1.4. Автоматизация

Автоматизация — это замена труда человека на труд машины.

Автоматическая техника включает сенсорные и контрольные устройства, которые позволяют им работать автоматически. Ключевой вопрос процесса планирования — нужна ли автоматизация. Если принято решение автоматизировать производство, то следующий вопрос — степень автоматизации. Диапазон автоматизации — от заводов-автоматов до одной-единственной автоматической операции.

Автоматизация имеет ряд преимуществ перед человеческим трудом. Она характеризуется низкой степенью отклонений; для человека тяжело выполнять одну и ту же работу абсолютно тем же способом, в абсолютно одинаковые сроки, и в массовом масштабе. Все отклонения идут в ущерб качеству и соблюдению сроков графика. Более того, автоматы не устают и не отвлекаются, не принимают участие в забастовках, не требуют повышения заработной платы и не жалуются на условия труда.

Автоматизация часто рассматривается как стратегия, необходимая для конкурентоспособности. Тем не менее, она имеет ряд ограничений и недостатков по сравнению с трудом человека. В первую очередь, автоматизация может очень дорого обойтись компании. Технология стоит больших денег; чтобы компенсировать высокие затраты, потребуются большие объемы выпуска. Кроме того, автоматы менее гибки, чем люди. В автоматизированный процесс вряд ли будут внесены существенные изменения. Кроме того, рабочие часто боятся автоматизации, потому что могут потерять из-за нее свои рабочие места.

Решение об автоматизации и степени ее ввода должно быть тщательно проработано с учетом всех возможных последствий и побочных действий. Кроме того, для успешного внедрения автоматизации в производственную систему необходимы тщательное обдумывание и планирование. В противном случае могут возникнуть серьезные проблемы. Корпорация General Motors, вложив в 80-х годах огромные суммы в автоматизацию, получила в итоге резкое снижение гибкости и производительности при высоком росте затрат. Резкое увеличение производственных мощностей GM привело к быстрому перенасыщению рынка.

1.5. Компьютеризованное производство

Компьютеризованное производство — использование компьютеров в управлении процессом, заменяющее функции человека функцией машины.

Компьютеризованное производство (computer-aided manufacturing – CAM) характеризуется использованием компьютеров в управлении процессом. Начиная от роботов и заканчивая автоматическим контролем качества.

Эта система заменяет функции человека функцией компьютеров. Преимущества — снижение трудоемкости; возможность выполнения опасных, грязных или утомительных работ ; достижение высокого, постоянного уровня качества. Подобное оборудование, как правило стоит очень дорого.

Станки с числовым управлением — оборудование, которое осуществляет производственную операцию, следуя математической программной информации.

Станки с программным управлением (numerically controlled machines – NC) программируются для выполнения комплекса производственных задач, на основании математических соотношений, которые сообщают станку детали необходимой операции.

Информация записывается на дискету, магнитную ленту или микропроцессор. Хотя такие станки используются уже в течение многих лет, они являются важным элементом современных методов производства. Отдельные станки могут иметь свой собственный компьютер; подобный вариант называется числовым программным управлением (computerized numerical control – CNC). Или же один компьютер может управлять большим числом станков; это называется групповым числовым управлением (direct numerical control – DNC).

Робот — автомат, состоящий из механического манипулятора, источника питания и управляющего устройства.

Иногда возможно использовать на производстве роботов. Робот состоит из трех частей: механический манипулятор, источник питания и управляющее устройство. Роботы способны выполнять самые разнообразные задачи, включая сварку, сборку, погрузку и разгрузку, покраску и тестирование. Они избавляют людей от тяжелого и грязного труда, и часто используются на утомительных работах.

Некоторые роботы довольно просты, другие гораздо более сложны. На низшем уровне находятся роботы, следующие строго определенному набору команд. Затем идут программируемые роботы. Которые могут повторять ряд движений, выполняя заданную последовательность операций. Эти роботы «воспроизводят» механическую последовательность так же, как видеомагнитофон воспроизводит визуальную последовательность. На следующей ступени находятся роботы, которые получают команды от компьютера. На вершине находятся роботы, способные распознавать объекты и принимать самостоятельные простейшие решения.

Движение роботов производится одним из двух способов. Одни роботы («точечные») перемещаются в заранее установленную точку, где осуществляют необходимую операцию. Маршрутные роботы в процессе выполнения операции перемещаются по заданному непрерывному маршруту.

Роботы могут снабжаться энергией пневматически (с помощью воздуха), гидравлически (жидкость под давлением), либо с помощью электроники. В табл. 2 описаны более подробно некоторые типы роботов, которые используются в настоящее время.

Таблица 2. Современные роботы

Все промышленные роботы имеют рабочие органы и захваты, имитирующие человеческую руку, с помощью которых они выполняют операции, воспроизводящие действия человека-оператора. Этот термин обычно относится к роботам, оснащенным автономной системой управления и способным выполнять операции самостоятельно. Но в Японии в эту категорию включают также манипуляторы, управляемые человеком — непосредственно или дистанционно. Приблизительно одна треть всех промышленных роботов в США — это простейшая модификация, называемая «точечными роботами». Это название обязано своим происхождением рутинной операции: взять нечто в одной точке и поместить это в другую. Степень свободы обычно ограничена двумя или тремя направлениями: вперед-назад, влево-вправо и вверх-вниз. Система управления — электромеханическая. Робот-манипулятор — это наиболее распространенный промышленный робот, поскольку это понятие включает все модификации, описанные ниже. Данное название происходит от одного и более сервомеханизмов, делающих возможным перемещение рабочего органа и захвата в любом направлении без механического переключения. Эти роботы обычно имеют от пяти до семи степеней свободы, в зависимости от количества «сочленений» или шарниров в «руке» робота. Программируемый робот — это робот-манипулятор, управляемый запрограммированным контроллером, который запоминает последовательность движений руки и захвата; эта последовательность может бесконечно повторяться. Такой робот может быть перепрограммирован для выполнения нового задания. Компьютеризированный робот — это программируемая модель, действия которой управляются компьютером. При этом программа действий не является жестко заданной; при необходимости могут быть введены новые инструкции, задаваемые с помощью электроники. Программирование таких «интеллектуальных» роботов может включать в себя процедуры оптимизации исполнения стандартных инструкций. Сенсорный робот — это компьютеризированный робот, оснащенный одним или более искусственным органом чувств — обычно это зрение или осязание. Сборочный робот — это компьютеризированная модель, довольно часто с сенсорными датчиками, спроектированная специально для работы на линиях сборки изделий.

Гибкая производственная система (flexible manufacturing system – FMS) — это комплекс механизмов, включающий контролирующий и управляющий компьютер, автоматическую погрузку и разгрузку материалов и, возможно, роботов или другое автоматизированное программное оборудование. Перепрограммируемые контрольные устройства позволяют таким системам производить широкий ассортимент сходной продукции.

Системы могут варьироваться от трех-четырех единиц оборудования до более дюжины. Они разработаны, чтобы отвечать циклическим производственным требованиям, сочетая при этом преимущества автоматизации с гибкостью самостоятельных станков (т.е. станков с числовым управлением). Гибкие производственные системы снижают затраты труда и дают более стабильный уровень качества по сравнению с традиционными методами производства, более низкие капитальные вложения и большую гибкость, чем жесткая автоматизация. Кроме того, их можно относительно быстро перепрограммировать. Гибкие производственные системы нравятся менеджерам, которые хотели бы сочетать гибкость цеховой организации рабочего процесса с производительностью массового производства.

Гибкая производственная система — комплекс механизмов, разработанный для цикличного производственного процесса, и способный производить широкий ассортимент сходной продукции.

Хотя все это важные достоинства, гибкие производственные системы имеют и ряд недостатков. Одним из них является то, что данный тип систем может работать со сравнительно небольшим разнообразием продукции, т.е. с его помощью можно про­изводить только сходные изделия, требующие сходного оборудования. Кроме того, эти системы требуют более долгих сроков планирования и внедрения, чем традиционное промышленное оборудование, из-за повышенной сложности и расходов. Более того, компании часто предпочитают постепенный переход к автоматизации, а такие гибкие производственные системы — это резкий скачок в технологии.

Интегрированное компьютерное производство (computer-integrated manufacturing – CIM) — это система, объединяющая широкий спектр производственной деятельности с помощью интегрированной компьютерной системы, включая инженерное проектирование, гибкую производственную систему, производственное планирование и контроль. (Не все элементы обязательны.) Простейшая подобная система может просто соединять два гибких производственных комплекса с одним управляющим компьютером. Системы с более широким охватом включают составление производственных графиков, закупки, управление производственными ресурсами, сбытом, распределением. В сущности, система CIM интегрирует информацию из других сфер деятельности предприятия в сферу производства.

Главная цель использования такой системы — связать различные части организа­ции между собой, чтобы обеспечить быструю реакцию на заказы потребителей и/или изменение продукции, обеспечить высокую скорость производства и снизить косвен­ные затраты труда.