Организация оперативного управления процессом подготовки и изготовления деталей на оборудовании с числовым программным управлением

УДК 658.512.4

DOI 10.21685/2072-3059-2017-1-13

Д. С. Елистратов, А. Н. Шурпо

ОРГАНИЗАЦИЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОДГОТОВКИ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ НА ОБОРУДОВАНИИ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Аннотация.

Актуальность и цели. На многих современных предприятиях имеющееся оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ) не используется эффективно. Одной из причин данной проблемы является несовершенство управления подготовкой производства деталей, результаты выполнения которой оказывают влияние на производительность оборудования. Современные автоматизированные системы позволяют улучшить качество управления производственными процессами, но в них сложно решать трудно формализуемые и неформализуемые задачи управления. Объектом исследования являются ме-ханообрабатывающие предприятия с оборудованием с ЧПУ. Цель работы -разработка модели управления процессом подготовки производства, позволяющей повысить эффективность использования оборудования с ЧПУ.

Результаты. Приведена модель оперативного управления процессом подготовки производства. Она позволяет качественно контролировать результаты деятельности каждого исполнителя процесса. Основное понятие данной модели - потенциальные угрозы, которые могут повлиять на эффективность работы оборудования с ЧПУ. Обнаружение данных угроз предлагается проводить с помощью триггеров - оповещающих знаков, по которым можно определить наличие отклонений в ходе работы. Если будет выявлено нарушение, то хозяин процесса должен будет совершить корректирующие действия, направленные на устранение возникшей рисковой ситуации.

Выводы. Предложенная модель оперативного управления может быть использована при построении корпоративной системы предприятия, что позволит выполнять автоматизацию контроля хода выполнения процесса и принимать эффективные решения по предотвращению снижения эффективности работы оборудования с ЧПУ.

Ключевые слова: подготовка производства, оперативное управление подготовкой производства, оборудование с ЧПУ, хозяин процесса, автоматизация управления.

D. S. Elistratov, A. N. Shurpo

ORGANIZATION OF OPERATIONAL CONTROL OF PREPARATION AND PRODUCTION OF PARTS ON CNC EQUIPMENT

Abstract.

Background. Available CNC equipment is not being used effectively at many modern facilities. One reason is imperfection of parts preproduction control impacting product performance. Modern automated systems allow to improve the quality of production control, but they are complicated to use for solving difficult formalized and non-formalized management tasks. The object of the study is machining

companies with CNC equipment. The purpose is to develop a model of preproduc-tion control allowing more efficient use of CNC equipment.

Results. The article presents a model of preproduction operational control. It allows to monitor quality performance of each executor. The basic concept of this model is potential threats that may affect the performance of CNC equipment. It is proposed to detect these threats by triggers - alerting signs that help determine the presence of abnormalities in work. If a violation is found, the process owner will have to correct the risk situation.

Conclusions. The proposed model of operational control can be used in creating of a corporate information system which will perform automated monitoring of processes implementation and assist in making effective decisions to prevent a dicrease of efficient use of CNC equipment.

Key words: preproduction, preproduction operational control, CNC equipment, process owner, control automation.

Введение

Детали в современном машиностроении становятся все более сложными, и для их изготовления универсальные станки уже не подходят. В результате предприятия вынуждены закупать новое оборудование, которое будет соответствовать их требованиям. Однако впоследствии машиностроительные предприятия сталкиваются с проблемой рационального использования станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Причин этого явления может быть много, но среди основных можно выделить недостаточную загрузку станка работой и изготовление бракованных изделий из-за ошибок, допущенных при настройке станка или разработке управляющей программы. Данная проблема является актуальной, так как при этом снижается общая производительность предприятия.

Эффективность любой деятельности на предприятии часто определяется эффективностью управления. Это характерно для многих областей науки, в том числе и для машиностроения. Если рассматривать проблему рационального использования станков с ЧПУ с этой точки зрения, то одной из причин ее возникновения является неэффективное управление технической подготовкой производства, в которой основным является процесс подготовки и изготовления деталей - от создания конструкторской и технологической документации до получения готового изделия.

Для современных предприятий характерна функциональная структура управления, при которой за каждым сотрудником закреплен перечень выполняемых им функций. Данная функциональная структура хорошо зарекомендовала себя в тех предприятиях, в которых одно структурное подразделение выполняет какой-либо процесс от начала и до конца. Однако сейчас для предприятий характерно разделение одного процесса на несколько функций, каждую из которых выполняет узкоспециализированная группа сотрудников. Результатом данной структуры управления явилась некоторая изоляция функциональных подразделений друг от друга, из-за чего было затруднено взаимодействие сотрудников различных отделов. Вместе с другими недостатками (недостаточная скорость корректировки данных в случае изменения требования внешней среды, увеличение количества уровней принятия решений и т.д.) это привело к тому, что предприятия стали переходить на про-

цессную структуру управления. При данной структуре любое предприятие рассматривается как бизнес-система, включающая в себя связанное множество процессов. Среди преимуществ процессного подхода над функциональным можно выделить следующие:

• Повышение эффективности деятельности персонала.

• Возможность документирования системы производственных бизнес-процессов с целью последующей ее оптимизации.

• Повышение точности и скорости принятия управленческих решений при изменении внешних условий.

• Контроль своевременного и качественного управления.

Таким образом, данный подход представляет больше возможностей для эффективного управления производственными процессами, в частности, процессом подготовки и производства изделий.

На данный момент разработано большое количество разнообразных систем автоматизации процессов на предприятии. Применительно к управлению процессом подготовки и изготовления деталей можно выделить MES-системы (Manufacturing Execution System - система управления производственными процессами). Данные системы уже поспособствовали улучшению качества процесса организационной подготовки производства на многих современных предприятиях, однако они обладают важным недостатком, который касается сложности решения трудно формализуемых и неформализуе-мых задач управления производством [1, 2]. В данной работе будет рассмотрена проблема контроля хода выполнения работ во время процесса подготовки и изготовления деталей на оборудовании с ЧПУ.

1. Процессная модель управления подготовкой производства

Управление производственным процессом в данной работе предлагается рассмотреть с позиции возникающих рисковых ситуаций во время этого процесса. Рисковая ситуация - состояние процесса, при котором есть вероятность снижения эффективности работы оборудования с ЧПУ. При этом действие, которое может вызвать подобную ситуацию, можно рассматривать в качестве потенциальной угрозы.

Для процессной структуры управления характерно наличие хозяина процесса, который несет ответственность за результаты осуществления процесса и принимает управленческие решения для обеспечения эффективности деятельности. При обычном (ситуационном) управлении он реагирует на угрозы уже после нарушения хода работы процесса, когда корректировка весьма затратна. Например, в результате анализа получения бракованной детали было выявлено несоответствие некоторых размеров 3D-модели детали чертежу. Итогом стало повторное выполнение подготовки производства. Подобные ситуации негативно сказываются на производительности предприятия.

Модель данного вида управления представлена на рис. 1.

При такой структуре управления хозяин процесса реагирует на возникшую угрозу уже после того, как она повлияла на эффективность работы оборудования. Отсутствие контроля работы каждого исполнителя в производственном процессе, где качество выполнения любого последующего подпроцесса зависит от предыдущего, негативно сказывается на выполнении

процесса. В конечном итоге это может привести к остановке оборудования, в чем и заключается существенный недостаток данной модели.

Рис. 1. Модель ситуационного управления процессом подготовки и изготовления детали на оборудовании с ЧПУ

Одним из способов решения данной проблемы может стать введение оперативного управления процессом, которое отличается от стандартного управления контролем результатов работы каждого исполнителя. Для этого необходимо выделить ряд показателей, по которым можно будет оценить, корректно ли выполняется/передается процесс или наблюдаются какие-либо незапланированные отклонения. Показатели выбираются либо хозяином единолично, либо группой заинтересованных в процессе исполнителей и могут поддаваться либо количественной, либо качественной оценке. Отклонение значения любого показателя (независимо от этапа рассматриваемого процесса, на котором он применяется) является потенциальной угрозой для эффективной работы станка с ЧПУ. Если в процессе наблюдается возможность ее возникновения, то хозяин должен оперативно принять корректирующие действия. Если же отклонения незначительны, то от каких-либо действий можно отказаться.

В общем виде модель оперативного управления процессом подготовки и изготовления деталей показана на рис. 2.

Основными этапами рассматриваемого способа управления являются:

1. Сбор информации о возможных угрозах в области ответственности каждого исполнителя, вовлеченного в процесс подготовки и изготовления деталей. Чем больше на данном этапе будет определено потенциальных угроз, тем больше будет рассмотрено решений для их предотвращения.

В качестве примеров, в которых источниками угроз были бы конструктор, технолог и оператор станка, можно привести следующие:

- на этапе конструкторской подготовки производства: ошибки при составлении чертежа и модели детали, несоблюдение ГОСТов;

- на этапе технологической подготовки производства: неправильный выбор оснастки, неверный маршрут обработки детали;

- на этапе изготовления деталей на оборудовании с ЧПУ: некорректно выбранный инструмент для магазина, неправильно установленная рабочая система координат.

2. Обработка и анализ полученных данных. На данном этапе необходимо определить показатели по найденным на первом этапе угрозам для контроля процесса, а также:

- степень их важности;

- нормы (количественные и качественные) для их оценки;

- допустимые отклонения;

- оповещающие знаки (триггеры), с помощью которых можно отследить отклонение значения любого показателя от нормы. Они могут показывать как факт реализации угрозы, так и ее зарождение.

Рис. 2. Модель оперативного управления процессом подготовки и изготовления детали на оборудовании с ЧПУ

Результаты данной задачи должны быть зафиксированы в базе знаний, которая обладает возможностью добавления новых и изменения уже внесенных сведений об обнаруженных угрозах.

3. Планирование проактивных мероприятий по предотвращению возникновения угроз. Они должны содержать корректирующие действия, которые будут предприняты в случае появления триггера какой-либо угрозы. Данные мероприятия могут быть разработаны как для всего списка угроз, так и только для тех, которые имеют определенную степень важности.

В качестве примера возможных вариантов предотвращения возникновения угроз можно назвать следующие:

1) информационные. Организуется согласование деятельности исполнителей процесса, в результате чего каждый участник использует актуальную и достоверную информацию. То же анкетирование, проводимое на первом этапе, может помочь выявить требования к качеству информации, которую исполнитель ожидает от своего коллеги с предыдущего этапа;

2) деятельностные. Улучшается работа конкретного исполнителя. Например, технолог может использовать компьютерное моделирование с целью визуализации процесса обработки детали на станке с ЧПУ для предотвращения возможных столкновений инструмента и заготовки.

Полученная на данном этапе информация также должна быть занесена в базу знаний.

4. Контроль возникновения рисковых ситуаций, а именно отслеживание известных угроз и поиск новых. Это возможно выполнить с наличием обратной связи между процессом и его хозяином, которая должна обеспечивать своевременность, полноту и достоверность получаемой информации.

При срабатывании какого-либо триггера хозяин должен воспользоваться разработанными предотвращающими действиями для соответствующей угрозы и тем самым снизить потенциальные риски для ресурса.

2. Использование предложенной модели управления

Разработанная модель может быть реализована как отдельной программой, так и в качестве модуля корпоративной информационной системы. В обоих случаях необходима тесная интеграция с базой знаний, откуда будет браться информация для поиска необходимых решений.

Модель, представленная отдельной программой, может помочь автоматизировать деятельность хозяина процесса. В этом случае он может использовать триггер в качестве входного аргумента и на выходе получать необходимые в данной ситуации действия.

Если рассматривать реализацию модуля, то он должен быть интегрирован с другими частями корпоративной информационной системы и опираться на данные, полученные с помощью них. При срабатывании триггера произойдет обращение к базе знаний и поиск соответствующей рисковой ситуации. Оптимальные действия по предотвращению угрозы могут быть выбраны как автоматически на системе приоритетов, так и в диалоговом режиме самим хозяином процесса.

Для эффективности работы модели должен быть соблюден ряд принципов, среди которых важными являются:

- централизованность (все управление сосредоточено в руках хозяина процесса);

- контроль должен быть прямым со стороны хозяина;

- гибкость (возможность перестроиться в зависимости от изменяющихся требований к каждому этапу процесса подготовки и изготовления деталей);

- приоритетность наблюдения (проверка хода выполнения работ происходит только по значимым моментам деятельности исполнителей процесса);

- максимальная автоматизация (работа системы должна осуществляться при минимальном вмешательстве хозяина) [3].

Заключение

В результате оперативное управление процессом подготовки и изготовления деталей может привести к значительному увеличению эффективности использования оборудования благодаря преждевременному нахождению возможных угроз, а также проведению опережающих действий по их устранению. Использование представленной модели при построении информационной системы предприятия позволит хозяину проводить качественный контроль процесса и принимать эффективные решения при возникновении любого типа рисковых ситуаций в будущем.

Библиографический список

1. Мизюн, В. Управление производственными системами и процессами / В. Мизюн. - URL: http://www.cfin.ru/management/manufact/manufacturing_sys-Ol.shtml.

2. Управление производством, MES, исполнительные производственные системы. -URL: http://mesforum.ru.

3. Травин, В. В. Принципы и технология управленческого контроля / В. В. Травин. - URL: http://www.elitarium.ru/upravlencheskij-kontrol-menedzhment-sistema-kontrolja-otklonenie-standart-izmerenie.

References

1. Mizyun V. Upravlenie proizvodstvennymi sistemami i protsessami [Control of production systems and processes]. Available at: http://www.cfin.ru/management/manufact/ manufacturing_sys-01.shtml.

2. Upravlenie proizvodstvom, MES, ispolnitel'nye proizvodstvennye sistemy [Production control, MES, actuator production systems]. Available at: http://mesforum.ru.

3. Travin V. V. Printsipy i tekhnologiya upravlencheskogo kontrolya [The principles and technology of managerial control]. Available at: http://www.elitarium.ru/ upravlencheskij-kontrol-menedzhment-sistema-kontrolja-otklonenie-standart-izmerenie.

Елистратов Дмитрий Сергеевич аспирант, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

E-mail: zyreshex@inbox.ru

Шурпо Александр Николаевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории № 1, Институт конструкторско-технологической информатики Российской академии наук

E-mail: a-shurpo@yandex.ru

Elistratov Dmitriy Sergeevich Postgraduate student, Moscow State Technological University "STANKIN"

Shurpo Aleksandr Nikolaevich Candidate of engineering sciences, senior staff scientist, laboratory №1, Institute of Design and Production Informatics of the Russian Academy of Sciences

УДК 658.512.4 Елистратов, Д. С.

Организация оперативного управления процессом подготовки и изготовления деталей на оборудовании с числовым программным управлением / Д. С. Елистратов, А. Н. Шурпо // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2017. - № 1 (41). -С. 152-159. БОТ 10.21685/2072-3059-2017-1-13