Современные средства управления парком станков с числовым программным управлением

Системы мониторинга промышленного оборудования (или MDC-системы, Machine Data Collection) осуществляют непрерывный контроль за использованием всего оборудования, применяемого на производстве.

При правильном подходе к цифровизации все предприятия имеют шансы на успех. В немалой степени этот успех зависти от количества и качества применяемых систем управления.

Мощность станочного парка является важным фактором конкурентоспособности предприятия и его готовности выполнять сложные по объему и качеству, срокам и гибкости переналадки оборудования заказы. Дорогостоящее оборудование не даст должный эффект без грамотного планирования его использования, рационального и, в идеале, равномерного распределения нагрузки, согласованности технологических потоков, оперативного диагностического и качественного контроля, своевременного технического ухода. То есть, без качественного управления парком оборудования в реальном времени.

Автоматизированное управление процессами формообразования деталей, обеспечиваемое станками с числовым программным управлением (ЧПУ), закрывает лишь часть проблем управления производственными процессами. Современные средства управления распространяются и на другие аспекты производства, поскольку лишь комплексный подход к проблемам надежного и качественного синхронного функционирования разных звеньев производственных и вспомогательных процессов дает возможность эффективной и конкурентоспособной работы предприятия.

Производство, подобно многим сложным системам; его можно представить в виде “черного ящика” со входящим и выходящими потоками разнообразных сущностей – материалов, изделий и деталей, энергии в разных формах, информации различного вида и предназначения. Именно обратная связь по информационным потокам позволяет такой системе устойчиво и эффективно функционировать даже в условиях быстро меняющихся внешних условий. Подобная обратная связь от производственных объектов к звеньям управления реализуется при помощи систем мониторинга.

Системы мониторинга промышленного оборудования (или MDC-системы, Machine Data Collection) осуществляют непрерывный контроль за использованием всего оборудования, применяемого на производстве. Их основная цель — повышение эффективности использования оборудования, но параллельно они решают и множество смежных проблем: позволяют выявлять узкие места в технологических цепочках, контролировать трудовую дисциплину и, самое главное, позволяют собирать максимально полную информацию обо всех производственных процессах. Именно эта информация составляет важнейшую часть данных в общем контуре управления. Кроме того, информация, собираемая и накапливаемая при помощи систем мониторинга, превращается в ценные сведения для дальнейшей цифровизации предприятия.

Какими же возможностями должна обладать современная система управления производствами, основанными на применении станков с ЧПУ? Для ответа на этот вопрос рассмотрим несколько аспектов управления, как естественно характерных для таких производств, так и менее явно, но реально влияющих на эффективность производственной деятельности.

Управление интеграцией

Общая управляемость производственным подразделением на базе станков с ЧПУ в немалой степени зависит от наличия локальных управленческих звеньев – устройств ЧПУ, средств автоматизации вспомогательных операций, средств оперативной диагностики. Особенно важным при этом является звено человеко-машинного взаимодействия, при помощи которого работники, в первую очередь, операторы-станочники, вовлечены в процессы формирования первичной информации о ходе работы и ее результатах, а также получают информацию по текущим производственным заданиям, в том числе информацию технологического характера (чертежи, описания техпроцессов, управляющие программы для станков с ЧПУ).

Не менее важным свойством передовой производственной системы является наличие оперативного взаимодействия с внешними информационными системами уровня всего предприятия. Именно интеграционное взаимодействие с системами класса ERP, MES и другими позволяет наиболее эффективно учитывать на каждый момент времени максимально полную картину текущего состояния всех элементов производства, реагировать, заглядывать в будущее по имеющимся плановым и прогнозным данным. При этом разовое интеграционное взаимодействие (суточное или по фактам вынужденного обновления справочников) постепенно должно заменяться более оперативным взаимодействием, при котором как состав выполняемых производственных заданий, так и распределение привлекаемых для их выполнения ресурсов могут быть быстро скорректированы в соответствии с текущим состоянием производства и поступающей извне информацией.

Понимание важности интеграционного взаимодействия с заводскими информационными системами позволяет более четко представить, какие возможности это взаимодействие дает применительно к различным аспектам управления.

Управление производственными заданиями

Для современной системы характерны такие возможности, как подача производственных заданий в электронном виде по всем уровням иерархии предприятия – от планово-производственных подразделений к цехам, станочным участкам и непосредственно на рабочие места. Это предполагает, что на всех этих уровнях развернуты и активно применяются средства цифровизации. В частности, для операторов-станочников устанавливаются диалоговые пульты на базе производственных ЭВМ, планшетов, киосков. Тем самым обеспечивается оперативная связь по всем основным аспектам работы – получение сменного задания и его корректировок, регистрация конкретных работников на рабочих местах, регистрация выполняемых операций, ввод сведений о результатах выполненной работы.

Системы при этом характеризуются возможностью оперативной корректировки заданий применительно к текущей обстановке и потребностям. Например, такие корректировки могут быть связаны с выявленными фактами ненормативной загрузки имеющегося оборудования, как в сторону недогрузки, так и в случаях образования “узких мест”, то есть непропорционально больших планов для тех или иных станков при наличии простоев или недогрузки другого оборудования.

Управление загрузкой оборудования

Эта возможность может быть реализована в результате накопления подробных сведений о спектре состояния станков за прошлые периоды времени, а также сравнительного анализа по ключевым показателям эффективности (КПЭ). Выявление отклонений от нормативов загрузки должно учитываться при планировании и корректировке текущего и перспективного планов и формировании производственных заданий. Кроме того, анализ КПЭ по загрузке станков может быть использован для контроля производственной и технологической дисциплины и принятия соответствующих мер.

Управление производственным персоналом

Важным условием для контроля эффективности конкретных работников, получения и накопления сведений об их дисциплине и производительности является требование персональной регистрации в информационной системе. При этом большинство показателей эффективности можно детализировать персонифицировано, появляются объективные основания для поощрений и наказаний, создается мощный импульс трудовой мотивации и предотвращения ошибок и проступков.

Другим важным качеством системы управления, включающей в себя средства управления производственным персоналом, может быть наличие средств автоматизированного учета базовых практических операций, выполняемых работниками. Это позволяет обоснованно и аргументированно проводить дополнительное обучение рациональным приемам работы, формировать предложения по совершенствованию технологических процессов и оснастки.

Управление технологическими данными

Точный контроль параметров выполнения технологических операций дает богатую пищу для постоянного совершенствования технологии изготовления продукции и приемов обработки деталей на конкретном оборудовании. Дополнительную ценность привносят в информационную систему данные, получаемые непосредственно из УЧПУ (устройства числового программного управления), а также от вспомогательных средств автоматизации, таких как измерительная оснастка, диагностические приборы, устройства виброконтроля. Результатом “управления по технологическим параметрам” становится повышение общей эффективности работы оборудования – по загрузке, производительности и качеству продукции.

Управление инструментами

Сложность и специфика инструментального обеспечения, разнообразие инструментальных компонентов и сборок, относительная сложность контроля и учета не сразу находят адекватный ответ в системах управления станочным оборудованием. Однако именно инструменты в прямом и переносном смыслах находятся на переднем краю борьбы за качество и производительность. Наиболее передовые системы управления производственными ресурсами осуществляют контроль за обеспеченностью инструментом, его местонахождением, готовностью инструментальных сборок к выполнению текущей и перспективных производственных программ. Также решаются и наиболее сложные задачи автоматизированного распознавания инструментов, например, по штриховым кодам, а также учета их текущего износа. Очевидно, что превентивное выведение из эксплуатации изношенного инструмента способно радикально снизить экономические потери, поломку станочного оборудования, дефекты качества обрабатываемых деталей.

Управление потоками заготовок, деталей и изделий

Пожалуй, еще более сложной, с точки зрения подробного учета жизненного цикла, является проблема отслеживания конкретных экземпляров компонентов продукции. На всех этапах прохождения по технологической цепочке задача распознавания экземпляров, их учета и агрегирования в узлы и сборочные единицы налагает дополнительную нагрузку на все или большинство систем управления. Однако целый спектр преимуществ столь подробного учета вполне оправдывает инвестиции в системы автоматизированного управления потоками деталей. Среди таких преимуществ можно отметить экономию материальных ресурсов, снижение брака, рост коэффициента взаимозаменяемости, сокращение неликвидов и даже анализ совокупного и подетального качества полуфабрикатов от различных поставщиков.

Управление техническим состоянием оборудования

Cистемы обеспечивают “здоровье” дорогостоящего производственного оборудования. Опираясь на подробный оперативный контроль технических и технологических параметров непосредственно в процессе обработки деталей, используя данные текущего диагностического контроля, в том числе при помощи средств вибрационной диагностики, такие системы способствуют устранению опасности выхода из строя станков и их наиболее ответственных узлов, а также дают информацию, позволяющую оптимально спланировать профилактическое обслуживание. В последнее время соответствующие задачи, далеко не тривиально решаемые, получают алгоритмическую поддержку посредством методов искусственного интеллекта и предиктивного анализа.

Управление контролируемыми событиями

Нельзя не упомянуть и о таком классе систем управления, как средства прогнозирования и оповещения о нежелательных ситуациях и состояниях. В какой-то мере любая из упомянутых выше систем управления, “курирующих” благополучие и бесперебойность работы производственного оборудования может и даже должна иметь возможности уведомлять ответственных сотрудников и службы предприятия о неблагоприятных событиях, тенденциях и отклонении важных показателей эффективности. Разнообразие видов контролируемых событий, содержательность уведомлений, способы их доведения до потребителей и наличие средств обратной связи и статистического анализа делают такие системы неоценимым инструментом для оперативного управления станочным парком в реальных условиях.

Как мы нашли на производстве "пропавшие" 3,3 тыс. часов в месяц

В 2018 году мы подключили 45 станков с ЧПУ в дочерней компании “Магнитогорского металлургического комбината” (ММК) к нашей системе мониторинга промышленного оборудования и персонала. Система отслеживала основные состояния станков: “производство”, “простой”, “нет данных” и другие.

Система показала, что станки находились в выключенном состоянии 33% от фонда рабочего времени. Необоснованный простой составлял 22%. Здесь был колоссальный резерв для оптимизации, и принятые по итогам обследования ситуации решения позволили почти в два раза повысить загрузку оборудования. Контроль энергопотребления также выявил резервы в использовании оборудования, в результате чего был сокращен технологический цикл обработки деталей. Благодаря появившейся прозрачности производственных процессов стало возможным повысить трудовую дисциплину операторов.

Выявился незадействованный резерв машинного времени в размере 3,3 тыс. станкочасов в месяц. Каждый час простоя одного станка обходился предприятию почти в $20. Использование системы позволило повысить загрузку оборудования на 31%. Это привело к увеличению выпуска продукции более чем на $110 тыс. в месяц. Весь проект окупился за 7,5 месяцев.