ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ И ПОНЯТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ

В XXI веке, как отмечают специалисты, все технические и
прикладные науки, в первую очередь, будут заниматься синтезом и обобщением
множественных и многоуровневых потоков информации из базовых и смежных областей
знаний.

Новый этап информационного века будет временем прорыва
не только в науке, технологиях и оборудовании, но и временем обострения
конкуренции среди мировых производителей продукции. В открытом и прозрачном
рыночном противоборстве всегда победит только тот, чья промышленная продукция
будет качественнее, дешевле, безопаснее, будет реально обладать новыми
потребительскими свойствами, интересующими самый широкий спектр покупателей и
клиентов.

В основе любой технической дисциплины всегда лежит
относительно небольшой набор четко описанных ключевых терминов, понятий и
определений. Эти понятия, как правило, тесно взаимосвязаны между собой и
увязаны с фундаментальными знаниями развития природы и общества. Они
зафиксированы в естественном или производственно-научном языке. В учебном
пособии словарь терминов и понятий составлен на основе большого числа первоисточников
и словарей. При необходимости новые термины снабжены развернутыми пояснениями и
примерами. На типовых примерах рассмотрим основные из них.

Определение – это логически эффективный прием,
позволяющий отличить один технический объект или процесс от другого, путем подробного
описания их свойств или характеристик.

Методология любой дисциплины – это учение о принципах построения,
формах и способах научного познания или деятельности. Главная задача
методологии – это синтез всех накопленных человечеством знаний.

В классическом понимании знания – это установленный
обществом набор конкретных научных, производственно-технических и экономических
фактов и факторов, связанных в некую единую структуру или систему. Для нового
поколения промышленных ИТ совокупность многочисленных факторов гибкого
промышленного производства специалисты связывают с компьютерной базой знаний.

Обычно в работах по искусственному интеллекту термин «знание»
так же значителен и многогранен, как термин «данные» в области промышленных
ИТ. Последовательный переход в каждом направлении экономики от некоторой
системы данных к необходимым знаниям – это логическое следствие развития и
усложнения различных информационных структур и массивов данных о производственных
процессах. Они могут быть быстро обработаны современной компьютерной системой
программного обеспечения ЭВМ.

Математизация знаний – это проникновение математических
средств и методов мышления во все важнейшие области знания. Математика является
как раз тем универсальным инструментом, с помощью которого не только можно
проводить расчеты и моделирование. Но, что еще важнее, конкретно формулировать
различные технические и экономические прикладные задачи. В том числе, точно и
четко выявлять условия их решения и тем самым ставить вопрос об области практического
применения полученных результатов. Современная техника и организация гибкого
промышленного МСЕ-производства требуют дисциплины мышления и логической полноты
суждений и оценок.

Знания отражают интеллектуальную или творческую деятельность
человека. Они основаны на специальной форме представления информации. В
условиях интенсивного развития промышленного производства на базе информационных
GALS-технологий управление знаниями (knowledge management) – это осознание необходимости
постоянного обновления и прироста знаний каждым идивидуумом.

Только надежные знания и прочные навыки делают человека
творчески свободными способным создавать новые технологии и машины. В том
числе, непосредственно, вовлечение в процесс глобального информационного обмена
между всеми потенциальными конкурентами за счет качественного расширения и
углубления базовой системы знаний.

Процесс решения любой задачи обычно сводится к заданной
последовательности принятия решений и выполнении некоторых действий. Перед
началом и в процессе решения каждой новой задачи человек вырабатывает наиболее
рациональную или оптимальную стратегию. Все это, вместе взятое, требует
определенной суммы знаний и предстает перед нами в виде иерархической системы.
Такие знания в мозгу человека обычно укладываются в виде определенных правил
или, как говорят программисты, алгоритмов действия.

Для человека управление знаниями включает три
обязательных элемента: информация, способность ее получить и отношение к полученным
данным. Под способностью понимается возможность человека извлекать из любой
новой системы данных необходимую ему долю информации. Отношение – это то, что
заставляет людей действовать в направлении сбора нужной информации. То есть своего
рода мотивация в получении новых знаний для решения практических задач каждого
конкретного бизнес-проекта.

Таким образом, для новейшего этапа развития
промышленных ИТ знания – это совокупность, необходимой для эффективного решения
новой задачи, информации. Получаемой за счет желания и способности каждого
индивидуума эту информацию извлекать из огромного объема данных. Соответственно
их интерпретировать и применять в решаемых бизнес-планах и проектах. Такой
подход позволил специалистам по промышленной информатике ввести понятие – менеджмент
информации, циркулирующей в рамках некоторой структуры компаний или виртуальной
корпорации.

Фактор (от лат. factor – делающий, производящий) – это
причина, движущая сила какого-либо процесса или явления. Она определяет его
индивидуальный характер или отдельные черты.

В последнее время в области машиностроительного АП широкое
распространение получило понятие гибкости. В рыночных условиях промышленный
выпуск современной качественной высокотехнологичной и наукоемкой продукции
индивидуального или массового спроса реализуется новым поколением некоторой
системы машин гибких автоматизированных производств (ГАП).

Такие производства являются не принципиально новым
направлением в технике, а всего лишь современной ступенью или новым поколением
научно-технического прогресса в машиностроении. Здесь одной из характерных черт
научно-технической и экономической деятельности человека в области
промышленного производства является представление исследуемых и проектируемых
объектов как отдельных систем.

Система – это конечное множество взаимодействующих
элементов (подсистем), находящихся в связях друг с другом и образующих некоторую
целостность и единство. Система должна удовлетворять следующим факторам:

• поведение
  каждого элемента влияет на работу целого. Их взаимодействие между собой тесно
  взаимозависимо;
• если
  дополнительно существует зависимая подгруппа элементов, то каждая из них также
  влияет на поведение целого;
• с окружающей
  средой система всегда взаимодействует как единое целое.

Здесь могут быть использованы различные уровни
обобщения и иерархии.

Элемент и система являются относительными понятиями.
Элемент может одновременно является системой меньших размеров, а система в свою
очередь – быть элементом большой или сложной системы машин. Каждый элемент
такой системы может, в свою очередь, рассматриваться в качестве системы более
высокого уровня иерархии.

Иерархия – это расположение частей или элементов
объекта или системы в нужном порядке. При этом они всегда расположены от высшего
к низшему (некая иерархическая «лестница» связей или шкала иерархий).

Техническая система машин – это комплекс новых и эффективных
технологий и оборудования, направленных на определенные действия или целевое
преобразование энергии, вещества (массы) и информации.

Свойства технической системы формируются и проявляются
в процессе ее взаимодействия с производственно-экономической средой
промышленного предприятия. Система всегда является активной стороной такого
взаимодействия. При выделении или обособлении сложной технической системы от
некоторой среды ее окружения реализуется принцип развития, проявляющийся в
иерархической природе понятия такой системы.

Принцип – это обобщение любых опытных или исследуемых
данных, новые идеи или основные положения применяемого на практике системного
подхода. С системотехнических позиций принцип – это постоянно и последовательно
применяемый метод исследования различных объектов или процессов. В повседневной
жизни человека принцип действия и поступков обычно мы не выбираем, но осознанно
или интуитивно следуем ему постоянно.

Метод – это путь или способ достижения поставленной
цели, исходящей из познания общих закономерностей объекта или системы.

В последние годы новейшие компьютерно-информационные системы
на базе ПЭВМ и телекоммуникаций вызвали подлинный переворот в
научно-производственных технологиях. На их базе создаются разного уровня
управления, автоматизированные информационные системы различного назначения:
производственные технологические комплексы, информационно-поисковые системы,
банки электронных данных и сети.

С точки зрения системной технологии любая техническая машина
является либо материальным или физическим объектом, либо технологическим
средством промышленного производства. Машина – это устройство, выполняющее
механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с
целью замены или облегчения труда человека.

Машина в первую очередь всегда должна быть направлена
на решение новых технических или практическое задач. Современные производственные
машины или многочисленное оборудование могут быть полезны и нужны лишь в том
случае, если они обладают необходимой системой новых качеств, параметров или
признаков.

В жизни современного человека и промышленного
производства важнейшие из них – ресурсы времени и труда представляют для общества
наивысшую ценность. На их всемерную экономию и экологическую безопасность
организуемых технологических процессов направлено новое поколение системных
технологий и оборудования машиностроительных металлообрабатывающих и механосборочных
ГПС.

Для эффективной деятельности и функционирования любая
научно-производственная или сбытовая фирмы должны обладать рациональной
системой ведения доступной в данный момент бизнес-проекта некоторого набора
стратегических ресурсов – интеллекта и информации.

Под ресурсами машиностроительного АП понимают – запасы
энергии и сырья, различные системы оборудования, технические и технологические
возможности производства, кадровое обеспечение, источники финансовых средств,
кредиты и доходы всех видов. На практике различают: природные или естественные,
экономические или коммерческие, производственные и интеллектуальные ресурсы.

Ресурсный цикл – это составное звено общего круговорота
природных веществ или энергии Земли, а также совокупность различных
превращений, проходящих с ними на всех этапах их использования человеком. Такие
сложные потоковые циклы и процессы носят всеобщий или глобальный характер для
природы и экологии регионов и всей планеты в целом.

К интеллектуальным ресурсам промышленного предприятия современного
компьютерно-интегрированного МСЕ-производства относятся: технический и
управленческий персонал, технологии, патенты, открытия, методологии
деятельности и методы расчетов, проектирования, моделирования или управления.

Одним из важнейших критериев рациональности
функционирования природных и производственных ресурсов – это обеспечение необходимых
для каждого человека системы качеств жизни и стабильности окружающей его среды
обитания.

В последние годы, растущая зависимость промышленно развитых
стран от любых источников, носителей и пользователей информации
(научно-технической, экономической и ряда других). В том числе от уровня
научно-технического развития и эффективности программно-технических средств ее
быстрого сбора и переработки, привели к формированию на рубеже 80-х годов
принципиально нового понятия – национальные информационные ресурсы, как новой
производственно-экономической категории.

Для современного этапа развития
информационно-промышленного общества Г. Поллак (руководитель отдела
научно-технических проблем Госдепартамента США), на наш взгляд, четко
сформулировал оценочный критерий для качественного сопоставления реальной мощи
стран, соперничающих с промышленной супердержавой – США на мировой политической
арене: «Понимание того обстоятельства, что жизнеспособность национальной
экономики теперь в значительной степени зависит от качества и масштабов
использования ею достижений науки и техники, вызвало к жизни реальное
сопоставление технологических потенциалов и, соответственно, проблему их системного
«технологического отрыва» …

Для каждой страны ее информационные и производственные
ресурсы относятся к весьма ограниченному числу экономически значимых и
воспроизводимых ресурсов. На качественно новом этапе экономического развития
общества наиболее очевидным продуктом промышленной эксплуатации национальных
информационных ресурсов оказывается, в первую очередь, так называемые
наукоемкие изделия высоких технологий.

Высокотехнологичной (high technology) и наукоемкой
специалисты называют промышленную продукцию, в стоимости которой расходы на
научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) занимают 3,5-4
% и более.

Так, например, как показывает мировая практика развития
для электронной индустрии производства нового поколения ПЭВМ и биотехнологий,
относительный уровень затрат на проведение системы НИОКР почти вдвое превышает
средний в обрабатывающей промышленности. В последнее десятилетие эта
технико-экономическая и организационная проблема стала весьма актуальна и для
нашей страны, которая находится на самом начальном этапе становления и развития
открытой рыночной экономики и нуждается в серьезных структурных преобразованиях
в промышленном производстве.

Любая сложная конструкция представляет собой некоторый
класс машин, систем машин или изделий, спроектированных на начальных этапах
подготовки производства – конструктором или инженером-проектировщиком.

Конструирование – это продуманный на этапах проекта
направленный поиск, придание новых свойств или внешних и внутренних характеристик
проектируемым изделиям или машинам. Они задаются на самых ранних стадиях
проекта – от проработки новой идеи или концепции изделий, а реализуются уже на
этапах изготовления и контроля, сборки, испытания или их последующей модернизации.

Модернизация – это качественное изменение параметров и
характеристик выпускаемой промышленной продукции, отвечающее новым и возросшим
требованиям общества или личным запросам индивидуальных клиентов.

Конкурентные преимущества это явное превосходство
предлагаемых компанией товаров или услуг относительно своих ближайших конкурентов.
Новые и качественные товары или услуги будут всегда вознаграждаться приобретающими
их потребителями или покупателями.

Услуга – это результат взаимодействия исполнителя,
продавца и потребителя, направленный на длительное удовлетворение личных или
общественных потребностей в качественной продукции.

Потребитель – это всегда потенциальный покупатель, который
приобретает новые товары или заказывает дополнительные услуги.

Эксплуатация – это завершающая стадия ЖЦ изделия, на которой
уже у конечного потребителя непосредственно реализуется и длительное время
поддерживается или восстанавливается его первоначальное качество и
работоспособность.

Для последующего изучения проблем, факторов и
тенденций, новейших промышленных ИТ в области машиностроительных производств
системно рассмотрим базовые технические понятия, принципы и методологии.

Металлорежущий станок (станок или станочный модуль) –
это технологическая машина, предназначенная для размерной обработки заготовок
главным образом снятием стружки с помощью режущего инструмента. Конструкции и
компоновки станков чрезвычайно разнообразны, однако все они содержат типовые
системы, узлы, механизмы и элементы.

Станочный модуль представляет собой многокомпонентные
структуры со сложными взаимосвязями отдельных механических и электронных
систем. Под модулем понимают – функционально и конструктивно независимую
техническую или конструктивную сборочную единицу, которую можно использовать
индивидуально и в разных комбинациях с другими элементами системы оборудования.

Компоновка станочного модуля – это система пространственного
расположения элементов, узлов или систем станка, характеризующаяся определенной
технологией, структурой, пропорциями форм, набором требуемых свойств,
характеристик и параметров.

Режущий инструмент при обработке материалов резанием
формирует и определяет рабочие и свободные поверхности детали заданной
точности, качества и формы. В станочном модуле инструмент обычно работает в
напряженном термодинамическом режиме с образованием интенсивных потоков горячей
стружки.

Приспособление или станочная оснастка при размерной обработке
резанием должны обеспечить заданную точность положения, параметров и
характеристик относительного движения режущего инструмента при формообразовании
заготовки в готовую деталь.

Обработка резанием является и, по-видимому, на многие
годы останется основным технологическим приемом относительно быстрого
изготовления точных и даже прецизионных деталей машин. Такая обработка имеет
достаточно высокую производительность, универсальность и гибкость,
обеспечивающая целый ряд ее технико-экономических преимуществ перед другими методами
формообразования. В первую очередь это касается наиболее распространенного в современном
машиностроении гибкого МСЕ-производства.

На настоящем этапе промышленного развития
многочисленные классы и подклассы основных обрабатывающих станков и прессов, различных
технологических машин, оснастки и инструментов составляют примерно 60 %
активной части промышленно-производственных фондов машиностроения.

В условиях рыночных отношений в экономике недооценка
необходимости опережающего развития станкостроения автоматизированного
МСЕ-производства ведет к медленным темпам обновления промышленной продукции, ее
неудовлетворительному качеству и высокой стоимости. То есть к системному
техническому отставанию и неконкурентоспособности выпускаемой продукции, а
также – самих производящих промышленных предприятий.

Ни одной из индустриально развитых стран не удалось
избежать прохождения основных этапов в глобальном развитии техники и технологии.
Эта закономерность проявляется и в машиностроении, прогресс в котором зависит
от совершенствования электроники и промышленной информатики.

Объединение в общую автоматизированную макросистему
всего производственного процесса привело к усилению информационных связей между
отдельными проектно-технологическими и производственно-снабженческими службами
АЛ. Ускорилось прохождение потоков информации между ними, а также объединение
этих данных в информационных банках (базах) данных.

По мнению специалистов и экспертов, оптимальное
сочетание системы информационных, групповых и системных технологий с повышенной
переналаживаемостью и гибкостью всех систем оборудования АП, при минимально
доступной для каждого предприятия – модернизации, замене или обновлении
основных фондов позволяет обеспечить быстрый выпуск высокотехнологичной
машиностроительной продукции высокого качества. Гибкость и эффективность есть
мера бережливости промышленного производства.

Необходимость разработки качественно новых технологий
особенно остро ощущается там, где традиционные методы во многом уже исчерпали
себя. И где их совершенствование не может способствовать существенному
улучшению экономических показателей в промышленном МСЕ-производстве. В
последние годы создание новых технологий обуславливается растущей ограниченностью
трудовых и топливо-сырьевых ресурсов. Причем, чем ограниченнее ресурсы, тем в
большей мере совершенствование технологий должно быть направлено на их
всемерную экономию.

Структура (system structure) – это организация связей и
отношений между подсистемами или элементами сложной технической системы,
включая упорядочение их отношений между собой по какому-либо одному признаку.
Это совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и
тождественность самому себе. В том числе сохранение основных свойств объекта
при различных внешних или внутренних, количественных или качественных
изменениях системы.

Для современного интегрированного АП в понятие
структуры включается логистическая информация о: количестве обслуживающих
ресурсов или потоков, системе приоритетов обслуживания заявок, времени ожидания
и обслуживания, резервировании дополнительных каналов и многие другие.

Процесс промышленного производства – это использование
всех производственно-экономических ресурсов предприятия с целью создания
конкурентоспособной, рентабельной и экологически безопасной продукции и ее
последующего сбыта в различных регионах. Он включает: основные,
вспомогательные, обслуживающие, снабженческие и организационно-управляющие
элементы интегрированной производственной системы (ПС).

На этапе изготовления продукции производственная или
технологическая среда состоит из составляющих ее базовых элементов: предметы,
средства и продукты труда. Совокупность средств технического и технологического
оснащения интегрированного МСЕ-производства, обеспечивающих создание
разнообразных товаров и орудий труда, образует технологическую среду
машиностроения. В мировом промышленном сообществе именно качественный уровень и
гибкость технологической среды определяют уровень развития машиностроения, в
том числе ее базовой отрасли – станкостроения.

По концепции члена-корреспондента РАН Соломенцева Ю. М.
– гибкая технологическая среда для современного промышленного АП новых изделий
машиностроения имеет четко выраженную иерархическую структуру. В гибком и
динамичном формировании такой среды первостепенная роль принадлежит
многочисленным потоковым процессам проектирования: машин, производственных
технологий, интегрированных систем планирования и управления материальным производством.

Подсистемами низшего уровня, входящими в сложную
производственную систему современных машиностроительных ГПС, являются
многочисленные системы оборудования и технологий: заготовительно-штамповочных
работ, механообработки и сборки. В свою очередь каждая из таких
производственных подсистем является иерархически структурированной в общей
системе машин. В шкале иерархий различных систем промышленного оборудования
элементами самого низкого уровня являются станочные и технологические модули,
оснастка, режущий и измерительный инструменты, элементы систем управления и
производственного контроля.

Техническая или промышленная эволюция – это объективный
процесс развития технологии, техники и технических систем, имеющий определенную
направленность и законы, конкретные формы и закономерности. Для нее характерен
постоянный рост и расширение выполняемых производственных функций. В том числе,
разнообразие и совершенство их видов и возможностей, а также повышение производительности
труда. Это дает основание считать этот наиболее естественный закон – главным
законом промышленной эволюции, вытекающий из общей системы законов общественного
развития.

Интеграция (от латинского integer – целый) – это
промышленная и торгово-экономическая форма межгосударственной политики ряда
стран по их научно-техническому и экономическому сотрудничеству или кооперации.
Обычно она основана на паевом или долевом участии всех участников совместного
бизнес-проекта с целью максимально возможного сокращения общих логистических
издержек на каждом этапе ЖЦ изделий.

Комплексную интеграцию МСЕ-производств понимают, как ситуацию
доступности или наличия программных и технических средств электронного обмена
данными между соответствующими уровнями управления и сбыта готовой продукцией.
Она проводится с целью объективной и оперативной оценки текущей производственно-экономической
ситуации и принятия оптимальных решений. В последние годы тесная
производственно-коммерческая интеграция стала главным направлением
организационной, управленческой и инженерной мысли в ряде основных промышленно
развитых стран.