В последние годы в мировой практике накоплен значительный опыт автоматизации мелкосерийного и серийного производства, удельный вес которого во всем валовом мировом продукте, по данным Международного центра технологии машиностроения, составляет 70%. На сегодняшний день направление развития автоматизации на машиностроительных предприятиях определено концепцией компьютеризированного интегрированного производства (CIM - Computer Integrated manufacturing), предполагающей увязку в единый комплекс систем проектирования, технологической подготовки и изготовления изделий.
Чертеж исходного изделия - автоматизированное проектирование соответствующей технологической оснастки - формирование операционной технологии ее изготовления и разработка ЧПУ - программ - определение параметров заготовок, уточнение состава нормализованных и покупных деталей... Пусть все эти необходимые этапы технической подготовки производства пройдены, что же дальше? А дальше - цех!
Непосредственное изготовление в цехе комплектов спроектированных деталей в соответствии с имеющейся технологией - этап, вызывающий у большинства руководителей производств неприятные предчувствия (ох уж эти вечные проблемы с отказами оборудования, несвоевременно поданными заготовками, постоянными задержками заказов, браком...). Но именно механообрабатывающий цех принимает эстафету на финальной стадии реализации общей схемы "автоматизированное проектирование - изготовление", хорошо известной как CAD/CAM.
На решение проблем организации производства в механообрабатывающих цехах нацелен программный комплекс "ФОБОС" - интегрированная система автоматизированной подготовки производства, оперативного планирования и диспетчерского контроля.
Система "ФОБОС" - программный продукт, который составляет ядро системы управления современным цехом механообработки, интегрируя в единое целое автоматизированную технологическую подготовку производства (на уровне цеховых техбюро), оперативное календарное планирование (расчет, коррекцию и компьютерную поддержку производственных расписаний), диспетчерский контроль за состоянием обрабатываемых детале-сборочных единиц в условиях мелкосерийных и единичных производств. Система предназначена для начальников цехов, мастеров участков, цеховых технологических и планово-диспетчерских бюро. Промышленная эксплуатация системы "ФОБОС" на машиностроительных предприятиях России, в странах СНГ, в Германии и Китае позволяет за счет эффективной организации производства минимизировать нормы материальных и трудовых затрат, повысить фондоотдачу технологического оборудования, снизить себестоимость изделий.
Система "ФОБОС" состоит из двух основных подсистем: "Внутрицеховой технологической подготовки производства" и "Оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля".
Подсистема внутрицеховой технологической подготовки производства
Исходные данные для оперативного календарного планирования и составления производственных расписаний вносятся в подсистеме внутрицеховой технологической подготовки производства.
Основные функции подсистемы:
- формирование материальных карт на комплекты деталей;
- написание технологических процессов (маршрутных технологий) обработки деталей с привязкой операций к имеющемуся в цехе оборудованию;
- нормирование заготовительных операций: ковка, резка на отрезных станках, резка автогеном и на ПКК, рубка металла и пр.
- нормирование операций, связанных с термической обработкой и нанесением покрытий;
- включение в ТП операций, технологически связанных с другими деталями комплекта, например, механообработка в сборе;
- формирование сводного списка технологических маршрутных карт с указанием суммарной трудоемкости по отдельным видам операций и расчетом суммарных затрат на весь комплект;
- ведение архива технологических процессов и данных о типовых технологических операциях;
- импорт чертежей и технологической информации из других систем САПР и ТПП.
Заметим, что правила формирования и оформления техпроцессов (как операционные, так и маршрутные технологии) в России и Китае в основном совпадают, так же как состав и критерии оперативного производственного планирования. Этим и определяется успешная промышленная эксплуатация системы "ФОБОС" как на 18 машиностроительных предприятиях России и стран СНГ, включая такие известные заводы как АМО "ЗИЛ", АО "МОСКВИЧ", АО "ЗВИ", так и ее применение на 4-х крупных китайских предприятиях: Гуандонский машиностроительный завод, Завод прессформ, Гуандонская фабрика легкой промышленности, Механический институт провинции Гуандон.
В подсистеме внутрицеховой технологической подготовки, в частности, решены проблемы автоматизированного выбора заготовок, материала, технологической оснастки, включая режущий, вспомогательный, измерительный инструмент и пр.; разработана универсальная система документирования, позволяющая генерировать выходные документы любого содержания и в разных языковых стандартах.
Особое значение имеет возможность визуализации чертежей в момент технологической подготовки. Вводимые данные в дальнейшем используются для оперативного планирования производства на уровне цеха и его отдельных участков. CAD/CAM - интерфейс осуществляется за счет импорта файлов в распространенных графических форматах.
Подсистема оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля за состоянием производства в цехе
Основные функции подсистемы:
- формирование и коррекция оперативных производственных планов цеха с учетом имеющихся межоперационных заделов и текущего состояния станочной системы;
- расчет производственного расписания загрузки оборудования по различным критериям (100 комбинаций из 14 критериев);
- представление результатов расчета расписания в виде таблиц текущего состояния партий запуска и диаграмм загрузки технологического оборудования;
- формирование сменно-суточных заданий на рабочие места цеха (участка);
- формирование оперативных маршрутных карт по всем партиям запуска с контролем их прохождения по рабочим местам;
- составление и автоматическая коррекция планово-учетного графика изготовления комплектов деталей с контролем готовности каждой партии запуска;
- автоматизированный контроль за состоянием производственного процесса и имитационное моделирование материальных потоков в цехе (на участке); расчет времени простоя оборудования и пролеживания деталей;
- формирование рабочих нарядов на выполненные и текущие технологические операции, контроль процесса выдачи нарядов в соответствии с производственным расписанием;
- печать внутрицеховых документов: сменно-суточные задания на рабочие места, оперативные маршрутные карты, рабочие наряды, планово-учетные графики изготовления изделий и пр.
Коррекция производственного расписания и имитационное моделирование
При составлении расписания ставится дополнительная задача, включающая одно или несколько требований следующего вида:
- минимизация времени прохождения заданий;
- минимизация задержек при выполнении технологических операций;
- минимизация отклонений от оптимального уровня незавершенного производства;
- максимальная загрузка основного технологического оборудования;
- максимальное использование имеющегося фонда рабочей силы.
Целью рассматриваемой системы "ФОБОС" является оперативное управление и диспетчерский контроль именно на цеховом уровне.
Распределение заданий на рабочие места и автоматизированный контроль за выполнением технологических операций осуществляется в системе "ФОБОС" на основании оформления традиционных рабочих нарядов. Последние выписываются компьютером в соответствии с текущим производственным расписанием.
Диспетчер, в случае необходимости, может скорректировать расписание. Для этого в его распоряжении имеется широкий набор соответствующих эффективных вычислительных алгоритмов, позволяющих реализовать 100 комбинаций из 14 типичных производственных критериев (подробнее см. журнал "САПР и Графика", #9, 1997).
Производственное расписание наглядно описывается диаграммой Ганта, где каждой операции ставится в соответствие отрезок прямой, длина которого пропорциональна ее длительности. Эти отрезки, именуемые линиями Ганта, располагаются напротив инвентарных номеров основного технологического оборудования в последовательности, соответствующей производственному расписанию.
В системе реализован принцип непрерывного имитационного моделирования движения материальных потоков. Встроенный таймер, синхронизированный с таймером компьютера, осуществляет в реальном времени сдвиг шкалы. В автоматическом режиме все линии Ганта на диаграмме через каждые 5 минут сдвигаются вместе с временной шкалой. При этом оборудование переводится в состояние, соответствующее рассчитанному производственному расписанию (от наладки к обработке, от обработки к ожиданию либо наладке на следующую операцию и т.п. ). Таким образом происходит процесс имитационного моделирования материальных потоков в реальном масштабе времени при условии, что отсутствуют сбои в работе оборудования. Диспетчерский (ручной) контроль позволяет не только контролировать прохождение деталей через рабочие места, но также управлять материальными потоками в цехе. В этом режиме, при сдвиге временной шкалы, состояния станков не изменяются автоматически, что, в свою очередь, влияет на продвижение линий Ганта на диаграмме. Изменение текущего состояния оборудования осуществляется с помощью специального меню.
Детальное календарное планирование производства с указанием времен начала и конца каждой детале-операции, выполняемой на конкретном рабочем месте, позволяет построить гистограмму реальной посменной и почасовой загрузки технологического оборудования. Последующий перерасчет (коррекция) производственного расписания цеха или участка позволяет довести коэффициент загрузки используемого оборудования до 0,85. Напомним, что среднее значение коэффициента использования станков в условиях мелкосерийных и единичных производств составляет 0,40 - 0,45. Таким образом, комплексное применение имитационного моделирования материальных потоков и диспетчерского контроля, а также своевременная коррекции производственного расписания позволяет увеличить фондоотдачу основного технологического оборудования почти в 2 раза!
Диспетчер активно участвует во внесении различных изменений в действующее расписание (например, операция завершилась раньше или затягивается по сравнению с расчетной, станок вышел из строя и т.д.). В результате возникают пробелы в расписании, которые, как правило, диспетчер должен компенсировать вручную Система диспетчерского контроля, реализованная в "ФОБОСе", не позволяет выписывать рабочие наряды на те технологические операции, для которых предыдущая операция не отмечена как уже выполненная. Такой подход позволяет диспетчеру контролировать реальное положение дел в цехе и оперативно вносить соответствующие коррекции.
Универсальный генератор внутрицеховых отчетов
Любая функционально законченная система такого рода должна давать пользователю возможность печати документов. Эти документы должны, во первых, в полной мере отражать текущее состояние системы, а, во-вторых, давать возможность помещать информацию в стандартные (принятые на предприятии) бланки и формы. Для решения этой проблемы в состав "ФОБОСа" включен генератор отчетов Fobos Report, состоящий из однотипных интерфейсных модулей Fobos Report CAP и Fobos Report PPS, ориентированных, соответственно, на работу с подсистемой внутрицеховой технологической подготовки и подсистемой оперативного управления.
С точки зрения цехового технолога пользовательский интерфейс Fobos Report представляет собой простой и стандартный для Windows набор диалоговых средств, позволяющих выбрать документ из списка, а затем просмотреть его на экране компьютера или распечатать. Для продвинутых в программистском отношении пользователей предусмотрен встроенный табличный редактор, позволяющий создавать собственные высококачественные выходные документы.
К особенностям Fobos Report как генератора отчетов можно отнести следующее:
- создание отчетов производится на основе данных, хранящихся в виде таблиц Paradox и dBase;
- возможно создание бланков или заполненных частично документов;
- поддерживается графическое выделение в циклической части отчета нечетных строк (что может улучшить читабельность документа);
- Fobos Report обеспечивает считывание графических полей и полей с большими объемами текста (Memo-полей) из исходной таблицы;
- обеспечивается поворот выводимого текста на 90, 180 и 2700;
- предусмотрена возможность ведения архива отчетов.
Fobos Report CAP оснащен полным комплексом средств для создания таких документов, как сводные материальные карты, технологические маршруты, общие сведения об обрабатываемых комплектах деталей и рабочие наряды. Fobos Report PPS оснащен специализированными средствами, позволяющими создавать наряды на текущие операции, графики загрузки оборудования, формировать ведомость технологической оснастки, а также выводить на печать общие сведения о технологическом оборудовании.
Вместо заключения
Система "ФОБОС" имеет программный интерфейс к известной комплексной системе управления предприятием BAAN IV, т.е. может быть использована как звено в едином комплексе подготовки и организации производства, реализующей концепцию CIM. Таким образом, интегрированная система оперативного планирования и диспетчерского контроля цехом механообработки "ФОБОС" - составной элемент общей схемы CAD/CAM.