Ячейки в производстве. Основные понятия гибкой автоматизации производства

Данная книга посвящена производству в U-образных ячейках и потоку единичных изделий. Такая организация производственного процесса позволит компаниям сократить издержки и занимаемую площадь, избавиться от ненужных перемещений деталей и продукции, уменьшить объем брака, повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции. Книга будет полезна всем, кто интересуется вопросами совершенствования производства.

Выходные данные книги:

Cellular Manufacturing One-piece Flow for Workteams / Created by The Productivity Press Development Team / Productivity Press - New York

Производство в ячейках для рабочих / Пер. с англ. - М.: Институт комплексных стратегических исследований, 2009. - 96 с.

УДК 65.0 (07), ББК 65.290-2я7, П801, ISBN (англ.) 978-1563272134, ISBN (рус) 978-5-903148-29-5

Перевод с англ. Александра Рыжкова, Ответственный редактор Александр Нижельский, Научное редактирование Вячеслав Болтрукевич, Литературный редактор Лариса Павлова, Корректура Галины Кулик, Ольги Павловской, Технический редактор Андрей Соболев, Верстка Андрея Соболева, Дизайн обложки Андрея Соболева.

Подписано в печать 24.10.2008 г. Формат 60x90/16. Бумага офсетная № 1. Печать офсетная. Объем 6 п.л. Тираж 2000 экз. Заказ № 2901. Отпечатано в ОАО ИПК «Звезда».

Глава 2. Работа в производственной ячейке

• Работа в U-образной ячейке
• Многостаночное обслуживание
  • Освоение смежных специальностей
  • Передвижения во время выполнения операций
• Использование небольших универсальных станков
• Автономизация
• В заключение
  • Выводы
  • Время подумать

Глава 3. Базовые элементы ячейки

• Этап 1. Оцените текущее состояние производственных процессов
  • Соберите данные о продукции и производстве
  • Отобразите на бумаге текущее расположение оборудования и производственный поток
  • Проведите хронометраж производственного процесса
  • Вычислите производственную мощность и время такта
  • Используйте сводные таблицы стандартизированной работы
• Этап 2. Расположите оборудование в соответствии с последовательностью операций
  • Оцените производственные элементы
  • Разработайте план ячейки
  • Передвиньте оборудование
  • Отобразите на бумаге новый технологический процесс
  • Проведите испытание производственной ячейки
• Этап 3. Постоянно улучшайте производственный процесс
  • Сократите время производственного цикла
  • Сократите время переналадки оборудования
  • Избавьтесь от дефектов
  • Сократите сбои оборудования
• В заключение
  • Выводы
  • Время подумать

Глава 4. Решения для бригад при производстве в ячейках

• Работайте в бригадах
• Используйте систему 5S
• Используйте визуальное управление для производственного контроля и техники безопасности
• Применяйте автономное обслуживание оборудования
• Используйте информационные стенды и точечные уроки
• В заключение
  • Выводы
  • Время подумать

Предисловие оригинального издателя

Производство в ячейках как один из методов бережливого производства позволяет избежать различных потерь в процессе производства и делает компанию более конкурентоспособной. Этот метод предлагает создание производственных ячеек, где все оборудование размещается в соответствии с последовательностью операций в отдельно взятом процессе. Такой тип производства обеспечивает равномерный поток выпуска продукции и сокращает производственный цикл. Кроме того, данный метод позволяет реализовать «беззапасное» производство широкого ассортимента продукции.

Переход от традиционного серийного производства к бережливому производству требует также взглянуть по-новому на все действия, которые действительно добавляют изделию ценность. Конечно же, выбор, какой концепции придерживаться в производстве, находится в руках руководства компании. Но следует признать, что ключевую роль во внедрении любой концепции играют рабочие и мастера. В этой книге вы найдете полезную информацию, которую сможете эффективно использовать по мере внедрения в вашей компании принципов производства в ячейках и других методов бережливого производства.

Эта книга хорошо дополняет книгу «Точно вовремя для рабочих», опубликованную также в серии «Производство без потерь». Информация, изложенная там, носит более справочный характер: вы узнаете, что такое время такта, выровненное производство, «канбан» и т.д. А в нашей новой книге главным образом рассказывается о самом процессе создания производственной ячейки и роли рабочих в этом процессе.

Читая эту книгу, вы должны понимать, что в ней представлены лишь обобщенные знания. Чтобы реализовать на практике и успешно применять производство в ячейках, несомненно, требуются глубокие знания и понимание всего производственного процесса и его нюансов. Если вы решили внедрить в вашей компании принципы производства в ячейках, лучше всего обратиться к опытным консультантам и тренерам.

Освоить материал этой книги вам удастся без особого труда. Каждая глава начинается с оглавления. В книге много иллюстраций и примеров. Всю важную информацию и понятия мы выделили специальными графическими символами на полях. Вопросы, которые встречаются в тексте, позволят вам контролировать усвоение материала.

Начало работы

Цель этой книги

Книга «Производство в ячейках» написана для того, чтобы наиболее полно изложить информацию, необходимую для внедрения в вашей компании этого важного подхода, применяемого в бережливом производстве. На работе вами дорожат как ценным специалистом, ваши знания, советы и действенное участие необходимы для успеха многих начинаний.

Вы можете читать эту книгу потому, что вас попросил об этом один из руководителей. Однако вы можете читать ее и потому, что хотите почерпнуть в ней знания, полезные для дальнейшей работы. Прочитав введение до конца, вы яснее поймете, как сведения, содержащиеся в данной книге, помогут вам устранить потери и лучше удовлетворять потребности потребителей.

Что положено в основу этой книги

В этой книге рассказывается о том, как организовать рабочее место таким образом, чтобы обрабатывать изделия с минимальными задержками и потерями. Методы и решения, описанные в этой книге, берут свое начало из системы бережливого производства, разработанной компанией Toyota. Сегодня ведущие мировые компании используют принципы бережливого производства и добиваются колоссальных успехов. Главная цель этой книги - изложить в простой и доступной форме главные идеи и принципы концепции производства в ячейках и потока единичных изделий.

Рис.1 Два способа освоения материала.

Два способа освоения материала

Предлагаемый материал можно осваива двумя способами:

1) в группе;

2) индивидуально.

Ваша компания может разработать собственный учебный процесс, взяв за основу эту книгу. Также вы можете приобрести ее или одолжить у кого-то, чтобы заниматься самостоятельно. В любом случае вы узнаете много ценного и сможете применять в работе идеи и методы, с которыми познакомились благодаря нашему пособию.

Обзор глав

Начало работы

Это введение, которое вы сейчас читаете. В нем объясняется, какова цель книги и как она была написана. Здесь приведены советы, которые позволят вам получить максимальную пользу от прочитанного. Также во введении кратко рассказывается о содержании всех глав.

Глава 1. Общие сведения о производстве в ячейках.

В этой главе вы узнаете о методе производства в ячейках и его преимуществах для компаний и их сотрудников. Здесь вы найдете определения таких ключевых понятий, как процессы и операции.

Глава 2. Работа в производственной ячейке.

Во второй главе описываются основные особенности производства в ячейках. Сюда относятся расположение оборудования в соответствии с последовательностью операций, освоение рабочими смежных специальностей и многостаночное обслуживание, использование небольших универсальных станков и автономизация (дзидока).

Глава 3. Базовые элементы ячейки.

В третьей главе вы найдете подробное описание трех базовых этапов перехода на производство в ячейках: оценка текущего состояния производственного процесса, непосредственно создание ячейки и постоянное совершенствование производства. Рассматриваются разнообразные методы и инструменты для анализа производственного процесса.

Глава 4. Решения для бригад при производстве в ячейках.

В последней главе этой книги вы узнаете о методах и решениях, специально предназначенных для рабочих, объединенных в бригады, и позволяющих оптимально организовать рабочее место. В число этих методов входит система 5S, визуальный менеджмент и автономное обслуживание. Вы узнаете о таких инструментах публикации информации, как информационные стенды и точечные уроки.

Глава 1. Общие сведения о производстве в ячейках.

Рис 1-1. Потери в производственном процессе
Типы	Примеры
Дефекты	Утилизация, переработка, инспекционный контроль
Ожидание	Отсутствие ресурсов, задержки партии, простой оборудования, скапливание продукции
Обработка	Ненужная или неправильная обработка
Перепроизводство	Производство изделий, на которые отсутствует спрос
Перемещения	Ненужные и утомительные перемещения людей
Запасы	Переизбыток материалов, незавершенного производства или готовых изделий
Транспортировка	Перемещение незавершенного производства на большие расстояния, неэффективные средства транспортировки
Неиспользованный потенциал рабочих	Потерянное время, нереализованные идеи, улучшения

Что такое производство в ячейках?

Производство в ячейках - это один из методов бережливого производства, который позволяет компаниям производить с наименьшими потерями определенный ассортимент изделий для своих заказчиков. При организации производства в ячейках оборудование и рабочие станции располагаются в такой последовательности, чтобы обеспечить

дельных шагов или целого сегмента производственного процесса; при этом оборудование располагается в порядке, соответствующем последовательности обработки материала. Например, если процесс обработки изделия требует сначала отрезки заготовки, затем сверления и только потом чистовой обработки, в производственную ячейку следует включить оборудование для выполнения всех этих действий, причем его нужно расположить в последовательности, точно повторяющей последовательность этих действий.

ритмичность потока материалов и компонентов в производственном процессе с минимальными задержками на их транспортировку или обработку.

Производство в ячейках - это важный элемент бережливого производства. Бережливое производство позволяет сократить потери, которые обычно ведут к дополнительным издержкам и удлинению производственного цикла. Под потерями подразумевается любой элемент производственного процесса, который увеличивает стоимость изделия, не добавляя ему ценности. На рис. 1-1 перечислены восемь типов потерь, которых помогает избежать бережливое производство.

Ячейка - ключевое слово для понимания того, что обозначает «производство в ячейках». Производственная ячейка включает в себя персонал и оборудование или рабочие станции, необходимые для выполнения отдельных шагов или целого сегмента производственного процесса; при этом оборудование располагается в порядке, соответствующем последовательности обработки материала. Например, если процесс обработки изделия требует сначала отрезки заготовки, затем сверления и только потом чистовой обработки, в производственную ячейку следует включить оборудование для выполнения всех этих действий, причем его нужно расположить в последовательности, точно повторяющей последовательность этих действий.

Размещение оборудования и персонала в производственных ячейках позволяет компаниям достичь двух важных целей бережливого производства - потока единичных изделий и производства широкого ассортимента изделий.

Группа разработчиков издательства Productivity Press

Издательство Productivity Press выпускает книги о лучших в мире методах совершенствования производства с 1981 года. «Сердцем» издательства является группа разработчиков - редакторов, писателей и опытных экспертов в различных сферах деятельности, которые неустанно трудятся, чтобы донести до своих читателей самую актуальную и нужную информацию. Они читают новые книги, уз нают новые термины и следят за новыми тенденциями в производстве и издательском бизнесе. Они постоянно учатся сами и делают все для того, чтобы выпускаемые их издательством книги и другие обучающие материалы были полезными и отвечали запросам читателей.

Переход от организации производства и размещения оборудования, ориентированных на технологический процесс, к организации производства по принципу груп­повой технологии предполагает три стадии.

1. Группировка компонентов изделия в семейства, имеющие общие этапы обработки. Эта стадия требует разработки компьютеризированной системы классифи­кации и кодирования деталей. Часто эта стадия самая дорогая, несмотря на то, что многие компании разрабо­тали короткие процедуры для идентификации и форми­рования семейств деталей.

2. Определение структуры доминирующих потоков се­мейств компонентов, на основе которых размещаются или переразмещаются технологические процессы.

3. Физическая группировка оборудования и технологиче­ских процессов в ячейки. На этом этапе иногда неко­торые компоненты невозможно включить в какое-либо семейство, а специализированное оборудование нельзя разместить в одной из ячеек из-за того, что оно часто

используется для выполнения работ, относящихся к разным ячейкам. Такие негруппируемые компоненты изделия и оборудование размещают в отдельной ячей­ке "остатков".

Схема на рис. 10.13 иллюстрирует процесс разработки 1 технологических ячеек, который применяют в компании Rockwell Telecommunication Division – производителе ком­понентов волновода.

На части А рис. 10.13 показано исходное размещение, ориентированное на технологический процесс; на В – план переразмещения технологических операций, осно­ванный на общности этапов обработки компонентов из­делия, объединенных в семейства; на С – размещение оборудования и операций в технологической ячейке, в которой выполняются все операции, за исключением по­следней. Организация технологической ячейки в этом случае наиболее целесообразна, так как:

были отдельные семейства компонентов изделия;

было несколько станков каждого типа, поэтому выве­дение из ячейки какого-либо станка не уменьшало ее пропускной способности;

рабочие центры представляли собой легко передвигае-мые отдельно стоящие станки, тяжелые, но довольно просто закрепляемые на полу.

Этими тремя особен­ностями производства всегда следует руководствоваться при принятии решения о целесообразности создания ячеек.

"Виртуальная" технологическая ячейка

Если оборудование не так легко передвигается, его не включают в комплект однородных единиц оборудования при формировании технологической ячейки. Если к тому же однородные семейства компонентов производятся не­продолжительное время, скажем, два месяца, формируют временные условные ("виртуальные") ячейки групповой технологии, состоящие, например, из одного сверлиль­ного станка на участке сверления, трех фрезерных стан­ков на фрезерном участке и одной сборочной линии на участке сборки. При этом, в соответствии с принципом групповой технологии, в конкретной ячейке должны осу­ществляться все работы с конкретным семейством ком­понентов изделия.

4. Размещение оборудования по принципу обслуживания неподвижного объекта

Размещение оборудования по принципу обслуживания неподвижного объекта используется при относительно небольшом числе единиц выпускаемой продукции, но, как правило, крупногабаритной и сложной. Разрабатывая размещение оборудования для производства неподвижного изделия, можно мысленно представить его в виде ступицы колеса с материалами и оборудованием, распо­ложенными концентрически вокруг точки производства в порядке их использования и необходимости их переме­щения. Например, в кораблестроении заклепки, исполь­зующиеся во всей конструкции изделия, должны разме­щаться близко к корпусу или прямо в нем. Тяжелые части двигателя, подвозимые к корпусу только один раз, можно разместить на более далеком расстоянии, а подъемные краны, поскольку они постоянно используются, следует располагать рядом с корпусом.

Для организации производства неподвижного изделия необходимо установить очередность выполнения работ, которая определяется производственными стадиями. Раз­мещение оборудования и компонентов вокруг неподвиж­ного объекта следует разрабатывать по принципу группи­рования материалов по их технологическому приоритету. Этот принцип используют при монтаже крупногабарит­ного оборудования, например штамповочного пресса, вы­полнение монтажных работ на котором осуществляется в строгой последовательности. Этого же принципа придер­живаются при сборке изделий, когда она начинается с самого основания изделия, а потом к нему добавляются компоненты в виде стандартных блоков.

Что касается использования количественных методов при размещении оборудования вокруг неподвижного объ­екта, то в соответствующей литературе этой проблеме уделяли мало внимания, хотя сам принцип размещения применяют сотни лет. Однако для конкретных ситуаций можно определить объективные критерии и разработать размещение оборудования вокруг неподвижного объекта с помощью количественных методов. Например, если стоимость транспортирования материалов значительна и строительный участок допускает большее или меньшее передвижение материалов по прямой линии, то можно применить метод CRAFT.

Размещение оборудования по принципу групповой технологии

При размещении оборудования по принципу групповой технологии, или формирования технологических ячеек, различное оборудование группируют в ячейки для выпол­нения операций с несколькими изделиями, однородными по конструктивно-технологическим признакам. В настоя­щее время этот принцип широко используется при метал­лообработке, производстве чипов для компьютеров и на сборочных работах. Наибольшие преимущества и выгоды от размещения оборудования по принципу формирования технологических ячеек получает производство, работающее по заказам, и мелкосерийное производство. К этим пре­имуществам относятся следующие:

1. Улучшение человеческих взаимоотношений. В состав ячейки входят несколько рабочих, которые образуют небольшую рабочую бригаду, выполняющую закончен­ный блок работ.

2. Быстрое приобретение и накопление производственного опыта. Рабочие имеют дело с ограниченным числом разнотипных деталей. Поэтому благодаря частому по­вторению работ с одними и теми же деталями, рабочие быстро обучаются.

3. Уменьшение незавершенного производства и затрат на транспортирование материалов. Ячейка объединяет не­сколько производственных операций, поэтому детали в ней меньше задерживаются на обработке и не требуется их большого запаса.

4. Быстрая переналадка производства. Ограниченное ко­личество видов выполняемых работ требует относитель­но небольшого комплекта необходимых инструментов, который можно быстро заменить при переходе на вы­пуск другой продукции.

Переход от организации производства и размещения оборудования, ориентированных на технологический процесс, к организации производства по принципу груп­повой технологии предполагает три стадии.

1. Группировка компонентов изделия в семейства, имеющие общие этапы обработки. Эта стадия требует разработки компьютеризированной системы классифи­кации и кодирования деталей. Часто эта стадия самая дорогая, несмотря на то, что многие компании разрабо­тали короткие процедуры для идентификации и форми­рования семейств деталей.

2. Определение структуры доминирующих потоков се­мейств компонентов, на основе которых размещаются или переразмещаются технологические процессы.

3. Физическая группировка оборудования и технологиче­ских процессов в ячейки. На этом этапе иногда неко­торые компоненты невозможно включить в какое-либо семейство, а специализированное оборудование нельзя разместить в одной из ячеек из-за того, что оно часто

используется для выполнения работ, относящихся к разным ячейкам. Такие негруппируемые компоненты изделия и оборудование размещают в отдельной ячей­ке "остатков".

Схема на рис. 10.13 иллюстрирует процесс разработки 1 технологических ячеек, который применяют в компании Rockwell Telecommunication Division – производителе ком­понентов волновода.

На части А рис. 10.13 показано исходное размещение, ориентированное на технологический процесс; на В – план переразмещения технологических операций, осно­ванный на общности этапов обработки компонентов из­делия, объединенных в семейства; на С – размещение оборудования и операций в технологической ячейке, в которой выполняются все операции, за исключением по­следней. Организация технологической ячейки в этом случае наиболее целесообразна, так как:

- были отдельные семейства компонентов изделия;

- было несколько станков каждого типа, поэтому выве­дение из ячейки какого-либо станка не уменьшало ее пропускной способности;

- рабочие центры представляли собой легко передвигае-мые отдельно стоящие станки, тяжелые, но довольно просто закрепляемые на полу.

Этими тремя особен­ностями производства всегда следует руководствоваться при принятии решения о целесообразности создания ячеек.

"Виртуальная" технологическая ячейка

Если оборудование не так легко передвигается, его не включают в комплект однородных единиц оборудования при формировании технологической ячейки. Если к тому же однородные семейства компонентов производятся не­продолжительное время, скажем, два месяца, формируют временные условные ("виртуальные") ячейки групповой технологии, состоящие, например, из одного сверлиль­ного станка на участке сверления, трех фрезерных стан­ков на фрезерном участке и одной сборочной линии на участке сборки. При этом, в соответствии с принципом групповой технологии, в конкретной ячейке должны осу­ществляться все работы с конкретным семейством ком­понентов изделия.

В книгах и статьях о бережливом производстве довольно часто мелькает термин U-Shape Cell (U-образная или подковообразная производственная ячейка). Частое упоминание может натолкнуть на мысль, что такой способ организации процесса является самым лучшим с точки зрения Lean. Так ли это?

U-образная ячейка в определенных условиях может быть оптимальным способом производства. Выгодным отличительными чертами такой линии могут быть:

• низкий уровень незавершенной продукции (WIP);
• поток единичных изделий (single piece flow);
• гибкое планирование мощности и количества задействованных операторов;
• удобная подача (презентация) материала
• и т.д.

Тем не менее, U-Shape – это не единственный способ организации производства и не всегда наилучший способ расположения рабочих станций (оборудования, станков и т.д.). К примеру, расположение столов в кол-центре в форме буквы “U” не ускорит работу и не сократит время ожидания клиента.

Так какой же способ организации производства самый бережливый?

Существует несколько принципиальных способов организации производственного процесса:

1. Производство партиями и очередями: процесс, состоящий из последовательных операций, между которыми скапливается незавершенное производство (WIP 1). Количество незавершенного производства в лучшем случае равно размеру партии, которая движется от операции к операции.
2. Производство в линии (или ячейке): процесс, состоящий из связанных между собой операций, материал между которыми движется поштучно или небольшими контролируемыми партиями. Важная особенность этого процесса в том, что количество незавершенного производства строго ограничено.
3. Производство в одной точке: на одном универсальном станке (как “яма” у автомеханика) или так называемом .

Пункт 2 – производство в линии (или ячейке) – подразумевает множество вариантов конфигурации. Вот наиболее часто встречающиеся:

1. прямая линия (I-образная ячейка);
2. подковообразная линия (U-образная ячейка);
3. T или Y-образная линия;
4. C или L-образная линия.

Как было сказано выше, вариант 2b упоминается в книгах по бережливому производству чаще всего, однако, как вы видите, он не единственно возможный:

Кроме того, весь производственный цикл может состоять из нескольких участков, на каждом из которых может быть реализован другой способ производства или другой тип линии (ячейки). Например, в McDonalds вы можете наблюдать работу за кассой – D-shop – и догадываться, что на кухне происходит что-то вроде работы в ячейках, конфигурация которых зависит от планировки кухни. Соединяет кухню и кассу своего рода супермаркет:

Как же выбрать оптимальный вариант организации производственного процесса в условиях вашего предприятия?

Под организацией производственного процесса будем понимать организацию всего, что находится между складом сырья и складом готовых изделий. В упрощенном варианте это поток материала из одного склада в другой. Организация такого потока означает устранение максимального количества препятствий на пути. В бережливом производстве эти препятствия называют потерями.

Цель устранения потерь (препятствий на пути у потока) – ускорение потока материалов. Таким образом, в результате устранения потерь материал должен “перетекать” по кратчайшей траектории, не встречая на пути препятствий (читай, не останавливаясь).

Какая траектория потока материалов будет кратчайшей на вашем предприятии?

Если, к примеру, на вашем предприятии склад сырья и готовых изделий разделены – находятся с разных концов здания, – то кратчайшая траектория будет проходить по прямой:

Идеальной траекторией потока материалов в таком случае может быть прямая линия. Так работает множество автомобильных заводов: с одной стороны подвозят кузова – с другой, съезжают готовые автомобили. Так работает множество Cross-Docking-складов (порты, авто и железнодорожные вокзалы): с одной стороны выгружают контейнеры, а с другой – загружают их на следующий транспорт. Даже ваш любимый супермаркет может быть разделен на два помещения: склад и торговый зал. С одной стороны – со стороны склада – разгружают продукты, а с другой – со стороны торгового зала – запускают посетителей.

Если же склад сырья и готовых изделий находятся с одной стороны от производственной площадки, то кратчайшая траектория потока материалов будет напоминать подкову:

Разумеется, вы можете сказать, что оба способа не применимы в условиях вашего предприятия. К примеру, первый вам не подходит, так как расстояние между складами значительно превышает длину производственной линии. А второй не подходит потому, что на вашем предприятии работает более одной линии.

Причин “почему нет?” существует масса. Однако важно, чтобы в поисках самого бережливого способа организации производства вы вначале выбрали способ – концепт, а не погрузли в деталях. Зачастую нам свойственно уходить в проработку деталей. Каждая деталь требует тщательного взвешивания и обдумывания, и уверяю вас, эта дорога ведет в никуда.

Решите проблему концептуально – выберите способ, а уж потом прорабатывайте детали и решайте проблемы по мере необходимости. Зачастую множество неразрешимых элементов впоследствии не потребуют от вас никакого решения вовсе или решение будет известно. Иными словами, определите, как должен двигаться материал, а затем думайте, как “вписать” в этот поток отдельные операции, ячейки или D-шопы:

И если потребуется немножко реорганизовать складские помещения, то почему бы и нет?

Разумеется, выбор концептуального решения о движении материала через производственную территорию еще не означает, что вы добились оптимального производственного процесса. Но начало положено, и первый шаг был сделан правильно. А это главное!

Гибкая производственная ячейка (ГПЯ) - комплекс, состоящий из станков с ЧПУ, выбранных и установленных в соответствии с выполняемыми заданиями и соединенных средствами транспорта. В состав ГПЯ могут входить станки и машины, обслуживаемые вручную, а также дополняющие рабочие места - для мойки, сушки, контроля размеров после обработки. Ячейки, обслуживаемые с помощью промышленного робота, называются роботизированными.

На рис 1.9 показана схема ГПЯ, состоящей из токарного станка с ЧПУ 1 и многоцелевого токарного станка 2. Ячейку обслуживает промышленный робот 4 с системой управления 12. Наряду со станками и роботом в состав ячейки входят дополнительные устройства и оборудование, в частности кантователь 3, моечная машина 5, палета 7 с заготовками типов А и В, палета 6 с обработанными деталями, установка распознавания заготовок 9. Оператор находится перед центральным пультом управления 10 с монитором 11 . Рабочая зона действия робота ограничена защитным устройством с системой фотоэлементов 8.

Рис. 1.9.

Гибкая производственная система (ГПС) - комплекс, состоящий из большого количества автоматизированных рабочих мест (технологических машин, станков с ЧПУ, многоцелевых станков), которые позволяют использовать различные технологии обработки (давление, резание, термообработка, нанесение покрытий) и дополняющие технологии (мойка, сушка и т.д.) и связаны между собой устройствами для перемещения изделий таким образом, что на одних и тех же рабочих местах возможна обработка различных изделий, проходящих через ГПС различными путями. Компьютер, управляющий ГПС, выполняет также функции надзора и планирования производства, управляя перемещением изделий через систему и обеспечивая ее работу без участия оператора в течение требуемого отрезка времени.

Схема ГПС на базе трех ГПМ с общей системой транспортирования изделий на основе рольгангов и общей системой управления показана на рис. 1.10.

Повышение гибкости автоматизированных производственных систем возможно за счет применения:

• автоматизированных систем технологической подготовки производства (АСТПП);
• быстропереналаживаемых автоматических поточных линий;
• универсальных промышленных манипуляторов с программным управлением (промышленных роботов);
• стандартизированного инструмента и средств технологического оснащения;
• автоматически переналаживаемого оборудования (станков с ЧПУ);
• переналаживаемых транспортно-складских и накопительных систем и т.д.

При создании ГПС имеет место интеграция:

• всего разнообразия изготовляемых деталей в группы обработки;
• оборудования;
• материальных потоков (заготовок, деталей, приспособлений и оснастки, основных и вспомогательных материалов);
• процессов проектирования и производства изделий от идеи до готовой машины (объединение основных, вспомогательных и обслуживающих процессов производства);
• обслуживания (за счет слияния всех обслуживающих процессов в единую систему);

Рис. 1.10.

• 1 - компьютеры, управляющие работой ГПМ и измерительных машин; 2,4,5 - ГПМ; 3 - пульты управления ГПМ; 6 - пульты управления портальными манипуляторами; 7 - система управления транспортной подсистемой; 8 - сеть, соединяющая главный компьютер с компьютерами рабочих мест;
• 9 - главный компьютер ГПС
• 1.4. Гибкие производственные ячейки, системы и участки

• управления (на основе использования комплекса ЭВМ различного уровня, баз данных, пакетов прикладных программ, систем автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ);
• потоков информации о наличии и применении материалов, заготовок, изделий, а также средств отображения информации;
• персонала (за счет совмещения профессий конструктора, технолога, программиста, организатора производства).

В состав современных ГПС входят:

• автоматизированная транспортно-складская система (АТСС);
• автоматическая система инструментального обеспечения (АСИО);
• автоматическая система удаления отходов (АСУО);
• автоматизированная система обеспечения качества (АСОК);
• автоматизированная система обеспечения надежности (АСОН);
• автоматизированная система управления (АСУ);
• система автоматизированного проектирования (САПР);
• автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП);
• автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП);
• автоматизированная система оперативного планирования производства (АСОПП);
• автоматизированная система содержания и обслуживания оборудования (АССОО);
• автоматизированная система управления производством (АСУП).

По технологическому признаку ГПС в различных производствах могут быть разделены на две группы.

ГПС первой группы предназначены для выпуска с высокой производительностью крупных серий узкого спектра изделий, характеризующихся высокой степенью конструктивного и технологического подобия (обработка так называемых закрытых семейств изделий). Примером могут служить детали типового домостроения, выпускаемые для различных, но близких типовых проектов. Такие технологические задачи решают, применяя разновидность ГПС, называемую гибкой поточной линией. На такой линии изделия перемещаются с заданным ритмом по рабочим позициям, расположенным в соответствии с технологическим маршрутом и связанным внутренними межстаночными транспортными устройствами. Порядок прохождения изделием производственного цикла обусловлен в данном случае технологическим маршрутом и соответствующим этому маршруту расположением оборудования.

Для такой разновидности ГПС характерно то, что для перехода на изделия другого наименования необходимо остановить поток, завершить обработку имеющегося задела, остановить оборудование, произвести его переналадку и затем снова запустить поток на выпуск новых изделий. Таким образом, одновременно в производстве на гибкой поточной линии могут находиться изделия только какого-нибудь одного наименования.

ГПС второй группы предназначены для выпуска изделий широкой номенклатуры, ограниченной техническими характеристиками применяемого оборудования, а также специализацией и квалификацией производственного персонала. Такие ГПС характеризуются большим технологическим разнообразием (обработка открытых семейств изделий).

В этом случае имеет место движение изделий от одной единицы оборудования к другой по произвольному изменяемому маршруту с возможностью его прерывания. Маршрут движения изделий и последовательность выполнения над ними технологических операций не связаны с расположением оборудования, а определяются планом работы производственного комплекса и расписанием загрузки оборудования, составляемыми не однократно (на этапе проектирования производственного комплекса), а многократно (на этапе его эксплуатации применительно к конкретному изделию). Для таких линий возможно одновременное нахождение в обработке различных изделий и не требуется обязательного выравнивания для различных изделий времени пребывания на соответствующих операциях технологического маршрута, а также числа этих операций.

К ГПС второй группы относятся технологические комплексы разного масштаба, степени сложности и уровня автоматизации - от гибких участков и цехов до гибких автоматизированных производств и объединений.

Ряд связанных между собой автоматическими транспортными и погрузочно-разгрузочными устройствами автоматических линий представляет собой автоматический комплекс с замкнутым циклом производства изделия. Автоматизированные участки (цехи) включают в себя автоматические поточные линии, автономные автоматические комплексы, автоматические транспортные системы, автоматические складские системы, автоматические системы контроля качества, автоматические системы управления и т.д.

Принцип работы такого комплекса можно рассмотреть на примере гибкой автоматической линии по изготовлению блоков цилиндров автомобильных двигателей фирмы «Тойота» (рис. 1.11).

Подача заготовок

Рис 1.11. Гибкая автоматическая линия обработки блоков цилиндров

Линия состоит из следующих компонентов:

• четырех обрабатывающих центров (ОЦ) 1 со сменными инструментальными магазинами на 40 инструментов;
• трехкоординатной измерительной машины с программным управлением 2;
• автоматической моечной машины 3;
• роботов-манипуляторов 4;
• автоматической транспортно-складской системы, состоящей из двух вертикальных автоматизированных складов 5, 6 с двумя роботами-штабелерами 7, автоматизированного двухдорожечного роликового транспортера 8 с автономным приводом на каждый ролик;
• пульта управления линией 9;
• рабочего места подготовки инструментов 10 для установки в магазинах;
• автоматизированной системы удаления отходов 11 ;
• транспортера заготовок 12.

Заготовки с обработанными базовыми поверхностями поступают по транспортеру 12 на монтажный стол, где с помощью

ручного манипулятора устанавливаются на специальные приспособления-спутники (палеты). На каждую заготовку приклеивается магнитная метка, в которой содержится информация о заготовке (номер, марка материала и т.д.). По команде оператора робот-штабелер устанавливает палету с закрепленной на ней заготовкой в любую свободную ячейку склада заготовок. Считывающее устройство ячейки передает информацию на систему управления участка. При высобождении любого из обрабатывающих центров 1 система управления линии в соответствии с оперативным планом производства, переданным с системы управления участка изготовления блоков цилиндров, дает команду роботу-штабелеру 7 склада заготовок 6 на перемещение очередной заготовки определенного типоразмера на позицию обработки.

Робот-штабелер извлекает палету с требуемой заготовкой из ячейки склада и устанавливает на одну из дорожек автоматического транспортера, который получает команду от системы управления о доставке палеты с заготовкой к свободному ОЦ. Остановка заготовки против заданного ОЦ обеспечивается вращением роликов транспортера с автономными приводами на отрезке от склада до заданного места, а остальные ролики остаются неподвижными. Одновременно с командой роботу-штабелеру на подачу заготовки система управления передает программу обработки указанной заготовки в систему ЧПУ ОЦ, которая за время движения заготовки по транспортной системе дает команды о замене инструмента для выполнения первого перехода операции и устанавливает необходимые режимы обработки, т.е. полностью подготавливает ОЦ для работы с новой, другой по параметрам обработки заготовкой. Робот-манипулятор 4 по команде системы управления перемещается по рельсовой дорожке к свободному обрабатывающему центру и производит перегрузку палеты с заготовкой с транспортера 8 на рабочий стол ОЦ, где она автоматически закрепляется, и производится полная обработка блока цилиндров.

По окончании обработки палета с готовой деталью перегружается на транспортер, а с транспортера - в моечную машину 3. После мойки и сушки обработанная деталь поступает на контрольную машину, где контролируется по программе, переданной системой управления. В случае соответствия параметров готовой детали заданным она поступает по транспортной системе на склад готовых изделий, информацию о чем получает

Рис. 1.12.

оборудования

система управления линии. Перед помещением детали на склад готовых изделий оператор снимает ее с палеты, которая возвращается на склад заготовок. В случае, если контролируемые параметры изделия не соответствуют заданным, контрольная машина вызывает оператора для принятия решения. При необходимости по команде оператора контрольная машина распечатывает результаты контроля.

С целью экономии рабочего времени контроль за состоянием инструментов в инструментальном магазине и его смена производится вне обрабатывающего центра на специальном рабочем месте. Для этого инструментальный магазин снимается мостовым краном со специальным поворотным устройством и тут же на его место устанавливается новый магазин. Контроль и настройка инструмента в специальных инструментальных державках производится с помощью инструментального микроскопа.

Обслуживают участок три человека: инженер-оператор (он же наладчик, оператор системы управления, программист и контролер), рабочий склада заготовок и готовых изделий, рабочий-инструментальщик.

Подводя итоги, можно схематично представить основные пути развития гибкого автоматизированного оборудования и его основные возможности (рис. 1.12).

• Палета (от англ, pallet - поддон) используется для складирования, транспортирования, базирования и закрепления деталей в условиях ГПС.