У теорії організації виробництва одним із найважливіших є поняття "типу виробництва", під яким розуміють комплексну організаційно-технологічну характеристику виробничого процесу, що враховує ступінь його спеціалізації, різноманітність та стійкість номенклатури виробів, розміри їх партій, які запускаються у виробництво, ритмічність та повторюваність випуску виробів. Тип виробництва визначає методи, що застосовуються для керування та організації як виробничого процесу, так і всієї виробничо-господарської діяльності підприємства.
Діалектиука розвитку основних методів виробництва показує, що на першому його етапі головним завданням було збільшення обсягу виробництва досить обмеженого кола товарів шляхом зниження питомих витрат на випуск одиниці товару. Основний спосіб вирішення цього завдання зводився до поглиблення розподілу праці, коли робітник відносно вузької спеціалізації виконував найпростіші операції, які багаторазово повторювались і не потребували його високої кваліфікації. Відбувались стандартизація товарів, уніфікація виробництва, збільшення кількості окремих деталей та операцій при випуску виробів. Однак, починаючи з шістдесятих років, міняється структура попиту, коли за умови задоволення первинних потреб за основними видами товарів відбувається диференціація попиту за номенклатурою товарів і їхньою якістю. Ця обставина визначила потенціальну перспективність ГВС.
Одночасно всередині самого виробництва з'явились фактори, що сприяли переходу до нової моделі виробництва: в технології - це зростання витрат, пов'язаних зі збільшенням проміжного контролю при виробництві комплектуючих деталей та вузлів; в організації - це деперсоналізація товаровиробника, коли кінцевий продукт став результатом діяльності різних робітників, що перешкоджає підвищенню якості кінцевого продукту; в соціально-психологічній сфері - це та обставина, що тенденція до розподілу праці, спрощення операцій на одному робочому місці, використання конвейєрної системи для захисту ритму операцій сприяли зростанню частки низькокваліфікованих робітників, які виконують найпростіші операції, що багаторазово повторюються; в техніці - це розвиток технічних засобів і засобів обчислювальної техніки, зокрема поява багатоцільового автоматичного технологічного обладнання (наприклад, багатоопераційних верстатів із ЧПК), ПР, автоматичних вантажно-розвантажувальних пристроїв, транспортних і нагромаджувальних систем, контрольно-вимірювальних машин, досягнення в галузі автоматизації проектування об'єктів і процесів із застосуванням сучасних ЕОМ, що створило передумови для комплексної автоматизації виробництва в умовах одиничного та серійного випусків продукції.
Таким чином, виникло соціально-економічне замовлення суспільства на створення ГАВ, яке може бути реалізоване сукупним використанням сучасних науково-технічних знань та технічних засобів.
Концепція ГАВ переводить розвиток автоматизації виробничих процесів у машинобудуванні на новий черговий рівень (виток) діалектичної спіралі (рис. 10.1). На її початковому витку (рівні) I засоби виробництва пройшли шлях від універсальних верстатів 1, універсальних 2, а також спеціальних (спеціалізованих) 3 автоматів і напівавтоматів до агрегатних верстатів 4 та автоматичних ліній з цих верстатів 5 й універсальних автоматів 6 . Граничною формою організації виробництва на цьому рівні розвитку автоматизації в машинобудуванні стали комплексні автоматичні лінії та автоматичні заводи 7 (зокрема, автоматичні заводи для виробництва підшипників, виготовлення автомобільних поршнів та ін.).
Цей рівень розвитку виробництва забезпечив значне підвищення продуктивності праці (в 5... 10 разів) і зниження собівартості продукції (на 30 . . . 50 %) тільки при масовому виробництві виробів, конструкція яких тривалий час залишалась стабільною. На створення та налагодження жорстких автоматичних ліній потрібно до п'яти років, строк їх амортизації становить вісім років і більше; тому конструкція виробів, які випускаються на таких виробництвах, тривалий час має залишатись незмінною. Консерватизм жорсткої автоматизації не задовольняє вимоги науково-технічного прогресу, прискорення змінюваності виробів у машинобудуванні. Таким чином, підвищення продуктивності жорстких автоматичних виробництв можливе лише при повній втраті їхньої мобільності.
Усунення протиріччя - підвищення мобільності при одиничному та серійному випусках продукції - повернуло машинобудування знову до універсальних верстатів, але оснащених системами ЧПК. При цьому рівень (виток) 11 розвитку автоматизації виробничих процесів практично повторив попередній, але вже на іншому принципі їх переналагодження - зміною КП в системі ЧПК, що дало змогу значно підвищити гнучкість виробництва та створюваних на його основі автоматичних ліній. Розвиток засобів виробництва на цьому рівні пройшов шлях від верстатів із ЧПК 8 , автоматів із ЧПК 9 , спеціальних верстатів із ЧПК 7 до багатоопераційних верстатів - обробних центрів (ОЦ) з індивідуальними системами ЧПК 11 та побудови на їх основі ділянок 12 із закінченим циклом виготовлення окремих виробів.
Використання обладнання з ЧПК забезпечило значний ефект при одиничному та серійному випусках продукції, однак індивідуальне для кожного верстата керування від свого стояка ЧПК виявилось громіздким і дорогим; крім того, залишались невирішеними завдання автоматизації диспетчерування матеріальних потоків на таких ділянках, а також завантаження самих верстатів.
Розвиток робототехніки і дальше вдосконалення електроніки на основі мікропроцесорних засобів розкрили нові можливості підвищення рівня автоматизації виробничих процесів у машинобудуванні. Створення ПР 13 та універсальних технологічних машин і верстатів із ЧПК 14, безпосередньо керованих від ЕОМ у режимі поділу часу, привело до рівня (витка) III розвитку автоматизації виробничих процесів не тільки в машинобудуванні, а й в інших галузях промисловості. З'явилась можливість пов'язати технологічне обладнання керуванням та єдиним автоматичним транспортом 15, тобто створити системи машин, об'єднаних загальністю цільової функції - виробництвом певного виду виробів. На цьому рівні почалось об'єднання в єдину інтегровану систему всіх виробничих функцій: конструювання 16, технологічної підготовки виробництва 17 та виготовлення 14 виробів, що й привело до створення ГВС 18 .
Наступний рівень (виток) еволюції почнеться розробкою автоматизованого виробництва 19 , повністю інтегрованого на основі ЕОМ п'ятого покоління, а закінчиться створенням гнучного автоматичного заводу з безлюдною технологією, що, за прогнозами, відбудеться вже на початку нинішнього віку.
Дальший розвиток машинобудівного виробництва піде шляхом вирішення проблеми надійності та самодіагностики робочих машин, а також значного підвищення рівня інтелектуальності інформаційно-керуючих систем. Створення штучного інтелекту забезпечить розвиток автоматизації виробничих процесів у машинобудуванні на подальших рівнях (витках) діалектичної спіралі - V (самовідновні системи) і VI (самообновні системи).
Незважаючи на такий діалектичний хід подій поява ГАВ спричинює й ряд серйозних проблем, одна з яких полягає ось у чому. В зв'язку з тим, що ГВС мають продуктивність у кілька разів більшу, ніж звичайна людино-машинна виробнича система, виникли жорсткі вимоги до скорочення строків технічної підготовки виробництва, яка стала одним з основних стримуючих факторів підвищення швидкості виробничого процесу в цілому. Таким чином, поява ГАВ поставила вимогу створення інтегрованих виробничих систем, в яких об'єктом автоматизації є весь виробничий процес, починаючи від наукових досліджень та конструювання виробів і закінчуючи їх виробленням, випробуванням і складуванням.
Розглянемо зміст понять "інтегрована виробнича система" та "ГВС" як багаторівневих ієрархічних інформаційно-технологічних систем.
Інтегрована виробнича система реалізує комплексно-автоматизоване (автоматичне) групове багатономенклатурне виробництво, що оперативно переналагоджується в певному параметричному діапазоні продукції. При цьому робота всіх функціональних елементів (автоматизованих систем) синхронізується багаторівневою САК. Таким чином, інтегрована виробнича система реалізує функції ГАВ.
У структурі інтегрованої виробничої системи (безвідносно до видів виробництва) інтегруються такі автоматизовані системи: підготовки виробництва, технологічна та керування (рис. 10.2). Всі вони пов'язані між собою мережею локальних ліній зв'язку для передавання даних. Підсистеми АСНД (автоматизована система наукових досліджень), АСКПВ (автоматизована система конструкторської підготовки виробництва), АСТПВ (автоматизована система технологічної підготовки виробництва), ОТСАК (організаційно-технічна САК) реалізують інформаційне забезпечення на вході технологічної системи - ГВС; АСНД і АСКПВ - автоматизацію наукових досліджень та обгрунтування рівня автоматизації виробництва, а також автоматизацію проектування (схемотехнічного та конструкторського); АСТПВ - автоматизацію проектування технологічної підготовки виробництва для ГВС; ОТСАК - планування підготовки виробництва, завантаження за номенклатурою та кількістю виробів. Таким чином, ГВС необхідно розглядати як елемент, взаємозв'язаний з іншими елементами структури інтегрованої виробничої системи.
Реально ефективне функціонування інтегрованих виробничих систем забезпечується тільки при здійсненні системного підходу до їх використання, оскільки застосування лише окремих компонентів призводить до суттєвого зниження ефективності інтегрованих виробничих систем через несумісність із суміжними традиційними технологіями, неадекватність допоміжних процесів і служб. Визначення ефективності інтегрованої виробничої системи не повинно зводитись до простого оцінювання рентабельності з урахуванням традиційних видів витрат, а передбачає врахування довгострокових ефектів, тому що треба мати час на вдосконалення техніки, освоєння її персоналом (і навчання останнього), відроблення сумісності зі спряженими технологіями та підвищення надійності функціонування складного обладнання.
Під ГВС розуміють сукупність у різних поєднаннях обладнання з ЧПК, РТК, ГВМ, окремих одиниць технологічного обладнання та систем забезпечення їх функціонування в автоматичному режимі протягом заданого інтервалу часу, що мають властивість автоматизованого переналагодження при виробництві виробів довільної номенклатури в установлених межах значень їхніх характеристик. Інакше кажучи, ГВС - це виробнича система, яка працює за безлюдною (автоматичною) безвідходною технологією й дає змогу відмовитись від технічної та супровідної документації заміною останньої інформацією, що передається локальною мережею зв'язку чи зосереджується на машинних носіях.
У ГВС здійснюється безпосереднє перетворення початкового матеріалу в кінцевий продукт або напівфабрикат. Крім названих вище й зображених на рис. 10.2 підсистем, ГВС взаємодіє також зі службами забезпечення гнучкого роботизованого виробництва (ГРВ): відділом матеріально-технічного забезпечення МТЗ, центральним інструментальним складом ЦІС і відділом головного механіка ВГМ, що відбито на схемі системного оточення ГВС(рис. 10.3).
Технологічна система ГРВ забезпечує виконання всіх потрібних операцій згідно з маршрутними технологічними процесами і складається з сукупності всіх видів виробничих компонентів, які включають в себе основне та допоміжне обладнання. Ці компоненти є модулями ГВС.
Система підготовки виробництва реалізується на основі програм взаємодії АСНД, ОТСАК, САКТП (САК технологічним процесом), АСКДВ, АСТПВ та службами забезпечення виробництва: МТЗ, ЦІС, ВГМ.
Система керування призначена для координації взаємодії ГВС із системним забезпеченням, а також модулів ГВС між собою відповідно до технологічної та виробничої ситуацій. Вона складається з багаторівневої обчислювальної системи чи мережі ЕОМ.
Математичне забезпечення системи керування ГВС на основі ЕОМ має будуватись за модульним принципом із застосуванням системних і функціональних блоків. Системні блоки, що утворюють диспетчер-системи, поділяються на монітор, блок обробки переривань, блок часових витримок і блок роботи з бібліотекою стандартних програм. У функції диспетчера входять організація загального керування ГВС за заданим алгоритмом, обслуговування замовлень на часові витримки та виконання стандартних обчислювальних програм, організація реакцій на сигнали, що надходять із зовнішнього обладнання.
Послідовність роботи функціональних блоків ГВС у відповідності зі загальним алгоритмом може реалізовуватись монітором диспетчера. В його функції входять аналіз виконання алгоритму функціонування ГВС й активізація відповідного функціонального блока КС, готового до роботи.