ГЛАВА ВТОРАЯ
ФУНКЦИИ САПР В ГИБКИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
ПРОИЗВОДСТВАХ
Понятие и назначение гибких автоматизированных производств
XX век по праву можно рассматривать как период интенсивной автоматизации. Сначала (в начале века) автоматизация стала вторгаться в производственные процессы, приводя к значительному росту производительности труда. Наибольшее распространение здесь получила так называемая «жесткая» автоматизация, реализуемая с помощью относительно несложных алгоритмов, для выполнения которых нет необходимости использовать ЭВМ. Технической базой такой автоматизации, получившей широкое распространение в крупносерийном и массовом производстве, являются сравнительно простые логические устройства либо непосредственная реализация алгоритма «в металле».
Такой подход к автоматизации хотя и является экономически высокоэффективным и значительно повышает производительность труда в массовом производстве, тем не менее не позволяет осуществлять быструю перестройку оборудования для перехода к производству новой продукции. Кроме того, оператор здесь вынужден контролировать качество продукции, управлять оборудованием, выполнять работы по разгрузке и транспортировке материалов и готовой продукции и т. д.
Следовательно, жесткая автоматизация не решает или решает частично проблемы автоматизации серийного и малосерийного производства.
В последующие годы получила широкое распространение комплексная автоматизация технологических линий на основе много двигательных электроприводов с применением в качестве управляющих органов микропроцессоров и микро-ЭВМ. С появлением высокопроизводительных и надежных ЭВМ второго поколения, способных хранить и обрабатывать большие потоки информации, началась автоматизация управленческой деятельности человека, а с появлением ЭВМ третьего поколения и различных периферийных устройств (средств отображения и воспроизводства информации, устройств передачи данных, средств машинной графики и др.), обеспечивающих обработку и переработку информации в диалоговом режиме с человекам, начали развиваться системы автоматизированного проектирования и научных исследований (АСНИ).
Таким образом, следующий этап в развитии автоматизации (60—70-е годы) был направлен на повышение производительности труда в интеллектуальной деятельности человека посредством создания автоматизированных систем управления и, несколько позднее, систем автоматизированного проектирования и научных исследований.
С разработкой этих автоматизированных систем открылась возможность полной автоматизации производственной деятельности человека, которая включает в себя:
автоматизацию производства и его технологических процессов (АСУТП);
автоматизацию управления производством (АСУП);
автоматизацию проектирования, исследований и испытаний.
В настоящее время мы являемся свидетелями нового этапа в развитии автоматизации — создания гибких автоматизированных производств (ГАП), элементами которых являются АСУ ТП и САПР. Технической базой этой автоматизации являются ЭВМ, которые позволили преодолеть недостатки систем «жесткой» автоматизации начального периода путем адаптации алгоритма к изменяющимся условиям. Эта адаптация либо заранее предусматривается при разработке программы, либо выполняется на программном уровне, что значительно проще, чем перестройка механических жестко запрограммированных систем. Развитие АСУ и САПР показало, что наиболее эффективна эксплуатация этих систем в общем производственном процессе.
«Перед промышленностью на этом этапе стоят, по существу, две различные задачи. Крупносерийное и массовое производство надо наделить надлежащей гибкостью, сохранив при этом все преимущества широкой автоматизации. А малосерийное — необходимо комплексно автоматизировать с таким расчетом, чтобы наряду с гибкостью оно приобрело и лучшие черты массового производства: непрерывность, ритмичность, высокий темп выпуска изделий. Именно идея гибких автоматизированных производств позволяет решить обе эти задачи на единой основе» [25].
Создание и внедрение ГАП должно решить задачу комплексной автоматизации, на что обращается внимание в последних постановлениях партии и правительства, поскольку именно в комплексности заложен дополнительный экономический эффект, В [26] отмечается, что сам по себе отдельный автоматический узел или система, безусловно, выполняют полезные функции. Однако если все это объединить в единый производственный процесс, то эффект может быть значительно увеличен.
Процесс производства в ГАП полностью управляется и контролируется ЭВМ, которая управляет ходом процесса, оперативно реагирует на помехи и в большинстве случаев устраняет их причины. Контроль качества и выбраковка изделий производятся автоматически после каждой операции, а не в конце технологического процесса. Тем самым значительно сокращаются потери от брака и повышается качество продукции.
В сферу гибкой автоматизации включается не только основное, но и вспомогательное производство, складское хозяйство, транспорт и др. Повышается также эффективность управленческого труда.
В настоящее время центральное место в ГАП занимают ЭВМ как гибкий элемент управления и станки с ЧПУ как гибкий производственный элемент. Такие станки, создававшиеся первоначально для обеспечения высокого класса точности в обработке деталей мелкосерийного производства, стали, по существу, первым важным шагом на пути к гибкой автоматизации, поскольку появилась возможность быстрой переоснастки станков при изменении выпускаемой продукции [27]. Однако дальнейшее развитие ГАП невозможно без широкой роботизации производства.
Разработка и использование промышленных роботов предполагают [28]:
рост производительности труда в 2—4 раза, сокращение на 50 % производственных площадей;
значительное высвобождение рабочей силы из промышленного производства и ее эффективное использование в других сферах народного хозяйства;
сокращение вредного, тяжелого и монотонного труда.
Практически повсеместно разработка и освоение промышленных роботов осуществляются в направлении автоматизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ, подачи заготовок и изделий к станкам, сварных работ, окраски и консервирования, монтажа.
Роботы будущего будут существенно отличаться от основной массы производимых в настоящее время: они будут «наделены интеллектом», половина из них — устройствами обратной связи.
Кроме роботов важное место в ГАП занимают САПР, с помощью которых определяется логический образ будущего изделия на бумажных или машинных носителях. Получаемая при этом и находящаяся в ЭВМ информация имитирует производственный процесс и составляет программу для функционирования гибкой производственной системы.
Другая составляющая ГАП — автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). АСУ ТП используют в двух направлениях: для замены как труда операторов, так и более примитивных, «жестких» электромеханических управляющих и контрольных устройств электронными на базе ЭВМ. Огромную роль при этом сыграло развитие в 70-х годах микропроцессорной техники, которая позволяет встроить микрокомпьютеры в само оборудование. Без них было бы невозможно создавать ГАП: привязка каждого станка к одной ЭВМ обошлась бы слишком дорого и не обеспечивала бы гибкости при изменении производимой продукции.
Однако максимальный эффект может дать не механическая интеграция автоматизированных компонентов в единую систему, а заранее запланированный подход к гибкому автоматизированному производству, которое включает в себя как САПР и АСУ ТП, так и роботизированные центры машинной обработки, воплощающие в себе принципы функционирования производственной автоматизированной системы. Эту систему можно определить как управляемый и контролируемый ЭВМ комплекс станков с программным числовым управлением, связанных роботизированными транспортировочными устройствами, которые передают деталь через следующие одна за другой полностью автоматизированные операции. Иначе говоря, ГАП — это интегрирование САПР и АСУ ТП, опирающееся на использование ЭВМ, станков с ЧПУ, контрольных программирующих устройств, роботов. Неотъемлемой частью такого автоматизированного производства является также использование микропроцессорных систем и устройств памяти для автоматизированного контроля качества выпускаемой продукции, которые позволяют определить тенденции в изменении качества производимой продукции и предотвратить брак. Это становится возможным благодаря тому, что после измерения образцов ряда деталей ЭВМ создает статистическую модель, а затем сравнивает с ней производимую продукцию и дает указания для изменения технологического процесса в случае, если возникает опасность брака.
Следует еще раз подчеркнуть роль САПР в гибких автоматизированных производствах. Как утверждается в ряде исследований, САПР в рамках ГАП обладают большим потенциалом радикального увеличения производительности,
чем любое другое научно-техническое нововведение после изобретения электричества [27].
Какие же организационно-технические проблемы необходимо решить, чтобы вплотную приблизиться к созданию ГАП [29]?
Это, во-первых, разработка обрабатывающего и измерительного оборудования, способного выполнять определенный набор операций с высокой производительностью. Это оборудование должно обеспечивать автоматизацию в выполнении таких функций, как смена инструмента, удаление отходов производства переналадка в заданном диапазоне параметров и размеров и т. д. Примером такого оборудования являются обрабатывающие центры Ивановского станкостроительного производственного объединения типа «Модуль ИР-800» с магазином барабанного типа для автоматической замены оснастки и «Глобус-центр- ИР-500» с многоместным накопителем для обработки пяти сторон особо сложных корпусных деталей. В трансформаторостроении также применяются отдельные элементы подобного высокопроизводительного оборудования, например автоматические задатчик пластин и укладчик пластин конструкции ВИТ.
Во-вторых, создание робототехнических систем для работы в качестве лекальных средств загрузки оборудования, обслуживания складов и транспортеров. Особое внимание при этом уделяется унификации обрабатываемых деталей.
В-третьих, организация разветвленной автоматической системы внутрицехового транспорта, осуществляющего перемещение изделий и заготовок на позиции обработки и склады. Наиболее серьезная задача, которую здесь необходимо решить, это разработка устройств базирования и фиксации разнообразных деталей на постоянных технологических базах перемещаемых стеллажей.
Наконец, последняя, наиболее сложная проблема — организация управляющего центра производства, который должен обеспечивать взаимодействие всех его автоматизированных компонентов: САПР, роботов, контрольно-измерительных машин, станков с ЧПУ и т. д. Этот центр организуется, как правило, на основе функционирующей на предприятии АСУП.
