Гибкая производственная система

Гибкая производственная система (ГПС, англ. flexible manufacturing system, FMS) — производственная система, в которой существует определенная гибкость, позволяющая системе реагировать при изменении в типе или количестве производимой продукции или в способе ее производства.

Гибкая производственная система
Медиафайлы на Викискладе

Состав ГПС

Как правило гибкие производственные системы делятся на две категории, каждая из которых содержит множество подкатегорий:

• Первая категория называется гибкостью маршрутизации и охватывает способность системы изменяться для производства новых типов продукции, а также способность изменять порядок операций, выполняемых над деталью.
• Вторая категория называется гибкостью оборудования, которая заключается в возможности использования нескольких машин для выполнения одной и той же операции с деталью, а также в способности системы воспринимать масштабные изменения, например, изменения объема, мощности или производительности.

Большинство ГПС включает три основных компоненты:

1. Рабочие машины, которые часто являются автоматическими станками с ЧПУ, соединенных между собой.
2. Систему обработки материалов
3. Центральный управляющий компьютер, который управляет перемещением материалов и работой станков.

Основным преимуществом ГПС является ее высокая гибкость в управлении производственными ресурсами, такими как время и усилия, необходимыми для перехода к производству новой продукции. Лучшее применение для ГПС - это производство небольшой номенклатуры продукции в условиях массового производства.

Преимущества

• Снижение стоимости производства в целом,
• Снижение стоимости произведенной каждой единицы продукции,
• Повышение производительности труда,
• Большая эффективность оборудования^[1],
• Улучшенное качество продукции,
• Повышенная надёжность всей производственной системы,
• Уменьшенных складских запасов деталей,
• Возможность адаптации к операциям CAD / CAM,
• Сокращение времени изготовления единицы продукции,
• Повышение эффективности,
• Увеличение производительности.

Недостатки

• Высокая стоимость ГПС,
• Сложное предварительное планирование,
• Требуется квалифицированная рабочая сила,
• Сложность самой системы,
• Сложности при техническом обслуживании.

Гибкость

Гибкость производства означает возможность работы с деталями различного типа, возможность вариаций при сборке деталей и последовательности выполнения технологических процессов, возможность изменения объемов производства и конструкции изготавливаемого изделия.

Связи внутри ГПС

Промышленная гибкая производственная система (ГПС) состоит из роботов, станков с числовым программным управлением (ЧПУ), измерительных приборов, компьютеров, датчиков и других автономных систем, таких как контрольно-измерительные машины (КИМ).

Использование роботов в производственном сегменте обрабатывающей промышленности обещает множество преимуществ, начиная от высокой загрузки станков и заканчивая высокой производительностью всей системы. Каждая роботизированная ячейка или узел будет располагаться вдоль системы перемещения материалов, такой как конвейер или транспортер. Детали разных типов в процессе изготовления будут двигаться по разным маршрутам внутри ГПС. Движение деталей с одной позиции обработки на другую осуществляется по системе перемещения. По окончании обработки готовые детали будут направлены в узел автоматического контроля качества и затем выгружены из ГПС.

Поток данных в ГПС состоит из больших файлов и коротких сообщений, и в основном поступает от узлов, станков и инструментов. Размер сообщения варьируется от нескольких до нескольких сотен байт. Например, данные от исполнительного программного обеспечения представляют собой файлы большого размера, в то время как сообщения для обработки данных, обмен данными со станком и мониторинг состояния частей ГПС передаются в небольшом размере.

Также есть некоторые различия во времени передачи данных. Загрузка больших программных файлов с основного компьютера в каждый станок или ячейку ГПС обычно занимает около 60 секунд и происходит в начале работы ГПС. Сообщения для отдельных инструментов отправляются в периодическом режиме с небольшой задержкой по времени. Аварийные сообщения довольно короткие по размеру и должны передаваться и приниматься почти мгновенно.

В настоящее время остро стоит вопрос о необходимости надежного протокола ГПС, поддерживающего все характеристики данных. Существующие стандартные протоколы IEEE не полностью удовлетворяют требованиям связи в реальном времени в этой среде. Задержка CSMA/CD не ограничена по мере увеличения количества узлов из-за конфликтов сообщений. Token Bus имеет детерминированную задержку сообщения, но не поддерживает приоритетную схему доступа, которая необходима для связи внутри ГПС. Token Ring обеспечивает приоритетный доступ и имеет низкую задержку сообщения, однако передача данных по нему ненадежна. Сбой одного узла, который может часто возникать в ГПС, вызывает ошибки передачи проходящего сообщения в этом узле. Кроме того, топология Token Ring требует большого объема кабелей, что влечет за собой рост стоимости.

Необходима конструкция ГПС-коммуникации, которая поддерживает связь в реальном времени с ограниченной задержкой сообщений и быстро реагирует на любой аварийный сигнал. Поскольку отказы и неисправности оборудования из-за жары, пыли и электромагнитных помех являются обычным явлением, необходимы приоритетный механизм и немедленная передача аварийных сообщений, чтобы можно было запустить подходящую процедуру восстановления. Была предложена модификация стандартной Token Bus для реализации схемы приоритетного доступа, которая позволит передавать короткие и периодические сообщения с малой задержкой по сравнению с длинными сообщениями.^[2]

Литература

• Manufacturing Flexibility: a literature review. By A. de Toni and S. Tonchia. International Journal of Production Research, 1998, vol. 36, no. 6, 1587—617.
• Computer Control of Manufacturing Systems. By Y. Koren. McGraw Hill, Inc. 1983, 287 pp, ISBN 0-07-035341-7
• Manufacturing Systems — Theory and Practice. By G. Chryssolouris. New York, NY: Springer Verlag, 2005. 2nd edition.
• Design of Flexible Production Systems — Methodologies and Tools. By T. Tolio. Berlin: Springer, 2009. ISBN 978-3-540-85413-5
• В. П. Вороненко, В. А. Егоров, М. Г. Косов и др. - Проектирование автоматизированных участков и цехов: учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1992. - 269 с. ISBN 5-217-01240-4
• В. П. Вороненко, М. С. Чепрунов, А. Г. Схиртладзе. Проектирование машиностроительного производства: учебник для вузов. - М.: Лань, 2019. - 416 с. ISBN 978-5-8114-4519-6