Теоретические аспекты автоматизации управления производством

Оглавление

Приложение А……………………………………………………………………34

Введение

В ХХ в., особенно со второй его половины, произошло появление ряда новых технологий: биотехнология органического синтеза искусственных веществ с заданными свойствами, технология искусственных конструкционных материалов, мембранная технология искусственных кристаллов и сверхчистого вещества, лазерная, ядерная, космическая технологии и, наконец, информационная технология.

Информационная технология обладает интегрирующим свойством по отношению как к научному знанию в целом, так и ко всем остальным технологиям.

Особая роль отводится всему комплексу информационной технологии и техники в структурной перестройке экономики в сторону наукоемкости. Объясняется это двумя причинами. Во-первых, все входящие в этот комплекс отрасли сами по себе наукоемки (фактор научно-теоретического знания приобретает все более решающее значение). Во-вторых, информационная технология является своего рода преобразователем всех других отраслей хозяйства, как производственных, так и непроизводственных, основным средством их автоматизации, качественного изменения продукции и, как следствие, перевода частично или полностью в категорию наукоемких.

Связан с этим и трудосберегающий характер информационной технологии, реализующийся, в частности, в управлении многих видов работ и технологических операций. Информационная технология сама создает средства для своей эволюции. Формирование саморазвивающейся системы – важнейший итог, достигнутый в сфере информационной технологии.

Именно поэтому тема контрольной работы является актуальной.

Целью контрольной работы является изучение автоматизации управления производством, а также практическая реализация навыков построения баз данных в среде MS Access.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть автоматизированные производства и гибкие производственные системы;
2. Изучить систему автоматизированного проектирования и автоматизированную систему управления производством;
3. Разработать базу данных «Электронная библиотека»;
4. Создать базу данных «Предприятие».

При написании работы будет использоваться пакет офисных программ Microsoft Office, в частности Microsoft Word и Microsoft Access версии 2010 года.  

1 Теоретические аспекты автоматизации  управления производством

1.1 Автоматизированные  производства. Гибкие производственные  системы

Автоматизация производств как средство эффективного роста производительности труда и улучшения качества продукции зависит от уровня развития науки, техники и от используемых средств производства.

Комплексная автоматизация крупносерийного и массового производства с жесткой автоматизацией производственных процессов и использование узкоспециализированного автоматического оборудования и автоматических линий оправдали себя тем, что предусматривают выпуск очень большого объема одинаковой или мало отличающейся по техническим параметрам продукции. Однако, специфика и тенденция развития современных производств в различных отраслях таковы, что достижения современной науки и новейших технологий требуют частой смены и выпуска различной продукции малыми сериями  при одновременном обеспечении высокой производительности и качества продукции в автоматическом режиме.

Эти требования привели к необходимости создания и внедрения качественно новых автоматизированных производств, обеспечивающих возможность их гибкой переналадки на производство различных видов продукции в пределах их технических возможностей и при одновременной  полной автоматизации процессов.

В 70-80гг. прошлого столетия был осуществлен поиск новых путей увеличения уровня автоматизации и производительности станков с числовым программным управлением (ЧПУ) путем их объединения в автоматизированные производственные комплексы. В основу этих комплексов закладывалась возможность гибкой переналадки технологий обработки с обеспечением возможности групповой обработки различных видов деталей. Однако при этом выпуск различных деталей какой-либо номенклатуры был связан с необходимостью участия человека в этом процессе. Поэтому встал вопрос о реализации «безлюдных технологий». Понятие «безлюдная» не означает, что человек не участвует в производстве, а предусматривает возможность длительного функционирования технического оборудования (ТО) в производственном комплексе в автоматическом режиме. Для реализации «безлюдной» гибкой технологии необходимо было автоматизировать все процессы переналадки оборудования, в том числе «загрузка-разгрузка» заготовок, удаление отходов, управление всем производственным процессом.

«Безлюдные» гибкие автоматизированные производства имеют различные уровни автоматизации в виде гибких производственных модулей (ГПМ), гибких автоматических линий (ГАЛ), гибких автоматизированных цехов (ГАЦ), гибких автоматизированных систем производств (ГАП/ГАПС). Следует иметь в виду, что каждый из выше указанных уровней или классов гибких производств объединяются общим понятием гибкая производственная система (ГПС).

Под гибкой производственной системой понимается совокупность (или отдельная единица) технологического оборудования и системы обеспечения его функционирования в автоматическом режиме, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

Процесс развития автоматизации на промышленных предприятиях происходит в несколько этапов. На первом этапе проводилась автоматизация отдельных операций или их групп с полным или частичным освобождением рабочего от выполнения трудоемких, вредных, монотонных операций. В этих условиях создавались полуавтоматы и автоматы.

Второй этап развития автоматизации характеризуется появлением автоматической линии, т. е. автоматической системы машин, расположенных по ходу технологического процесса и осуществляющих без непосредственного участия человека в определенной последовательности и с заданным ритмом технологические операции по изготовлению продукции. Человеком выполняются функции наладки и управления.

Комплексной автоматизации мелкосерийного и серийного производства в условиях ГАП должно предшествовать выполнение следующих требований:

• резкое повышение уровня технологического проектирования (на основе САПР);
• создание программируемой технологии основных и вспомогательных процессов и процессов управления информацией;
• совершенствование инженерных разработок во взаимосвязи с решением широкого круга вопросов по стандартизации в целях достижения встраиваемости, сопряженности и надежности функционирования всех компонентов (модулей) ГАП;
• пересмотр состава, структуры, категории сложности и оценки труда с учетом того, что труд инженерно-технических работников в условиях ГАП становится неотъемлемой и определяющей частью основного производственного процесса;
• обеспечение сопряженности и тиражируемости программ управления, быстрой переналадки и перепрограммирования компонентов ГАП.

Из основных и вспомогательных гибких производственных модулей комплектуются гибкие производственные комплексы, перенастраиваемые линии, участки, пролеты, цеха и заводы. ГАП первого поколения были созданы на базе многооперационных станков типа «обрабатывающий центр». За основу построения этих ГАП был принят блочно-модульный принцип, характерный для средств вычислительной техники. Первичная единица комплексирования при создании ГАП — гибкий производственный модуль (ГПМ), представляет собой, например, совокупность токарных станков с ЧПУ, специализированных роботов — автооператоров и накопителей заготовок.

На уровне участка, поточной линии, пролета ГАП может состоять из ГПМ, построенных на базе основного технологического оборудования и автоматизированной системы управления технологическими процессами и оборудованием; из модулей подготовки производства, обеспечения материалами, заготовками, деталями, инструментами; из модулей обслуживания и обеспечения работы оборудования, удаления отходов производства.

На уровне цеха ГАП включает автоматизированные участки, пролеты и линии основного производства, автоматизированную систему управления и обеспечения, автоматизированные участки технологической подготовки производства, автоматизированные участки комплектования, транспортирования, складирования, технического обеспечения и удаления отходов производства.

На уровне завода ГАП состоит из автоматизированных цехов основного и вспомогательного производства, системы автоматизированного проектирования и интегрированной автоматизированной системы планирования, управления и обеспечения производства; интегрированной системы автоматизации технологических процессов, включая все стадии производства; автоматизированной системы технического обслуживания и ремонта оборудования; транспортной и складской системы.

Выделяют следующие направления в реализации автоматизации на производстве:

• Оснащение станков магазинами инструментов;

Оснащение станков с ЧПУ магазинами инструментов, предусматривает использование в них устройств автоматической смены  и обеспечивает  обработку заготовок за одно или малое число установок, чем существенно сокращает время обработки. Рациональным считается магазин на 50-60 инструментов.

• Оснащение станков сменными спутниками;

Оснащение станков сменными спутниками потребовало введения в них устройств автоматической подачи заготовки со спутником на стол станка. При этом достигается совмещение вспомогательного времени съема обработанной детали со временем установки и обработки новой заготовки и тем самым повышается производительность обработки. Спутник представляет собой унифицированную конструкцию в виде плиты и обеспечивает точную установку, фиксацию и закрепление на столе станка этой плиты вместе с заготовкой.

• Создание многошпиндельных станков с ЧПУ;

Многошпиндельные станки обеспечивают одновременную обработку нескольких одинаковых заготовок или одновременную обработку одной заготовки несколькими инструментами, что повышает производительность процесса.

• Переход к управлению на базе МП-систем (ЧПУ 4ого поколения);

Переход к управлению микропроцессорными системами  с ЧПУ существенно расширил технические и технологические возможности оборудования за счет снижения аппаратных средств управления, повышения их надежности, упрощения их обслуживания, диагностику неисправностей, редактирования программ на рабочем месте (в цеху) и возможность выхода на ЭВМ верхнего уровня.

• Объединение станков с ЧПУ в группы, управляемые от одной гибко-перепрограммируемой ЭВМ;

Объединение станков с ЧПУ в группы управляемые от одной ЭВМ  дало возможность оперативно устанавливать очередность работы станков, рационально распределять временной ресурс, оперативно редактировать программы, использовать внешнюю память и обеспечивать взаимодействие по задачам управления и возможность выхода на ЭВМ внешнего (верхнего) уровня.

Объединение станков с ЧПУ в автоматизированном производственном комплексе, с автоматизацией в них транспортных, складских и других процессов и управление от единой центральной ЭВМ.

Объединение станков в автоматизированные комплексы потребовало применения множества автоматизированных систем, что позволило решать задачи упорядочивания доставки заготовок, инструмента, оснастки в условиях изменяющихся задач и циклов производственного процесса Современные производственные системы, обеспечивающие гибкость при автоматизированном производстве, включают:

• системы автоматизированного проектирования;
• автоматизированные системы управления производством;
• промышленные роботы;
• автоматизированные складские системы;
• интегрированную автоматизированную систему управления производством (включает в себя: автоматизированные транспортные системы (АТС), автоматизированные накопительные систем (АНС), автоматизированные системы контроля (АСК) и др.).

Далее рассмотрим более подробно применение автоматизации в разных функциях производства.

1.2 Система автоматизированного  проектирования. Автоматизированная  система управления производством

Система автоматизированного проектирования - САПР используется проектировщиками при разработке новых изделий и технико-экономической документации. Она позволяет значительно сократить время на разработку и изготовление чертежей проекта, которые раньше выполнялись вручную, и создает возможность разработки различных вариантов проектов для последующего выбора оптимального варианта. Компьютерная система дает возможность хранить документацию в памяти компьютера и по мере необходимости получать ее для внесения в проект изменений; переносить чертежи на бумажный носитель; вести проверку ошибок.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) начали внедряться в конце 50-х гг. для технических расчетов, в 60-х гг. - для проектно-конструкторских работ (ЭВМ использовалась в режиме пакетной обработки данных). Так, например, разработанные САПР технологических процессов (САПР ТП) позволяют проектировать на ЭВМ технологические процессы горячей штамповки и штампы, выдавая всю необходимую технологическую информацию. Человек участвует только в кодировании исходных данных.

Возможны два принципиально различных способа автоматизированного проектирования:

1. Синтез проектируемого объекта (конструкции, технологического процесса, цеха) применяется к заданным конкретным требованиям и технико-экономическим условиям при крупносерийном и массовом выпуске продукции (индивидуальное проектирование);

2. Поиск с использованием информационно-поисковых систем по заданным характеристикам типового или группового объекта из имеющейся в памяти ЭВМ номенклатуры объектов для предприятий с единичным, мелкосерийным и серийным характером производства (групповое или типовое проектирование).

Описание группового технологического процесса для деталей представляет собой список технологических операций (технологический маршрут) с закрепленными за каждой из них оборудованием и оснасткой. Технологический процесс для каждой конкретной детали, принадлежащей данной группе, определяется выбором из группового технологического процесса операций необходимых для изготовления этой детали. При выборе операций используют формализованные правила (условия), устанавливающие соответствие технологических, конструктивных и производственных параметров детали, с одной стороны, и операций технологического процесса, размеров и типов оснастки - с другой. Такие САПР ТП предназначены в основном для предприятий с единичным и мелкосерийным производством.

На предприятиях с массовым и крупносерийным производством повышаются требования к качеству проектного решения. Даже незначительное уменьшение, например, расхода металла или трудозатрат в одном технологическом процессе дает большой экономический эффект при изготовлении сотен тысяч и миллионов деталей. При этом необходимо индивидуальное проектирование (синтез) технологического процесса и оснастки применительно к изготовляемой детали с учетом особенностей ее формы и размеров и возможностей используемого технологического оборудования, а также оптимизация проектного решения. Процесс проектирования разбивают на элементарные, но универсальные операции (элементы расчетов, принятия решений, геометрических преобразований и др.), каждая из которых уже не зависит от особенностей деталей и проектируемых процессов. Однако в совокупности комплекс элементарных операций обеспечивает принятие решения для деталей любых форм и технологических требований для выбранного класса задач.

В 70-х гг. появление мини-ЭВМ и терминалов дало возможность получать с помощью САПР ТП чертежи и графики в интерактивном режиме при небольших трудовых и финансовых затратах.

САПР позволяет ускорить процессы проектирования и повысить качество проектов, быстрее использовать новейшие достижения науки и техники, лучше удовлетворять потребности в новых изделиях.

Автоматизированная система управления производством (АСУП) это ряд технологий, позволяющих управлять и контролировать работу производственного оборудования при помощи ЭВМ. Эта технология идет дальше обычной автоматизации в основном за счет обеспечения гибкости производственного процесса. Компьютер может передать на управляемую им единицу оборудования новый набор команд и изменить выполняемую оборудованием задачу.

Первые автоматизированные системы планирования – системы планирования материальных ресурсов(Manufacturing Resources Planning), MRP-системы – появились в США в 60-е годы, и до настоящего времени не потеряли своей актуальности. В это время лидерство американской промышленности было безусловным. Однако появление сильной конкуренции со стороны Европы и Японии требовало соответствующих решений.

Проблема наличия необходимых материалов и комплектующих в нужное время, в нужном месте и в нужном количестве особенно актуальна для массовых сборочных производств, где простои конвейера недопустимы.

Методология MRP и соответствующие программные решения разрабатывались специально под производства, использующие систему КАНБАН или just-in-time. Данная методология служит для реализации следующих целей:

• минимизация запасов на складах сырья и готовой продукции;
• оптимизация поступления материалов и комплектующих в производство и исключение простоев оборудования из-за не прибывших вовремя материалов и комплектующих.

Следует понимать, что MRP – это методология, на практике представляющая собой компьютерную программу.

В настоящее время для планирования ресурсов предприятий с серийным производством используется подход, получивший название MRP II– планирование производственных ресурсов.

Ядром системы является методика планирования потребностей в материалах MRP (Material Requirements Planning).

АСУП, претендующая на звание MRP II-системы, должна соответствовать требованиям документа «MRP II Standard System», который разработан Американским обществом по контролю за производством и запасами (American Production and Inventory Control Society - APICS) и содержит описание 16 групп функций, которые должна поддерживать АСУП. Уровень поддержки делится на обязательный и необязательный (опциональный).

Основная задача АСУП это управления всеми составными частями производства, то есть управление основным используемым при обработке оборудованием ГПС (основное оборудование ГПС это станки оснащенные системой ЧПУ), а также дополнительным (к вспомогательному, но не менее важному оборудованию ГПС можно отнести различное технологическое оснащение, необходимое для выполнения определенной операции технологического процесса обработки детали, промышленных роботов, роботов транспортеров и т.д.). «Технологическим процессом» называется часть «производственного процесса» (производственный процесс начинается с обработки заготовки и заканчивается сборкой деталей в узлы) содержащая действия (совокупность операций и переходов, выполняющихся в определенной последовательно) по изменению состояния предмета производства (заготовки), технологический процесс связан непосредственно с изменением размеров, формы и свойств материала обрабатываемой заготовки.

По степени автоматизации АСУП подразделяют на:

• автоматические (полностью автоматика, без участия человека-оператора);
• автоматизированные (автоматика с участием человека-оператора, дополняющего работу АСУП).
• АСУП можно разделить на несколько уровней, их число зависит от исполнения ГПС:
• на внешнем уровне находится устройство управления станком, роботом, транспортом;
• следующий уровень представляет собой концентратор каналов связи от устройств нижнего уровня, который может быть выполнен в виде микро ЭВМ;
• третий уровень, это система управления ГПС;
• четвертый – система управления заводом.

Основные функции АСУП:

• управление транспортными перемещениями;
• наблюдение за всем производственным процессом;
• вывод данных на печать;
• вывод информации на монитор;
• сигнализирование при необходимости в случае аварийной ситуации;
• технологическая подготовка производства;
• управление технологическим процессом производства;
• управление инструментальным обеспечением;
• оперативное планирование.

Состоит АСУП из средств вычислительной техники — управляющих ЭВМ, связанных в единый комплекс с помощью интерфейсных устройств и линий передачи данных, и программного обеспечения, предназначенного для управления отдельными единицами автоматизированного оборудования всех подсистем и системы в целом. Она базируется на использовании оборудования с ЧПУ, ГПМ. Программное управление автоматизированных систем технического оборудования основывается на применении программы, определяющей порядок действий с целью получения требуемого результата. Вычислительные машины, устройства сопряжения с объектами и передачи данных являются аппаратурными средствами системы управления ГПС, функционирующими под управлением программных средств.

В состав АСУ ГПС входят следующие подсистемы:

• подсистема УТСС (подсистема АСУП, необходимая для управления транспортно-складской системой);
• подсистема УТПП (подсистема АСУП, осуществляющая управление технологическим процессом производства);
• подсистема ТПП (подсистема АСУП, осуществляющая технологическую подготовку производства);
• подсистема УИО (подсистема АСУП, для управления инструментальным обеспечением);
• подсистема ОКП (подсистема АСУП, осуществляющая оперативно-календарное планирование).

Немаловажным являются и другим элементы автоматизации, которые будут рассмотрены далее.

1.3 Автоматизированные  складские системы. Интегрированная  автоматизированная система управления производством

Автоматизированные складские системы (АСС) предусматривают использование управляемых компьютером подъемно-транспортных устройств, которые закладывают изделия в склад и извлекают их оттуда по команде. Эти системы не только исключают ручной труд, но и позволяют экономить складские площади, ускорять складские операции и улучшать контроль за материально-техническими запасами, поскольку ЭВМ следит за местонахождением каждого изделия на складе. Эти системы называют также автоматизированными складами.

АСС предназначены для приема и хранения нормативного запаса и выдачи в производство, а также учета материалов, заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, инструментов и д. р.,  с целью обеспечения ритмичности производственного процесса в ГПС.

Функции АСС в ГПС:

• накопление исходного сырья;
• накопление основных и вспомогательных материалов, заготовок;
• накопление порожней тары;
• хранение инструмента, приспособлений, оснастки, сменных захватов;
• накопление готовых изделий;
• временное хранение отходов производства.

За основные признаки классификации АСС приняты:

• наличие стеллажных конструкций;
• типы и конструкция стеллажей;
• типы и конструкция штабелирующих устройств (складских роботов).
• Применяется также классификация АСС по:
• объему и размерам склада;
• по выполняемым функциям;
• по типам и параметрам складской тары;
• по расположению участков по отношению к пунктам приема и выдачи грузов;
• по уровню и средствам автоматизации.

Расположение АСС в ГПС зависит от:

• типа и характера производства;
• производственной программы;
• вида (организации) внутрицехового и внутрисистемного транспорта;
• строительной части производственного корпуса и других факторов.

Часто используется линейная компоновка склада по отношению к производственным участкам. Применяется также боковая компоновка АСС по отношению к производственным участкам. При этом появляется возможность раздельного хранения и выдачи заготовок, материалов, инструментов, приспособлений. Приемлем также вариант единого стеллажного склада для материалов, полуфабрикатов, инструмента, пустой тары  и готовых изделий с боковым расположением производственных участков.

Сочетание вышеназванных и др. технологий в одной системе, работающей под управлением интегрированной управляющей системы, называется интегрированной автоматизированной системой управления производством (ИАСУП), или компьютеризированным интегрированным производством. Оно предполагает применение гибких производственных систем, управляющих интегрированной системой управления производством. Начавшийся со второй половины 70-х годов процесс создания нового технологического базиса производства протекает в разных странах с различной интенсивностью. Наибольшее развитие он получил в фирмах США и Японии благодаря стремительному накоплению новых автоматизированных средств; автоматизированных систем проектирования продукции, технологического оборудования с программным управлением, ЭВМ и микропроцессоров, промышленных роботов. Новые технологии повышают гибкость производства, позволяют сократить затраты на переналадку оборудования, что обеспечивает экономичность производства небольших партий изделий.

Гибкие системы были разработаны в США, однако сейчас ведущие позиции в мире по их разработке и внедрению занимает Япония. Наиболее широко гибкая автоматизация используется японскими фирмами параллельно с совершенствованием производственного процесса, отладкой системы поставок, приспособлением конструкций изделий для автоматизированной сборки, подготовкой персонала.

Использование микроэлектроники стало массовым явлением. Еще недавно операции, связанные с накоплением и обработкой информации, концентрировались главным образом в вычислительных центрах и информационных подразделениях крупных компании. Сейчас этот процесс охватывает все звенья производственной и управленческой структуры. Поэтому решающими вопросами стали программное обеспечение и разработка технологии использования микропроцессоров. Некоторые программы уже издаются массовыми тиражами и активно используются для автоматизации конторских работ - обработки текстов, подготовки финансовых отчетов (в форме таблиц и графиков), учетной и отчетной информация, а также для осуществления расчетных операций, автоматизированного проектирования. Существенное значение приобрели вопросы доступа к источникам информации с помощью персональных компьютеров.

На ИАСУ были возложены не только функции автоматизации процессов проектирования и производства изделий, но и совершенно новые задачи, связанные с обеспечением информационной интеграции процессов. Эта интеграция должна была осуществляться за счет совместного использования одной и той же информации (в электронном виде) для решения разных задач.

Задание 2

2.1 Постановка  задачи