Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Реконфигурируемая производственная система (RMS) – это система, спроектированная изначально для быстрого изменения своей структуры, а также аппаратных и программных компонентов, чтобы оперативно адаптировать производственную мощность и функциональность в рамках семейства деталей в ответ на резкие изменения рынка или внутренние изменения системы. С 1996 по 2007 год Йорам Корен получил грант NSF в размере 32,5 миллиона долларов США на разработку научной базы RMS и ее программных и аппаратных средств, которые были внедрены на автомобильных, аэрокосмических и двигателестроительных заводах. Термин «реконфигурируемость» в производстве, вероятно, был введен Кусиаком и Ли. RMS, а также один из ее компонентов – реконфигурируемый станок (RMT) – были изобретены в 1998 году в Инженерном исследовательском центре реконфигурируемых производственных систем (ERC/RMS) при Инженерном колледже Мичиганского университета. Цель RMS можно сформулировать следующим образом: «Именно та емкость и функциональность, которые необходимы, и именно тогда, когда они нужны». Идеальные реконфигурируемые производственные системы обладают шестью основными характеристиками RMS: модульностью, интегрируемостью, кастомизируемой гибкостью, масштабируемостью, конвертируемостью и диагностируемостью. Типичная RMS будет обладать несколькими из этих характеристик, хотя не обязательно всеми. Наличие этих характеристик повышает скорость реагирования производственных систем на непредвиденные события, такие как внезапные изменения рыночного спроса или неожиданные поломки оборудования. RMS облегчает быстрый запуск производства новых продуктов и позволяет корректировать объемы производства, которые могут неожиданно меняться. Идеальная реконфигурируемая система обеспечивает именно ту функциональность и производственную мощность, которые необходимы, и может быть экономически скорректирована именно тогда, когда это требуется. Эти системы разрабатываются и эксплуатируются в соответствии с принципами RMS Йорама Корена. Компонентами RMS являются станки с ЧПУ, реконфигурируемые станки и системы транспортировки материалов (такие как портальные системы и конвейеры), которые соединяют станки для формирования системы. Различные компоновки и конфигурации этих станков влияют на производительность системы. Для максимизации производительности системы с минимальным количеством станков может быть использован набор математических инструментов, определяемый как научная база RMS.
A reconfigurable manufacturing system (RMS) is one designed at the outset for rapid change in its structure, as well as its hardware and software components, in order to quickly adjust its production capacity and functionality within a part family in response to sudden market changes or intrinsic system change. From 1996 to 2007 Yoram Koren received an NSF grant of $32.5 million to develop the RMS science base and its software and hardware tools, which were implemented in the automotive, aerospace, and engine factories. The term reconfigurability in manufacturing was likely coined by Kusiak and Lee. The RMS, as well as one of its components—the reconfigurable machine tool (RMT)—were invented in 1998 in the Engineering Research Center for Reconfigurable Manufacturing Systems (ERC/RMS) at the University of Michigan College of Engineering. The RMS goal is summarized by the statement: "Exactly the capacity and functionality needed, exactly when needed". Ideal reconfigurable manufacturing systems possess six core RMS characteristics: modularity, integrability, customized flexibility, scalability, convertibility, and diagnosability. A typical RMS will have several of these characteristics, though not necessarily all. When possessing these characteristics, RMS increases the speed of responsiveness of manufacturing systems to unpredicted events, such as sudden market demand changes or unexpected machine failures The RMS facilitates a quick production launch of new products, and allows for adjustment of production quantities that might unexpectedly vary. The ideal reconfigurable system provides exactly the functionality and production capacity needed, and can be economically adjusted exactly when needed. These systems are designed and operated according to Yoram Koren's RMS principles. The components of RMS are CNC machines, reconfigurable machine tools, and material transport systems (such as gantries and conveyors) that connect the machines to form the system. Different arrangements and configurations of these machines will affect the system's productivity. A collection of mathematical tools, which are defined as the RMS science base, may be utilized to maximize system productivity with the smallest possible number of machines.
Обоснование
Глобализация создала новый ландшафт для промышленности, характеризующийся жесткой конкуренцией, короткими сроками реализации рыночных возможностей и частыми изменениями в потребительском спросе. Эти изменения несут в себе как угрозы, так и возможности. Чтобы воспользоваться этими возможностями, промышленности необходимы производственные системы, способные выпускать широкий ассортимент продукции в рамках продуктовой линейки. Этот ассортимент должен соответствовать требованиям различных стран и культур, а не только одного регионального рынка. Разработка оптимального набора продуктов должна сочетаться с техническими возможностями, обеспечивающими быструю переналадку производственной программы и изменение объемов выпуска, которые могут значительно варьироваться, вплоть до ежемесячных колебаний. Реконфигурируемые производственные системы обладают такими возможностями.
Globalization has created a new landscape for industry, one of fierce competition, short windows of market opportunity, and frequent changes in product demand. This change presents both a threat and an opportunity. To capitalize on the opportunity, industry needs to possess manufacturing systems that can produce a wide range of products within a product family. That range must meet the requirements of multiple countries and various cultures, not just one regional market. A design for the right mix of products must be coupled with the technical capabilities that allow for quick changeover of product mix and quantities that might vary dramatically, even on a monthly basis. Reconfigurable manufacturing systems have these capabilities.
Архитектура и эксплуатация системы
Ниже представлена архитектура типичной RMS-системы. Система состоит из этапов: 10, 20, 30, 40 и т.д. Каждый этап включает в себя идентичные станки, такие как фрезерные станки с ЧПУ или станки РМТ. Система производит один продукт, например, блок двигателя автомобиля или головку блока цилиндров. Изготовленный продукт перемещается по горизонтальному конвейеру. Затем Gantry 10 захватывает продукт и доставляет его к одному из станков CNC 10. После завершения обработки станком CNC 10, Gantry 10 возвращает его на конвейер. Конвейер перемещает продукт к Gantry 20, который захватывает продукт и загружает его на станок RMT 20, и так далее. Контрольные машины расположены на нескольких этапах и в конце производственной системы. RMS определяется как «система, спроектированная изначально для быстрой адаптации структуры». На практике эта особенность реализуется за счет проектирования открытого пространства с доступом к порталу на каждом этапе. Эти пространства позволяют оперативно реагировать на увеличение рыночного спроса путем добавления станков, что повышает производительность для соответствия спросу. Продукт может перемещаться по множеству производственных маршрутов в процессе изготовления. На рисунке показаны три маршрута. Несмотря на то, что станки с ЧПУ на каждом этапе идентичны, на практике существуют небольшие отклонения в точности идентичных станков, что приводит к накоплению ошибок в изготовленном продукте. Величина ошибки зависит от маршрута, по которому перемещался продукт; каждый маршрут имеет свой собственный «поток вариаций» (термин, введенный Ю. Кореном).
The system architecture of a typical RMS is shown below. The system is composed of stages: 10, 20, 30, 40, etc. Each stage consists of identical machines, such as CNC milling machines, or RMT machines. The system produces one product, for example, an automotive engine block or a cylinder head. The manufactured product moves on the horizontal conveyor. Then Gantry 10 grips the product and brings it to one of CNC 10. When CNC 10 finishes the processing, Gantry 10 moves it back to the conveyor. The conveyor moves the product to Gantry 20, which grips the product and load it on the RMT 20, and so on. Inspection machines are placed at several stages, and at the end of the manufacturing system. RMS is defined as a “system designed at the outset for rapid changes in its structure.” In practice this feature is implemented by designing an open space with an access to the gantry at each stage. These spaces enable matching rapidly higher market demand by adding machines in these spaces, which increases production rate to match the demand. The product may move during its production in many production paths. Three paths are shown in the figure. Although the CNC machines at each stage are identical, in practice there are small variations in the precision of identical machines, which create accumulated errors in the manufactured product. The magnitude of the error depends on the path in which the product moved; each path has its own “stream of variations” (a term coined by Y. Koren).
Характеристики
Идеальные реконфигурируемые производственные системы обладают шестью основными характеристиками: модульностью, интеграбельностью, кастомизируемой гибкостью, масштабируемостью, конвертируемостью и диагностируемостью. Они способны выполнять автоматическое балансирование системы на основе генетического алгоритма и статистики. Полезными программными пакетами для решения этих задач являются PAMS и SHARE. Методология экономического моделирования жизненного цикла, основанная на сочетании динамического программирования и теории опционов, позволяет рекомендовать систему, которая будет оптимально прибыльной на протяжении всего срока службы. Методология проектирования реконфигурируемых станков (RMT) обеспечивает систематическую разработку машин, начиная с характеристик семейства обрабатываемых деталей. Новый RMT арочного типа, спроектированный и построенный в ERC/RMS в Мичигане, служит основой для нового направления в исследованиях станков. Методология разработки логического управления для последовательного и координационного управления крупными производственными системами позволяет создавать реконфигурируемые и формально верифицируемые контроллеры, которые могут быть реализованы на промышленных ПЛК. Методология "Поток вариаций" (SoV), основанная на сочетании теории управления пространством состояний со статистикой технологического процесса, формирует новый теоретический подход к систематическому наращиванию мощности после реконфигурации, что приводит к значительному сокращению времени выхода на рынок.
Ideal reconfigurable manufacturing systems possess six core characteristics: modularity, integrability, customized flexibility, scalability, convertibility, and diagnosability. It can perform automatic system balancing based on Genetic Algorithm and statistics. Useful software packages to perform these tasks are PAMS and SHARE. A life cycle economic modeling methodology, based on blending dynamic programming with option theory, recommends the system that will be optimally profitable during its lifetime. A reconfigurable machine tool (RMT) design methodology allows machines to be systematically designed, starting from the features of a family of parts to be machined. A new arch type RMT, which has been designed and built at the ERC/RMS in Michigan, forms the basis for a new direction in machine research. A logic control design methodology for sequencing and coordination control of large manufacturing systems results in reconfigurable and formally verifiable controllers that can be implemented on industrial PLCs. A Stream of Variations (SoV) methodology based on blending state space control theory with in process statistics forms a new theoretical approach for systematic ramp up after reconfiguration, which results in substantial time to market reduction. ).