Автоматизация производства представляет собой комплекс мер и технических решений, направленных на повышение производительности, качества, гибкости и скорости промышленного производства. Важной частью этой стратегии является концепция — система взглядов на процессы и цели автоматизации, а также на методы их достижения. Для промышленности данная концепция формируется на основе анализа требований рынка и возможностей современных технологий. Она определяет, какие производственные процессы требуют автоматизации и как это может повысить эффективность предприятия в целом.
Исторический контекст и предпосылки к автоматизации
В конце 1960-х годов промышленность развитых стран столкнулась с необходимостью модернизации и адаптации управления производственными системами к изменяющимся условиям рынка.
Технические средства автоматизации, такие как вычислительные машины, начали активно внедряться на промышленных предприятиях, обеспечивая возможности для повышения точности, скорости обработки данных и интеграции информации. Однако на ранних этапах не было четкого понимания, где именно новые технологии могут оказать наибольшее воздействие: на уровне технологических процессов или на уровне управления и организации производства.
На протяжении 1970-х годов проводились исследования, направленные на определение оптимального направления автоматизации. Были сформулированы две основные гипотезы:
- Автоматизация получения знаний о технологии — автоматизация процессов, связанных с прогнозированием, проектированием, исследованием и подготовкой производства, что позволяло бы ускорить и упростить подготовку данных для производства.
- Автоматизация самой технологии — автоматизация непосредственно производственных процессов, что позволяло бы значительно снизить зависимость от ручного труда, повысить скорость и гибкость производства, а также сократить затраты на обучение при переходе к выпуску новой продукции.
Основные направления автоматизации
На основе двух подходов к автоматизации сформировались два крупных направления:
- MIS/CID (или АСУ/САПР на постсоветском пространстве) — системы управления и автоматизированного проектирования, направленные на организацию и управление информацией.
- CAM (или АСУ ТП) — системы автоматизированного управления технологическими процессами, непосредственно связанного с производством продукции.
Системы CAD/CAM и объединенная концепция
Со временем отдельные направления автоматизации стали интегрироваться в более комплексные системы. CAD (Computer-Aided Design) и CAM (Computer-Aided Manufacturing) объединились в общую систему CAD/CAM, которая обеспечивала более глубокую интеграцию между процессами проектирования и производства. Она позволяла автоматизировать задачи проектирования, хранения данных и управления процессами, создавая возможность для гибкой организации производства.
Однако для полноценной работы CAD/CAM требовался интерфейс, который стал называться MIS (Management Information Systems), выполняющий функции интеграции данных и коммуникации между системами. Ключевые особенности CAD/CAM включают:
- Использование аппаратных и программных средств для проектирования и управления.
- Возможность создания и анализа информации в графическом формате.
- Простота модификации и гибкость системы благодаря модульной архитектуре.
- Автоматическое преобразование данных в команды для производственного оборудования.
- Контроль качества, точности и надежности в реальном времени.
- Переход к гибким производственным системам (ГПС)
На смену CAD/CAM и MIS пришли гибкие производственные системы (ГПС или FMS), которые включали робототехнику для достижения высокой гибкости управления и внедрения безлюдных технологий.
Суть ГПС заключается в том, что все компоненты — от технологического оборудования до систем складирования и транспортировки — работают в единой системе, управляемой и координируемой автоматически.
Автоматизированное производство: цели и преимущества
Концепция автоматизированного производства включает создание высокоэффективных производственных единиц, таких как участки, цеха и производственные линии, где все производственные процессы осуществляются с минимальным участием человека, что позволяет значительно повысить производительность и снизить затраты. В таких системах управление и контроль над процессами, а также их регулирование и настройки выполняются с помощью автоматических средств и компьютерных технологий.
Основные цели автоматизированного производства заключаются в создании условий для повышенной гибкости и эффективности, что позволяет оперативно переключаться на выпуск новой продукции без необходимости переналадки оборудования. Такой подход значительно сокращает время простоя и повышает производственные возможности. Кроме того, важной целью является снижение затрат на производство за счет более рационального использования всех ресурсов, включая материалы, оборудование и рабочую силу.
К основным преимуществам автоматизированного производства можно отнести:
- Повышение гибкости и возможности быстрой переналадки под новые изделия, что позволяет быстро адаптироваться к изменениям в спросе и запросам рынка.
- Высокий уровень автоматизации всех процессов, что способствует значительному сокращению ручного труда и улучшению условий труда, снижению человеческого фактора и повышению точности операций.
- Уменьшение длительности производственного цикла, что позволяет производить продукцию быстрее и с меньшими затратами, а также повысить качество конечного продукта за счет точного контроля всех этапов.
- Снижение капитальных вложений за счет более эффективного использования существующих производственных мощностей, увеличивая их загрузку и снижая потребность в дополнительных инвестициях в расширение производства.
Все эти аспекты позволяют достичь высокой экономической эффективности в производственных процессах, значительно повысить конкурентоспособность продукции и улучшить экономические результаты предприятия.
Стратегия развития автоматизированного производства
Для полноценной и эффективной реализации концепции автоматизированного производства необходимо интегрировать различные автоматизированные подсистемы, каждая из которых играет ключевую роль в достижении высоких производственных показателей. Эти подсистемы включают:
- САПР (системы автоматизированного проектирования), которые обеспечивают автоматизацию всех этапов проектирования продукции и производственных процессов. Они позволяют создавать точные модели и чертежи, что ускоряет разработку новых изделий и снижает вероятность ошибок на этапе проектирования.
- АСУ ТПП (автоматизированные системы управления технологическими процессами производства), которые контролируют и регулируют все этапы технологического процесса, обеспечивая стабильность, эффективность и безопасность производства. Эти системы позволяют оптимизировать параметры процесса в реальном времени, что приводит к повышению производительности и качеству продукции.
- АСУП (автоматизированные системы управления предприятием), которые интегрируют управление на уровне всего предприятия, начиная от учета ресурсов и управления запасами до координации работы всех подразделений. Это позволяет добиться синхронизации всех процессов и повышенной гибкости в принятии управленческих решений.
- ГПК (гибкие производственные комплексы), которые обеспечивают автоматизацию производства с возможностью быстрой переналадки и адаптации под новые задачи. Такие комплексы обеспечивают гибкость и эффективность при производстве различных типов продукции с минимальными затратами времени на переналадку оборудования.
Объединение этих компонентов в единую систему позволяет значительно повысить эффективность управления производственными процессами, улучшить точность операций и снизить затраты на производство.
Взаимосвязанная работа всех этих подсистем способствует более точному планированию, мониторингу и контролю, что в конечном итоге повышает производительность, качество и конкурентоспособность продукции.
При этом важнейшими задачами в процессе интеграции и функционирования таких систем являются:
- Повышение уровня автоматизации на всех уровнях производства и эффективное управление запасами. Автоматизация процессов позволяет снизить трудозатраты и повысить точность учета, что приводит к оптимальному использованию ресурсов и материалов, а также снижению излишков и потерь.
- Организация эффективной системы контроля качества продукции, которая позволяет на всех этапах производства выявлять и устранять дефекты, а также соответствовать международным стандартам качества. Это включает в себя автоматические системы проверки и тестирования, что существенно повышает надежность и долговечность продукции.
- Оптимизация процессов транспортировки и складирования, что помогает минимизировать время, затраченное на перемещение материалов и готовой продукции, а также уменьшить затраты на хранение и логистику. Автоматизированные системы управления складом и транспортировкой обеспечивают более эффективное использование пространства и ускоряют движение материалов по производственным циклам.
Интеграция этих подсистем в единую структуру позволяет создать комплексное решение, которое эффективно управляет всеми аспектами производственного процесса, снижает человеческие ошибки и повышает общую эффективность предприятия.
Трудности и перспективы автоматизации
Несмотря на очевидные преимущества, автоматизация производства сталкивается с рядом значительных трудностей и вызовов, которые необходимо преодолеть для успешной реализации. Эти трудности включают как технические, так и организационные проблемы, требующие комплексного подхода и времени для их решения:
- Переход к полностью безлюдной технологии требует не только значительных финансовых вложений, но и детального планирования всех этапов реализации, что включает в себя закупку и внедрение нового оборудования, модернизацию существующих производственных процессов, а также создание и внедрение новых технологических решений. Кроме того, такие изменения часто требуют сложной организационной работы, включая корректировку рабочих процессов, согласование действий различных подразделений и управление переходом на новые методы работы, что может потребовать значительных усилий в управлении персоналом и изменении корпоративной культуры.
- Необходимость повышения надежности оборудования становится особенно актуальной в условиях автоматизации, поскольку любой сбой в автоматизированных системах может привести к значительным потерям и остановке производственных процессов. Для этого требуется создание более совершенных и устойчивых к отказам технологий, что также требует дополнительных финансовых затрат и времени для разработки, а также внедрения системы регулярной диагностики и технического обслуживания. Вдобавок, необходимо создание системы кадровой подготовки для обучающих специалистов, как для разработчиков, так и для конечных пользователей новых технологий. Это требует постоянного обучения персонала и повышения квалификации работников, чтобы они могли эффективно работать с современными автоматизированными системами.
- Разработка единых информационных систем для обработки и анализа данных, а также управления производственными процессами – еще одна значительная проблема, с которой сталкиваются предприятия, внедряющие автоматизацию. Необходимо создать единую платформу, которая будет интегрировать все этапы производственного процесса, обеспечивая слаженную работу всех подсистем. Разработка таких информационных систем требует высокой квалификации специалистов и значительных ресурсов, а также продуманной архитектуры, которая обеспечит удобство и эффективность использования данных на всех уровнях производства.
Заключение
Современные технологии автоматизации представляют собой стратегический ресурс для промышленности, обеспечивая гибкость, высокую производительность и конкурентоспособность на глобальном рынке. Интеграция в производство систем САПР, АСУ ТП, АСУП и ГПК создает условия для безлюдных технологий и гибкого производства, отвечающего требованиям рынка и меняющимся условиям бизнеса.
Андрей Повный, Филиал БГТУ Гомельский государственный политехнический колледж