприятия должны представлять оптимальное компромиссное решение;

- качество изделий должно обеспечиваться производством, а не проверяться после изготовления. Технический уровень технологических установок и процессов должен непрерывно повышаться;

- стандартизация изделий и функций так же важна, как и стандартизация коммуникаций. Информация и коммуникации требуют ответственной функции управления;

- искусственный интеллект не может заменить знаний квалифицированного эксперта, но при этом он оказывает эффективную помощь.

CIM -концепция является новой сферой для поставщиков ЭВМ и средств математического обеспечения. Целью этой концепции является повышение эффективности процессов производства и управления.

Некоторые исследователи утверждают, что новая концепция подвижности производства может привести к появлению «виртуальных предприятий», когда несколько «подвижных» компаний объединяются на некоторое время для создания определенного сложного продукта, а затем это объединение распадается, и участники переходят к новым проектам. Основа концепции - каждое предприятие будет делать то, что умеет лучше всего. Например, одна компания будет делать проектирование изделий, другая занимается производством, третья - маркетингом и продажами.

Подтверждением того, что это не просто слова, являются разработка и внедрение в последние 15 лет в США и других странах новой системной безбумажной технологии CALS. Она представляет собой электронное описание процессов и изделий на протяжении всего их жизненного цикла. Это их виртуальная, безотказная и безошибочная проводка от разработки до утилизации. Изделия могут создавать партнеры из разных стран, язык общения - стандарты, средство общения - мировые компьютерные сети. Система сама производит расчеты, которые укажут, где и что экономичнее производить. Поэтому созданные в CALS изделия заведомо дешевле, имеют более высокие качественные характеристики.

В настоящее время безлюдность уже не рассматривается как основная техническая цель создания ГПС. Более перспективным, с точки зрения снижения эксплуатационных издержек, повышения гибкости и особенно надежности работы ГПС, считается сочетание передовой технологии и высококвалифицированной работы на более высокой ступени организации производства.

Для решения проблемы обеспечения аппаратной и программной совместимости отдельных автоматизированных линий перспективным является создание эффективной государственной системы стандартизации и сертификации продукции (ISO-9000), которая позволяет: создать современную информационную базу для принятия перспективных и текущих решений в области научно-технической политики, структурной перестройки, маркетинговой политики и т.п.; обеспечить высокое качество и научно-технический уровень выпускаемой продукции посредством покупки лицензий и копирования лучших зарубежных образцов продукции, развития собственной исследовательской и проектной базы, системы стандартов и т.д.

11.5 Сетевые структуры управления

Как уже отмечалось, традиционные иерархические и бюрократические формы организации и управления во многих случаях не отвечают возросшим требованиям к современным предприятиям относительно их способности к быстрым изменениям, обучению и модернизации, поэтому под влиянием научно-технического прогресса в последние 20-30 лет в индустриальных странах произошли эволюционные изменения теории и практики управления. Это было адекватное реагирование на неуклонное усложнение внешней среды во времени. Точность предвидения изменений во внешней среде и время адаптации к изменениям в ней являются оценкой эффективности управления. Достижение положительных результатов на более длительную перспективу - вот что требуется от сегодняшних менеджеров. Поэтому компании все чаще экспериментируют в области развития своих структур и процессов. Особое внимание стало уделяться созданию сетеобразных структур. Термин «сеть» сам по себе является абстрактным понятием, означающим набор узлов и отношений, связывающих эти узлы, и используется в различных областях науки, включая теорию организации, нейронные технологии, теорию коммуникаций и теорию малых групп. В бизнесе под сетью понимается способ регулирования взаимозависимости фирм, отличающихся и от объединения этих фирм в одну интегрированную организацию, и от координации их деятельности с помощью рыночных механизмов и основанный на корпоративной игре с особыми отношениями.