Автоматизация процессов производства заключается в том, что часть функций управления, регулирования и контроля технологическими комплексами осуществляется не людьми, а роботизированными механизмами и информационными системами. Фактически ее можно назвать основной производственной идеей 21 века.

Принципы

На всех уровнях предприятия принципы автоматизации производственных процессов одинаковы и едины, хотя и отличаются масштабом подхода к решению технологичных и управленческих задач. Эти принципы обеспечивают эффективное выполнение требуемых работ в автоматическом режиме.

Принцип согласованности и гибкости

Все действия в рамках единой компьютеризированной системы должны быть согласованы друг с другом и с похожими позициями в смежных областях. Полная автоматизация оперативных, производственных и технологических процессов достигается за счет общности выполняемых операций, рецептур, графика и оптимального сочетания методик. При невыполнении этого принципа нарушится гибкость производства и комплексное выполнение всего процесса.

Особенности гибких автоматизированных технологий

Использование гибких производственных систем – ключевая тенденция в современной автоматизации. В рамках их действия выполняется технологическая оптимизация за счет слаженности работы всех системных элементов и возможности быстрой замены инструментария. Используемые методики позволяют эффективно перестроить имеющиеся комплексы под новые принципы без серьезных затрат.

Создание и структура

В зависимости от уровня развития производства гибкость автоматизации достигается за счет слаженного и комплексного взаимодействия всех элементов системы: манипуляторов, микропроцессоров, роботов и т. д. Причем помимо механизированного изготовления продукции, в этих процессах задействованы транспортные, складские и прочие подразделения предприятия.

Принцип завершенности

Идеальная автоматизированная производственная система должна представлять собой завершенный циклический процесс без промежуточной передачи продукции в другие подразделения. Качественное выполнение этого принципа обеспечивается:

• многофункциональностью оборудования, позволяющего за одну единицу времени обрабатывать сразу несколько видов сырья;
• технологичностью изготавливаемого товара за счет сокращения требуемых ресурсов;
• унификацией производственных методов;
• минимумом дополнительных наладочных работ после запуска оборудования в эксплуатацию.

Принцип комплексной интеграции

Степень автоматизации зависит от взаимодействия процессов производства друг с другом и с внешним миром, а также от скорости интеграции отдельной технологии в общую организационную среду.

Принцип независимого выполнения

Современные автоматизированные системы функционируют по принципу: «Не мешай машине работать». Фактически все процессы в течение производственного цикла должны выполняться без участия человека, допускается лишь минимальный контроль с его стороны.

Объекты

Автоматизировать производство можно в любой сфере деятельности, но наиболее эффективно компьютеризация работает в отношении сложных монотонных процессов. Такие операции встречаются в:

• легкой и тяжелой промышленности;
• топливно-энергетическом комплексе;
• сельском хозяйстве;
• торговле;
• медицине и т. д.

Машинизация помогает в технической диагностике, ведении научной и исследовательской деятельности в рамках отдельного предприятия.

Цели

Внедрение на производстве автоматизированных средств, которые способны усовершенствовать технологические процессы, является ключевым залогом прогрессивной и эффективной работы. К ключевым целям автоматизации производственных процессов относят:

• сокращение численности персонала;
• увеличение производительности труда за счет максимальной автоматики;
• расширение линейки продукции;
• рост объемов производства;
• улучшение качества товаров;
• уменьшение расходной составляющей;
• создание экологически чистого производства за счет снижения вредных выбросов в атмосферу;
• внедрение высоких технологий в обычный производственный цикл с минимальными затратами;
• повышение безопасности технологичных процессов.

При достижении этих целей предприятие получает массу преимуществ от внедрения механизированных систем и окупает затраты на автоматизацию (при условии стабильного спроса на продукцию).

Качественное выполнение поставленных задач механизации определяется внедрением:

• современных автоматизированных средств;
• индивидуально разработанных методов компьютеризации.

Степень автоматизации зависит от интеграции инновационного оборудования в существующую технологическую цепочку. Уровень внедрения оценивается индивидуально в зависимости от особенностей конкретного производства.

Компоненты

В составе единой автоматизированной производственной среды на предприятии рассматриваются следующие элементы:

• системы проектирования, используемые для разработки новой продукции и технической документации;
• станки с программным управлением на базе микропроцессоров;
• промышленные роботизированные комплексы и технологичные роботы;
• компьютеризированная система контроля качества на предприятии;
• технологичные склады со специальным подъемно-транспортным оборудованием;
• общая автоматизированная система управления производства (АСУП).

Стратегия

Соблюдение стратегии автоматизации помогает улучшить весь комплекс необходимых процессов и получить предельные преимущества от внедрения компьютерных систем на предприятии. Автоматизировать можно только те процессы, которые полностью изучены и проанализированы, поскольку программа, разработанная для системы, должна иметь в своем составе разные вариации одного действия в зависимости от факторов внешней среды, количества ресурсов и качества исполнения всех этапов производства.

После определения понятия, изучения и анализа технологичных процессов наступает черед оптимизации. Необходимо качественно упростить структуру, удалив из системы процессы, не приносящие какой-либо ценности. При возможности нужно сократить количество выполняемых действий, соединив некоторые операции в одну. Чем проще структурный порядок, тем легче его компьютеризировать. После упрощения систем можно приступать к автоматизации производственных процессов.

Проектирование

Проектирование – это ключевой этап автоматизации производственных процессов, без которого на производстве невозможно внедрение комплексной механизации и компьютеризации. В его рамках создается специальная схема, отображающая структуру, параметры и ключевые характеристики используемых устройств. Схема стандартно состоит из следующих пунктов:

1. масштаб автоматизации (описывается отдельно для всего предприятия и для отдельных производственных подразделений);
2. определение контрольных параметров работы устройств, которые в дальнейшем будут выступать маркерами проверки;
3. описание систем управления;
4. конфигурация расположения автоматизированных средств;
5. сведения о блокировке оборудования (в каких случаях она применима, как и кем будет запускаться в случае экстренной ситуации).

Классификация

Существует несколько классификаций процессов компьютеризации предприятия, но эффективнее всего разделять эти системы в зависимости от их степени внедрения в общий производственный цикл. На этом основании автоматизация бывает:

• частичной;
• комплексной;
• полной.

Эти разновидности – всего лишь уровни автоматизации производства, которые зависят от размера предприятия и объема технологичных работ.

Частичная автоматизация – это комплекс операций по усовершенствованию производства, в рамках которого происходит машинизация одного действия. Она не требует формирования сложного управленческого комплекса и полной интеграции смежных систем. На этом уровне компьютеризации допускается участие человека (не всегда в ограниченном объеме).

Комплексная автоматизация позволяет оптимизировать работу крупного производственного подразделения в режиме единого комплекса. Ее применение оправдана только в рамках крупного инновационного предприятия, где используется максимально надежное оборудование, поскольку поломка даже одного станка рискует остановить всю рабочую линию.

Полная автоматизация – это комплекс процессов, которые обеспечивают независимую работу всей системы, в т.ч. управление производством. Ее внедрение наиболее затратно, поэтому эта система используется на крупных предприятиях в условиях рентабельного и стабильного производства. На этом этапе участие человека сведено к минимуму. Чаще всего оно заключается в контроле системы (например, проверка показаний датчиков, устранение мелких неполадок и т. д.).

Преимущества

Автоматизированные процессы увеличивают скорость выполняемых цикличных операций, обеспечивают их точность и сохранность работоспособности вне зависимости от факторов внешней среды. За счет исключения человеческого фактора сокращается количество возможных ошибок и повышается качество работы. В случае возникновения типичных ситуаций программа запоминает алгоритм действий и применяет его с максимальной оперативностью.

Автоматизация позволяет увеличить точность управления бизнес-процессами на производстве за счет охвата большого объема информации, что просто невозможно при отсутствии механизации. Компьютеризированное оборудование может выполнять сразу несколько технологичных операций одновременно без ущерба для качества процесса и точности вычислений.

Понятие автоматизации процессов неразрывно связано с глобальным технологическим процессом. Без внедрения систем компьютеризации невозможно современное развитие отдельных подразделений и всего предприятия в целом. Машинизация производства позволяет максимально эффективно повысить качество конченой продукции, расширить линейку предлагаемых видов товаров и увеличить объем выпуска.

Конференция по автоматизации производства 28 ноября 2017 в Москве

Деятельность любого промышленного предприятия, в том числе и металлургического, можно условно разделить на две части: первая - это непосредственно производственный процесс, вторая - финансово-экономическая деятельность предприятия. Требования к информационным системам по финансово-экономической деятельности не имеют, пожалуй, особой специфики для различных областей, но производственная деятельность крупного металлургического производства, включающего множество технологических циклов и потребляющего разное сырье (как исходное, так и промежуточное), всегда ставит задачу контроля технологических цепочек на всех этапах. В металлургии сбои в технологическом цикле могут иметь как тяжёлые финансовые последствия, так и приводить к крупным авариям. Соответственно контроль должен осуществляться в реальном времени и непрерывно, что выдвигает требования к производительности информационных систем, гарантии качества услуг и их надёжности. Впрочем, надёжность и защищённость систем не в меньшей степени требуются и для финансово-экономической деятельности, так как объем входящих и исходящих финансовых потоков, а также циркулирующих внутри предприятия весьма велик.

Любое более-менее серьёзное предприятие металлургической отрасли нередко представляет собой конгломерат нескольких, в известной степени независимых друг от друга, но связанных производств. В зависимости от размеров предприятия и области металлургии, в которой оно специализируется, количество этих производств может варьироваться. Относительная автономность всех производств, тем не менее подразумевает их слаженную работу и сопряжённость технологических циклов. В связи с этим необходимо создание ряда независимых друг от друга информационных систем и обеспечение их интеграционного взаимодействия друг с другом.

В мировой практике принято рассматривать комплексные системы автоматизации предприятий в виде 5-уровневойпирамиды. Структуру информационной системы крупного промышленного предприятия обычно представляют в виде пирамиды (рис.).

Рис. Уровни автоматизированной информационной системы промышленного предприятия

Исторически процесс информатизации проникал на производство с двух сторон - «сверху» и «снизу». «Сверху» (самый верхний, пятый уровень) в офисах создаются информационные структуры, отвечающие за работу предприятий в целом. Это автоматизация бухгалтерского учёта, управления финансами и материально-техническим снабжением, организацией документооборота, анализом и прогнозированием и др. Этот уровень называется планирование ресурсов производства, т.е. материальных ресурсов (MRP , Manufacturing Resource Planning), или управление всеми ресурсами предприятия (ERP , Enterprise Resource Planning) . Задачи, решаемые на этом уровне, в аспекте требований, предъявляемым к компьютерам, отличаются главным образом повышенными требованиями к ресурсам серверов.

Требуется, как правило, ведение единой интегрированной - централизованной или распределённой, однородной или неоднородной базы данных, планирования и диспетчеризация на уровне предприятия в целом, автоматизации обработки информации в основных и вспомогательных административно-хозяйственных подразделениях предприятия: бухгалтерский учёт, материально-техническое снабжение и т.п. Для решения этих задач выбирают универсальные компьютеры, а также многопроцессорные системы повышенной производительности.

Самый нижний, первый уровень представляет собой набор датчиков, исполнительных механизмов и других устройств, предназначенных для сбора первичной информации и реализации управляющих воздействий. Этот уровень называется I/O (Input/Output, ввод/вывод).

Следующий, второй уровень предназначен для непосредственного управления производственным процессом с помощью различных устройств связи с объектом (УСО), программируемых логических контроллеров (ПЛК, PLC - Programmable Logic Controller) или (и) промышленных (индустриальных) компьютеров (PC, ПК). Это уровень (Control Level - простое управление) , на котором замыкаются самые «короткие» контуры управления производством.

Уровень управления Control характеризуется следующими показателями:

• предельно высокой реактивностью режимов реального времени;
• предельной надёжностью (на уровне надёжности основного оборудования);
• функциональной полнотой взаимодействия с уровнем Input/Output;
• возможностью автономной работы при отказах комплексов управления верхних уровней;
• возможностью функционирования в сложных цеховых условиях.

Третий уровень называется SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition - буквально, сбор данных и диспетчерское управление). На уровне (SCADA Level) осуществляется диспетчеризация систем сбора данных и оперативное управление технологическим процессом, принимаются тактические решения, прежде всего направленные на достижение стабильности процесса. Данный уровень управления должен обеспечивать:

• диспетчерское наблюдение за технологическим процессом по его графическому отображению на экране в реальном масштабе времени;
• расчёт и выбор законов управления, настроек и уставок, соответствующих заданным показателям качества управления и текущим (или прогнозным) параметрам объекта управления;
• хранение и дистанционную загрузку управляющих программ в PLC;
• оперативное сопровождение моделей объектов управления типа «агрегат», «технологический процесс», корректировку моделей по результатам обработки информации от первого уровня;
• ведение единой базы данных технологического процесса (реальное время);
• контроль работоспособности оборудования первого уровня, реконфигурацию комплекса для выбранного режима работы;
• связь с вышестоящим уровнем.

Компьютеры третьего уровня должны объединяться в локальную сеть с выходом на следующий уровень управления.

Очевидно, что первичная информация с третьего уровня должна «добираться» до пятого, верхнего уровня, уровня принятия стратегических решений. Очевидно также, что поток сырых данных, без надлежащей обработки, послужит скорее «информационным шумом» для менеджеров и экономистов. Необходимым связующим звеном выступает новый класс средств управления производством - MES (Manufacturing Execution Systems - или системы исполнения производства) . Этот уровень выполняет упорядоченную обработку информации о ходе производства продукции в различных цехах, обеспечивает управление качеством, а также является источником необходимой информации в реальном времени для самого верхнего уровня управления. Данный уровень характеризуется необходимостью решения задач оперативной упорядоченности первичной информации из цеха (группы цехов) и передачи этой информации на верхний уровень планирования ресурсов всего предприятия. Решение этих задач на данном уровне управления обеспечивает оптимизацию управления ресурсами цеха (группы цехов) как единого организационно-технологического комплекса по заданиям, поступающим с верхнего уровня, и при оперативном учёте текущих параметров, определяющих состояние объекта управления.

Заметим, что на каждом из указанных уровней промышленной информационной системы в мировой практике очень широко используются различные технические средства, программное обеспечение и модели.

Анализ задач, решаемых на нижнем уровне пирамиды информационной системы (уровень Control, см. рис.) показывает, что здесь имеется определённая взаимосвязь задач, решаемых информационными системами, с задачами автоматизированных систем управления (АСУ). Особенностью создания «цифровой нервной системы» промышленного предприятия является необходимость тесной интеграции автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и автоматизированными системами управления предприятием (АСУП). В связи с этим конкретизируем эти понятия.

В зарубежной практике типовая архитектура АСУ ТП , как правило, включает в себя следующие уровни (см. рис.):

• уровень Input/Output, т.е. непосредственного взаимодействия с технологическим объектом, на котором осуществляется сбор данных от датчиков и воздействие на технологических процесс с помощью исполнительных механизмов и регулирующих органов;
• уровень Control, на котором осуществляется непосредственное управление технологическими параметрами. На этом уровне, как мы уже отмечали, часто используются программируемые логические контроллеры - ПЛК (PLC - Programmable Logic Controllers) с открытой архитектурой или свободно программируемые контроллеры различных отечественных и зарубежных фирм;
• уровень SCADA - автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, включающий диспетчерскую систему сбора и управления технологическим процессом (собственно SCADA-система), компьютерные системы поддержки принятия решений. Это верхний уровень управления в системе АСУ ТП , на котором собирается необходимая информация от многих источников низшего уровня и который включает контуры управления и принятия решения не только на основе вычислительных средств, но и человека (оператора). На этом же уровне предусматривается решение задач оптимизации, прогнозирования технологического процесса. Здесь предусматривается использование мощных вычислительных ресурсов в экспертных и моделирующих системах реального времени.

Интеллектуальным ядром такой переработки информации являются математические модели технологических процессов.

Классификация моделей, соответствующая различным автоматизированным информационным системам, приведена на рис. На нижних трёх уровнях (Input/Output, Control, SCADA) находятся относительные простые инженерные модели реального времени. На уровне MES - полные и упрощенные математические модели, при этом в основу положен аналитический подход, основанный на использовании фундаментальных физических, физико-химических законов. Отметим, что именно такого классам моделей применительно к доменному производству и будет уделено основное внимание в последующих главах. На самом верхнем уровне располагаются экономико-математические модели предприятия. Такое разделение моделей, конечно же, условно и обусловлено во многом современным состоянием теории математического моделирования, имеющихся технических и программных средств, что и проиллюстрировано на рис.

Итак, использование математических моделей объектов в процессе их функционирования, является основной из характерных черт современной теории управления. Заметим, что математическое содержание проблемы управления в трудах крупных математиков получило существенное развитие. В тоже время член-корреспондент РАН А.А. Красовский совершено справедливо отмечал, что «…в развитии современной теории управления с точки зрения практики далеко не все обстоит благополучно. Классическую теорию автоматического управления в основном создавали инженеры для инженеров. Современную теорию управления создают в основном математики для инженеров и во все большей мере математики для математиков». Последнее с точки зрения практики вызывает определённое беспокойство. Главное негативное влияние на практическое внедрение методов современной теории управления оказывает масса оторванных от практических потребностей и возможностей работ, интересных в математическом отношении, но пока бесплодных в отношении современных приложений. Нельзя отрицать право на существовании математической современной теории управления как раздела математики, развивающегося по собственным законам и находящего применение по мере возникновения соответствующих потребностей. Однако такая математическая сторона современной теории управления должна быть достаточно чётко выделена по отношению к прикладной её стороне. Главная проблема заключается в принципиальном игнорировании многими математиками такого фундаментального понятия, как физическая сущность и индивидуальные особенности управляемого объекта. Если на начальном этапе развития классической теории автоматического управления, а в последующем в математической теории оптимального управления, такое абстрагирование от физического содержания несомненно было полезным с точки зрения разработки основ теории, то сегодня развитее теории управления требует возврата и учёта основополагающих свойств объекта управления, но уже на новом качественном уровне развития современной прикладной теории управления.В современной теории управления математическое содержание во многом подавляет физическое начало, формальный вычислительный подход не может быть перспективным направлением в развитии прикладной теории управления, несмотря на мощь современной вычислительной техники. Следует особо подчеркнуть, что начавшаяся ещё в конце 60-х годов «компьютерная эйфория», сводящая сложную проблему математического моделирования технологических процессов и синтеза систем управления только лишь к вычислительной мощности ЭВМ, полностью себя исчерпала. Этим, вообще говоря, во многом и завершается формально-математический этап развития теории моделирования и управления в XX веке и начинается этап развития физической теории моделирования и управления.

Несмотря на информатизацию, развитие вычислительной математики и алгоритмов идентификации, банки сертифицированных (верифицированных) математических моделей остаются слабо заполненными. Это связано с большими интеллектуальными и временными затратами для создания адекватных математических моделей сложных процессов и систем. Для новых процессов и систем высокой сложности это создаёт большие трудности, так как эти процессы и системы, как правило, не могут функционировать без управления, а математическая модель часто не может быть идентифицирована и сертифицирована без реально функционирующей системы. Методологической основой создания моделей технологических процессов является общая теория систем и системный анализ. При использовании этой методологии модель технологических процессов состоит не только из математических моделей отдельных элементов, но и математических моделей взаимодействия между элементами и внешней средой, описываемых оператором взаимодействия (взаимосвязи). Каждый элемент математической модели может иметь различную степень детализации математического описания. Важно лишь, чтобы входные и выходные параметры всех элементов модели находились во взаимном соответствии, что обеспечит получение замкнутой системы уравнений математической модели процесса в целом. В идеале математическое описание каждого элемента должно включать уравнения, параметрами которых являются только физико-химические свойства веществ. Однако получить такое фундаментальное описание свойств всех элементов, их взаимосвязей при существующем уровне знаний и исследований некоторых явлений металлургических процессов в настоящее время не всегда представляется возможным. Это связано ещё и с тем чрезвычайным усложнением математического описания свойств элементов, что оно само по себе приводит к резкому усложнению математической модели процесса в целом и, кроме того, вызывает существенные вычислительные трудности при её реализации. В связи с этим при практическом использовании описанного алгоритма на том или ином уровне детализации приходится применять и эмпирические соотношения.

9. Автоматизация производственных процессов (Ясуки Секигучи)

Развитие производственной автоматизации в Японии

Автоматизация производственных процессов не является новой темой. Оливер Ивенс построил первую автоматическую мукомольную мельницу в 1784 г., Жозеф Мари Жаккард в 1801 г. создал автоматический ткацкий станок. Сегодня, однако, термин "производственная автоматизация" означает применение цифровых ычислительных машин и (или) коммуникационной ехники.

Автоматизация (компьютеризация) производственных процессов - это новая концепция, развитая на основе автоматизации оборудования. Автоматизация производственных процессов часто используется для мелкосерийного производства на заводах, выпускающих многие виды продукции. В этом смысле автоматизация производственных процессов - это почти то же, что и создание гибких производственных систем.

Современная производственная автоматизация началась с первого фрезерного станка с ЧПУ, о чем было объявлено Массачусетским технологическим институтом в 1952 г.

Первым станком с ЧПУ в Японии был пресс для штамповки револьверных головок фирмы "Фудзицучинки" (ныне "Фудзицу"), созданной в 1956 г.

Обрабатывающий центр - это станок с ЧПУ, оборудованный прибором автоматической смены обрабатывающего инструмента, который может совершать несколько видов операций в одном положении; его создание фирмой "Керни энд Треккер" было завершено в 1958 г.

Компьютеризованные ЧПУ появились в 70-х годах, когда микропроцессоры стали популярными и цена на микроэлементы памяти упала. ЧПУ на базе процессоров - это числовой контроллер, работающий с помощью программ, закладываемых в микропроцессор. В настоящее время почти все числовые контроллеры являются компьютеризованными. Применение микрокомпьютеров с числовым программным управлением сделало возможным осуществление различных новых контрольных функций в безлюдных производственных процессах.

Автоматизация передвижения материалов для обработки - это основная техника в автоматизации производства. В Японии иногда говорят, что гибкие производственные системы (ГПС) базируются на гибкой системе обеспечения материалами. Первая японская АУТС была произведена в 1970 г. фирмой "Дайфуку Мэшинери Уоркс", использовавшей импортированную технику. Позже более 10 предприятий стали производить автоматически управляемые транспортные средства (АУТС), хотя спрос оставался низким. Производство стало быстро расти. Согласно одному докладу общее количество отгруженных станков на конец 1981 г. было около 3 тыс. В 1969 г. в Японии появился автоматизированный товарный склад. Их быстрое распространение приходится на начало 70-х годов.

В табл. 10 даются классификация и определения промышленных роботов японской Ассоциацией робототехники. Они совпадают с классификацией японского Промышленного Стандарта. Три первых типа иногда относят к роботам низшего класса, другие рассматриваются как роботы высокого класса. Согласно данным Ассоциации, производство роботов в 1968 г. исчислялось суммой лишь 400 млн. иен в 1981 г. Этот быстрый рост начался примерно в 1975 г. Производство в 1982 г. составило около 150 млрд. иен и выросло до 180 млрд. иен в 1983 г., несмотря на трудные внешние условия.

Таблица 10. Классификация промышленных роботов на основе методов ввода информации и обучения. Примечание. Манипулятор - механизм, обрабатывающий предмет без прикосновения к последнему рабочего-оператора. Обладает двумя степенями свободы. Робот - механическая система, обладающая подвижностью, подобной живому организму, иногда в сочетании с "умственными" способностями. Действует в ответ на человеческие команды. В этом контексте "умственные функции" означают способность выполнять по крайней мере одно из следующих действий: делать вывод, управлять, приспосабливаться, учиться.

Роботы с фиксированной последовательностью операций составили около 50% общего числа и по количеству, и по стоимости. Эти роботы составили более 50% всех роботов в 1979 г. Однако их доля в стоимостном выражении стала снижаться с 1980 г. Доля роботов высокого класса стала быстро расти (30% в 1979 г., 52% в 1980 г., 59% в 1981 г.). Этот факт, кажется, представляет собой начало полномасштабного практического применения промышленных роботов, и это является причиной того, что 1980 г. называется первым годом промышленных роботов в Японии.

Гибкие сборочные роботы-манипуляторы - техника, изобретенная и созданная в Японии профессором Макино из университета Яманати, была поддержана сначала главным образом мелкими и средними компаниями, показавшими готовность инвестировать капитал в НИОКР для развития их производства.

До 1979 г. основным потребителем роботов была автомобильная промышленность. Например, в 1974 г. 44% роботов (по стоимости) были проданы предприятиям автомобильной промышленности. Отрасль промышленности, производящая электроприборы, стала крупным потребителем с 1980 г. Эти две отрасли промышленности являются двумя наиболее крупными потребителями роботов. Третьей отраслью является производство пластмассовых изделий.

Роботы низшего класса используются главным образом для сборочных операций, на конвейерных линиях массового производства точного оборудования, электрических и электронных машин, и т. д. Роботы высокого класса часто используются для сварки, в основном в автомобильной промышленности. С недавнего времени роботы высокого класса стали использоваться для сборочных операций. Ожидается, что эта тенденция будет развиваться и дальше.

Автоматизированное производство и проектирование

Автоматизация производственных процессов на заводе требует автоматизации информационных процессов, так же как и производственного оборудования. Информационные процессы на заводе могут быть разделены на два вида: на технологические (показаны слева на рис. 9.1) и экономические (показаны справа). Автоматизация производства и проектирования относится к первому виду. Ко второму относят автоматизацию делопроизводства.

Технологические информационные процессы включают серию процессов - от проектирования до производственных операций. Автоматизация первой половины этой серии процессов относится к проектированию, второй - к производству. Последние процессы начались раньше, чем техническое применение станков с ЧПУ. Научно-исследовательские работы по созданию первого языка автоматического программирования - "АПТ-1" - начались в 1951 г. Считается, что НИОКР по автоматизированному проектированию начались примерно в 1959 г. Сущность его была впервые определена в 1959 г. в проекте по автоматизированному проектированию министерством внешней торговли.

В Японии автоматизация производства также началась раньше автоматизации проектирования. Национальные языки автоматического программирования - "ФАПТ" ("Фудзицу") и "ХАПТ" ("Хитати") - были созданы уже в середине 60-х годов.

Недавно, когда компьютерное управление широко распространилось, стал применяться ввод информации в ЧПУ, и программы для ЧПУ стали использоваться без знания языка полномасштабного автоматического программирования. Это облегчает трудный процесс принятия решений в планировании операций с помощью взаимодействующего ввода информации от операторов станка. Фирмы "Фанук", "Окума" и "Мицубиси" производят около 90% контроллеров ЧПУ в Японии.

Согласно исследованию 1981 г., проведенному Ассоциацией японских менеджеров, автоматизированное проектирование уже действует на 38% из 333 компаний, ответивших на ее анкету. Ответившие были из почти всех отраслей промышленности в обрабатывающем секторе; 37% компаний либо вели подготовку к внедрению автоматизированного проектирования, либо рассматривали этот вопрос. Это свидетельствует о быстром распространении этих систем.

Внедрение станков с ЧПУ способствовало пересмотру содержания процессов и методов управления предприятиями. ЧПУ имеют родство с компьютерами, компьютеры же были необходимы для подготовки программ для ЧПУ. Таким образом, в конце 60-х годов развернулось создание производственных систем, сочетающих несколько агрегатов с ЧПУ.

Кроме развития концепций производственных систем и совершенствования техники доставки материалов, важным фактором развития ГПС является совершенствование станков. Это означает расширение (или сочетание) их функций, что проявилось в развитии концепции обрабатывающих центров, постепенно превратившихся в обрабатывающие и сборочные ячейки, ставшие основными модулями ГПС. Обрабатывающая ячейка может быть описана как небольшой автоматизированный завод, состоящий из движущихся мини-складов - накопителей (например, транспортный стеллаж), одного или двух обрабатывающих центров с автоматической сменой инструмента, магазина различных инструментов, резцов, погрузочно-разгрузочного механизма (автоматический транспортный стеллаж) и промышленного робота.

Полномасштабная автоматизация производственных процессов завода стоит больше нескольких сот миллионов иен. Автоматизация производства в один миг - очень рискованное и дорогостоящее мероприятие для мелких предприятий. Использование гибких обрабатывающих ячеек - первый шаг к автоматизации производства на мелких предприятиях. Термин ГОЯ/ГПЯ (гибкая обрабатывающая или производственная ячейка) в настоящее время широко применяется в Японии.

Термин ГПС, возможно, впервые использован для обозначения автоматической обрабатывающей системы фирмы "Керни энд Треккер" в 1971 г. Ныне он используется для обозначения автоматизированных производственных систем для мелкосерийного производства на многономенклатурных заводах.

Происходящий рост ГПС способствовал расширению безлюдных операций, таких, как контроль за процессами в опасных производствах, аварийная диагностика, исправление ошибок.

Гибкие обрабатывающие ячейки ныне широко распространены, но лишь несколько масштабных проектов нацелено на полную автоматизацию. ГПС так дороги, что для достижения высокой эффективности их использования (контрольная цифра, считают, должна быть выше 85%) необходимы огромные прибыли и инвестиции. Высокая эффективность мелкосерийного производства с широкой номенклатурой изделий может быть с трудом достигнута даже на искусно сделанной технике. Однако многие успешные ГПС опираются на простой метод типа "первым пришел - первым обслужен" (или "как раз вовремя"). Их успех, кажется, стал возможным в результате создания гибких обрабатывающих секций на основе объединения ячеек (групп) того же типа.

В станкостроении используется несколько крупномасштабных ГПС. Один тип - на заводе компании Фанук" фирмы "Фудзи" (которая начала быстро наращивать крупномасштабные ГПС). Другой тип используется, например, компанией "Мазак" и фирмой Мори Сейки". Одной из самых больших, полномасштабных ГПС является система, работающая на заводе фирмы "Мори Сейки" в Ига с октября 1982 г. Она объединяет 13 грузоподъемных кранов, большой автоматизированный товарный склад с 18 тыс. транспортных стеллажей, 16 автоматически управляемых транспортных средств; 13 обрабатывающих центров размещены в цехе площадью 46 тыс. кв. м. Здесь детали станков обрабатываются под контролем из одного центра, где заняты три оператора по сравнению с 27 работавшими раньше.

ГПС широко используются в производстве электробытовых приборов, электронике, при производстве автомобилей, строительных машин, в сельскохозяйственном машиностроении и станкостроении.

История развития автоматизации производства в Японии обобщена в табл. 11. Она показывает, что почти двадцатилетний путь развития автоматизации в США и Западной Европе был пройден Японией за 10 лет.

Анализ примеров

Рассмотрим три представительных японских проекта автоматизации производства. Один - это гигантский проект развития технологии автоматизации, осуществляемый министерством внешней торговли и промышленности. Два других проекта представляют собой успешные проекты внедрения автоматизации производства. Первый, относительно небольшой проект является хорошим примером проекта типа "от потребности к продукту". Второй - это пример крупномасштабной ГПС, созданной производителями станков частично для НИОКР новых технологий. Это проект типа "от продукта к потребности". Хотя эти проекты сильно отличаются, есть существенное сходство в подходах к достижению результата. Третий крупный проект - проект НИОКР по автоматизации производства (методология безлюдной технологии - комплекс гибких производственных систем - МБТ/КГПС). Автоматизация находится на главном направлении микроэлектронной революции. Автоматизация производства - это крупномасштабная проблема, и ее развитие может быть облегчено стимулированием и организацией различной исследовательской деятельности.

Под автоматизацией производства понимают замену ручного труда машинным, будь то роботы, автоматические приборы или программное обеспечение. Автоматизация заключаются в том, что на линии производства рабочий процесс и некоторые его компоненты (операции) выполняются не людьми, а спецтехникой или информационными системами. Считавшееся новшеством XXI века, уже сегодня автоматизированное производство может полностью заменить человека на многих видах работ.

Автоматизация операций может включать автоматизацию одной операции или автоматизацию всего процесса производства. Автоматизированное оборудование может варьироваться от простых датчиков до автономных роботов и другого сложного оборудования.

Цели автоматизации производства

Повышение производительности и желание получить конкурентное преимущество, как правило, является основной причиной для старта проекта по автоматизации на многих предприятиях. Другие причины автоматизации могут быть обусловлены не «надеждами на будущее», а наличием конкретных причин – например, опасной рабочей средой или высокой стоимостью человеческого труда. Некоторые предприятия автоматизируют процессы с целью сократить время производства, увеличить гибкость производства, сократить затраты, устранить человеческие ошибки или восполнить нехватку рабочей силы. Решения, связанные с автоматизацией, обычно касаются некоторых или даже всех перечисленных экономических и социальных факторов.

При этом можно выделить общую цель автоматизации производства: заменить человеческий труд и оптимизировать работу*. В более широком смысле к целям автоматизации процессов условно относят:

• Сокращение персонала, обслуживающего производство;
• Увеличение выработки количества продукции;
• Расширение ассортимента продукции;
• Увеличение объемов производства в несколько раз;
• Повышение безопасности производства.

*Однако и тут есть некоторые нюансы: автоматизация на производстве может увеличить затраты на техническое обслуживание.

Для владельцев бизнеса оценка плюсов и минусов автоматизации может быть непростой задачей. Скорость, с которой внедряются технологии в сочетании с естественным сопротивлением изменениям, заставляет владельца бизнеса откладывать внедрение новых управленческих инструментов, хотя сами понимают, что, откладывая внедрение новых и более эффективных технологий, они теряют конкурентные преимущества.

Типы автоматизации

Хотя автоматизация может играть важную роль в повышении производительности и сокращении издержек в сфере услуг, автоматизация управления производством наиболее распространена в обрабатывающих отраслях. В последние годы в области производства используются следующие типы автоматизации:

• Информационные технологии (ИТ);
• Автоматизированное производство (CAM);
• Оборудование с числовым программным управлением (NC);
• Роботы;
• Гибкие производственные системы (FMS);
• Компьютерное интегрированное производство (CIM).

Информационные технологии (ИТ) охватывают широкий спектр компьютерных технологий, используемых для создания, хранения, извлечения и распространения информации. Именно за счет информационных технологий в настоящее время осуществляется большая часть автоматизаций.

Автоматизированное производство (CAM) относится к использованию компьютеров в различных функциях планирования производства и контроля. В производственном процессе используются машины с числовым программным управлением, роботы и другие автоматизированные системы.

Машины с числовым управлением (NC) – это запрограммированные версии станков, которые последовательно выполняют операции. Для этой цели у машин могут быть свои компьютеры. Такие инструменты обычно называются компьютеризированными машинами с ЧПУ. В других случаях многие машины могут совместно использовать один и тот же компьютер. Они называются станками с прямым численным управлением.

Роботы – этот тип автоматизированного оборудования может выполнять различные операции, которые обычно обрабатываются человеком, выступающим в роли оператора. В производстве роботы используются для решения широкого круга задач, включая сборку, сварку, окраску, погрузку и разгрузку тяжелых или опасных материалов, осмотр и испытания, а также отделочные работы.

Гибкие производственные системы (FMS) представляют собой комплексные системы, которые могут включать в себя станки с числовым программным управлением, роботов и автоматизированные системы обработки материалов, то есть это полностью автоматизированные линии для полного цикла производства продукции.

Система компьютерного интегрирования (CIM) – это система, в которой многие производственные функции связаны через интегрированную компьютерную сеть и включают в себя планирование производства, контроль качества, автоматизированное производство, автоматизированное проектирование, закупку, маркетинг и другие функции.

Сегодня на рынке представлен большой выбор программных продуктов для осуществления автоматизации бизнес-процессов производства. Рассматривая информационные технологии автоматизированного производства на базе 1С, можно выделить следующие популярные программные продукты:

• 1C:Управление производственным предприятием 8;
• 1С:ERP Управление предприятием 2;
• Дополнительные модули в конфигурациях бухгалтерского учета;
• Специализированные решения для управления производством алкоголя, мясной и рыбной продукции, строительным производством и пр.

1C:Управление производственным предприятием 8

Комплексное прикладное решение, охватывающее основные контуры управления и учета на производственном предприятии, производственная подсистема которого позволяет полностью контролировать производственные процессы с момента передачи материалов в производство до выпуска готовой продукции. Основной функционал:

• Планирование производства (актуализация, детализация и корректировка планов по результатам завершенных периодов);
• Расчет себестоимости (план-фактный анализ себестоимости);
• Управление затратами;
• Отражение производственных операций в управленческом, бухгалтерском и налоговом учетах.

1С:ERP Управление предприятием 2

Прикладное решение является системой класса ERP, в которой реализована подсистема управления производственными процессами компании на разных уровнях.

В системе автоматизация процессов планирования производства организована с помощью документов «Планы производства» и «Заказы на производство». Предусмотрен функционал по ведению учета услуг по переработке давальческого сырья, производства на стороне (силами сторонней организации), диагностика формирования графика производства, диспетчирование графика производства. Ведется список ресурсных спецификаций, маршрутных листов.

Для управления задачами и производственными процессами в системе предусмотрена возможность ведения следующей нормативно-справочной информации:

• Маршрутные карты;
• Бригады;
• Виды работ сотрудников;
• Структура рабочих центров;
• Разрешение на замену материалов;
• Параметры межоперационных переходов.

Функционал системы позволяет осуществлять учет трудозатрат и выработки сотрудников, выполняющих производственные наряды и общепроизводственные работы, а также учет выработки бригады с коэффициентами трудового участия (КТУ).

Хотелось бы отметить, что после внедрения систем автоматизации в компании встает вопрос поиска квалифицированных специалистов с должным уровнем знаний. То есть еще одной проблемой автоматизации можно считать поиск новых специалистов или повышение квалификации существующего персонала компании.

Перечень проблем использования программных продуктов можно дополнить возникновением угроз взлома системы, зависимостью от электроснабжения и уязвимостью в техническом плане. Однако все эти риски нивелируются большим количеством положительных эффектов от внедрения автоматизированных систем: снижение брака продукции, уменьшение стоимости продукта за счет сокращения трудоемкости работ, рост количества новых клиентов за счет роста качества продукции и ее удешевления.

Темпы, которые набрала автоматизация различных сфер бизнеса за последние 20 лет, можно назвать по-настоящему головокружительными. Вне зависимости от масштаба бизнеса собственники ориентируются на автоматизацию, и современный рынок предлагает им огромный выбор автоматизированных решений. В этих условиях ключом к успеху становится тщательный анализ и реализация управленческих схем, а не быстрое и необдуманное внедрение новых технологий. Автоматизация должна быть плановым, стратегическим шагом, базирующимся на реальных потребностях производственного предприятия, чтобы удовлетворить все нужды организации и принести максимальную пользу.

В настоящее время информатизации общества уделяется огромное внимание. Активно идет процесс перестройки экономики на базе научно-технического прогресса на самых его перспективных направлениях. Современный уровень развития компьютерной техники сделал возможным обработку первичных документов, учетных данных, ведение счетов, формирование отчетности с помощью компьютерных технологий. Прежде всего необходимо рассмотреть базовые понятия автоматизации.

Под информацией (от лат. «information») – это сведения, знания, сообщения, уведомления. т.е. нечто присущее только человеческому сознанию и общению. В широком смысле информация – это сведения, знания, сообщения, являющиеся объектом хранения, преобразования, передачи .

Информация обладает не только количеством, но и содержанием (смыслом) и ценностью. Под информационным ресурсом понимают:

1. Данные, преобразованные в форму, которая значима для предприятия.

2. Данные значимые для управления предприятием.

Информационные ресурсы представлены в документах массивов информации на машинных носителях, архивах библиотеках.

Одной из важнейших разновидностей информации является экономическая информация - совокупность сведений в сфере экономики, которые необходимо фиксировать, передавать, хранить, преобразовывать и использовать для осуществления функций управления учреждением и его отдельными звеньями. Количество экономической информации следует понимать, как меру устранения неопределенности знаний об объекте.

Экономическая информация фиксируется, в основном, в обычных первичных и сводных документах, являющихся носителями ее определенных совокупностей.

Тот объем экономической информации, который отражает только одну сторону хозяйственной деятельности предприятия, например, состояние расчетов с поставщиками, реализацию и т. д., другими словами, множество данных, с каким-либо однородным признаком, носит название информационной совокупности или массива.

Информационные совокупности различных сторон хозяйственной деятельности предприятия организуются в оперативные, бухгалтерские, статистические и плановые подсистемы, которые в свою очередь объединяются в информационную систему предприятия. Информационная система отдельного предприятия будет являться подсистемой информационной системы вышестоящей организации.

Использование информации состоит обычно в её анализе, который может снова вызывать обработку информации, прежде всего логического порядка, для формирования сложных выводов. Использование результативной информации должно благоприятно отражаться на хозяйственной деятельности и процессах управления; способствовать правильному планированию и регулированию.

При разработке концепции информатизации общества необходим системный, комплексный подход к решению проблем развития и использования информационных ресурсов, как и всего информационного потенциала общества, т.е. информационные ресурсы и информационные составляющие трудовых ресурсов.

Для успешного хранения, обработки и передачи экономической информации необходимо сокращать время принятия решений, что неизбежно приводит к увеличению скорости передачи и переработки информации.

Под информатизацией будем понимать глобальный процесс активного формирования и широкомасштабного использования информационных ресурсов. В процессе информатизации происходит преобразование традиционного технологического способа в новый на основе использования кибернетических методов и средств ЭВМ .

Главными направлениями развития информатизации становятся: создание более прогрессивных и гибких средств обработки информации, снижение стоимости ее обработки, улучшение технических характеристик оборудования, расширение масштабов стандартизации устройств сопряжения, качественное улучшение подготовки кадров; разработка защитных мер против несанкционированного доступа к информации и др.

Измерение процесса информатизации осуществляется путем определения масштаба внедрения информационных технологий во все сферы общественной жизни.

Для сравнительного анализа необходимо рассмотреть понятие автоматизации (automation). Под ним понимается процесс применение технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации”. Автоматизация может рассматриваться с позиции информационного процесса, причем процесса управления системами различного назначения, в первую очередь - экономическими.

Автоматизация предполагает создание соответствующих системы, которые в зависимости от степени подразделяются на автоматизированные (в которых часть функций выполняет человек) и автоматические (работающие без участия человека) .

Таким образом, информатизацию можно рассматривать, как процесс создания среды поддержки принятия решения, а автоматизацию, ускоряет процесс сбора, обмен и обработки данными, т.е. выступает, как техническая база для информатизации.

Информационная технология – это совокупность методов, производственных процессов и алгоритмов программно-технических средств, объединённых в технологическую цепочку. В современных условиях информационная технология становится эффективным инструментом совершенствования предприятия .

Также базовое значение, при автоматизации и информатизация, имеет понятие информационной системы (ИС) - это взаимосвязанная совокупность информационных, технических, программных, математических, организационных, правовых, эргономических, лингвистических, технологических и других средств, а также персонала, предназначенная для сбора, обработки, хранения и выдачи экономической информации и принятия управленческих решений.

Свойства информационных систем:

Любая ИС может быть подвергнута анализу, построена и управляема на основе общих принципов построения сложных систем;

При построении ИС необходимо использовать системный подход;

ИС является динамичной и развивающейся системой;

ИС следует воспринимать как систему обработки информации, состоящую из компьютерных и телекоммуникационных устройств, реализованную на базе современных технологий;

Выходной продукцией ИС является информация, на основе которой принимаются решения или производятся автоматическое выполнение рутинных операций;

Участие человека зависит от сложности системы, типов и наборов данных, степени формализации решаемых задач.

Процессы в информационной системе:

Ввод информации из внешних и внутренних источников;

Обработка входящей информации;

Хранение информации для последующего ее использования;

Вывод информации в удобном для пользователя виде;

Обратная связь, т.е. представление информации, переработанной в данной организации, для корректировки входящей информации.

Экономическая информационная система (ЭИС) представляет собой систему, функционирование которой во времени заключается в сборе, хранении, обработке и распространении информации о деятельности какого-то экономического объекта реального мира. ЭИС предназначены для решения задач обработки данных, автоматизации конторских работ, выполнения поиска информации и отдельных задач, основанных на методах искусственного интеллекта .

В зависимости от сферы применения ЭИС классифицируются:

ИС фондового рынка;

Страховые ИС;

Статистические ИС;

ИС в налоговой сфере;

ИС в таможенной деятельности;

Финансовые ИС;

Банковские ИС (БИС);

ИС промышленных предприятий и организаций (в этот контур входят бухгалтерские информационные системы).

Информационная технология - процесс различных операций и действий над данными. Технологический процесс обработки информации ИС состоит из отдельных операций, реализуемых с использованием комплекса технических и программных средств. Комплекс технических и программных средств постоянно расширяется, что обусловлено развитием ИС в сторону применения различных информационных сред, включая мультимедиа.

Программное обеспечение информационных технологий делится на программные средства базовые , без которого невозможна работа технических средств, и прикладное программное обеспечение . На рис. 1 приведена классификация программных средств ИС.

Рис. 1. Классификация программных средств ИС

К базовому программному обеспечению, в первую очередь, относятся операционные системы для локальных компьютеров, сетевые операционные системы, управляющие работой серверов и сетью. К наиболее популярным операционным системам в мире относятся: операционная система Windows (95/98/NT/2000), Unix, Solaris, OS/2, Linux и др. Другая часть базового программного обеспечения относится к сервисным средствам, используемым для расширения функций операционных систем, обеспечения надежной работы технических средств и выполнения процедур обслуживания информационной системы и ее компонентов:

Антивирусные программы (DrWeb, AVP (антивирус Касперского), Norton Antivirus и другие);

Архиваторы файлов (WinZip, WinRAR, WinARJ);

Утилиты для тестирования компьютеров, сетей, операционных систем, обслуживания файлов, дисков и т. п. (SiSoft Sandra for Windows, Norton Utilities, Quarterdeck WinProbe/ Manifest и другие).

Информационные технологии используют программное обеспечение общего назначения, не зависящее от типа ИС и содержания обрабатываемой информации. В первую очередь, это офисные программы, включающие:

СУБД для организации и управления БД;

Текстовый процессор для работы с текстовыми документами;

Процессор электронных таблиц для выполнения расчетов;

Пакет презентационной графики;

Интернет-обозреватель для работы с информационными ресурсами глобальной сети и другие.

Технические средства для информационных технологий ИС делятся на классы:

1. Средства сбора и регистрации информации.

2. Комплекс средств передачи информации (технические и программные средства компьютерных сетей): локальные вычислительные сети (ЛВС); региональные вычислительные сети (РВС); глобальные вычислительные сети (ГВС), в том числе сеть Интернет; intranet (интранет) сети корпораций, предназначенные для использования в масштабе предприятий эффективных информационных технологий Интернета.

3. Средства хранения данных. Базы данных ИС хранятся на серверах БД, файловых серверах, локальных компьютерах.

4. Средства обработки данных: микрокомпьютеры (портативные компьютеры; большие и сверхбольшие компьютеры -- машины специального применения в крупномасштабных ИС (ряд SUN и другие).

5. Средства вывода информации. Для отображения и вывода информации используются видеомониторы, принтеры, графопостроители.

Информационная система - среда, составляющими элементами которой являются компьютеры, компьютерные сети, программные продукты, базы данных, люди, различного рода технологические и программные средства и т.д. .

В структуре информационной системы можно выделить базовые компоненты компьютерной информационной системы (ИС) (рис. 2):

Информация;

Информационные технологии;

Организационные единицы управления;

Функциональные компоненты.

Каждый базовый компонент ИС является самостоятельной системой, имеет определенную структуру построения и цели функционирования.

Рис. 2. Структура ИС бюджетного учреждения

Функциональная структура ИС - совокупность функциональных подсистем, комплексов задач и процедур обработки информации, реализующих функции системы управления (рис. 3).

Рис. 3. Состав функциональных компонентов ИС

1. Стратегический анализ и управление. Это высший уровень управления, обеспечивает централизацию управления всего предприятия, ориентирован на высшее звено управления.

2. Управление персоналом включает задач по организации менеджмента; создание нормативно-справочной информации; ведение базы данных кадрового состава, формирование приказов, статистический анализ и учет движения кадров и другие;

3. Логистика -- управление материальными потоками (заготовка материалов и комплектующих изделий), управление производством, управление сбытом готовой продукции. Все компоненты логистики тесно интегрированы с финансовой бухгалтерией и функционируют на единой информационной базе.

4. Управление производством включает комплексы задач:

Техническая подготовка производства (ТПП), в том числе конструкторская и технологическая подготовка производства, создание нормативно- справочной базы (номенклатура ДСЕ, конструкторский состав изделий, справочники технологического оборудования и оснастки, пооперационно- трудовые нормативы);

Технико-экономическое планирование (ТЭП);

Учет затрат на производство (контроллинг);

Оперативное управление производством.

5. Бухгалтерский учет информационно связан с управленческим учетом затрат в производстве, финансовым менеджментом, складским учетом. Бухгалтерский учет хозяйственных операций в финансовой бухгалтерии осуществляется на основе бухгалтерских проводок, формируемых на основании первичных учетных документов.

Информационная технология является более емким понятием, чем информационная система. Реализация функций информационной системы невозможна без знаний ориентированной на нее информационной технологии. Информационная технология может существовать и вне сферы информационной системы.