Концепция гибкого производства

Одним из основных объектов исследования промышленной кибернетики являются гибкие автоматизированные (автоматические) производства и обстоятельства их создания и использования.

Вместе с интенсивным развитием практических работ в области ГАП не прекращается оживленная полемика относительно одного из самых сложных понятий в этой концепции — понятия гибкости. Неоднозначность в трактовке понятия гибкости автоматизированных производственных систем на технологическом уровне обусловливает необходимость его обоснования посредством более фундаментального подхода.

Включаясь в обсуждение понятия «гибкость», целесообразно прежде всего обратиться к энциклопедическим словарям. Так, в известном словаре С. И. Ожегова дается несколько смысловых вариантов этого понятия: «Гибкий — 1. Легко сгибаемый, упругий. 2. Изменяющийся в своем движении, богатый оттенками. 3. Способный трезво оценить обстановку, обстоятельства и приноровиться к ним»^[1]. Толковый словарь русского языка Д. Н. Ушакова дает идентичную трактовку слова «гибкий».

В английском языке эквивалентное слово flexible означает: а) гибкий, гнущийся; б) эластичный, мягкий; в) легко приспосабливаемый; г) податливый, уступчивый.

Таким образом, в соответствии с определенными характерными признаками, исчерпывающее обоснование которых еще ждет своего завершения, общепринято использовать понятие «гибкость» для описания свойств и поведения систем различной природы. Рассмотрим некоторые примеры. Резиновый предмет, обладающий свойством изменять свою форму, оставаясь при этом резиновым предметов, мы называем гибким, эластичным. Здесь гибкость — свойство материала, из которого выполнен предмет.

Существует понятие «гибкие цены» — цены, которые претерпевают изменение в зависимости от условий спроса. Широко распространены понятия «гибкая дипломатия», «гибкая политика», «гибкое автоматизированное производство» и другие. Характерно, что это понятие используется как для эргатических систем, так и для естественных, а также для систем другой природы.

Анализ таких систем позволяет сделать заключение о том, что гибкость может рассматриваться и в смысле приспособляемости (адаптивные изменения), и как произвольные изменения состояния или поведения системы в определенных пределах в результате некоторого воздействия (нормативные изменения). Несмотря на то что число свойств, определяющих состояние любой системы, неограниченно велико, существуют критические значения параметров системы, ее предельные состояния, с которыми связана качественная перестройка системы. Именно эти состояния представляют тот предел, которого может достигать система, характеризующаяся гибкостью. Здесь имеет место формальная аналогия с положениями теории катастроф и синергетики, которая изучает проблемы перестройки предельных состояний систем в так называемых точках бифуркации.

Итак, понятию «гибкость» сопутствуют следующие основные признаки: воздействие па систему, изменение свойств или поведения системы, включая адаптацию; наличие пределов изменения. Совокупность этих признаков позволяет дать субстанциональное определение гибкости: гибкость — способность системы, подвергнутой определенному внутреннему или внешнему воздействию, нормативно или адаптивно изменять свое состояние и (или) поведение в пределах, обусловленных критическими значениями параметров системы, за которыми наступают бифуркационные процессы.

Рассматривая гибкость с позиций кибернетики, можно сделать вывод о том, что это понятие близко по смыслу понятию «управляемость» (способность управляться)^[2]. В самом деле, гибкость предполагает наличие в системе разнообразия возможных событий, явлений, действий. А сущность процесса управления состоит именно в том, чтобы выбрать из этого разнообразия какое-либо одно действие (или определенную последовательность действий) в соответствии с некоторой наперед заданной целью и обеспечить условия для реализации сделанного выбора.

Эти краткие и достаточно общие рассуждения мы будем иметь в виду, рассматривая сущность гибких производственных систем. Прежде всего, следует отметить существующие противоречия в терминологии. Даже после выхода нескольких редакций ГОСТов по терминам и определениям ГПС в научно-технической и производственной литературе, а также в «производственном жаргоне» встречаются различные наименования, относящиеся к гибко перестраиваемой технологии. Например, гибкая технологическая система (ГТС), гибкое автоматизированное производство (ГАП), гибкая обрабатывающая система (ГОС), гибкая автоматизированная производственная система (ГАПС), гибкий производственный комплекс (ГПК) и многие другие.

Анализируя понятийные аспекты ГПС, можно сделать некоторые выводы. Прежде всего, необходимо иметь в виду, что гибкое автоматизированное производство — это новая форма организации производственного процесса, при которой автоматизированными средствами обеспечиваются высокие потребительские свойства выпускаемой продукции за счет ее своевременного обновления.

Физическим воплощением, предметным выражением гибкого автоматизированного производства являются гибкие автоматизированные производственные системы (ГАПС). Это наименование наиболее полно отражает сущность нового элемента производительных сил. Вместе с этим исторически сложилась ситуация, когда наибольшее распространение получило наименование «ГПС», хотя оно не может претендовать на полноту, поскольку в этой аббревиатуре не находит своего отражения концепция комплексно автоматизированного производства.

Если в первой половине XX в. главным фактором конкурентоспособности была низкая себестоимость, то в 50—60-е гг. таким фактором становится качество, а в конце XX в. — способность к обновлению продукции (при этом каждый последующий фактор не отрицает предыдущий, который остается необходимым, но не достаточным и не определяющим фактором конкурентоспособности).

Своевременное обновление продукции возможно только в организации с гибкой технологией и гибкой организационной структурой. Поэтому именно в 60-е гг. XX в. стало зарождаться гибкое производство (гибкие производственные системы {flexible manufacturing system)) — сначала в Великобритании (1967 г., фирма «Молине», автор системы — Д. Вильямсон), а затем в Японии («Тойода», 1971 г.). Первую гибкую производственную систему («Система-24») Д. Вильямсона сейчас не вспоминают даже специалисты, родиной гибкого производства по праву масштабного внедрения справедливо считается Япония. Таким образом, с точки зрения восприимчивости к новым тенденциям ситуация с ГПС в точности повторилась с ситуацией внедрения новых идей в области управления качеством, когда Деминг (США) привез в 50-е гг. XX в. в Японию свои идеи.

Отдавая дань историческим традициям, а также учитывая требования ГОСТов, в дальнейшем мы будем использовать аббревиатуру ГПС, подразумевая при этом ГАПС.

Изучение свойств и поведения системы промышленного производства с целью установления понятия «гибкость» по отношению ко всей этой системе является достаточно сложной задачей. Еще более сложная проблема — изучение гибкости макросистемы, включающей систему промышленного производства и систему общественного потребления. Гибкость системы промышленного производства не может быть суммой всех свойств таких его элементов, как, например, САПР, АСУП, АСУТП и др. Так, САПР с одинаковым успехом может использоваться и в условиях массового производства, ориентированного на автоматические поточные линии, и в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства.

С целью формирования подходов к выявлению системообразующих отношений, относящихся к гибкости производственных систем, учитывая принципиальные сложности исследования гибкости макросистемы производства и потребления, мы будем рассматривать уровень производственной системы.

Прослеживая пути становления ГПС, можно сказать, что производственная гибкость в той или иной мере проявляется на любом этапе развития производительных сил, что производственная гибкость существует практически столько, сколько времени развивается промышленное производство. Например, гибкой можно назвать систему, включающую универсальный станок и квалифицированного рабочего. Если при этом имеется соответствующий набор оснастки (инструмента и приспособлений), то такая производственная система способна перестраиваться на изготовление различных деталей. Степень гибкости производственной системы определяется, в частности, скоростью и диапазоном перестройки, однако этим не исчерпывается. Необходимо помнить и о качестве управления перестройкой, а также качестве управления самими технологическими операциями в системе, способной к перестройке. Требуемое качество управления определяется квалификацией, опытом, умением рабочего. Основными ограничениями здесь являются физические возможности оборудования, например, по отношению к размерам заготовок, к диапазону операций и т. п.

Рассмотрим четыре разновидности производственных систем, которые могут использоваться в многономенклатурном мелкосерийном производстве (рис. 7.3).

Рис. 73. Разновидности производственных систем:

• 1 — рабочий; 2 — специализированный станок с ручным управлением;
• 3 — специализированный станок-автомат; 4 — универсальный станок;
• 5 — многооперационный станок-автомат

Каждая из четырех систем, представленных на рис. 7.3, обеспечивает выпуск семейства из N деталей (в данном случае N = 4). Каждый из специализированных станков в системах а и б обеспечивает выпуск одного (/-го, i = 1, 2, 3, 4) вида деталей. Универсальные станки в системах виг могут выпускать в определенный момент времени любую из N деталей, однако способы обеспечения соответствующей перестройки различаются.

В системе а выпуск i-и детали в данный момент времени достигается включением соответствующего специализированного (настроенного на один вид детали) станка. Остальные в это время могут не работать. Система б отличается от системы а отсутствием людей как элемента данной производящей системы. В системах виг переход на выпуск новой (г + 1)-й детали происходит за счет переналадки оборудования и соответствующего управления — ручного или автоматического.

Все четыре системы, если их рассматривать как «черный ящик», несут в себе признаки производственной гибкости. В системах а и в просматриваются признаки гибких автоматизированных производственных систем, а в системах а иг — признаки автоматических производственных систем. Здесь мы сознательно не касаемся технико-экономических факторов, чтобы подчеркнуть мысль о том, что производственная гибкость нроявляется и в организации производства. Структурные аспекты этой организации определяются технико-экономическими показателями.

Тенденции развития металлообрабатывающей промышленности от станков с ручным управлением до ГНС позволяют проследить, как происходит перераспределение конкретных функций между человеком и машиной. Направление такого перераспределения показано в табл. 7.1. И хотя в ней указаны не все функции (например, не отражено удаление стружки и др.), таблица достаточно наглядно дает представление о характере их перераспределения.

Таблица 7.1

Перераспределение функций в гибком производстве.

Альтернативным вариантом гибкой системы может служить жесткая система, состоящая из специализированного однооперационного станка и рабочего. В этой системе управленческие функции человека сводятся к неизменной последовательности действий типа «включить — выключить», а само оборудование лишено возможности перестраиваться.

Производственная система, состоящая из нескольких единиц технологического оборудования, получает дополнительные качественные возможности изменять свое поведение за счет организации транспортных связей и управления системой. Гибкость такой системы будет зависеть и от возможностей транспортировки деталей между станками, и от того, как распределить задания между рабочими местами, чтобы выпустить продукцию в кратчайший срок или оптимизировать работу системы. Более того, возможны ситуации, когда, например, выйдет из строя один станок или кто-то из рабочих уйдет в отпуск, тогда надо будет менять организацию работы всей системы, перестраивать ее.

Таким образом, в условиях гибкого автоматизированного производства задачи управления приобретают новое качество: к управлению процессом воздействия на предмет труда добавляются задачи структурной организации при изменяющихся внешних (изменение спроса на продукцию) и внутренних (непредвиденные ситуации технического и другого характера) условиях. С такими все время усложняющимися проблемами производство сталкивается постоянно.

От производственной гибкости зависят и повышение производительности, и повышение эффективности использования оборудования, и улучшение качества продукции. Однако оптимальное управление таким сложным набором событий в сфере производства традиционными методами становится практически невозможным. Поэтому сейчас остро стоит вопрос о комплексной автоматизации таких элементов производственной деятельности, как воздействие на предмет труда, перестройка с целью удовлетворения спроса на новую продукцию и оптимальное управление этими процессами. Такую триединую задачу приходится решать, создавая гибкое автоматизированное производство.

Основываясь на этих рассуждениях, а также с учетом фундаментального приближения в исследовании понятия «гибкость» можно дать следующее определение: гибкость производственной системы — это способность изменять свои свойства и поведение в результате меняющихся запросов на продукцию с различными характеристиками в пределах физических возможностей системы.

Обобщенную гибкую (автоматизированную!) производственную систему можно представить как особую совокупность программно-управляемого технологического оборудования, которая способна автоматически перестраиваться на выпуск нового изделия. Особенность этой совокупности заключается в том, что система приобретает способность существенно повысить производительность труда и качество продукции по сравнению с простым набором универсального оборудования. Этому способствует высокий уровень организации управления, автоматизации, устойчивость к внешним изменениям и отказам внутри системы, возможность обеспечить такие технологические маршруты, которые приведут к цели в кратчайший срок и с минимальными издержками.

Хотя дискуссии вокруг концепции гибких производственных систем еще продолжаются, все же можно выделить два наиболее общих подхода к этой проблеме. В основе первого подхода лежит перестраиваемость поточных линий, в которые последовательно объединены взаимодополняющие станки, способные переналаживаться на новую продукцию. Такой подход отражает линейную концепцию ГПС. Второй подход предполагает многоуровневую иерархическую структуру компоновки технологического оборудования и системы управления, наличие центрального склада и местных накопителей для каждого комплекса взаимозаменяющих станков, составляющих гибкие автоматизированные участки (ГАУ). В этом подходе воплощается иерархическая концепция ГПС. Хотя иерархические ГПС более сложны, чем линейные, они обладают большей эффективностью, а также другими эксплуатационными преимуществами, например, возможностыо поэтапно наращивать систему максимальной эффективностью при неполной автоматизации (внутри такой системы могут равноправно функционировать и ГАУ, и участки с ручными технологическими операциями, если таковые автоматизировать по каким-либо причинам пока не представляется возможным).

В историческом контексте ГНС разрабатывались преимущественно для механообработки. Это обусловлено тем, что для механообработки уже была создана соответствующая материально-техническая база: станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, промышленные роботы, отработана технология воздействия на предмет труда. Для других видов производства, например, в сборочно-монтажном производстве приборостроения, работы по созданию ГПС проводятся пока менее интенсивно. Специфика проблемы здесь состоит в большом многообразии предметов труда и средств воздействия на них. Отсюда — разнохарактерность технологических операций (подготовка монтажных проводников, формовка выводов радиоэлементов, лужение, пайка и т. д.).

Приборостроение — исторически молодая отрасль, но она переживает уже четвертое поколение (вместе с технологией), поэтому средства комплексной автоматизации не всегда поспевают за обновляемостыо продукции. Гибкое автоматизированное производство призвано исправить это положение. Другая особенность заключается в том, что в сборочно-монтажном производстве радиоэлектронной аппаратуры, как правило, решаются задачи обработки и сборки. Причем сборке часто подлежат уникальные радиоэлементы и другие компоненты. Автоматизация сборочных операций, особенно в условиях обновления продукции, — несравненно более сложная задача, чем обработка. Поэтому первым этапом па пути создания ГПС в приборостроении является разработка базовых гибких производственных модулей для обеспечения быстро перестраиваемой технологии.

Реальности современной промышленной практики свидетельствуют о возрастании значения ГПС в совершенствовании производственно-технических отношений, о необходимости развития исследований теоретических основ, технических и экономических механизмов функционирования ГПС.

• [1] Ожегов С. И. Словарь русского языка. М.: Сов. энциклопедия, 1973.
• [2] Морозов В. П., Дымарский Я. С. Элементы теории управления ГАП: математическоеобеспечение. Л.: Машиностроение, 1984.