Индустрия 4.0

Роботизация и автоматизация в проектах технологического перевооружения предприятий

Современный этап развития машиностроительных производств характеризуется сокращением сроков жизни производимых изделий (за последние 30 лет в 3-5 раз), уменьшением серийности (например, в Великобритании 75% металлических деталей выпускалось партиями менее 50 шт.). А также возросшими требованиями к потребительскому качеству и повышением сложности изделий.
10 января 2013

Теперь успех любого производственного предприятия зависит не только от качества, затрат и цикла производства выпускаемого им продукта, но и в значительной степени от скорости освоения и постановки на производство новых продуктов. Качество, временные затраты, эффективность технологической подготовки производства (ТПП) и производства (П) выходят на первый план в деле обеспечения конкурентоспособности предприятий.

С какими проблемами приходится сталкиваться предприятию в условиях ВТО – то есть размывания границ рынков, появления на внутреннем рынке сильных конкурентов, в условиях, когда требуется радикально изменить гибкость, серийность, эффективность ТПП и П? Они, в принципе, общеизвестны: это устаревшее оборудование, низкое качество продукции, длительный цикл освоения производства. А еще – узкая специализация технологий, являющаяся причиной ограниченной возможности производства инновационной продукции. И наконец, это отсутствие эффективной системы управления предприятием.

промышленный робот, белфингрупп

Вывод тоже лежит на поверхности: необходимо комплексное решение проблем предприятий в рамках проектов по технологическому перевооружению.

За этой формулировкой стоит понимание того, что на предприятиях все взаимосвязано. «Продуктовая линейка – производство – подготовка производства – изменение продуктов и технологий производства (жизненные циклы продуктов и технологий)» – все это связанные элементы цепи, которая должна определить эффективность и конкурентоспособность предприятия в целом.

Эту связь отражает и «Пирамида Солвера», демонстрирующая структуру бизнеса предприятий, ориентированных на производство изделий. Она включает в себя четыре взаимоувязанных этажа управления. Первый этаж представляет собой управление производством. Второй – управление подготовкой производства. Третий связан с управлением жизненными циклами изделия и технологий производства. Четвертый – с управлением маркетингом, эффективностью, конкурентоспособностью.

С чего начать реформирование – с верха или с низа пирамиды? Ответ выглядит немного парадоксально: начинать нужно «сверху», но с нижнего этажа. То есть топ-менеджеры предприятия должны задать планку реформирования нижних этажей. Еще основоположники марксистской концепции организации общества нас учили, что практически любая общественная формация имеет свой базис и надстройку. Для производственных предприятий базис – это организация ТПП и П. Автоматизированные системы проектирования, технологической подготовки производства и автоматизация производственных процессов – это необходимые, но недостаточные элементы завоевания конкурентных преимуществ. Только глубоко продуманные конкурентоспособные системы управления организацией операционных процессов подготовки производства и самого производства, встроенные в системы управления жизненным циклом изделий и технологий, создают реально конкурентоспособный базис. Автоматизировать процессы, которые не приводят к конкурентному результату по производительности, качеству, циклу производства, – потеря времени, ресурсов, возможностей.

Если «Пирамиду Солвера» погрузить в систему координат «идеи (цели) – возможности – инвестиции», то можно обнаружить следующую связь: базис определяет возможности, а надстройка – достижимые цели и их эффективность. Когда конкурентоспособного базиса нет, надстройка конкурентоспособно и эффективно работать не может.

Тенденции роботизации и автоматизации производственных процессов являются одними из ведущих в решении проблем создания высокоэффективных конкурентоспособных производств в различных отраслях и особенно в машиностроении. В конкурентных условиях необходимы технологии, которые дают максимальное количество степеней свободы, возможностей для производства гаммы сменяемых изделий. Гибкое, автоматизированное, быстро перестраиваемое, высокопроизводительное производство – вот основная тенденция современного и будущего машиностроения.

На основании результатов исследований, проведенных международной федерацией робототехники в 2005 году, журнал World Robotiks выделил десять плюсов автоматизации и роботизации производства:

  1. Увеличение производительности.
  2. Повышение качества продукции.
  3. Снижение эксплуатационных расходов.
  4. Улучшение условий труда персонала.
  5. Повышение гибкости производства .
  6. Уменьшение количества отходов и повышение процента выхода годной продукции.
  7. Повышение уровня безопасности рабочего места.
  8. Уменьшение текучести кадров и трудностей при найме персонала.
  9. Снижение капитальных затрат.
  10. Снижение необходимых производственных площадей.

Стратегия предприятия индивидуальна, как индивидуальны технологии, организация производства и управления, используемые при производстве конкретных типов изделий. Однако существуют общие тенденции, которые необходимо учитывать для того, чтобы быть конкурентоспособным в отрасли и отвечать новым требованиям рынка и госзаказа. Предлагаются следующие основные принципы технической политики в области автоматизации и роботизации.

А. Первый принцип – принцип комплексности подхода. Все важнейшие компоненты процесса – объекты производства, кадры, технологии, основное и вспомогательное оборудование, контроль качества, программы управления и системы обслуживания, удаление отходов и т.п. – должны быть подняты на более высокий уровень. Достаточно упустить лишь один из элементов, например, конструкцию изделия и ее возможные варианты, и все системные мероприятия окажутся неэффективными. Комплексный подход напрямую связан с необходимостью достижения конечных целей программы технологического перевооружения предприятия и поэтому заранее предусматривает «этапность» и «этажность» реализации проекта, устранение максимального количества узких мест и нежелательных явлений.

Применение современных средств автоматизации и роботизации позволяет создавать комплексы со многими одновременно действующими механизмами и инструментами, которые в десятки раз производительнее традиционных. Роботизация и автоматизация становятся инструментами объединения разрозненного технологического оборудования в комплексные гибкие автоматизированные системы.

Пирамида Солвера

В. Второй принцип – принцип достижения конечных результатов: средства автоматизации и роботизации должны не просто имитировать или замещать человека, а выполнять производственные функции быстрее и лучше человека. Анализ процессов автоматизации и роботизации показывает, что:

  • 60-70% эффекта достигается за счет большей производительности и гибкости;
  • 15-20% – за счет качества и уменьшения процентов брака;
  • 10-15% – благодаря экономии фонда оплаты труда.

Немаловажное значение роботизация и автоматизация приобретает при дефиците высококвалифицированных кадров, а также в условиях многономенклатурного производства.

С. Третий принцип – принцип необходимости: средства автоматизации, роботизации, включая и самые перспективные, должны применяться не там, где их можно приспособить, а там, где без них нельзя обойтись для достижения эффективности конечного результата.

Политика технологического перевооружения, особенно при создании современных перепрограммируемых роботизированных производств, должна быть направлена на проектирование, внедрение многоинструментальных и многопозиционных комплексов с дифференциацией и концентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционного оборудования и в которых ручные нероботизированные операции или невозможны, или слишком трудоемки.

Д. Четвертый принцип – принцип конкурентоспособности. При реализации проектов автоматизации и роботизации необходимо использовать самые передовые достижения ведущих разработчиков отдельных подсистем и комплексов, которые должны и могут быть интегрированы в замкнутую и эффективную технологию, отвечающую требованиям проекта. Внедрение подобных комплексов эффективно (т.е. потребует меньше временных и материальных затрат) только тогда, когда используются квалифицированные кадры, накопленные знания, сертификаты, инжиниринг, сервисные центры компетенции консалтинговых инжиниринговых компаний, системных интеграторов, имеющих возможность проведения предпроектных исследований, моделирования процессов, с целью оценки возможностей достижения конечных результатов.

Е. Пятый принцип – принцип якобы «готовых решений». Привлечение перепродавцов якобы «готовых решений», тиражирование и внедрение недостаточно созревших технических решений недопустимы, поскольку это приводит лишь к дискредитации эффективности процессов автоматизации и роботизации, к невозможности достижения конечного конкурентоспособного результата для предприятия в целом, а также – невозможности его реинжиниринга при изменении условий и требований.