Автоматизация производства при разработке и эксплуатации производственных линий ЧПУ ( ERP , MES ). Диспетчеризация производства с применением конструктора бизнес проектов и баз данных - КБПиБД «Реестр».

1. Назначение, цель и задача проекта

Наименование проекта – «Маэстро».

Назначение – комплексная автоматизация и диспетчеризация производства.

Цель автоматизации – связать отдельные системы контроля и учёта в единую автоматизированную систему подготовки документов, дающую возможность своевременной обработки информации подразделениями предприятия; ускорить подготовку запуска производства изделий и обеспечить хранение информации в единой базе данных.

Цель производственная – в минимальные сроки (от ввода Конструкторской документации до вывода Изделия не должно пройти более суток) получить полностью готовое Изделие. Вся конструкция производственной линии должна занимать минимум производственных площадей в цеху (несколько квадратных метров). Наладочные и настроечные работы на линии должны быть минимальными (или их не должно быть вовсе). Обслуживание линии должно привлекать минимальное количество сотрудников цеха (1 человек).

Выпускаемая продукция предприятия – профильные металлоконструкции (теплицы, парники, стеллажи, склады, укрытия, ворота).

Продукт производственной линии – отрезки (разной длинны, без ограничений) металлической ленты с отверстиями под крепёж. С дальнейшим её профилированием или сворачиванием в квадратную трубу.

Задача автоматизированного комплекса – выпустить продукцию в три этапа:

- В минимальные сроки ввести конструкцию Изделия,

- В минимальные сроки сформировать Задание на выпуск Изделия.

- В кратчайшие сроки (без переналадок и перенастроек оборудования) производственная линия должна вне зависимости от ширины и толщины металлической ленты выпустить полный комплект Деталей разной длины под определенное Изделие.

Задача – обеспечить назначение Заданий на производство для выпуска (изготовления) изделий с уровней управления заказами:

- планово-экономический отдел,

- отдел заказов (или магазин),

- производственный отдел (начальник производства),

- производственная линия (рабочий).

Основные категории автоматизации производства (ERP, MES, Диспетчеризация).

ERP-система (Enterprize Resource Planning Systems) – это интегрированные системы планирования ресурсов предприятия. Под ними понимают системы, в которых функционально объединяются ранее автономные системы для решения задач автоматизации учета и управления производством, финансами, снабжением и сбытом, кадрами и информационными ресурсами.

MES-системы (Manufacturing Execution Systems) – это интегрированные информационно-вычислительные системы, объединяющие инструменты и методы управления производством в режиме реального времени. Используя данные уровней планирования и контроля, MES-системы управляют текущей производственной деятельностью в соответствии с поступающими заказами, требованиями конструкторской и технологической документации, состоянием оборудования, с целью максимальной эффективности и минимальной стоимости выполнения производственных процессов.

Диспетчеризация – это полный и всеобъемлющий автоматизированный контроль деятельности предприятия, технологии производства, качества продукции в результате повышения технологической, трудовой и учетной дисциплины. Основным преимуществом системы является то, что она полностью автономна (отсутствует человеческий фактор); фиксирует только факты, которые произошли в реальном времени; может делать анализ, прогноз, контроль по определенным критериям; позволяет четко указать на ответственное лицо, в компетенции которого находится конкретная ситуация, возникшая в процессе производственных отношений. Информацию, поступающую от такой системы, можно использовать в стратегическом планировании, управленческом учете, в разработке и постановке задач на год, квартал, месяц, на рабочую смену, а также, для выдачи информации себестоимости продукции по отдельной линии ЧПУ (выдаются коэффициенты эффективности, потому что производительность каждой линии ЧПУ индивидуальна) и для расчета тарифов производства деталей на каждой линии ЧПУ.

Диспетчеризация является связующим звеном между ERP и MES системами производства.

Техническую базу современных систем ERP, MES и Диспетчеризации составляют серверы и рабочие места пользователей, объединенные локальными сетями (Рис. 4).

2. Описание проекта автоматизации и диспетчеризации линий ЧПУ. Проектное задание на автоматизированный комплекс «Маэстро».

Разработка линий ЧПУ с «нуля» подразумевает такую последовательность их ввода в эксплуатацию по выпуску изделий:

- опытные детали изделий,

- разовые изделия,

- малые партии изделий,

- серийная продукция изделий.

В работе системы автоматизированного управления участвуют:

- подразделение управления заказами (офисное управление),

- цех производственных линий (начальник производства),

- производственная линия ЧПУ (рабочий),

- подразделение конструкторов.

Структурная схема информационных потоков (взаимодействия подразделений) расположена ниже (Рис. 1).

Рис. 1

По Проекту Заказы на изготовление должны формироваться в любом из производственных Блоков верхней цепочки представленной схемы (Рис. 1).

Уровень «Управления заказами»

Уровень «Управления заказами» (Планово-Экономический отдел, Отдел заказов, Магазин, Менеджер) формирует информацию Заказа, необходимую и достаточную, для запуска линии ЧПУ.

В эту информацию входят:

- Дата

- Наименование Изделия,

- Серия (цифро-буквенный номер-шифр разновидности Изделия, тип, номенклатура, набор Деталей в Изделии, артикул),

- Заказ (Идентификационный цифро-буквенный номер-шифр, порядковый номер заказа),

- Количество Изделий,

- Метка Запуска (разрешение/запрет выполнения).

Работа этого уровня эффективна на стадии серийного выпуска продукции или выпуска малых партий изделий.

Уровень «Производственный цех»

Уровень «Производственный цех» (Начальник Производства, Начальник Цеха) формирует дополнительную информацию Заказа:

- Наименование производственной Линии,

- ФИО Рабочего,

- Номер Смены,

- Метка Изготовления (разрешение/запрет выполнения).

Работа этого уровня эффективна на стадии серийного выпуска продукции или выпуска малых партий изделий.

Рис. 2

Первые два Уровня Заказа подразумевают запуск линии ЧПУ на выпуск Изделий по Заказу Верхнего Уровня Управления (Управление Верхнего Уровня - УВУ) (Рис. 2). В этом случае, Рабочий включает линию ЧПУ и начинает выпуск Деталей по Изделиям немедленно. Заказы выполняются Рабочим на ЧПУ в той последовательности, в которой они вводились.

С УВУ возможна приостановка выпуска некоторых Заданий (уровень «Управления заказами»)(например, когда следует соблюсти выпуск Изделий по определённому плану очередности) или отдельных Деталей Изделия (уровень «Производственный цех»).

Рис. 3

Уровень «Линия ЧПУ»

Уровень «Линия ЧПУ» подразумевает подготовку Заказа-Задания самим Рабочим (Управление Нижнего Уровня - УНУ). Он задаёт Задание каждой Детали в отдельности и непосредственно выполняет Заказ в целом.

В информацию Задания на изготовление Детали входит:

- ФИО Рабочего

- Количество Деталей,

- Метка Запуска (разрешение/запрет),

- Метка Изготовления (разрешение/запрет).

Работа этого уровня эффективна на стадии выпуска опытных деталей изделий или разовых изделий.

Уровень «Конструкторы»

Конструктор вводит в Проект DXF-информацию конструкций Изделий по Детально и даёт разрешение на ее использование на производственных линиях ЧПУ.

Конструктор может приостановить выпуск Рабочим на линии ЧПУ отдельных наименований Деталей Изделий в «on-line режиме», отключив метку доступа для информации всем пользователям (в случае, если он обнаружит ошибки или информация устареет).

Задание на «Линию ЧПУ» может поступать двумя способами:

- От вышестоящего блока «Управление Заказами» через УВУ. Этот блок видит напрямую блоки «Конструкторы» и «Линии ЧПУ» и поэтому имеет возможность пользоваться информацией и того и другого (Рис. 2).

- Рабочий может создать Задание сам с уровня блока «Линия ЧПУ» через УНУ. Но предварительно Рабочий с «Линии ЧПУ» должен запросить информацию Конструктора. Она к нему может придти двумя путями:

а) Конструктор должен разрешить использование своей информации на параллельных уровнях (открыть доступ к Группам - «Изделию», «Детали», «Комплекту», «Конструктору», «Таблице») (Рис. 3). (Оригинальное решение данной задачи представлено в главе 3 «Реализация Проекта» данного документа.)

б) Осуществить привязку Конструкторской информации к общему блоку «Имя проекта», то есть в нём как бы формировать задание Конструктору в виде Групповой ветки «Изделие – Деталь», которая по правилу формирования в КБПиБД «Реестр» в блоке Проводника (эксплорера) отобразится привязанной ко всем последним блокам Направлений (Рис. 1 состоит из блоков Направлений). А последние блоки Направлений и есть – «Конструкторы» и «Линия ЧПУ». Недостаток этого метода в том, что блок «Имя проекта» в этом случае потребует привлечения дополнительного персонала обслуживания (отдельное ведомство с комплектом сотрудников, либо это будет Технический Директор, либо Главный Менеджер по разработке новых Направлений, либо начальник Конструкторского бюро). (Решение данной задачи в разрабатываемом Проекте не поддерживается).

Схема взаимодействия Электронных Устройств и Программного Комплекса КБПиБД «Реестр» на уровне локальной сети представлена ниже (Рис. 4).

Рис. 4

Проектное задание на технологические операции

Производственная линия с ЧПУ должна содержать:

1. Прокатную линию,

2. Пробивочный штамп с выдвижными пальцами-пуансонами,

3. Нож-гильотину,

4. Привод управления прокатной линией,

5. АРМ (автоматизированное рабочее место, компьютер) Рабочего,

6. Маркировочный принтер,

7. WEB-камеру

Необходимо обеспечить:

1. Выпуск Изделий с комплектом Деталей, сгруппированным в пачки,

2. Детали Изделий должны быть промаркированы,

3. Пачки Деталей должны быть промаркированы,

4. Качество изготовления Деталей Изделий должны контролироваться WEB-камерой в соответствии конструкторской документации.

Проектное задание на программные операции

Программный комплекс должен быть обеспечен оборудованием и установленными на нём сторонними программами:

1. Серверный компьютер с операционной системой Microsoft Windows Server 2003

2. Серверный компьютер должен содержать установленную базу данных Microsoft SQL Server,

3. Каждое рабочее место Сотрудника УВУ (управление верхнего уровня) должно быть обеспечено АРМ с программой-клиентом (входит в КБПиБД «Реестр», как Приложение),

4. Каждое рабочее место Конструктора должно быть обеспечено АРМ с программой-клиентом,

5. Каждая линия ЧПУ должна быть обеспечена АРМ Рабочего с программой-клиентом,

6. Все компьютеры должны входить в одну локальную подсеть предприятия,

7. Информация Проекта должна храниться в единой базе данных и лежать на Сервере.

АРМ Рабочего для изготовления отдельной Детали должен обеспечивать:

1. Опрос Сервера на появление Задания. В случае обнаружения такового, одноразово из базы данных осуществляется считывание конструкторской информации (таблицы данных) по детали.

2. Таблица данных через клиент-программу вводится в контроллер (Mitsubishi ALPHA-2) и в векторный преобразователь частоты «Веспер-Е2-8300» Привода (связь осуществляется по COM-порту через RS-232) и содержит информацию по:

- количеству рядов отверстий (перемещений),

- месту расположения отверстий в ряду (номера),

- расстоянию каждого перемещения между рядами,

- скорости перемещения от ряда к ряду отверстий,

- полному размеру (длине) Детали.

3. По конструкторской информации из таблицы на Деталь программа-клиент анализирует, формирует и вводит в контроллер (Mitsubishi ALPHA-2) и в векторный преобразователь частоты «Веспер-Е2-8300» Привода (связь осуществляется по COM-порту через RS-232) информацию:

- места расположения маркировки на заготовке Детали,

- места реза-обрубки Детали.

4. По конструкторской информации в струйный принтер EBS-1500 программой-клиентом вводится текст маркировки. Момент маркировки струйному принтеру передаётся программой контроллера Привода.

5. Качество технологических процессов контролируется через WEB-камеру. В случае нарушения выдается сигнал аварии или ошибки.

6. Качество пересылаемой информации между устройствами Компьютер - Контроллер – Веспер – Печать контролируется программой-клиентом. В случае нарушения Протокола обмена данными, линия останавливается и программой выдаётся сообщение с последовательностью действий Рабочего.

7. Программа-клиент в процессе работы должны выдавать технические звуки-оповещения. Например, в момент выгрузки-загрузки и обработки данных с Сервера. По окончании, даётся сигнал на разрешение или продолжение работ.

1. Реализация Проекта.

КБПиБД «Реестр» даёт возможность в кратчайшие сроки сформировать проект и подготовить всю информацию к запуску производства (см. описание работы КБПиБД «Реестр»).

Основная рабочая форма и окно «Автоматизация» Проекта представлены на Рис. 5.

Рис. 5

Проект прошел стадию опытных работ и введён в эксплуатацию.

Производственная линия ЧПУ вышла на заложенные мощности.

Рисунок 5 отображает объемы работ, произведённые с комплексом «Маэстро». Конструкции тридцати Изделий (каждое Изделие содержит около ста Деталей) выпускаются малыми партиями.

Ниже представлены рабочие формы и инструкции по работе с АРМ по подразделениям предприятия:

- Планово-экономический отдел,

- Производственный отдел,

- Рабочие цеха,

- Конструкторский отдел.

Каждое рабочее место (АРМ) имеет такую специфику набора информационных данных, с какого Уровня управления запущен программный комплекс (КБПиБД «Реестр»).

Например, с уровня Планово-экономического отдела видна вся структура производства (Рис. 1). Вышестоящий руководитель видит объем той информации, который ему положен к допуску по специфике работы.

Каждое вложенное Направление соответствует своему подразделению предприятия (Рис. 1).

Планово-экономический отдел

Рис. 6

В блоке Проводник программы это подразделение отмечается Направлением – «Формирование заказа под производство» (Рис. 6).

Минимальные рабочие затраты приходятся на Планово-экономический отдел (или подразделение, его замещающее, но аналогичное по функциям).

Для выдачи Задания на изготовление Изделия сотруднику отдела необходимо сформировать и заполнить строчку в таблице, представленной на Рис. 6.

Сообщение о выполнении Задания будет отмечаться в таблице окрашиванием строки в белый (бесцветный) цвет.

Сообщение о невыполненном Задании будет отмечаться в таблице окрашиванием строки в красный цвет.

Сообщение о частично выполненном Задании (принято к исполнению и в данный момент выполняется) будет отмечаться в таблице окрашиванием строки в желтый цвет.

Производственный отдел

Рис. 7

В блоке Проводник программы это подразделение отмечается Направлением – «Производство» (Рис. 7).

Начальник производства (начальник цеха и т.д.) производит распределение работ на производственных Линиях и закрепляет выполнение работ за определённым Рабочим и его Сменой (Рис. 7).

В колонке «Порядок следования» можно изменить очередность изготовления Деталей.

В некоторых строках Задания на изготовления Деталей можно удалить «Метку Производства» и запретить их выпуск.

Если производство готово к выпуску Изделий, Начальник производства (начальник цеха и т.д.) проставляет «Метку изготовления» в строке Задания (Рис. 7).

Выставление «Метки изготовления» производит в программе автоматическое формирование строк Заданий на изготовление комплекта Деталей (Рис. 8). Продолжение таблицы с Заданиями смотрите на Рис. 9.

Просмотр Заданий возможен только с уровня Проводника – «Линия 3-1-15».

Рис. 8

Рис. 9

Рабочие цеха

Рис. 10

Выполнение работ Рабочими цеха могут производиться с таких уровней Проводника:

- Линия 3-1-15,

- Изделие,

- Деталь,

- Комплект (количество деталей в пачке),

- Объект (Конструктор).

Обратите внимание на то, что объем информации по уровням Проводника различается и чем выше отметка в Проводнике, тем больше информации будет представлено в Таблице.

Задание с УВУ

Когда на вышестоящих уровнях управления задаются Задания, Рабочий выбирает в Проводнике программы уровень выполнения работ (5 уровней, см. выше) и запускает линию ЧПУ. Каждый уровень определяет свой объем работ:

- С уровня «Линия 3-1-15» производится выполнение всех Заданий по изготовлению Изделий.

- С уровня «Изделия» Рабочий запускает на изготовление комплект Деталей по Изделию (Рис. 10).

- С уровня «Детали» можно запустить изготовление одного типа Детали (Рис. 11), но разной комплектации.

- С уровня «Комплект» будет выдаваться Деталь только одной Комплектации, но разных Объектов-Конструкторов.

- С уровня «Объект (Конструктор)» будет производиться Деталь только определенного Конструктора.

Рис. 11

Задание с УНУ

Задания с низких уровней управления задаются самим Рабочим. Это уровни:

- Деталь,

- Комплект,

- Объект-Конструктор.

В этом случае Рабочему необходимо предварительно в программе в форме «Автоматизация» сформировать отдельное Задание на изготовление Детали (Рис. 11).

Конкретно Инструкция работы сотрудника цеха (Рабочего) представлена в документе – «Инструкция Рабочего линии ЧПУ» - Ins_Rab.htm .

Конструкторский отдел

Рис. 12

Выполнение работ Конструкторов производится с уровня Проводника – «Конструкторы» (Рис. 12).

Конструктор может заполнить конструкторскую таблицу двумя способами:

- Вручную,

- Автоматически (с DXF-файла конструкторского чертежа любого программного конструкторского комплекса (САПР)).

Конкретно Инструкция работы Конструктора представлена в документе – «Инструкция Конструктора линии ЧПУ» - Ins_Konstr.htm .

2. Отчётные формы

КБПиБД «Реестр» даёт возможность получения отчетности за период. В нашем Проекте запрограммирован период в две недели (14 дней).

Отчёты автоматически формируются и отсылаются Начальнику производства (или на список сотрудников) в почту (E-Mail) для дальнейшей обработки или анализа. Отчёты дают полную информацию производства.

Рис. 13 даёт представление об объемах отчетной информации.

Рис. 13