5.1 Иерархический принцип построения систем управления производством.

Объединение оборудования многономенклатурных производственных систем в единую совокупность, автома­тизация подготовки производства и реализации управле­ния в современных условиях осуществляются человеко-компьютерным комплексом, включающим программные и аппаратные средства вычислительной техники, образую­щие автоматизированную систему управления (АСУ). Современные взгляды на построение подобных систем предполагают автоматизацию как сферы материального производства, так и сферы информационной технологии в их взаимосвязи на всех уровнях и стадиях, что приводит к концепции интегрированных систем управления (ИАСУ). ИАСУ осуществляет автоматизацию как материальной, так и информационной компонент производственного процесса в их взаимосвязи, от формирования портфеля заказов и до сбыта и отгрузки готовой продукции.

При создании ИАСУ должны соблюдаться следующие принципы:

• системности, заключающийся в том, что при созда­нии, эксплуатации и развитии АСУ должны быть установ­лены и сохраняться связи между структурными элемента­ми, обеспечивающие целостность системы;

• развития, заключающийся в том, что при созданий ИАСУ должна быть предусмотрена возможность пополне­ния и видоизменения ее функций, технического, матема­тического и других видов обеспечения за счет доработки имеющихся программных и технических средств или/и их настройки и перепрограммирования;

• стандартизации и унификации, заключающейся в максимальном применении типовых, унифицированных, широко распространенных и/или стандартных средств, ме­тодов и технических решений при создании, развитии и эксплуатации ИАСУ;

• эффективности, заключающейся в обеспечении ра­ционального соотношения между затратами труда, време­ни и материальных ресурсов на создание ИАСУ и различ­ными аспектами эффектов, получаемых при ее внедрении и функционировании.

Сложившийся опыт создания и эксплуатации гибких производственных систем в различных областях производства привел к иерархическому принципу их построения, предусматривающему распределение как функций, так и реализующих их устройств по уровням иерархии (стратам). Взаимосвязи в этом случае могут существовать только меж­ду рядом расположенными уровнями, а взаимодействие с технологическим оборудованием осуществляется только нижним уровнем ИАСУ. При прекращении работы верх­них уровней процесс производства продолжается за счет продолжения работы нижних уровней в рамках их компе­тентности и в пределах срока их автономности. Работоспо­собность системы в течение определенного времени сохра­няется, хотя и с меньшим уровнем автоматизации. Этим обеспечивается живучесть системы.

Иерархический принцип распространяется на построе­ние ИАСУ всего производства и на локальные АСУ входя­щих в его состав производственных комплексов (цехов, участков, транспортных систем и др.).

Обобщенная структура системы управления производст­вом приведена на рис. 5.1.

Система управления производством обычно делится на 4 уровня (считая сверху):

• 1-й уровень — заводской (уровень предприятия);

• 2-й уровень — межцеховой;

• 3-й уровень — цеховой;

• 4-й уровень — производственные участки, транспорт­ные системы, низовые службы и др.

Рис. 5.1 Обобщенная структура системы управления производством.

На уровне предприятия осуществляются:

• управление коммерческой деятельностью, включая маркетинг, управление сбытом и материально-техничес­ким снабжением;

• управление экономической деятельностью, включая ведение бухгалтерского учета и расчет технико-экономиче­ских показателей (ТЭП);

• управление технической подготовкой производства, включая автоматизированные системы технологической подготовки производства, системы автоматизированного проектирования конструкторского и технологического на­значения, а также системы автоматизированного управле­ния организацией, технической подготовки производства;

• управление социальным развитием, включая управ­ление кадрами.

На межцеховом уровне осуществляется управление ос­новным производством, включая производственно-диспетчерское управление, производственную кооперацию и уп­равление качеством, а также вспомогательным, производ­ством, включая инструментальное хозяйство, ремонтные службы, транспортный цех, энергохозяйство и др.

На цеховом уровне осуществляется внутрицеховое уп­равление как в основном, так и во вспомогательном произ­водствах.

На нижнем уровне осуществляется управление ком­плексами оборудования различного вида и степени автома­тизации — сборочными участками, механообрабатывающими участками различных типов (для обработки деталей типа тел вращения, плоских деталей, корпусных и базо­вых деталей, электроэрозионной и электрохимической об­работки, финишной обработки и др.), автоматическими ли­ниями, транспортно-складскими системами, вспомогатель­ными участками и т. п.

Каждый объект на каждом уровне должен быть осна­щен собственной системой управления (в виде управленче­ского аппарата, человеко-компьютерного комплекса или компьютеризованной системы управления), которая автономна в части выбора и реализации способа функциониро­вания объекта с учетом имеющихся ограничений, а также заданий, получаемых от вышестоящего уровня.

Система вышестоящего уровня является ответственной за координацию работы нижестоящих объектов и выдачу «вниз» согласованных и взаимосвязанных заданий, а так­же за контроль выполнения этих заданий.

Децентрализация управления должна сочетаться с информационной и аппаратной интеграцией компонент. И АСУ за счет применения распределенных баз данных и объединения применяемых компьютеров в локальные вы­числительные сети.

Внутри нижнего уровня управления (комплексами обо­рудования, участками, линиями и др.), который осуществ­ляет управление собственно производственным циклом, также выделяются свои иерархические уровни.

К этим уровням (снизу вверх) относятся следующие:

• непосредственного (локального) управления единица­ ми автоматического оборудования;

• группового управления оборудованием или руковод­ства производственными бригадами;

• диспетчирования совместной работы оборудования или производственных бригад;

• организационной и технологической подготовки и учета хода производства.

К уровню непосредственного управления единицами оборудования относятся:

• системы программного управления, включая устрой­ства логического управления технологических машин, в настоящее время обычно реализованные на базе програм­мируемых командоконтроллеров;

• бортовые системы управления робокарными тележка­ми, транспортерами, тельферами, подвесными конвейера­ми, рольгангами, поворотными столами, рельсовыми те­лежками и др.;

• устройства управления адресованием трансманипуляторов (кранов-штабелеров) и других видов адресуемых транспортных устройств;

• устройства программного управления и первичной об­работки результатов измерений для контрольно-измери­тельных машин, стендов контрольно-проверочных устано­вок и других агрегатов контроля;

• устройства управления (программного или циклово­го) роботами и другими загрузочно-установочными меха­низмами.

Назначение устройств управления этого уровня заклю­чается в обеспечении способности каждой эксплуатацион­но законченной единицы оборудования к автономному функционированию в автоматическом режиме.

К уровню группового управления относятся:

• пункты группового управления (ПГУ) рабочими пози­циями, объединяющие локальные накопители, загрузоч­ные роботы и другие загрузочные механизмы с обслуживаемыми ими единицами оборудования;

• пульты диспетчерского управления АТСС, согласую­щие движение адресуемых трансманипуляторов, робокарных тележек и других видов внутриучастковых транспорт­ных средств;

• пункты управления контролем качества;

• руководящий персонал специализированных производственных бригад.

Общее назначение устройств или персонала этого уров­ня — объединение конструктивно различных устройств в группу, представляющую собой технологически закончен­ную единицу, или же объединение персонала различной специализации и уровня квалификации в производственную единицу, способную выполнять определенные техно­логические работы.

К следующему уровню — уровню диспетчерского уп­равления — относится управляющий персонал, программ­но-аппаратный комплекс и связанные с ним терминалы, координирующие во время производственного цикла рабо­ту специализированных производственных бригад, пунк­тов группового управления, пунктов диспетчерского управ­ления, пунктов контроля качества и других технологичес­ки законченных единиц в соответствии с имеющимся рас­писанием выполнения операций и ходом фактического вы­полнения этого расписания, обеспечивающие эти техноло­гические единицы необходимыми диспетчерскими дирек­тивными указаниями и заданиями, а также собирающие с них данные информационной обратной связи.

Еще выше, на уровне организационной и технологичес­кой подготовки производства, осуществляются операции по оперативно-календарному планированию и учету хода производства и по разработке технологических данных и документации, необходимых для обеспечения хода выпол­нения запланированных заказов.

Управление АТСС также разделяется на три уровня ие­рархии. К ним относятся (снизу вверх):

• уровень локального управления устройствами и агре­гатами, включая бортовые средства управления робокар­ными тележками, программируемые командоконтроллеры управления трансманипуляторами (кранами-штабелерами) и различного рода каретками с перегрузчиками, автоматику управления роликовыми конвейерами, перегрузчиками, подъемниками и др.;

• уровень управления АТСС в целом, куда относятся пульт диспетчерского управления, как правило реализуе­мый отдельным компьютером либо человеком-оператором, каналы связи и система датчиков, обеспечивающие согла­сованные перемещения и взаимоблокировку трансманипу­ляторов, робокарных тележек, кареток, роликовых кон­вейеров и других устройств, входящих в АТСС;

• информационно-управляющий уровень, который мо­жет быть аппаратно совмещен с вышерасположенным уров­нем управления, но может быть реализован и на отдель­ном комплексе технических средств либо с помощью чело­века-оператора; на этом уровне ведется учет наличия и рас­положения различных типов грузоединиц и их состояния,и на основании этих данных вырабатываются управляю­щие директивы для системы управления АТСС в целом.

Иерархический принцип построения ИАСУ обеспечива­ет возможность реализации такой системы управления, ко­торая в наибольшей степени соответствовала бы объекту управления в условиях применения средств вычислитель­ной техники для выполнения всех тех функций управле­ния предприятием, автоматизация которых дает наиболь­ший экономический, коммерческий, технологический и со­циальный эффект. Это достигается выполнением основного условия эффективного функционирования современного производства — его информатизации, то есть вхождением информационной технологии как составной части произ­водственного процесса во все фазы жизненного цикла про­изводства. Информационная технология должна базиро­ваться на создании вычислительных сетей, объединяющих как автоматизированное технологическое оборудование, так и автоматизированные рабочие места конструкторов, технологов, управленческого персонала и других специа­листов.

Информационная технология является системообразу­ющим фактором, то есть именно структура технологичес­ких процессов переработки информации определяет струк­туру материального производства на автоматизируемом предприятии. При этом обеспечивается:

• индивидуализация информационного обеспечения;

• интеллектуализация процессов управления;

• интеграция взаимодействия систем управления орга­низационными и технологическими процессами;

• гибкость производственной системы за счет интегра­ции процессов проектирования и изготовления продукции.

Следует учитывать, что общим свойством всех иерархи­ческих структур является то, что полный отказ нижних уровней не может быть скомпенсирован никакой акти­визацией деятельности верхних уровней иерархии. Верх­ние уровни иерархии могут тем не менее при частичном выходе из строя оборудования нижних уровней принимать меры по перераспределению оставшихся ресурсов.

Очевидно, что иерархический принцип построения ИАСУ создаваемой гибкой производственной системы позволяет реализовать поэтапный и поэлементный ввод ее в действие. Обычно при создании новых автоматизированных про­изводственных участков, цехов и предприятий их ввод в действие начинают с нижних уровней, последовательно до­бавляя вышестоящие уровни. Например, на машинострои­тельном предприятии вначале вводят в действие автомати­ческие и другие станки в автономном режиме, затем свя­зывают их с помощью АТСС, устанавливают на производ­ственной площади пункты группового управления и, нако­нец, вводят в действие человеко-компьютериые комплексы программно-аппаратных средств диспетчерского и органи­зационно-технологического уровня.

При автоматизации уже действующих предприятий процесс компьютеризации и совершенствования управле­ния обычно начинается, наоборот, с верхних уровней, то есть создаются системы менеджерского уровня и системы автоматизации конструкторской, технологической и орга­низационной подготовки производства, а также управле­ния материально-техническим снабжением и сбытом. Ино­гда на этом процесс компьютеризации завершается, и ре­зультаты функционирования компьютеризованных верх­них уровней используются персоналом нижних уровней традиционным образом.

Для вновь создаваемых компьютеризованных интегри­рованных производств (систем CIM) целесообразна их по­этапная реализация со встречным движением снизу вверх и сверху вниз. Например, для машиностроения это значит, что сначала вводятся в действие автоматические и другие станки в автономном режиме. И одновременно с этим на верхнем уровне вводится в действие система автоматиза­ции проектирования (САПР) технологического назначения той или иной степени функциональной полноты. Подобная САПР должна обеспечивать автоматизированную подготов­ку минимума технологической документации для введен­ных в действие станков, а при дальнейшем развитии осу­ществлять автоматизацию разработки технологической до­кументации в полном объеме. Затем станки объединяются с помощью АТСС, а на верхнем уровне вводится система автоматизации организационной подготовки производст­ва, в том числе функции формирования портфеля заказов, управления сбытом и внутризаводской АСУП. Затем вво­дятся в действие пункты группового управления и цехово­го управления, а на верхнем уровне — система проектиро­вания изделий на базе САПР конструкторского назначения. Затем системы межцехового диспетчирования и автома­тизированного оперативно-календарного планирования иучета хода обработки деталей и движения материальных потоковосуществляют замыкание верхних и нижних уров­ней автоматизированного производства.

Таким образом, организуется поэтапная разработка, от­ладка и освоение проектной производительности создавае­мого многономенклатурного компьютеризованного произ­водства.