Гибкие производственные системы: что скрывают адаптивные решения?

Вопросы сокращения затрат часто беспокоят промышленные производства. В частности, если те работают над импортозамещением, когда большие вложения уходят на техническое оснащение и обучение персонала.

Многие компании знают, что за экономией средств и повышением объёмов выпуска продукции стоит гибкость операций. На ней акцентируют внимание как крупные предприятия, так и малый и средний бизнес.

Сочетание современных станков с ЧПУ, роботов и автоматизации в гибких производственных системах (Flexible Manufacturing System, FMS или ГПС) стало рецептом для достижения эффективных техпроцессов, в которых практически нет места простоям.

Редакция «Промышленных страниц» решила разобраться в особенностях комплекса, который становится новым стандартом в промышленности. Рассмотрим, как FMS меняет правила игры на заводах по всему миру.

Гибкая производственная система: что это такое и когда появилась?

Считается, что с появлением гибких решений в мире промышленного производства наступила новая эра. Уже можно забыть о традиционных конвейерных линиях, где каждый станок выполняет только одну операцию — современные техпроцессы умнее и адаптивнее.

ГПС — это комплекс высокоавтоматизированного оборудования, способный быстро перенастраиваться для изготовления изделий. Такие решения считаются ключевым элементом современного цифрового производства.

Основа таких систем — станки с ЧПУ. Однако помимо них FMS включает комплекс других немаловажных технологий:

• автоматизированные обрабатывающие центры;
• интеллектуальные технологии транспортировки материалов;
• автоматизированные склады;
• единую компьютерную систему управления.

Распространённой FMS стала из-за универсальности — она особенно важна в условиях современного рынка, где спрос порой меняется за считанные дни.

Концепцию гибкого производства разработали в начале 1950-х годов. Её автор — американский инженер-технолог Джером Х. Лемельсон — подал ряд патентов на технологию. Первые попытки воплощения идеи представляли собой сборку роботизированного комплекса, способного варить и клепать металл, перемещать и анализировать готовые изделия.

Полноценная ГПС появилась в 1967 году, тогда британская компания Molins представила миру System-24. За прошедшие десятилетия FMS-технологии прошли весомый путь развития. Согласно аналитике McKinsey & Company, сегодня более 70% крупных предприятий развитых стран используют элементы гибкого производства в операциях.

Виды гибких производственных систем

Независимо от стандартного набора технологий в ГПС, их состав всё же варьируется.

Существуют следующие категории:

Гибкие производственные комплексы (FMC) с базовой конфигурацией, которую мы частично описали ранее. В неё входят пара обрабатывающих центров, промышленные роботы и оборудование для транспортировки. Это компактный вид систем, а потому наиболее подходит небольшим и мелкосерийным производствам.

Классические FMS — это более масштабное решение, которое включает минимум 4 автоматизированных станка с ЧПУ, обрабатывающие и токарные центры, централизованную систему управления и автоматизированный комплекс подачи материалов.

Такая конфигурация позволяет эффективно выполнять многономенклатурное производство средних и малых серий без остановки процессов изготовления.

Гибкие производственные линии (FML) занимают положение между крупносерийными автоматическими линиями и многономенклатурными FMS. В их состав могут входить как обрабатывающие центры общего назначения и станки с ЧПУ, так и спецоборудование. Эти линии отлично подходят для выпуска средних и малых партий изделий с возможностью быстрой перенастройки.

Гибкие производственные фабрики (FMF) — это интегрированное решение, объединяющее несколько линий FMS, автоматизированные трёхмерные склады и единую компьютерную систему управления. Эта категория характеризуется полной интеграцией CAD/CAM программ, внедрением CIMS-технологий и комплексным управлением всеми технологическими операциями — от проектирования и обработки до сборки, контроля и логистики.

Как работают гибкие производственные системы

Как мы отметили ранее, ключевой элемент современных ГПС — автоматизация. В её основе лежат передовые роботы и станки, которые повышают точность работы, сокращают долю ручного труда и минимизируют количество ошибок. Такая автоматизация позволяет оптимизировать даже самые сложные задачи.

Автоматизации сопутствует и адаптивность производства. За счёт перечисленных ранее технологий система способна быстро подстраиваться под любые изменения в процессах.

Третий важный фактор — возможность мониторинга в реальном времени. За счёт специальных датчиков и ПО специалисты могут непрерывно контролировать работу оборудования.

Интеллектуальные технологии, включая Интернет вещей (IoT) и искусственный интеллект, значительно повышают точность и скорость реагирования производства. Это напрямую влияет на улучшение общего качества выпускаемой продукции.

Отличительная черта FMS — адаптивное планирование. Благодаря современному ПО, такие системы способны быстро реагировать на изменение спроса, подстраиваться под новые заказы, справляться с непредвиденными поломками и учитывать колебания запасов.

Гибкость приносит прибыль

Место для ГПС находят предприятия широкого круга отраслей: автомобильной, аэрокосмической, а также приборо-, машино- и станкостроительной промышленностей.

Компании внедряют ГПС, стремясь достичь комплексного улучшения производственных показателей. Ключевые цели такого перехода:

• Оптимизация затрат и сокращение времени выполнения заказов.
• Увеличение времени продуктивной работы машинного оборудования.
• Рационализация производства через уменьшение объёма незавершённой работы.
• Экономическая выгода в виде снижения себестоимости продукции.
• Улучшение качества выпускаемой продукции.

Технические процессы на предприятии проходят оперативнее, чем прежде: определение очерёдности операций ускоряется, а время на настройку оборудования, напротив, сокращается.

Анализируя мировую практику внедрения ГПС, отметим, что компании получают возможность более гибко реагировать на рыночные изменения, оптимизировать участки и повысить конкурентоспособность.

Вызовы и ограничения ГПС

Получить долгожданный эффект от FMS не так просто, их внедрение требует от предприятий решения ряда существенных задач.

Прежде всего, компаниям предстоят значительные первоначальные инвестиции. Это касается не только покупки оборудования и ПО, но и модернизации всей производственной инфраструктуры для успешной интеграции новых технологий.

Серьёзным вызовом также становится подготовка квалифицированных кадров. Для эффективной работы с FMS требуются обученные операторы, способные не только управлять системой, но и проводить техобслуживание, устранять неполадки и соблюдать строгие протоколы безопасности. Программы обучения становятся частью внедрения новых технологий.

Кроме того, интеграция ГПС с существующими системами требует тщательного планирования. Нужно наладить бесперебойный обмен информацией между технологическими платформами и поддерживать непрерывность технологических процессов. Это важно при работе с устаревшими решениями или при необходимости взаимодействия с другими производственными технологиями.

Несмотря на очевидные преимущества, гибкие производственные системы имеют и недостатки. Они демонстрируют ограниченную способность к адаптации при изменении продуктовой линейки или ассортимента. Кроме того, высокая стоимость внедрения и сложность управления делают ГПС серьёзным вызовом для предприятий.

Тем не менее преимущества таких систем неоспоримы. По оценкам экспертов, применение FMS обеспечивает экономию от 65 до 75% времени по сравнению с традиционными производственными комплексами. При этом качество продукции значительно повышается благодаря использованию оборудования и ресурсов при минимизации затрат.