Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Prof. Tóth Tibor a műszaki tudomány doktora. 1. Bevezetés A fejlett iparral rendelkező országokban a gépiparnak kulcsszerepe van (EU: a második legnagyobb.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Prof. Tóth Tibor a műszaki tudomány doktora. 1. Bevezetés A fejlett iparral rendelkező országokban a gépiparnak kulcsszerepe van (EU: a második legnagyobb."— Előadás másolata:

1 Prof. Tóth Tibor a műszaki tudomány doktora

2 1. Bevezetés A fejlett iparral rendelkező országokban a gépiparnak kulcsszerepe van (EU: a második legnagyobb gazdasági szektor, a GDP több mint 30 %-a). Az információtechnológia (IT) és a korszerű gépgyártástechnológia eszközrendszerének egységesítése és rendszerszemléletű integrálása vezet a CIM (Computer Integrated Manufacturing) fogalmához. A gépipar a CIM legperspektívikusabb területe. A CIM erősen kötődik a diszkrét termelési folyamatokhoz. A diszkrét termelési folyamatok tervezését, irányítását és végrehajtását a következők jellemzik:

3 •az informatikai infrastruktúra lehetővé teszi a korábbiaknál sokkal nagyobb méretű feladatok az eddigieknél nagyságrendekkel rövidebb idő alatti megoldását, ami új modellezési lehetőségeket nyít meg a tervezésben. •a tervezéselmélet olyan új, főként „a mesterséges intelligencia” fogalom körébe tartozó, matematikailag jól megalapozott modellekkel és módszerekkel bővült, amelyek előnyösen megváltoztatják az ember és a számítógép munkamegosztását a műszaki tervezésben és a folyamatirányításban szerepet játszó kiválasztási és döntési részfeladatoknál. •a „nyílt rendszerek” architektúrájának gyakorlati megvalósíthatósága az eddigieknél szorosabb integrációt tesz lehetővé a műszaki tervezés és -irá-nyítás funkcionális moduljai között.

4 A CIM kiépítésének alapvető problémája, hogyan integrálhatók a funkciók egységes egésszé. Az információs rendszereknek, amelyeket az egyes funkcionális egységekbe telepítettek, egyrészt végre kell hajtaniuk saját specifikus feladataikat, másrészt használniuk kell a más egységek által előállított információt és küldeniük kell a szükséges adatokat az alá-, fölé- és mellérendelt egységek számára. Egy integrált információs rendszer egyszerre jelenti az adatfeldolgozási eszközök intenzívebb használatát és egy olyan, konzisztens és nyitott számítógépes struktúra kifejlesztését, amely standard elemekként számítógépeket, adat- és tudásbázisokat, felhasználói alkalmazásokat és helyi hálózatokra alapuló kommunikációs rendszereket foglal magába. Az ilyen CIM rendszerek láncolatán keresztül vezet az út az integrált gyár megvalósulása felé.

5 A vállalati integráció háromlépcsős folyamat: (1)Egyszerűsítés (az összes, hasznot nem hajtó vagy redundáns feladat kiküszöbölése, amelyek a termék értékéhez nem járulnak hozzá); (2)Integráció (a vállalat funkcióinak újra/átrendezése vagy a korábbi funkcióhatárok megszüntetése); (3)A célszerűen választott CIM-technológia alkalmazása.

6 1.1 ábra: A XX. század utolsó negyedének legjellegzetesebb ipari, kereskedelmi és szolgáltatási változásai, amelyek egyaránt a termelés rugalmasságának fokozására ösztönözték a vállalatokat

7 2. A CIM fogalmának kialakulása: történelmi háttér A CIM rendszerek létrejötte és azoknak az utóbbi negyed században tapasztalt trendszerűen folyamatos tökéletesítése öt fejlődési főirány fokozatos integrálódásának köszönhető (v.ö.: 2.1. ábra). (1)A mérnöki tervezőmunka numerikus és grafikus támogatása számítógéppel (Computer Aided Design = CAD); (2)A gyártási folyamatok technológiai előkészítésének számítógépes támogatása (Group Technology = GT, Computer Aided Process Planning = CAPP, Computer Aided Production Engineering = CAPE(2));

8 (3)A gyártás anyagi (kivitelezési) folyamatainak számítógépes támogatása (NC/CNC/DNC, Adaptive Control = AC, Computer Aided Manufacturing = CAM, Computer Aided Storage and Transportation = CAST); (4)A mesterséges intelligencia (Artificial Intelligence = AI) alkalmazásai (tudásszemléltetés, szakértőrendszerek, robotérzékelés, szakértőrendszer-vázak (shell-ek)); (5)Teljes iparvállalat termelésirányításának (ezen belül készletgazdálkodásá-nak) számítógépes támogatása (Production Planning and Scheduling = PPS, Material Requirements Planning = MRP-I, Manufacturing Resources Planning = MRP-II).

9 2.1 ábra: A Számítógéppel Integrált Gyártás (CIM) fogalomköréhez vezető fejlődési főirányok

10 2.2 ábra: A Cincinnati Milacron felmérései szerint a munkadarabok átfutási idejüknek mintegy 95 %-át a különféle műveletek, műveletelemek végrehajtására alkalmas gépek közötti "utazással", a mozgatásra vagy megmunkálásra való várakozással töltik az átlagos amerikai üzemekben. Az átfutási időnek csupán 5 %-a telik el a gépekre felfogott állapotban és ez utóbbinak csak mintegy 30 %-a fordítódik a tényleges gépi megmunkálásra (a hetvenes évek végéről származó statisztikai adat

11 2.3 ábra: A CIM koncepció fejlődésének kezdeti szakasza (Arthur D. Little)

12 3. A CIM klasszikus értelmezése Néhány ismert CIM-definíció Az USA-ban megjelent NC/CIM Guidebook (bevezető jellegű kötet) a CIM gyártástechnológiai oldalára teszi a hangsúlyt. A CIM (számítógéppel integrált gyártás) egy csúcstechnológiai megközelítés a hatékonyabb gyártáshoz, amely a digitális számítógépek sebességét és pontosságát használja fel integráló tényezőként a teljes gyártási folyamat minden fázisában. A legszélesebb értelemben véve, a CIM a piaci igények elsődleges felismerésétől és a termék koncepciójától kezdődően kiterjed a teljes gyártási folyamatra és a kereskedelmi szférában, a készterméknek a vevőhöz (megrendelőhöz) való kiszállításával (delivery) fejeződik be.

13 A következő meghatározások, amelyek a CIM informatikai oldalát emelik ki, szintén amerikai eredetűek (Williams, P. J.): •A CIM az információ számítógépes rendszerek közötti összegyűjtésének és megosztott hozzáférésének automatizálására szolgáló módszertan, amelynek segítségével időben zárt láncú, visszacsatolt rendszer hozható létre a hatékony tervezésre és irányításra; •A CIM a számítógép-tudomány és a szoftvertechnológia rendszerszemléletű implementálása adott vállalaton belül, a hatékonyság, a termelékenység és a nyereségteremtő képesség maximalizálásának, mint stratégiai céloknak az elérésére.

14 Még két meghatározást érdemes megemlíteni, amelyek kellőképpen általánosak és tartalmilag kiegyensúlyozottak. Az első a CIM területén élenjáró egyik klasszikus iskolát, a németországi felfogást képviseli (Scheer, A.W.), amelynek lényege nagyon röviden a következő: A CIM - tágabb értelmezésben - rendszerszemléletű, átfogó koncepció, amely az adott cég sajátosságait figyelembe véve szervezési, személyzetpolitikai és műszaki fejlesztéseket integrál a vállalat egészére vagy önálló részterületére vonatkozóan, azon célból, hogy az összes üzemi tevékenység információszerűen összekapcsolódjék a gyorsabb, jobb minőségű és olcsóbb termelés érdekében. Így például az értékesítés, a konstrukció, a tervezés és a termelés feszesen tudjon együttműködni és a vásárlói igényekre gyorsan és rugalmasan reagáljon.

15 A másik figyelemreméltó CIM-definíciót az EC-országok egyik legnagyobb kutatási-fejlesztési programjához (European Strategic Programme on Research and Development for Information Technology = ESPRIT) kapcsolódó CIM-OSA (CIM - Open System Architecture) projekt keretében dolgozták ki (további részletek [113]- ban találhatók). Eszerint: A CIM az információ-technológia és a gyártástechnológia együttes alkalmazása a gyártó vállalatok termelékenységének és a megrendelői igények iránti fogékonyságának növelésére, ami által az adott vállalat összes funkcionális, információs és szervezési kérdése egy integrált egész részeként ragadható meg.

16 Összevetve a felsorolt meghatározásokat, látható, hogy vannak bennük - szükségszerűen - átfedések és hangsúly-eltolódások egymáshoz képest, ezenkívül mindegyik hiányérzetet kelt, különösen a megvalósított (implementált) CIM rendszerek tekintetében. Mivel köztudott, hogy minden profit elsődleges forrása, bár a sok-sok áttétel ezt néha valóban "elködösíti", a termelés, meg kell kísérelni az implementált CIM rendszerekre is adni többé- kevésbé általános meghatározást. Például: A CIM intelligens elektronikát alkalmazó gyártási rendszer, amely gyártóberendezések, informatikai rendszer és irányítási know-how együttese. Közelebbről itt az "intelligens elektronika" tárgyiasult információ-technológiát, a "gyártóberendezések" tetszőleges, a gyártás különböző folyamataiban (pl. fő-, mellék-, segéd-, karbantartó/fenntartó és ún. környezeti folyamataiban) használatos, tetszőleges működési elvű, automatizáltsági fokú és bonyolultságú gépeket vagy berendezéseket jelent (szerszámgépek, robotok, robotjárművek és egyéb gépek, illetve ezek valamilyen ésszerű kombinációja magasabb irányítási hierarchiai szintek szerint szervezve).

17 Az "informatikai rendszer" hierarchikusan - újabban a nyitott végű rendszerek esetében részben heterarchikusan - szervezett helyi számítógépes hálózat (Local Area Network = LAN) a megfelelő alapszoftverrel. Az "irányítási know-how" a mindenkori CIM-rendszerre specifikus szoftverek valamilyen, célszerűen szervezett és megfelelő interfészekkel ellátott kombinációja. Ezek a szoftverek részben kereskedelmi forgalomból beszerezhető, részben saját fejlesztésű modulokból szerveződnek és következetes, jól kiépített adatbázist (AI- modulok esetében adat- és tudásbázist) igényelnek.

18 Az integráció főirányai: időbeli, architekturális és funkcionális integráció A CIM legbensőbb lényege az integrációban van, amely itt az elemek magasabbfokú - időbeli, szervezeti (architekturális) és funkcionális szintézisét jelenti. Az integráció megvalósításához három fontos elemcsoport tartozik. Először: az illesztési helyek (csatlakoztatási felületek: interfaces, Schnittstellen). Ezeken át lehetséges a legkülönfélébb számítógépek és programok közötti adatcsere lebonyolítása. Az illesztések szabályozzák azt a módot, ahogyan kódolni kell a számítógépes rendszer által előállított információkat, hogy azokat a csatlakozó rendszerek megértsék. A szabványosított interfészek fejlesztését nemzetközi összefogással ma erősen előmozdítják.

19 Ezért csak akkor kellene speciális megoldással próbálkozni, ha szabványos csatlakozási felületek (pl. IGES) nem hozzáférhetők. Másodszor: hálózat kiépítése az elektronikus adatáramlási útvonalakból, amelyeket lokális hálózatoknak (LAN) is neveznek. Itt is teljes mértékben számításba jön a nemzetközi szabványosítás. A szabványos hálózati vonalaknak megvan az az előnyük, hogy a számítógépes munkahelyeket, függetlenül a mindenkori telepített hardvertől, egymással össze tudják kapcsolni. Harmadszor: megfelelő számítástechnikai berendezésekkel létre kell hozni egy hálózati középpontként funkcionáló adatbankot, amelyben az összes adatáram logikailag összefut. Egy adott vállalat adatállományai, amelyeket a közös adatbázisban az adatbankrendszer útján kezelnek, decentralizáltan is tárolhatók. Egy jól működő adatbankrendszer a kulcs a megalapozott döntés-előkészítéshez az üzem minden szintjén.

20 A CIM fogalmának rendkívüli összetettségét mutatja, hogy háromirányú integrációt foglal magába: (a)Az egymás után következő gyártási fázisok illesztése úgy, hogy a készgyártmány-kibocsátás ütemessége maximális legyen ("Időrendi metszet", optimális gyártási program); (b)az egymás feletti irányítási szintek integrációja ("Szervezeti piramis"); (c) az egymás mellett működő vállalati funkciók integrációja. Az (a) jelű "metszet"-et időbeli, a (b) jelűt architekturális, a (c) jelűt funkcionális integrációnak is szokás nevezni.

21 Az (a) jelű "metszetben" azt lehet vizsgálni, hogy a gyártás időben egymást követő fázisai hogyan illeszkednek egymáshoz és hogyan lehet azokat egyesíteni, összevonni. Az implementált CIM-rendszer legfontosabb feladatának azt tekintik, hogy az egyes automatizált egységek oly módon kapcsolódjanak egymáshoz, hogy az integrált rendszerben minimális készletek halmozódjanak fel, és a készgyártmány-kibocsátás üteme az elérhető legnagyobb legyen. Ehhez pontosan időzített külső anyagszállítás és belső gyártás szükséges, összehangolásuk a logisztika alapvető feladatai közé tartozik. A működő rendszer elemeit (beleértve a megmaradó emberi személyzetet is) a folyamatos munka követelményének rendelik alá (JIT = Just-in-time, kb. "mindent a kívánt időre").

22 A (b) jelű "metszetben" az az általános követelmény jelenti a rendező elvet, hogy az anyagok, félkészgyártmányok folyamatos mozgása és a gyártás zavartalansága végett jól szervezett, többszörös mélységű számítógépes irányítási hierarchiát kell kialakítani. Az implementált konkrét CIM rendszerek hierarchiai szintjeinek száma általában 4 és 7 között van, ezért a szakirodalomban szívesen használnak 5 hierarchiai szintet, ha absztrakt CIM modellről van szó. Ilyenkor, alulról felfelé haladva, ezek a szintek a következők:  A gyártási folyamat közvetlen vezérlésének szintje (Process Level);  A munkahelyek szintje (Workstation Level);  Az autonóm termelőegységek szintje (Cell Level);  A gyártásirányító alrendszerek szintje (Center Level);  Vállalatirányítási szint (Top Level).

23 A CIM rendszerek és részrendszereik osztályozását - a korszerűség igényével - általában az automatizáltsági szintekre és a funkcionális szerepekre, vagyis a rendszerek és részrendszerek külső jellemzőire alapozzák. Létezik azonban egy másik, elméletileg jól megalapozott osztályozási mód is, amely az alkatrészgyártó rendszerek belső hierarchiáját objektív jellemzők alapján határozza meg. Ez az osztályozás az autonóm termelőegységek szintjén és a gyártási folyamat közvetlen vezérlésének szintjén belül még két-két további szintet különböztet meg a 3.1 ábra jobboldali részén látható módon (lásd Detzky Iván javaslatát a gyártórendszerek belső hierarchiájára vonatkozóan).

24 A legalsó szinten az automatizálás a fejlett ipari országokban már évekkel ezelőtt kiszorította az embert. A programozható automatizálás a mikroprocesszorok megjelenése óta kezd teret nyerni (intelligens vezérlések). A második szinten egy összetett gyártóberendezés, esetleg minőségellenőrző állomás együttesen alkot egységet. A tipikus irányító eszközök: mikroprocesszor által vezérelt programozható alegységek, míg az emberi irányítás, beavatkozás klaviatúra és képernyő révén biztosított. Az elektronikus feldolgozási és válaszidők nagyságrendje néhány sec-tól néhány min-ig terjed. A harmadik irányítási szint kiterjedését az európai és amerikai szakemberek eltérően értelmezik, de egyetértenek abban, hogy ezen a szinten helyezkednek el a CIM igazi alapegységei.

25 A szűkebb európai értelmezés szerint egy ilyen szintű CIM egység általában kettőnél több automata - főként NC/CNC-megmunkáló gépet, speciális célberendezéseket, robotokat, automatikus anyagmozgató eszközöket foglal magába. A tágabb amerikai értelmezés ezt a szintet műhely vagy üzem-méretűre terjeszti ki, hangsúlyozva, hogy az ilyen egységek mindegyike a gyártásban soronkövetkező részleg munkaritmusának van alárendelve. A számítógépes irányításhoz legalább nagyteljesítményű személyi számítógép szükséges, a "válaszidők" nagyságrendje néhány perctől az egyórás intervallumig terjed.

26 3.1 ábra: A CIM rendszerek háromirányú integráltságát szemléltető sematikus modell

27 A negyedik irányítási szint foglalja össze az összes gyártásirányító alrendszert. Amennyiben a CIM kiépítettségi foka olyan, hogy van negyedik irányítási szint, az alacsonyabb szintekhez csak ezen a centrális szinten keresztül lehet hozzáférni normális üzemviteli körülmények között. Az irányítás tipikus eszköze régebben nagyteljesítményű miniszámítógép, újabban nagyteljesítményű munkaállomások megfelelő helyi hálózatba kapcsolva (LAN). A válaszidő - egy-egy bonyolultabb döntési sorozat esetén - több órát is igénybe vehet. Az ötödik szint tulajdonképpen a termeléstervezési és -irányítási rendszer (TTIR) szintje, de egy olyan "szervezeti piramis" csúcsán, amelyben az alacsonyabb szinteken a leirt számítógépes hierarchia és gyártásautomatizálás létezik és működik. Az alkalmas gépi irányítási eszköz a vállalat méreteinek megfelelő kiépítettségű nagyszámítógép, a döntési és válaszidők elérhetik az egy napnál hosszabb időintervallumokat is. Minél magasabb hierarchiai szintről van szó, annál nagyobb jelentősége van a számítógépes hálózatoknak.

28 A (c) jelű "metszet" a gyártáshoz kapcsolódó tevékenységek összehangolását vizsgálja: lényegében az egymás mellett működő vállalati funkciók integrálásának lehetőségeit méri fel. Ezek: a műszaki fejlesztés, gyártásirányítás, minőségbiztosítás, termelésszervezés. Ezek a területek - viszonylagos önállóságuk révén - számítógéppel külön-külön is jól támogathatók. Angol elnevezéseik a szakirodalomban többé-kevésbé elfogadottak: CAD, CAE, CAPP, CAM, CAQ, MRP.

29 CIM tevékenységmodellek CIM technikai és technológiai eszközrendszerének rendkívül gyors fejlődése és terjedésének növekvő üteme szükségessé teszi a gépgyártási folyamatok tevékenységmodelljeinek folyamatos korszerűsítését. A témakörben megjelenő nagyszámú publikáció közös alapjaként az a felismerés tekinthető, hogy a termelési folyamatok technológiai és informatikai részfolyamatokból tevődnek össze, amelyek számítógépes integrációja a CIM fogalmának lényege.

30 A következőkben néhány CIM-tevékenységmodellt mutatunk be, amelyek a tevékenységi hierarchiákat, az egyes főbb tevékenységekhez rendelt modulok információs kapcsolatait felfogásunkhoz közelállóan tartalmazzák. Ezek a modellek jó összhangot mutatnak a hatásköröket és funkciókat szemléltető amerikai eredetű körszektoros modellekkel ("CIM-Wheel", lásd: 3.2 ábra) és az elsőként Scheer által javasolt, később az ISO TC 184 által továbbfejlesztett ún. "Y-modellel" is (3.3 ábra). Német szakirodalmi ihletésű a 3.4 ábrán látható összetett modell, amely a CIM hierarchikus struktúráját, a legfontosabb alrendszereket és azok kapcsolatait ábrázolja a funkciók megjelölésével. A CIM-tevékenységmodellek közül a 3.5 ábrán látható, módosított Siemens-modellt szakmai szempontból korrektnek, végletesen leegyszerűsí-tett ábrázolásmódja, tömörsége ellenére információgazdagnak és nagy heurisztikus erejűnek tartjuk.

31 A 3.2, 3.3 és 3.4 ábrák összevetésével látható, hogy a gyártási folyamat operatív irányítása többszintű hiearchikus tevékenység, amelyen belül mi csak a termelőeszközök közvetlen számítógépes irányítását tekintjük a CAM-hez tartozónak. 3.2 ábra: CIM-rendszerek struktúrájának és információs kapcsolatainak szemléltetése körszektoros modellel (CIM-Wheel).

32 3.3. ábra: Az ISO TC 184 által javasolt ún., "Y-modell" a CIM struktúrájának és fő funkcióinak szemléltetésére

33 3.4. ábra: A vállalat teljes vertikumát átfogó CIM-rendszer hierarchikus szintjei, legfontosabb funkcionális alrendszerei (moduljai) és az alrendszerek információs kapcsolatai.

34 3.5 ábra: A Siemens által javasolt CIM-tevékenységmodell továbbfejlesztett változata

35 Az IBM által javasolt CIM-funkcionális modell a 3.6 ábrán, a tevékenységi modell a 3.7 ábrán látható. Az egész vállalatra vonatkozó CIM-koncepció középpontjában itt a klasszikus termelés-tervezési és –irányítási funkciók, valamint a számítógépes ügyvitel van. A 3.7 ábra pedig a vállalat belső és külső adatforgalmára koncentrál és bár felismerhető a Siemens-modellhez hasonló hármas hierarchikus tagozódás, a középső szint érdemi kifejtése hiányzik.

36 3.6 ábra: CIM funkciók az IBM által javasolt modell szerint

37 3.7 ábra: Az IBM által javasolt, erősen egyszerűsített CIM-tevékenységmodell

38 Az általunk legjobbnak tartott CIM-tevékenységmodellt a 3.8 ábrán mutatjuk be. Ez a modell a Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH 1988-ban javasolt modelljének általunk továbbfejlesztett változata. Ezt a tevékenység-modellt az alábbiak miatt tartjuk nagyon kifejezőnek: (1)A modell az áttekinthetőség és a tartalmazott információ mennyisége szempontjából megközelíti az optimumot. Az összes fontos tevékenységi terület és információs kapcsolatot megmutatja anélkül, hogy az áttekinthetőség és egyértelműség csorbát szenvedne. (2)A modell szétválasztja a magasabb időhorizontú termeléstervezést az alacsonyabb időhorizontú termeléstervezési- és ütemezési tevékenységektől, anélkül, hogy az időhorizontok terjedelmét illetően mereven állást foglalna. Ezáltal a modell teljesen rugalmas, gyakorlatilag termék- és vállalatfüggetlen.

39 (3)A termelésirányítási (PPS) tevékenységi részmodellje világosan tükrözi azt a fontos felismerést, hogy a termelési folyamat gazdasági szempontból három komplex jellemzővel, nevezetesen a szállítókészség, a készletszint és a kapacitások kihasználása segítségével kézbentartható. Éppen hazai kutatók bizonyították matematikai eszközökkel és igazolták kísérleti bevezetési tapasztalatokkal, hogy a termelésirányításhoz e három jellemző együttes irányítása szükséges és egyben elégséges feltétel. A rendkívül újszerű elvi megközelítéshez tartozik a fenti három komplex paraméter kifejezése az ún. általánosított rendelések függvényében és a matematikai modell kombinálása egy anticipatív (javító) szabályozási modellel. Ennek a KYBERNOS rendszerben már sikerrel megvalósított eljárásnak adekvát módon megfelel a 3.8 ábrán látható CIM- tevékenységmodell PPS1, PPS2 és PPS3 blokkja, amelyek éppen a "termelési háromszög" három csúcsát jelölik ki.

40 3.8 ábra: A Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH által javasolt CIM tevékenységi modell továbbfejlesztett változata

41 A CIM-tevékenységmodellek elválaszthatatlanok az információs infrastruktúra megfelelő hierarchiai szinteken hozzáférhető erőforrásaitól (lokális hálózatok és hálózati csatolók, számítógépek, operációs rendszerek, alkalmazói- és segédprogramok). A 3.9 ábrán a Siemens által javasolt CIM-tevékenységmodelt és a hozzárendelt információs infrastruktúrát szemléltetjük.

42 3.9 ábra: A Siemens által javasolt CIM-tevékenységmodell és a hozzátartozó hierarchikus információs infrastruktúra

43 4. A CIM tervezésének és bevezetésének sajátosságai A CIM nem kizárólag a rendszer elemeinek számítógépes összekapcsolását és információforgalmát tételezi fel, hanem előírja a munkatársak közötti szabályozott és harmonikus információcserét is. A "szigetszerű" gondolkodás helyett átfogó tudás, megértés és közlési formák szükségesek. Vagyis: az ember kerül a tervezési feladat középpontjába és a megfelelő berendezések megkeresése egyelőre alárendelt jelentőségű. Általános megfontolások A számítógéppel támogatott egyedi munkahelyek létesítését szolgáló projektek tapasztalataival szemben új nézőpontok merülnek fel:

44 •Az egyes munkatársak, csoportok és osztályok feladatainak kereteit és tartalmát át kell gondolni és szükség szerint módosítani. •Ki kell egészíteni a felhasználók kiképzését olyan ismeretekkel, amelyek a folyamatok szakterületi határain átnyúló (interdiszciplináris) jellegűek és nem nélkülözhetők az egész rendszer működésének megértéséhez. Mindehhez megfelelő személyzetfejlesztés is szükséges. •A felmerülő költségek gyakran olyan gazdasági eredménnyel állnak szemben, amely közvetlenül nem ismerhető fel vagy pénzben közvetlenül nem mérhető. Ennek oka például az lehet, hogy az eredmények főként más osztályokon vagy időeltolódással jelennek meg. •A munkafolyamatok tartalmi (szakmai) megváltozása miatt a munkabérezés új formáiról kell gondoskodni.

45 E korántsem teljes felsorolás is arra enged következtetni, hogy a CIM megtervezését és bevezetését már kezdettől fogva igen körültekintően kell megszervezni. Ennek a tapasztalat szerint a módszeres párbeszéd és a projekt-team az adekvát eszköze. A legjobb CIM-megoldás koncepciója magasan képzett szakemberek konzultatív információcseréje - a szó legszorosabb értelmében a kollektív bölcsesség - alapján, fokozatosan alakul ki. Egy adott vállalat esetében külső tanácsadás is gyakran szükséges és ésszerű - itt juthatnak kulcsszerephez például a témakörben járatos egyetemi, intézeti és egyéb kutatóhelyek szakértői - azonban ez a belső diszkussziót és a vállalaton belüli ismereteket, tapasztalati tényanyagot nem pótolhatja. Rendkívül hasznos viszont az, ha már kezdetben egy felelős projekt-team-et neveznek ki, amelyben az egyes érintett részlegek, osztályok, továbbá a vállalatvezetés és az üzemi tanács képviselői egyaránt részt vesznek. Kivételes esetekben külső tanácsadó is bevonható.

46 A projekt-team-nek ajánlatos beszélgetést kezdeményeznie lehetőség szerint az összes érintett személlyel. Az eddigi tapasztalatok megmutatták, hogy azok a munkatársak, akik közreműködhetnek saját munkakörnyezetük kialakításában, érdekeltek abban, hogy az új technika, technológia és szervezési formák használatát minél jobban elsajátítsák. A CIM-tervezés és -bevezetés minden vállalatnál különbözőképpen megy végbe. Ez időben és tartalmilag nyitott folyamat. Amennyiben készen van egy keret-koncepció a CIM bevezetéséhez, prioritásokat kell lerögzíteni. Ajánlatos egy szűkkeresztmetszet-orientált eljárási mód addig a végső lépcsőig, amikor az összes vállalati terület teljes mértékben integrálódik. Az első megvalósítási lépéshez vállalatonként különböző fontos részcélok lehetnek mérvadóak. Néhány példa:

47 1.táblázat Rész-cél a CIM számáraElsődleges integrációs út A vevő-orientált termék- konstrukció optimális támogatása Konstrukció munkaelőkészítés (eladás, kalkuláció) gyártás Átfutási idők és raktári készletek csökkentése Eladás gyártástervezés anyaggazdálkodás A termékminőség fokozása Konstrukció gyártás minőségbiztosítás

48 Az egyszerű hálódiagram rámutat a lehetőségek sokrétűségére. Az 1. táblázatból kiemelve az első példát, illetve az annak megfelelő elsődleges integrációs utat, a következőkre hívjuk fel a figyelmet. A gyártmánytervezési részlegben CAD segítségével rövid határidővel kidolgozhatják a vevők igényeinek megfelelő termék-változatokat. Mind az NC-programozásnál, mind pedig az árajánlat készítésnél vissza lehet "nyúlni" a meglévő geometriai definíciókhoz. A rendelkezésre álló NC programokat ismételten, gyorsan le lehet hívni adatvonalon és eljuttatni a számításbavett NC-gépek vezérlőberendezéseibe.

49 Ezen folyamatok szervezéséhez sok változat elképzelhető. Egy érdekes lehetőség például azáltal adódik, hogy az ajánlatkészítést, a konstrukciós tervezést, a folyamattervezést és a gyártást alkatrész- vagy termékcsaládok szerint tagolják és - felhasználva a csoporttechnológia (Group Technology = GT) elveit és módszereit - konstrukciós és gyártási csoportokba vonják össze. A GT következetes alkalmazása rendkívüli előnyöket kínál a gyártmánytervezésben, a gyártástervezés részterületein (folyamattervezés, gyártóeszköz-tervezés, NC-alkatrészprogramozás, gyártóberendezések elrendezésének tervezése, anyagmozgatási folyamatok tervezése) és a tényleges gyártásban, a CIM műszaki rendszerét alkotó rugalmas gyártócellák és gyártórendszerek (FMC, FMS) tervezéséhez pedig nélkülözhetetlen.

50 A CIM tervezésének és bevezetésének szempontjai: (1)A CIM több, mint egy komplex műszaki beruházás. A CIM stratégiai válasz a termékfajták szerint egyre differenciálódó, a minőségét illetően egyre szigorúbb piac követelményeire. (2)Nem az egyes részterületek optimálásában, hanem az egyes részlegek, osztályok tevékenységi körén túlterjedő integrált megoldásban vannak a CIM meghatározó előnyei. (3)A munkatársak és az osztályok/részlegek minőségi színvonala és szakmai profilja határozza meg a technikai követelményeket és nem megfordítva. (4)A CIM team-munkát követel! A CIM-et nem ötletszerűen, hanem folyamatos szóbeli információcserére alapozva, a tervek és tények iteratív egybevetésével lehet - és kell - megvalósítani.

51 (5)A megfelelő időben folytatott képzés, valamint a résztvevő munkatársak módszeres információcseréje vezet el az üzemen belüli szakszerű és hatékony diszkusszióhoz. (6)A sikeres CIM-megoldásnak érlelődnie kell; a megvalósítás nem rövidlejáratú és csak lépésenként lehetséges. (7)A CIM-bevezetés prioritásai az adott vállalat különleges stratégiájától és piaci környezetétől függenek. (8)Az olyan sajátos versenyképességi előnyöket, mint a határidők betartása, a magas termékminőség szavatolása, a vevő (felhasználó)- orientált magatartás vagy a rövidlejáratú szállítókészség, a CIM irányába tett lépéseknek a lehető leghatékonyabban kell támogatniuk. (9)A CIM-inveszticiók nem a rövidtávú sikereket, hanem a hosszútávú jövő biztosítását szolgálják. (10)A CIM soha nem pótolja technika útján a "know-how-t"; a technikai segédeszközökkel a munkatársak saját szaktudásukat viszik be nagy hatékonysággal a CIM munkafolyamataiba.

52 A CIM bevezetésének stratégiai elvei A CIM rendszerek megvalósítását célzó vállalati stratégia három elvet (módszert) követhet: (1)az "alulról-felfelé" (bottom-up), (2)a "felülről-lefelé" (top-down), és (3)a "folyamatorientált" (process-oriented) kiépítés elvét (módszerét). Egy évtizeddel ezelőtt még az volt a korszerűnek tartott felfogás, hogy bonyolult gyártórendszereket top-down módon kell megtervezni és bottom-up módon megvalósítani. A nyolcvanas évek közepe óta tudjuk, hogy a hierarchikus számítógépes hálózatok térhódítása olyan helyzetet teremtett, hogy - a korábbi elképzelésekkel ellentétben - a gyártásirányítás eszközrendszerét nem alulról-felfelé, hanem felülről-lefelé érdemes felépíteni.

53 Ez a néhány éve még szinte elképzelhetetlen lehetőség nyitotta meg az utat a gyártásautomatizálás egyre magasabb integráltságú rendszereinek megvalósítása irányában. A ma legkorszerűbbnek tartott folyamatorientált rendszerépítés pedig a top-down eljárás egy továbbfejlesztett változatának tekinthető. Az első módszer a meglévő - az esetek döntő többségében külön- külön kifejlesztett - autonóm rendszerkomponensek meghatározott struktúra szerinti összekapcsolását igyekszik megvalósítani valamely komplex rendszerfunkció teljesítése céljából. Hazánkban korábban főként ez az igény merült fel, hiszen meglévő alkalmas berendezések magasabb szervezettségű és teljesítőképességű egységekbe integrálása általában jóval szerényebb ráfordításokat igényel, mint teljesen új rendszer megtervezése és fizikai megvalósítása.

54 A "zöldmezős", részben vagy teljesen külföldi tőkével létesített termelő beruházások az utóbbi években a harmadik utat helyezték előtérbe. Ebben az esetben a következő feladatcsoportok merülnek fel az integráció során: • irányítási/felügyeleti terv kialakítása; •kapcsolati viszonyok (hierarchiák) kialakítása; •a kapcsolódó komponensek ki- és bemeneteinek illesztése; •a működő komponensek teljesítőképességének összehangolása; •koherens (összetartozó) adatforgalmi csatolások megvalósítása. A második módszer azt jelenti, hogy az átfogó rendszerkoncepció birtokában választjuk ki és szervezzük rendszerbe a különféle - a célnak megfelelően gondosan kiválasztott - funkcionális komponenseket.

55 E módszer nyilvánvaló előnye a funkcionális elemek célorientált kiválaszthatósága, amely elterjedésének alapfeltétele a CIM szabványosítási munkák intenzitásának további növekedése. Mint ismert, a szabványosítási tevékenységek egyik főiránya éppen a CIM- komponensek összekapcsolását lehetővé tevő interfészek kifejlesztésére irányul. A szakirodalomból jelenleg mintegy 15 rendszercsatolási szabvány ismert, amelyek első verzióit már bevezették, vagy azok közvetlen bevezetés előtti állapotban vannak (pl. MAP, TOP, IGES, SET, VDAFS, STEP, ez utóbbi a legkorszerűbb, ISO- fejlesztés). A szabványosítási munkák másik főiránya az egységes adat- és programcsatolási eszközök definiálása azon célból, hogy a különböző CIM komponensek adat- és programcseréje szabványos adatátviteli modellek alapján felhasználói szinten megvalósítható legyen (pl. egységes CLDATA struktúrák).

56 A "bottom-up" módszer legnagyobb nehézségét az jelenti, hogy az egyes termelési tevékenységek végrehajtására kifejlesztett technikai és technológiai eszközrendszer - az alkalmazott emberi, tárgyi és számítástechnikai erőforrások és módszerek - szükségszerűen heterogének, illesztésük súlyos problémákat vet fel. A "top-down" módszer idealizált esetben az egyidejű fejlesztés elvét alkalmazza az üzemi anyag- és adatfeldolgozás teljes körénél. Ez - végső kiépítettségében - olyan CIM rendszert jelent, amelynek egységes adatstruktúrája, a modulok fizikai, funkcionális és logikai kapcsolatai lehetővé teszik a gyártórendszerben az adatok szabad áramlását a rendszer bármely része felé. Ilyen rendszer létrehozása igen nagy tőkebefektetést igényel még elvi engedmények (pl. a rendszer bizonyos elemeinél nem szabványos interfészek alkalmazása, részleges funkcionális kötöttségek) esetén is és viszonylag homogén termék-spektrum, nagy gyártási darabszám, jelentős szabad tőke, továbbá stabil piacok esetén lehet sikeres (például: személygépkocsigyártás, repülőgépgyártás, mezőgazdasági gépek gyártása).

57 A "top-down" és a "bottom-up" elvek megvalósításának vázolt nehézségei miatt vált szükségessé, hogy a CIM fokozatos megvalósításában érdekelt vállalatok olyan kiépítési elvet és megvalósítási módszert fejlesszenek ki, amely •a vállalat gazdasági potenciáljától nagymértékben független; •az innovatív fejlesztések dinamikusabb végrehajtását teszi lehetővé és •a vállalat belső sajátosságaihoz rugalmasan alkalmazkodik. Ez a folyamatorientált kiépítés elve, amely gyakorlati formában a "függőleges szeletelés" módszereként valósul meg. Az utóbbi fantázianév szemléletesen utal arra, hogy a termék-spektrum egy-egy fontos elemének tervezését és gyártását "fentről-lefelé" elven számítógépesítik és integrálják, ezáltal egy-egy magas szervezettségű - integrált anyag- és adat-feldolgozási - vertikumot, "szeletet" hoznak létre. A szakirodalom hírt ad arról, hogy az USA-ban még a legtőkeerősebb vállalatok is általában ezt az eljárást követik annak komplex műszaki-gazdasági előnyei miatt.

58 Érdemes e harmadik módszer lényegét is összefoglalni. Ez a következő: széleskörű piaci trand-elemzés után kiválasztanak egy ún. "bázis-terméket" (ez lehet késztermék: pl. villanymotor, szivattyú, kompresszor, valamely műszer, komplett gépi berendezés; részegység: pl. hajtómű, hordozószerkezet, armatúraszerelvény; de lehet bonyolult alkatrész is, például sűllyeszték, szivattyú-járókerék, turbinalapát, hajtóműház, szerszámgép-főorsó, stb.). Elemzik ennek kivitelezési folyamatát a koncepcionális tervezés, konstrukciós- és technológiai tervezés, NC-programozás, alkatrészgyártás és szerelés, minőségbiztosítás és felügyelet, stb. szekvenciális és párhuzamos fázisai szerint a folyamatokat műszaki-tudományos és gazdasági szempontból ésszerűsítik, módszertanilag fejlesztik minden lehetséges módon támaszkodva az információ-technológa hardver és szoftver eszközeire.

59 Ha ezt az összetett feladatot eredményesen végrehajtották, új termék (részegység) hasonló feldolgozásával terjeszkednek horizontálisan tovább a termék-spektrumban. A módszer lényegéhez tartozik, hogy egy-egy termék számítógépes feldolgozását a termelési vertikum egészére ki kell terjeszteni. Az eljárás következetes végrehajtása egész vállalatra vetítve "tisztított" termékprofilt, racionalizált tervezési és gyártási részfolyamatokat, vertikálisan szervesen, horizontálisan lazábban integrált termelési struktúrát eredményez. A folyamatorientált integrálás lehetővé teszi a "bottom-up" és a "top- down" rendszerépítés előnyös tulajdonságainak ötvözését. Egyfelől nem küszködik a részekből való összerendezés elvét követő "alulról-felfelé" módszer kompatibilitási és homogenitási problémáival, másfelől nem birkózik a túl nagy egész lebontásából származó komplexitásbeli nehézségekkel és az alsó szinteken jelentkező diszharmóniával sem, amelyek a "felülről-lefelé" módszer velejárói. A bázistermék kiválasztásában természetesen a piaci érvényesülés feltételei meghatározóak.

60 Egy sikeres CIM-tervezési módszertan: az ESPRIT projekt Az ESPRIT az Európai Gazdasági Közösség tagországai által létrehozott program, amely 5 alprogramból (projektből) áll. Ezek a következők: (1)Mikroelektronika, (2)Szoftver-technológia, (3)Információ-feldolgozás, (4)Hivatali rendszerek, (5)Számítógéppel integrált gyártás.

61 Témakörünk szempontjából az (5) alprogram a legfontosabb, amely CIM rendszerek architektúrájával, komponenseivel, alkalmazástechnikájával, tervezési módszertanával foglalkozik, kiemelten kezelve a már említett öt fő tématerületet: •konstrukciós tervezés (CAD), •termeléstervezés (PPS), •gyártástervezés (CAPE), •gyártás (CAM), •anyagszállítás- és tárolás (CAST).

62 Az (5) alprogram egyik legjelentősebb eredménye egy módszertani kézikönyv, amely teljesen újszerű elméleti megközelítést adott a CIM rendszerek tervezéséhez, összefoglalva az addigi tapasztalatok alapján absztrahálható elveket, modelleket, módszereket, stratégiákat és tervezési szabályokat, különlegesen nagy hangsúlyt fektetve a rendszer-kompatibilitási kérdésekre. Érdemes ehelyütt is megemlíteni, hogy a témakör azóta elhunyt kiváló magyar szakértője, Hatvany József ajánlására ezt a módszertant fogadta el az 1986-ban tartott CIM (IAAR) kompatibilitási tanfolyam hivatalos, honosított tananyagként. E tanfolyam deklarált célja az volt, hogy egységes módszertani ajánlást adjon a hazai IAAR fejlesztések - ezen belül a rugalmas gyártócellák (FMC) és gyártórendszerek (FMS), valamint a CAxx technikák és technológiák - hosszabbtávú összehangolására.

63 Az ESPRIT módszertan az öt fő tématerület mindegyikét teljesen egységes formai és tartalmi megközelítésben tárgyalja. Minden területet egy-egy CIM alrendszerként tekint, amelyek között - ahol csak lehetséges - egyértelmű csatlakoztatási felületeket definiál, bebizonyítva, hogy bár rengeteg visszacsatolási hurok van a rendszer összetettsége miatt, ennek ellenére vannak "levágási felületek". A módszertan gerincét azoknak a szabályoknak és stratégiáknak a feltárása adja, amelyek minden CIM-tématerületre (alrendszerre) lehetővé teszik a különféle kiválasztási feladatok általános (absztrakt) megfogalmazását úgy, hogy lehetővé váljék az "ÁLTALÁNOS ÉS ABSZTRAKT KONKRÉT" transzformáció végrehajtása.

64 Ugyanakkor a módszertan szabad választást enged •a változatok értékelési módját, •a preferencia megállapításának módját és •az értékelési tényezők számszerűsítését illetően. A CIM esetében két fő stratégiai terület különösen összefügg a kompatibilitás (összeférhetőség, -kapcsolhatóság) kérdéseivel: (a)Általános interfész-szabályok; (b)Stratégiák az integrálhatóság előmozdítására.

65 ad(a): Ismerni kell az egyes alrendszer-párokra specifikus I/0 fogalmat. Tetszőleges alrendszerpár kapcsolatra további 3 általános elv érvényes (lehetséges alternatívák): (1) Az információ-továbbítás csomagok formájában, egyszerre megy végbe. (2) Az információ-továbbítás csomagok formájában megy végbe, de a teljes adatkapcsolat hosszú ideig tart. Ekkor a vevő csak visszaigazolásokat küld az adónak az egyes adatcsomag- részek vételéről vagy az esetleges hibaállapotokról. (3) Kétirányú, egyenrangú információcsere megy végbe intelligens partnerek között (Interaktív kapcsolat).

66 ad(b): Két megközelítés párhuzamos alkalmazása látszik célszerűnek: (1)Funkcionális modularitásra való törekvés. Ezáltal az interfészek száma radikálisan csökkenthető, másrészt a modularitás legfőbb előnyei (kapcsolhatóság; csatlakoztathatóság; a modulok újra-felhasználhatósága) a tervezés, fejlesztés és megvalósítás során élvezhetők. (2)A három legáltalánosabb informatikai tevékenység egységes elveinek feltárása és alkalmazása.

67 Ezek a tevékenységek: •adatok kezelése, •processzálás (információ-feldolgozás), •kommunikáció. Egységes elveik feltárását szokás rendre adatstratégiának, processzálási stratégiának és kommunikációs stratégiának is nevezni. Ezekre kissé részletesebben is kitérünk.

68 Az adatstratégia Az adatstratégia nem tévesztendő össze az adatbázis-kezelési stratégiával. Az adatstratégia az adatokkal való hosszabbtávú bánásmódot, kezelési stratégiát jelenti, amely egy CIM rendszer esetében annak definiálásával kezdődik, hogy egyáltalán milyen adatok szükségesek egy létrehozandó rendszer megtervezéséhez vagy egy meglévő rendszer leírásához, működtetéséhez. Mindkét esetben lépésről-lépésre történő, igen összetett tevékenységről van szó. Másrészt az adatstratégia néhány fontos, nagy általánossági fokú alapelv érvényesítését is jelenti, amelyeket a következőkben röviden összefoglalunk.

69 Az adatbázis-kezelés stratégiája ezzel szemben egy strukturált adathalmaz elemei vagy elemeinek valamilyen rendező elv szerint létrehozott csoportjai közötti viszonylatok, relációk automatizált létesítését szolgálja, beleértve a szükséges adathierarchiákat, prioritásokat, hozzáférési jogosultság ellenőrzéseket is. Legtipikusabb funkciók: adatok beépítése az adatbázisba (hozzáadás, beszúrás), különféle lekérdezések és listázások, egyedi és csoportos törlések, másolási és átcsoportosítási funkciók. Az adatstratégiára vonatkozóan 6 fontos alapelvet említ a módszertan, amelyek a forgalomban lévő Data Base Management System ((DBMS) = adatbázis-kezelési rendszer) könyvekből nem absztrahálhatók

70 1.Az adatgazda elve Ez azt jelenti, hogy egy felelőse legyen minden, szignifikánsan megkülönböztethető, önmagán belül rendezett adattömeg karbantartásának. 2.Az adatérvényesség elve Ez az elv azzal függ össze, hogy minden adat meghatározott érvényességi időintervallummal rendelkezik, amelyet az egymáshoz kapcsolódó kitüntetett időhorizontok esetében ellenőrizni kell. Például, ha raktárkészlet folyamatos figyelése a feladat, és  jelenti a pillanatnyi,  a műszakvégi,  a hóvégi és az  évvégi raktárkészletet, a helyes generálási sorrend:  

71 3.A vezetői információk forrására vonatkozó elv Rendszeres (periodikus), automatikusan teljesített adatszolgáltatás a különböző vezetői szintek (hierarchiák) részére. 4.A vezetői információk létrehozásának elve •Legyen egy vezetési információs rendszer, •Legyenek rutin eljárások (pl. CAD dokumentációk, NC információ hordozók rutinszerű előállítása a fizetési boríték rendszerességéhez és "természetes igényéhez" hasonlóan).

72 Ezek szükségességét aláhúzza, hogy =a folyamatirányító számítógépeket nem lehet ad-hoc lekérdezésekkel terhelni; =külön adatgyűjtés megy végbe a mechanizált/automatizált információ-termelő helyekről. Itt olyan eljárásokról van szó, amelyek célja, hogy bizonyos tranzakciókkal vagy műveletekkel kapcsolatos, meghatáro-zott adatokat a keletkezésükkel egyidőben begyűjtsenek (data capture, data collection).

73 5.Az adatok szétosztásának és másolásának elve Az adatoknak több példányban meg kell jelenniük úgy, hogy ne sérüljön az adatgazda elv (1). Figyelembe kell venni azt is, hogy az adatokhoz való ismételt hozzáférés gyakran túl költséges és a terhelési csúcsok időszakában kifejezetten problematikus. Az adatgazda elv sérülésének elkerülésére vezetik be a szinkron és aszinkron adatvédelem alkalmazását: Szinkron védelem: "időzített bombaként" működik. Akkor használható, ha a rendszer automatikusan figyel dátumokat és a kérdéses adatok érvényességi ideje ismert. A határidő lejártakor az illető adatot egyszerűen törli a rendszer.

74 Aszinkron védelem: a funkciók hozzáféréskor "fogyasszák el" az adatot, pl. munkautalvány, rajz szűnjék meg a felhasználás után. Mindkét eljárás nagy körültekintést és rendkívül fejlett számítástechnikai-automatizálási környezetet igényel.

75 6.Az adattárolás elosztottságának összefüggése a szervezettel: az adatállományok elkülönítésének elve Az elv azt mondja ki, hogy a különböző szervezeti egységekhez tartozó adatokat el kell különíteni. Okai: •A felelősség egyértelműsítése az adat hitelességét (megbízhatóságát) illetően (más megfogalmazásban: az adatot keletkezésének helyén kell - az elsődleges adatforrásból -begyűjteni); •Nagy szervezetek merevségét csak igy lehet feloldani. •Az adatstratégiát a CIM-et befogadó szervezetre, majd a teljes vállalatra fokozatosan érvényesíteni kell. A vállalati szervezet ilyen analízise, folyamatos nyomonkövetése mindenekelőtt az alábbiakat követeli meg: •az adatgazda-elv érvényesítését, •a hozzáférési jogok megállapítását, •következetes, minimális számú fogalmi egységre épülő adatszótár felállítását és fenntartását (taxonómia, thesaurus).

76 Processzálási stratégia A processzálás (adatfeldolgozás) szűkebb értelemben olyan input- output (I/0) transzformációt jelent, amelyet hardver és szoftver valósít meg. Tágabb értelemben bármilyen számítási tevékenység adatfeldolgozásnak tekinthető. A processzálási stratégiák elválaszthatatlanok az információ- feldolgozó eszközök (hardver, szoftver) mindenkori szintjétől. A CIM szempontjából ma 15 elv figyelembevétele különösen indokolt. Ezek a következők:

77 1. Az intelligens lokális adatfeldolgozás elve Az egyes alrendszerek közötti "kapuk" száma minimális (lehetőleg 1) legyen és ezt szabványos magasszintű interfész szerint kell kialakítani. Az egyes alrendszerek lokális processzálást igényelnek, mert •az adatforráshoz fizikailag közeli feldolgozás szükséges, egyébként túl sok a kommunikációs ráfordítás; •a specifikus információt koncentrálni kell; •szükséges az autonóm működtethetőség; •a piaci (eladhatósági, bevezethetőségi) szempontok is ezt igénylik. Új fejlesztéseknél gondosan meg kell vizsgálni, milyen feladatok igényelnek lokális processzálást, ui. ezeknek rendszerszintű interfészük van. Feltétel: modularitás.

78 2. Az elosztott adatfeldolgozás elve Ennek az elvnek két oldala van, rendszertervezéskor kompromisszumos megoldásra kell törekedni. A hálózati forgalom csökkentése növeli a processzálási biztonságot, de csökkenti a rugalmasságot. A feldolgozás egyik részét központosítottan, másik részét hálózatba kapcsolt munkahelyeken, lokálisan célszerű végezni. A központi és lokális feldolgozás ésszerű arányai a mindenkori konkrét rendszer feladataitól, architektúrájától, hardver- és szoftverelemeitől függenek. CIM rendszer esetében az "architektúra" kifejezés nem csupán informatikai értelemben értendő (v.ö.: 3.2. pont).

79 3. Holtpontmentes működés elve Rendszertulajdonság, amelyet a rendszertervezés szintjén kell garantálni, pl. azzal, hogy az erőforrásokat a prioritások sorrendjében kezeljük le. 4. A diagnosztikai képesség elve A CIM minden alrendszerének diagnosztikai információt kell szolgáltatnia saját működéséről. Stratégiailag fontos helyeken folyamatosan detektálnia kell az esetleges hibát.

80 5. A hibaterjedés megelőzésének elve A hibaállapot ne terjedhessen át más modulokra. (Kis hiba ne terjedhessen át az egész rendszerre.) 6. A valósidejű feladatok magas prioritású kezelésének elve A valósidejű folyamatoknak a CIM-ben magas prioritásuk van (kivitelezési fázis, gyártásirányítás). Ezeket a rendszertervezés szintjén elkülönítetten és részletesen kell specifikálni. Mint ismert, valósidejű az a funkció, amelynél az input befejezési ideje és az output megkezdési ideje között eltelt időre nézve adott felső korlát van.

81 7.Az időkritikus feladatok számát és azok méreteinek csökkentését célzó elv A rendszertervezéskor törekedni kell az időkritikus feladatok számának és méretének csökkentésére. 8. A magasszintű programozási nyelvek alkalmazásának elve Az elv lényege annak felismerése, hogy az egyszerűség, a bővíthetőség, a portabilitás, a flexibilitás és a megbízhatóság csak magasszintű program-nyelvek alkalmazásával érhető el.

82 9.A minél magasabb részben alapelemekből összeépített szoftver alkalmazásának elve A rendszertervezés feladata, hogy minél nagyobb részben alapelemekből épített szoftver jöjjön létre. De: legyenek szabványos csatlakozási felületek. 10.A HW + SW eszközöktől független szoftverspecifikáció elve A CIM rendszer szoftverjét úgy kell megtervezni, hogy az alrendszerek programozótól, géptől és eszközöktől függetlenül legyenek specifikálva.

83 11.A tervezési/programozási és a vezérlési feladatok elkülönített megoldásának elve A tervezési/programozási (itt: a termelés irányításának/vezérlésének információs előkészítésére szolgáló) és a vezérlési feladatok külön alrend-szerekben legyenek, megvalósításuk külön modulokban történjen. Okok: A gyártási folyamatirányító rendszer (vezérlés) valósidejű elemeket is tartalmaz. A tervezés/programozás nem ilyen. Másrészt a tervezés/progra-mozás, valamint a vezérlés eltérő objektum- reprezentációt igényel.

84 12. A "lusta kiértékelés" elve Az egyes alrendszerfunkciók megindítása előtt meg kell győződni arról, hogy a szükséges információ-bemenetek valóban rendelkezésre állnak-e. 13.A processzálási feladatok egyenletes elosztásának elve (mint általános követelmény) A gyártórendszereket egyenletes adat-feldolgozásúra kell tervezni a terhelési csúcsok elkerülése végett.

85 14. A kapacitástartalékok egyenletes elosztásának elve Jó stratégia: Az erőforrások elosztása a várható terhelésviszonyok figyelembevételével; A folyamatok közelítése az erőforrásokhoz (virtuális tárolás). 15. Az információ integrált feldolgozásának elve Ha azt külön más nem indokolja, minden funkció egy egységben kapja meg a szükséges bemenetét. Az elv a rendszer komplexitásának csökkentésesére irányul. Az elvek betartása kompromisszumok árán lehetséges. Fontos, hogy tudatossá teszik a tervezési döntések hatását.

86 Kommunikációs stratégia Egy CIM-rendszer egészének működtetése - rendeltetésszerűen működő alrendszereket feltételezve és erősen leegyszerűsítve - az egyes alrendszerek közötti kívánt információ- és anyagtovábbítási funkciók megvalósításával oldható meg. Modellezési szempontból ez feltételezi a kapcsolattartási-összekötési elvek rendszerezett ismeretét, amelyet kommunikációs stratégiának is nevezhetünk. A kommunikációs stratégia alapja CIM rendszerek esetében egy olyan ún. protokoll definiálása, mely szabályok és eljárások megállapodás szerinti rendszere, melynek alapján rendezett és irányított információcsere jöhet létre két tetszőleges résztvevő (intelligens partner: ember gép, gép gép, gép ember) között. A következőkben a kommunikációs stratégia 14 elvét foglaljuk össze.

87 1. elv: A hálózat módosítása nem vezethet teljes leálláshoz A CIM területén is tipikusan jelentkező igény mind az informatikai, mind a mechanikai rendszer fokozatos kiépítése, valamint a topológia módosítása. Gazdasági és rendszertechnikai szempontból egyaránt fontos követelmény, hogy a módosítások elvégzéséhez ne kelljen a teljes rendszert leállítani és a módosításnak minimális kihatása legyen a hálózati adatforgalom alakulására. Ez mai technikai szinten megoldható feladat, ha a hálózat struktúrája megfelelő. A MAP szabványban kijelölt ún. token busz kialakítású lokális hálózat esetén, koaxiális kábelt alkalmazva adathordozó közegként, nincs fizikai akadálya az előbb deklarált feltétel kielégítésének. A hálózat módosításának másik formája lehet új protokollok alkalmazása is.

88 Általában ezek a felsőbb rétegek (v.ö.: ISO-OSI hétrétegű modell) protokolljainak változását jelentik, hiszen az alsóbb rétegeket sok esetben interfész-áramkörök valósítják meg. Amíg az új protokoll interfésze megfelel a régi hardver és szoftver által nyújtottnak, a hálózat ilyen jellegű módosítása nem okoz zavart. 2. elv: Ameddig csak lehetséges, a CIM területén ténylegesen szabványos protokollokat használjunk. Mivel a CIM-ben a hálózatok felhasználási területe nagyon széleskörű, nem várható el, hogy egyetlen alkalmazói protokoll elégséges legyen. A különböző felhasználói igények különböző protokollokat kívánhatnak, de ezeket az eltéréseket, amennyire lehet, leplezni kell.

89 A 2. elvben megfogalmazott igény az ISO-OSI Referencia Modell szempontjából azt jelenti, hogy az eltéréseknek csak az alkalmazói protokollokban kell látszaniuk; az alsóbb szintű protokollok valamennyi eltérő alkalmazás esetén ugyanazok lehetnek. Mivel a MAP szabvány megfelel az ISO-OSI Referencia Modellnek, ezért a követelmény teljesítése nem okoz problémát az egyes MAP alkalmazásokban. A 2. elvben lefektetett követelmény teljesítése gazdaságilag is előnyös, mert a szoftverfejlesztési költségek csökkenésével és a felhalmozott tapasztalatok alkalmazásával közvetlenül kifizetődik. Mivel a CIM-ben alkalmazott nagy bonyolultságú rendszerek esetén az egyedi fejlesztések nagyobb hibalehetőségeket és nehezebb tesztelhetőséget is jelentenek, a szabványos protokollok alkalmazása közvetett előnnyel is jár.

90 3. elv: A hálózat specifikációjának pontosan tisztáznia kell, milyen időbeli követelményeket tud kielégíteni a hálózat. A CIM területén a hálózatnak általában real-time feladatokat is el kell látnia, ezért rendkívül fontos lehet, hogy milyen időbeli követelményeket képes kielégíteni. Jelenleg a hálózati specifikációk rendszerint csak a maximális adatátviteli sebességet adják meg, amely nagyon hasznos, de nem mindig elegendő annak megbecslésére, hogy az üzenetek ténylegesen mennyi idő alatt jutnak el a végfelhasználókhoz és milyen válaszidők várhatók. Ez utóbbiak real- time funkciók ellátása esetén feltétlenül tisztázandók. Maga a MAP ezen időkritériumok pontos becslésére nem alkalmas, de viszonylag széleskörű lehetőséget nyújt különböző kapacitású hálózatok választására.

91 4. elv: A hálózatnak lehetőséget kell biztosítania különböző szintű hardver-technológiák egyidejű alkalmazására. Hálózati szempontból főként az adatátviteli közeg lehetőségei tartoznak ide. Az eszközök kiválasztását a működési környezet, a rendszertechnikai felépités és az anyagi lehetőségek határozzák meg. A MAP token busz architektúrára és koaxiális kábel adathordozóra tesz javaslatot. Ez a lehetőségeket bizonyos mértékben leszűkíti, de a MAP előírásoknak funkcionálisan megfelelő és alkalmazói szinten kompatibilis hálózat üzemeltetése - ha technikailag megoldható és a költségek indokoltak - más adattovábbító közeggel (pl. optikai kábellel) is történhet.

92 5. elv: Az adatbiztonság szavatolása és az illetéktelen hozzáférések elkerülése végett speciális megelőző intézkedések szükségesek. A hálózatok esetében az 5. elv roppant fontos követelményt fogalmaz meg, amely a CIM esetében is különleges figyelmet kap. Az egyik fontos szempont a hálózaton küldött adatok korrektsége. Ez közelebbről azt jelenti, hogy egy adathalmaznak (pl. egy adattömbnek) bármelyik adata esetében csak az az adatérték használható, amely autentikus forrásból származik: amelyet jogosult személy vagy gépi funkció állított elő.

93 Egy másik szempont, hogy a rendszer azon részének, amely az adatbiztonságért felelős, garantálnia kell az üzenet megérkezését ahhoz és csak ahhoz a fogadóhoz, aki (vagy automatizált funkció esetén: amely) erre ki van jelölve, még akkor is, ha közben az üzenet adattranszformációkon, információ-sűrítésen megy keresztül. Az adatbiztonság fenti szempontjainak betartásáért az ún. megjelenítő réteg felelős az ISO-OSI hétrétegű modellben. Mivel a MAP-ben erre a (6.) rétegre nincsenek konkrét ajánlások, ezért ezt a kérdést egyénileg oldják meg az egyes rendszereknél.

94 6. elv: A hálózatot úgy kell megtervezni, hogy megfeleljen a zajos környezet által támasztott követelményeknek. A CIM sok tekintetben nem támaszt más igényeket a hálózattal szemben, mint a más területeken üzemelő hálózatok. Az egyik legmarkánsabb kivételt ez alól az ipari környezet okozta zajforrások, mechanikai behatások kiküszöbölése vagy meghatározott korlátok alá szorítása jelenti. Ilyen tekintetben még a legkorszerűbb rugalmas gyártórendszerek is megkövetelik a hálózat felkészítését a nehéz ipari környezetben való működésre. A zajforrások és mechanikai ártalmak erősségétől függően elsősorban az egyre ellenállóbb adatátviteli közegek kiválasztása, valamint az adatátviteli hibaforrások kiküszöbölésére ill. kijavítására jól felhasználható protokollok jönnek szóba. A MAP ajánlások - az egyes rétegek funkcionális (és fizikai) interfészeinek megtartása mellett - lehetőséget nyújtanak megfelelő eszközök kiválasztására.

95 7. elv: A hálózat egy elemének meghibásodása nem befolyásolhatja jelentősen a megmaradt részeken folyó adatforgalmat. Ez az elv szorosan összefügg az 1. elvvel. Fő konzekvenciája, hogy azok a processzek(*), amelyek logikailag függetlenek egymástól, fizikailag is elkülöníthetők legyenek. Más megfogalmazásban ez azt jelenti, hogy az egyes csomópontokon futó processzeknek - amennyire lehetséges - önmagukban zártnak és logikai interfészeik tekintetében jól definiáltaknak kell lenniük. Az adattovábbítás fizikai közege is befolyásolja azt a lehetőséget, hogy a hibás csomópontot fizikailag is el lehessen távolítani a hálózatból. A MAP-ben ajánlott token busz struktúrák esetében ez nem ütközik nehézségbe (ellentétben egy token ring kialakítással). (*) A processz (folyamat) tevékenységek sorozata számítógépes rendszerekben, amelyet a kódja határozza meg, vagyis azon gépi utasítások rendezett halmaza, amelyek a processz által végrehajtandó műveleteket, a munkaterületének (workspace) tartalmát és a processz-leírót (process descriptor) definiálják. A munkaterület azon adatértékek halmaza, amelyeket a processz olvashat, írhat és feldolgozhat. A processz-leíró a folyamathoz hozzárendelt bármely erőforrás aktuális állapotát határozza meg.

96 8. elv: A hálózat teljesítőképessége és megbízhatósága között az alkalmazástól függően kell a megfelelő kompromisszumot kialakítani. A hálózat megbízhatósága CIM esetében kulcskérdés. A biztonságos adatátvitel mind az alsóbb rétegekben, mind a felsőbb rétegek protokolljaiban redundanciát követel. Ennek megfelelően - különösen zajos ipari környezetben - a nagyobb biztonságra való törekvés megnöveli a hálózat leterhelését, tehát csökkenti a teljesítőképességet. Ez az ellentmondás bizonyos szintig csökkenthető a fejlettebb hardver lehetőségek alkalmazásával, vagy a továbbítandó adatok formájának, típusainak célszerű kiválasztásával (például rövid parancs üzenetek, kontroll információk használatával). Azonban a minél nagyobb biztonságra való törekvés a hálózati teljesítőképesség rovására megy. Ez még erősebb hangsúlyt kap, ha figyelembe vesszük a különböző funkciók helyes működésének ellenőrzésére szolgáló, az adatátviteli igények további mennyiségi növekedését okozó adatáramlást is.

97 9. elv: A hálózatnak lehetővé kell tennie különböző prioritású üzenetek használatát. Az ipari automatizálás területén természetes követelmény az üzenetek fontossági kategóriák szerinti besorolása. Nyilvánvaló, hogy egy meghibásodásról tudósító vészüzenetnek a legmagasabb prioritást kell kapnia, de indokolt a többi üzenettípus fontossági sorrendbe rendezése is. A MAP ajánlásoknak megfelelő ipari hálózatok felsőbb rétegei gondoskodnak a prioritások kezelésére szolgáló funkciókról.

98 10. elv: A hálózatnak biztosítania kell a diagnosztika és a hibajelzés lehetőségét. Általában a szállítási protokoll (v.ö.: ISO-OSI modell, 4. réteg) detektálja a hálózati hibát, mivel ennek feladata a végfelhasználók közötti megbízható kapcsolat karbantartása. A hibák egy része - az adatátviteli hibákon túl - közvetlenül is felderíthető a megfelelő beépített hálózat- diagnosztikai módszerekkel. A szállítási réteg közvetve is támogatja a hibadetektálás és hibajelzés lehetőségét azzal, hogy nyilvántartja azokat az üzeneteket, amelyeket a működés során valamilyen okból újra kellett indítani. A MAP-szabvány felsőbb rétegei megfelelő keretet adnak a 10. elvet fokozottabb mértékben is támogató funkciók implementálására.

99 11. elv: A speciális alkalmazói protokollok használata legyen minimális. Ennek az elvnek az alkalmazása összefügg a 2. elv esetében elmondottakkal, csak elsősorban az alkalmazói rétegre vonatkoztatva. A MAP szabvány teljesítése automatikusan maga után vonja ennek az elvnek megfelelő szintű teljesülését. 12. elv: A hálózat legyen képes továbbítani különböző típusú adatokat is. A számítógépes hálózatok az adattovábbítás különböző formáit támogatják, például adatállomány továbbítást (fájl-transzfert), elektronikus postát ( ), egy időosztásos rendszerhez (time-sharing system) való hozzáférést terminálon keresztül, stb.

100 Ezek egy része a CIM területén is szükséges, azonban ezek az adattovábbításnak csak digitális formái. Az analóg adattovábbítás legfontosabb példája az emberi hang-üzenetek átvitele a hálózaton keresztül, amelyre szintén szükség lehet az ipari automatizálásban. Az analóg jelátvitelt a MAP szabványok nem támogatják egyértelműen, bár fontosságuk nem túl nagy. Ahol mégis szükség van rá, az ISO-OSI Referencia Modell rendelkezik erre vonatkozó ajánlással a fizikai rétegben (RS 232 C modem).

101 13. elv: Egységes és rugalmas címzési módszer szükséges. Az elv fő mondanivalója az, hogy egy hálózati objektum címe ne legyen helyfüggő, ne kapcsolódjon egy objektum fizikai valóságához. Célszerűbb logikai címzési módszereket használni, biztosítva egy hálózat könnyebb újrakonfigurálhatóságát. Hasznos, ha a címzési séma eléggé rugalmas ahhoz, hogy lehetővé tegye az adatforgalmat mind a távoli hálózatok (Wide Area Network = WAN) csomópontjaival, mind pedig a lokális hálózaton (Local Area Network = LAN) belüli csomópontokkal. A MAP viszony-rétegére (5: Session Layer) vonatkozó ajánlásai adnak opciókat a fenti kritériumok figyelembevételére.

102 14. elv: Lassúbb és megbízhatatlan kapcsolatok jelenléte nem ronthatja le a gyors és megbízható protokollok hatékonyságát. Ez az elv a szállítási réteg (4: Transport Layer) és az alsóbb rétegek tulajdonságaira nézve jelent követelményt. A CIM területén néha nagy nehézségekbe ütközik a megbízható adatátviteli szolgáltatások nyújtása. Azon célból, hogy ezt a problémát meg lehessen oldani, olyan szállítási protokollra van szükség, amely még akkor is magas megbízhatósági fokú, ha az adatátviteli közeg megbízhatatlan. Ez azonban feltétlenül nagy redundanciát követel meg, mind a kommunikáció, mind a feldolgozás területén. Egy ilyen protokoll alkalmazásának a jelenlegi szinten már nem a kommunikációs sebesség alacsony értéke, hanem az adatfeldolgozás lassúsága szab korlátot.

103 Ez az ellentmondás a nagyobb adatátviteli sebességnél tovább növekszik, hacsak az adatfeldolgozási és adatszolgáltatási sebességet nem lehet számottevően növelni. Ez elsősorban a protokollokkal szemben támasztott extrém megbízhatósági követelményeken tett engedmények és/vagy a hardver-technológiai szint növekedésének kérdése.

104 Általános elvek és szabályok Az ESPRIT módszertan a szabályalkotást szolgáló fokozatos kifejtés háromlépcsős módszerét alkalmazza az öt fő tématerület (CAD, PPS, CAPE, CAM, CAST mindegyikére: A)Időrendi folyamatábra, amelyben globálisan meghatározzuk a tématerületen szükséges tevékenységeket és eljárásokat; B)Alrendszer folyamatábrák, amelyekben részletesen meghatározzuk a tématerület egyes alrendszereinek funkcionális és eljárásbeli feladatait; C)Az alrendszerek célszerű csatlakoztatási felületeinek meghatározása. A módszertan lényeges tervezési szabályai a kifejtés B) és C) lépcsői során fogalmazódnak meg.

105 Törvényalkotás Az adatstratégia, processzálási stratégia és a kommunikációs stratégia összegyűjtött általános elvei, valamint •a részletesen kifejtett tématerületek szabályai és •a mindenkori ipari valóság és a tudomány aktuális teljesítőképessége alapján lehet megállapítani, melyek azok az egész CIM-re globális hatállyal érvényes törvények (tételek), amelyek leginkább alkalmasak a rendszerek és alrendszerek kiszolgálására és összekapcsolására (Ilyen törvény például a különböző (al-)rendszerek közötti kapuk számának minimalizálása. Nagyon szemléletesen és meggyőzően mutatja ezt - az egyébként nem ESPRIT-eredetű ábra).

106 5. A CIM-rendszerekben alkalmazható technológiai eszközök, eljárások Az elkülönült adatfeldolgozó rendszerektől a CIM-modellekig Az adatfeldolgozó rendszerek - a második és harmadik generációs számítógépek bázisán - a hatvanas években kezdtek elterjedni a világon, először a tervezést, szerkesztést és a hagyományos vállalatirányítást segítő számítástechnikai eszközökként, majd később, jóval szélesebb választékban, általánosabb rendeltetésű számítógéppel támogatott rendszerekként (készlet- és erőforrás- gazdálkodási rendszer, Production Inventory Control = PIC; CAD, CAM, CAE, stb.).

107 Korábban részletesen elemeztük, hogy a különböző számítógépes alkalmazásokat azonban egyedileg fejlesztették ki, ezért csak önálló részterületek hatékonyságának javítására szolgálhattak; a valóban nagy potenciális hasznot ígérő integrált termelés eszközeiként nem voltak felhasználhatók. A vállalatok különböző funkciói továbbra is elkülönültek és számos feladatot szükségtelenül redundáns módon oldottak meg (például a számítógépben tárolt darabjegyzékeket visszakeresték és felhasználták a gyártmánytervezési osztályon az ott telepített CAD rendszerekhez, majd egy más alkalommal újra lehívták azokat a termelésirányítási feladatokat ellátó osztály számára termeléstervezési és -ütemezési céllal). Nem érvényesült az integrált rendszerek tervezésének fontos alapszabálya, amely szerint: „információt csak azok vihetnek be a rendszerbe, akik az információt létrehozzák”. (Értelemszerűen érvényes ez a szabály a tárolt információ megváltoztatására is).

108 Az integrációs folyamat, amely a vállalat szervezeti szintjén erőfeszítéseket követel, egyúttal új kényszerítő feltételeket támaszt azok számára, akik a hardver- és szoftver-eszközöket szállítják, valamint azok számára is, akik szolgáltatásokat teljesítenek; az új rendszerek telepítéséért mindannyian felelősek. Az alkalmazásokat az integráció és a kölcsönös kommunikáció nagyon széleskörű stratégiája keretében kell kifejleszteni. A tudomány és a technológia területén gyakran megfigyelhető, hogy valamely kapcsolat felfedezése két szakterület között kölcsönösen előnyösen hat mindkettő fejlődésére. Ez rendszerint abban is megnyilvánul, hogy mindkét terület fejlődése felgyorsul. Könnyen felhozhatunk jól ismert példákat: infinitézimál-számítás és égi mechanika, kromoszómák és öröklődés, fraktál-geometria és meteorológia.

109 A CIM-megközelítés abban jut kifejezésre, hogy egy integráltan automatizált termelési környezet kialakítására felhasználható különféle alkalmazásoknak, mint alrendszereknek nemcsak a belső tulajdonságait kell tanulmányozni, hanem kommunikációs tulajdonságaikat is, amelyek meghatározóak a vállalati funkciók integrálásának javítása szempontjából. Gyártmánytervezés, gyártástervezés, gyártás A vállalat legfelső vezetésének képesnek kell lennie a vállalati erőforrások maximális kihasználására azon célból, hogy végrehajtsa az elfogadott vállalati politikát és elérje a kitűzött stratégiai célokat. Az információs rendszert ezért úgy kell megtervezni, hogy kielégítse a következő két követelményt:

110 (1) Minden kulcsfontosságú adatnak, amelyet a vállalatnál döntéshozatalra használnak, rendelkezésre állónak, naprakésznek és közvetlen hozzáférésűnek kell lennie. Ez elősegíti, hogy az arra jogosultak gyorsan és megalapozottan hozhassák meg döntéseiket. (2) A rendszer részletes terve garantálja, hogy a döntéseket a megfelelő hierarchiai szintek átvegyék és a belőlük következő feladatokat végrehajtsák. Amennyiben fontos döntések többé már nem jutnak el egy alárendelt szintre, a vállalat működésében zavar áll elő és ennek elhárítása igen költséges lehet.

111 Az irányítási funkció egy adott cég estében két adottságtól (ill. lehetőségtől) függ: (1) A közép- és hosszú távú tervezési követelmények szimulációjában használatos a termelési főterv (Master Production Schedule = MPS), amely a vállalat vállalkozási mozgásterén (meglévő és potenciális profilján, számbajöhető vásárlói körén, partnerein és versenytársain, felettes hatóságain, közelebbi és távolabbi környezetén, stb.) alapszik és segítséget nyújt közép- és hosszú távú tervezési döntésekhez. Az ilymódon érvényesített terv egyfajta megállapodást képez a vállalati vezetés és a különféle funkcionális területek képviselői között.

112 (2) A műszaki adatbázis (Technical Database = TDB), amelynek legismertebb, kulcsfontosságú adatállományát a darabjegyzékek (Bills of Materials) képezik. A darabjegyzék egy olyan fastruktúrával szemléltethető, amely megfelel egy összetett termék hierarchiai szintek szerint való lebontásának, ill. összeépítésének. A műszaki adatbázis lehetővé teszi, hogy a termelési főtervben foglalt globális információt a rövidebb időhorizontoknak megfelelő tervek a szükséges mértékben részletezzék.

113 A termékek mind rövidebbé váló életciklusai és az a versenyképességi követelmény, hogy a vállalat minél érzékenyebben legyen képes reagálni a piacnak új termékek iránti igényeire, indokolttá teszi, hogy a gyártmánytervezési és a gyártási funkciókkal ne elkülönített módon foglalkozzanak. A konstrukciós változtatások gyártástechnológiai változtatásokat vonhatnak maguk után, esetleg új fejlesztéseket igényelhetnek a gyártási folyamatban, ezért a két feladat-típust szoros egységben kell kezelni. A számítógéppel segített rendszerek funkciói között, amelyek a világ iparának minden szektorába egyre növekvő mértékben hatolnak be, a számítógépes gyártmánytervezés (CAD) talán a legnagyobb választékban előforduló, legismertebb rendszerfunkció.

114 A számítógépes gyártmánytervezés, amelyet a szakirodalom módszertani oldalról közelítve CAD-technológiának is nevez, a hetvenes évek elején érte el a szélesebbkörű alkalmazás szintjét és célja az volt (és ma is az), hogy a gyártmánytervezési részlegek tervezőmérnökeinek és technikai személyzetének termelékenységét jelentős mértékben emelje a minőségi szint megtartásával vagy javításával, a mindenkori számítógépes eszközrendszer nyújtotta lehetőségeket a lehető legjobban kihasználva. A termelékenység javulása esetenként egészen rendkívüli, tízszeres értéknél is nagyobb. Szakirodalmi források szerint a CAD rendszerek piaca 1987 és 1990 között több mint kétszeresére bővült.

115 A termelési módszereket más oldalról erősítik meg a számítógéppel segített gyártás (CAM) kategóriájába sorolt információs rendszerek, amelyek megkönnyítik a termelési programok kidolgozását és lehetővé teszik, hogy NC-gépeken végrehajtandó műveletek közvetlen vezérlésében számítógépet alkalmazzanak. A CAD és CAM funkcióknak egy új termék gyártásában vagy meglévő termékek javításában való integrálása kétségkívül nagyjelentőségű szakmai eredmény, amely gazdasági haszonnal is kecsegtet. Mindez számos ipari szakember és számítógépes rendszereket szállító cég esetében elvezet egy olyan, téves állásponthoz, hogy a két funkció egybeolvasztása (amit gyakran CAD/CAM-nak neveznek) már egyfajta CIM-nek tekinthető. A tévedés gyökerei történelmi eredetűek.

116 Történetileg a CAD és a CAM két különböző "világból" ered, amelyek eleinte semmit sem, vagy csak nagyon keveset tudtak egymásról: a CAD magával hozta a grafikus reprezentációt és a geometriai modellezés fejlődési stádiumait, a CAM pedig az NC-szerszámgépek számítógépes programozásának fejlődési fokozatait. Integrációjuk gyorsan kikényszerítette az adatcserék szabványosításának megalapozását: így jött létre a SET, IGES, STEP, VDA a gépészmérnöki és az EDIF a villamosmérnöki alkalmazások támogatására. A gyártmánytervezés, gyártástervezés és gyártás egységes megközelítését elősegítendő, a CAD és CAM funkciókat kombinálni kell egy olyan funkcióval, amely képes a gyártmányszerkezet definiálására.

117 Ennek érdekében a CAD/CAM integráció egy műszaki adatbázis-kezelő rendszerrel bővül tovább, vagyis a CAD/CAM adatokat az új, bővítő funkció további információval egészíti ki (például: méret-jellemzők, költségek, helyettesítő komponensek, fizikai tulajdonságok és műszaki-gazdasági sajátosságok). Ez az integráció már közelebb áll a számítógépes termelésirányítás követelményeihez.

118 Számítógépes konstrukciós tervezés A számítógépes konstrukciós tervezés (CAD) annak ellenére sem tekinthető pontos szakkifejezésnek, hogy a számítógéppel segített tervezési és végrehajtási funkciók (CAxx) között viszonylagosan a CAD rendelkezik a leginkább egyértelműen körülhatárolt tartalommal. A gépészeti tudományok területén rendszerint határt vonnak az objektumok egyszerű reprezentációja (amelyet a szakirodalom egyes esetekben számítógéppel segített rajz- és vázlatkészítésnek nevez és külön elnevezéssel is megjelöl: CADD = Computer-aided Drawing and Drafting) és azon módok szimulációja között, amelyekben az ilyen objektumok működnek (vagyis, amely a tervezést a szó valódi értelmében végrehajtandóvá teszi és ilymódon valóban a CAD területéhez tartozik).

119 Ami a CAD tudományterületi hovatartozását illeti, sokan még napjainkban is vitatják, hogy a CAD ténylegesen a mérnöki szaktudományokhoz vagy az alkalmazott informatika tudományterületéhez tartozik-e. A vita alapja az a nyilvánvaló tény, hogy a CAD egyfelől elválaszthatatlan a konstrukciós tervezés végrehajtásához szükséges és a tervezett objektumokat jellemző ismeretektől, másfelől információelméleti, információfeldolgozás- módszertani, továbbá meghatározott hardver és alapszoftver ismereteket egyaránt igényel; a két nézőpont dinamikus egymásrahatással tükröződik benne. Az is nyilvánvalónak látszik, hogy a CAD nem sorolható az absztrakt tudományok körébe a mindenkori számítástechnikai és szoftvertechnológiai eszközöktől való erős függése miatt.

120 Sokan osztják azt a nézetet, hogy a CAD jelenleg még a tudománnyá szerveződés stádiumában van, a belső fejlődését meghatározó specifikumok tudományos igényességgel és egyértelműséggel még nem határozhatók meg, ezért a CAD-t célszerű a konstrukciós tervezés emberi, tárgyi és informatikai erőforrásait és a felhasználásukhoz kötődő módszertanokat egységbe foglaló technológiának tekinteni. A CAD funkció keretében a tervező nagyon részletes tervezést hajt végre valós időben és interaktív módon. Rendszer-szinten az összegyűjtött adatok egységes adatmodellbe rendezettek, síkbeli grafikával jellemezhető objektumok (pl. lemezalkatrészek) esetében kétdimenziós (2D), térbeli leírást kívánó objektumok esetében háromdimenziós (3D) modellek szükségesek.

121 A konkrét követelményektől függően egy ilyen modell több különböző módon reprezentálható, például egy egyszerű 3D-s modell egyformán jól megjeleníthető perspektivikus rajz vagy 2D-s nézetek készletének formájában. Néha előfordul, hogy adott rendszer esetében "2 1/2 D"-s teljesítőképességről beszélnek. Természetesen ennek valódi geometriai (matematikai) érvényessége nincs, a kifejezés egyfajta szakzsargon, amely arra utal, hogy olyan 3D-s modell van a rendszerbe építve, amelyben a harmadik dimenzió bizonyos egyszerűsítő előfeltevések révén degradálódott (nagyon vékony alkatrészek, tengelyszimmetria, stb.). Egy korszerű CAD adatmodell képes gyors módosítások végrehajtására és lehetőséget ad szabványos rész-konstrukciók és alkatrész-paraméterezés használatára (például egy gördülőcsapágy grafikus modelljében, ahol a méretparaméterek a teljes termékcsalád reprezentációját megengedik).

122 5.1 ábra: A CAE által lefedett terület a gépészeti (konstrukciós) tervezésben

123 Szokványos követelmény, hogy egy korszerű CAD rendszer képes legyen a modellezendő objektumot olymódon kezelni és tárolni, hogy CAE szimuláció közvetlenül végrehajtható legyen (például feszültségállapot és alakváltozási állapot analízise összetett igénybevételnek kitett gépalkatrészek esetén, elektronikus áramkörök viselkedésének tanulmányozása, stb.). A CAE célja a termék olymódon történő kifejlesztése, hogy az ipari körülmények között való gyártás, a termék teljesítőképessége, valamint a költségek súlyozott optimum- feltételeknek tegyenek eleget (például: különféle tulajdonságokkal rendelkező szerkezeti anyagok és eltérő konstrukciós tervek összehasonlítása ugyanazon funkció teljesítése esetében).

124 A CAE funkció nemcsak a CAD rendszerből kinyert információt használja, hanem azt az információt is, amelyen számítógépes PIC- rendszerrel közösen osztozik, azon célból, hogy elemezze a mindenkori alkatrész funkcionális sajátosságait, az összetett termék kialakulásának folyamatát a konstrukciós tervezés szakaszában, továbbá szimuláció útján összehasonlítsa a konstrukciós terv- változatok teljesítőképességét. A szakirodalom jelenleg három alapvető alkalmazási területet jelöl meg, amely a CAE általános szakkifejezésnek tartalmilag megfelel (5.2 ábra):

125 5.2 ábra: A CAE funkció jellegzetes alkalmazási területei

126 1. Szerkezeti analízis, valamint a megbízhatóság és a hasznos élettartam előre-becslése (a végeselem-módszerrel való modellezés, vagy általánosabban: a fizikai viselkedés törvényeinek alkalmazása a CAD által szolgáltatott grafikus modellhez). 2. A teljesítőképesség előrejelzése vagy szimulációja (dinamikai, elektronikai vagy logikai rendszerek válaszainak szimulációja). 3. Működési folyamat szimulációja (egy adott folyamat vagy egy gyártómű (gyár, üzem, műhely, gyártórendszer, stb.) működésének modellezése, ütemezés szimulációjára szolgáló rendszer, operációkutatási rendszerek).

127 A jelenlegi CIM-megközelítésben valamely CAD rendszer és egy termelésirányítási rendszer integrációja (vagy interfészen keresztül való összekapcsolása) maga után vonja, hogy minden egyes komponenst vagy grafikus modellt index-szel kell ellátni egy darabjegyzékben (Bill of Materials) a műszaki adatok szintjén, amelyet a termelésirányítási rendszer felhasznál. Ezen a módon érjük el a legnagyobb hatékonyságot az előzetes tervezetek összehasonlító vizsgálatában és a termelési adatállományok előkészítésében (grafikus adatoknak valós időben történő integrálása a termelésirányítási rendszerrel).

128 Szerkezetek számításai és a végeselem módszer A végeselem módszer (Finite Element Method = FEM) minden kétséget kizáróan egyike a legszélesebb körben használt numerikus elemzési technikáknak a mechanikai CAD és CAE alkalmazások területén. Alapelve az, hogy a szóban forgó objektumot (pl. meghatározott funkciójú gépalkatrészt, pontosabban szólva annak egy megfelelő modelljét) nagyszámú egyszerű elemre osztjuk fel és mindegyikükre egy fizikai törvényt alkalmazunk. Ezt a feladatot viszonylag könnyű teljesíteni. A módszert számos területen sikerrel alkalmazzák, például a műszaki mechanika, a hőtan és az elektromágneses jelenségek legkülönbözőbb feladatai esetében, azonban ma a legkézenfekvőbb alkalmazást a mechanikai szerkezetek számításai jelentik.

129 A mechanikai szerkezetek számításai történetileg a XIX. századba nyúlnak vissza, a rudak és tartók szilárdságtani elméletének kialakulásához (St. Venant, Castigliano, Navier és mások). A számítások mátrix-módszerekre történő alapozása és az adatfeldolgozásnak mérnöki eszközként való terjedése hozta létre azt a tervezői környezetet, amelyben a klasszikus mechanikai elvek a FEM létrejöttéhez vezettek. Az első számítógépes programokat az elsőgenerációs számítógépek felhasználásával 1950 körül készítették repülőgép-szerkezetek szilárdsági számításaihoz. A hatvanas években a repülőgépgyártó, hajógyártó és nukleáris ipar egyre erősebb érdeklődést tanúsított az ilyen típusú programok, programrendszerek iránt. Erre az időre esik a NASA NASTRAN projektjének kidolgozása.

130 Azok a nagy nevek, amelyek a mai szoftverpiacokon jelen vannak, az 1960-as évek végén már feltűntek: NASTRAN, ANSYS, ASKA, SAP, SYSTUS, stb. Az első, kifejezetten CAD-profilú vállalkozásokat a hetvenes évek elején alapították és ebben meghatározó szerepe volt a grafikus terminálok és az első interaktív rendszerek megjelenésének. A mikro- és miniszámítógépek, amelyeknek teljesítőképessége csaknem azonos árak mellett folyamatosan emelkedett, 1985-re a fejlett országokban az egész ipar területén elterjesztették a FEM-rendszerek elfogadható sebességű és szolgáltatási szintű változatait. Egyértelműen kijelenthetjük, hogy nincs ma a világon repülőgép- tervező vállalat, amely ne használna nagyteljesítményű FEM-rendszert. Szakirodalmi források számolnak be arról, hogy az autóiparban mindennapos jelenség a szuperszámítógépeken (pl. CRAY) futó FEM- rendszer.

131 Például egy kocsiszekrény-fél FEM-analíziséhez legalább csomópontot vesznek figyelembe és a törésvizsgálati teszteket újabban FEM programok futtatásával váltják fel (pl. a francia PAM- CRASH programmal), jelentős megtakarításokat kimutatva, a korábbihoz hasonló biztonsági eredményekkel. A kicsiny rudaknak vagy tartóknak tekinthető egyszerű komponensekből olyan ideális struktúra-modell hozható létre, amelyre a szerkezet-számítás a következő általános lépésekben végezhető el:

132 1.Miután meghatároztuk az elmozdulásmező alakját az elemek mindegyikében, az erő-elmozdulás relációk megállapítására kerül sor a csomópontoknál, vagyis azoknál a pontoknál, amelyeknél az egyes elemi komponensek találkoznak egymással. Műszaki mechanikai szakkifejezéssel élve, meghatározandó a helyi merevségi mátrix (local stiffness matrix) minden komponensre. 2.A referencia-koordinátarendszer cseréjével ezek a mátrixok egy közös koordinátarendszerbe transzformálódnak; kialakul belőlük a globális merevségi mátrix (global stiffness matrix). 3.A rendszer megoldása (a globális merevségi mátrix inverziója) megadja a csomópontoknál vett elmozdulásokat. Az eljárásnak általában ez a leginkább számításigényes része. 4.Az alakváltozások és feszültségek ezt követően minden elemben kiszámításra kerülnek, az erő-elmozdulás és feszültség-erő összefüggések szerint.

133 A FEM kiterjeszti az ilyen típusú számításokat folytonos közegre is olymódon, hogy a tartományt egyszerű alakokkal (pl. háromszögekkel, négyszögekkel) a lehetséges legnagyobb számú résztartományra (subdomain) bontja. Míg a diszkretizáló folyamat nyilvánvaló egy rudakból álló rendszer esetén, a fiktív határok és csomópontok egy adott hálóját fizikai jelentés nélkül hozzuk létre a FEM használatakor. Ezt a hálót (hálózatot) szokás az objektum végeselem-hálójának (finite element mesh) nevezni. Ahelyett, hogy a lokális kontinuitási és rugalmassági egyenleteket közvetlenül integráljuk az objektum alakja által meghatározott tartományon, lehetőség van arra, hogy egyik cellától a másikig haladjunk előre, azzal az előfeltevéssel, hogy a számítási lépés eléggé kicsiny ahhoz, hogy csak a numerikus számításhoz tökéletesen adaptált, korlátozott terjeszkedést használjon fel.

134 Az egyes elemekben lévő elmozdulásmező variációjára vonatkozó további előfeltevéssel szokás élni, amely szerint a számításhoz egy különösen egyszerű matematikai forma, a polinomiális forma használható. Egy FEM-vizsgálat rendszerint három szakaszból áll: 1.az adatok összegyűjtése/kinyerése és megfelelő formára hozása (geometriai modellezés és hálógenerálás); 2.számítás; 3.az eredmények további felhasználása (posztprocesszálás).

135 A CAD-ből kinyerhető grafikus modell eltér attól a modelltől, amelyet a FEM által végzett számítások megkívánnak. Az alakok és geometriai jellemzők puszta reprezentációja nem elegendő ahhoz, hogy modellezze a struktúra tulajdonságait: szükség van arra is, hogy a struktúra belsejében egy hálót generáljunk. Ezen túlmenően, eltekintve a háromdimenziós tartomány háromszögesítéséből származó nehézségektől, a végeselemeknek helyesen kell kapcsolódniuk, azaz, két szomszédos elem közötti csatlakozási felületnél a számított értékeknek folytonosaknak kell lenniük. A csábítás, hogy a grafikus CAD modellt közvetlenül használják fel, igen gyakran kudarchoz vezet. Az olyan esetek, amelyekben az ilyen modellből automatikus átvitel megy végbe a végeselemekhez, rendkívül ritkák. A jelenleg használt természetes út az, hogy az alapként szolgáló geometriai modellt adnak át (támfelületek, burkolófelületek, stb.), amelyet ezután egyszerű elemekre osztanak fel.

136 A jelenleg hozzáférhető hálógenerálási technikákat annak az algoritmusnak a típusa szerint szokás osztályozni, amelyet a diszkretizálásra használnak. Három eset jöhet szóba, amelyek a következők: Növekményes hálógenerálás (incremental mesh generation). Ez egy csaknem teljesen manuális eljárás, amelyet 1975 körül fejlesztettek ki. Az első elemet a felhasználó definiálja, majd kijelöl egy irányt és egy növekményt egy adott referencia-koordinátarendszerben a végrehajtandó ismétlések számával együtt. Az ilymódon nyert elemsort egy másik irányban megsokszorozzák és az eljárást addig ismétlik, amíg a teljes tartományt befedi a háló (lásd: 5.3 ábra). A hálógenerálásnak ez a típusa azt jelenti, hogy a felhasználónak teljes mértékben tisztában kell lennie a modellben lévő összes számazonosítóval. Vagyis mérnök-specialisták szükségesek a módszer implementálásához és minden modell magán hordozza készítőjének "kézjegyét".

137 5.3 ábra: Növekményes hálógenerálás (FEM)

138 (2) Osztásszaporításos hálógenerálás (propagated mesh generation). Lényege, hogy a felhasználó először felosztja a tartományt az ellentétes oldalakat összekötő makro- elemekre, majd az így kapott makro-elemek mindegyikében belső felosztást készít az ellentétes oldalhatárok összekötésével (5.4. ábra). 5.4 ábra: Osztásszaporításos hálógenerálás (FEM)

139 (3) Szabadformájú hálógenerálás (Free mesh generation). Először 1984-ben javasolták, 3D-re még nem bizonyult teljesen hibátlannak. Egyik formája az automatikus hálógenerálásnak, amely lényegesen több elemet állit elő, mint amennyit egy szakember hozhatna létre a növekményes módszerrel. Ez gyakran százszor nagyobb megoldási időkhöz vezet és így nagyon erőteljes számítógépi processzort igényel (5.5 ábra). 5.5 ábra: Szabad(formájú) hálógenerálás (FEM)

140 Számítógéppel segített folyamattervezés (CAPP) A CIM tevékenységmodellekben a számítógéppel segített folyamat- tervezés egy specifikus, központi helyet foglal el (5.6 ábra). Az utóbbi harminc év során számos CAPP rendszert fejlesztettek ki, ezek egy részéről 1993-ban ElMaraghy készített a CIRP egy munkabizottságának közreműködésével átfogó elemzést. Mint ismert, ezek a rendszerek általában négy osztályba sorolhatók az alkalmazott alapelv szerint, azaz célszerűen megkülönböztetünk variáns-elvű, generatív-elvű, vario-generatív elvű és mesterséges intelligencia bázisú CAPP- rendszereket. A negyedik osztályon belül a szabályalapú, a neuronhálós és a genetikus algoritmusokra épülő rendszerek mellett kombinált CAPP-alkalmazások is egyre gyakoribbak, amelyekbe fuzzy- módszerek is beépülhetnek.

141 5.6 ábra: A CAPP funkcionális modul centrális helye a CIM-tevékenységmodellben

142 A CAPP rendszerek CIM-környezetbe való integrálása már a nyolcvanas évek elején megkezdődött. A CAD/CAPP integráció ekkor kezdte a figyelem középpontjába állítani az alaksajátosság-alapú (feature-based) geometriai modellezést. A CAPP egy másik fő irányzata, nevezetesen a számítógépes NC- és robotprogramozás mindenekelőtt a kommunikációs interfészek megalkotására koncentrálta erőfeszítéseit, összhangban a műhelyszintű termelésirányítás (Shop Floor Control) és a DNC-szerverek által támasztott igényekkel (CLData, NCL, MAP, MMS). A folyamattervezésnek a termeléstervezéssel és a logisztikai tervezéssel való integrálása sokáig csekély jelentőséggel bírt és főként az adatbázis- szerverek ellátására szorítkozott. A műhelyszintű számítógépes hálózatok, valamint a gyártási és munkahelyi adatok real-time gyűjtése világított rá arra, hogy az alkatrészgyártásban és a szerelésben számos zavaró tényező lép fel.

143 Ilyenek például: •a gépek meghibásodása •a szerszámellátásban bekövetkező zavarok •logisztikai zavarok •emberi tévedések •sürgős rendelések belépése, prioritás-változások •nem megfelelő minőség •szűkkeresztmetszetek létrejötte, stb. Ezek a tapasztalatok szükségessé teszik a CAPP funkciók, valamint a CAPP/CAxx integráció céljainak és módszereinek újraértékelését.

144 Integrált folyamattervezés és -irányítás Az alkatrészgyártási és szerelési folyamatok tervezése és irányítása igen összetett funkciók együttese, amely egy háromszintű modellezési és optimalizálási struktúrát igényel. A szintek és a kiemelt optimalizálási feladatok a következők (v.ö.: 5.7 ábra): 5.7 ábra: A diszkrét gyártási folyamatok tervezésének és irányításának háromszintű modellje

145 •Folyamattervezési szint: a műveleti sorrend és a műveletek optimalizálása, •Termeléstervezési szint: a szállítókészség, a készletszint és a kapacitás-kihasználás optimalizálása, •A közvetlen műhelyirányítás szintje: a határidők és költségek optimalizálása. A felsorolt három szinten az alkalmazható modellek és számbavehető erőforrások, valamint a célfüggvények és korlátfeltételek jelentősen különböznek. A folyamattervezés szintjén az alaksajátosság-alapú geometriai modellnek kulcsszerepe van. A termeléstervezés főként készletgazdálkodási, kapacitás- és műveletidő számítási modellekkel dolgozik. A közvetlen műhelyirányítás szintjén aggregált termelési- gazdasági és döntési modellek használatosak.

146 Azok az optimalizálási feladatok, amelyek az egyes szinteken lépnek fel, továbbá folytonos, diszkrét (kombinatorikus) és hibrid modellekkel írhatók le, egy olyan hierarchikus rendszerbe szerveződnek, amelyben az alacsonyabb szintű és időben a magasabb szint megoldása után sorra kerülő feladat a korlátfeltételeinek egy részét a korábban végrehajtott magasabb szintű feladat megoldásából kapja. Például diszkrét technológiai folyamatok esetén a folyamattervező rendszer hierarchikus szerkezetét felülről-lefelé követve szintenként választják ki a legmegfelelőbb folyamatszakaszt. Ebben a döntési láncolatban egy magasabb szint optimalizálása célokat és korlátfeltételeket szab az alatta lévőnek, az alsóbb szint pedig a még mélyebben lévő szint(ek) feltételes optimumának (5.8 ábra).

147 5.8 ábra: A szintenkénti optimalizálás elve hierarchikus szerkezetű, komplex tervező-rendszerekben

148 Ez a "felülről-lefelé" haladó (top-down) optimalizálási eljárás a hierarchikus szerkezetű rendszer bármely szintjén beleütközhet abba a problémába, hogy a magasabb szint által az alacsonyabb szint számára kijelölt potenciális optimalizálási tartománynak és az alacsonyabb szint saját feltételei által meghatározott tartománynak nincs közös része. (Halmazalgebrai analógiával élve, a két feltételhalmaz diszjunkt, közös részük tehát az üres halmaz). Ilyenkor az alacsonyabb szintnek a felette lévő szint számára visszacsatolás útján jeleznie kell, hogy nincs megoldás a magasabb szint eredeti kívánalmai szerint. Amennyiben a magasabb szint optimuma diszkrét paraméterértékkel kifejezhető és létezik véges számú második, harmadik, stb., legjobb potenciális megoldás-kombináció, a magasabb szint megkísérelheti a prioritási sorrendbe rendezett megoldásváltozatok ciklikus elfogadtatását az alacsonyabb szinttel.

149 Éppen ez az oka a műhelyszintű termelésirányításban dolgozó munkairányítók (diszpécserek) egyik mindennapos problémájának, nevezetesen annak, hogy gyakran nincs egyetlen olyan megoldás sem a műhelyirányítás szintjén, amely az irányítási döntésekre előirt összes korlátfeltételt egyidejűleg kielégítené. Ilyenkor emberi beavatkozással kell elfogadható kompromisszumot találni bizonyos feltételek fellazításával. A folyamattervezés és a műhelyszintű termelésirányítás integrálása révén előálló új problémák megoldására a közelmúlt szakirodalmában már találhatók javaslatok (ElMaraghy, Zhang). Közülük az ESPRIT által támogatott COMPLAN projekt adja a legátfogóbb elemzést (Kruth). A javasolt különféle megoldási módokat Zhang a következőképpen csoportosítja

150 Ha az összes felajánlott megoldásváltozat elfogadhatatlan az alacsonyabb szint számára, a magasabb szint feltételrendszerét is meg kell változtatni. Ehhez még magasabb szintre kell visszacsatolni, ahol vállalható az eredeti feltételek megváltoztatásának felelőssége. Szokás az itt körvonalazott eljárást vertikális dekompozíciónak is nevezni, amely megfelelően kapcsolt hierarchiai szintek esetén átfogó és konzisztens megoldást nyújt a szintenként kitűzött feladatokhoz. A módszer hiányossága, hogy csak hierarchikus szervezettségű determinisztikus modellek összekapcsolására használható és nem tudja számításba venni a valósidejű zavarásokat. Egy további nehézséget okoz, hogy az 5.7 ábrán szemléltetett három funkcionális modell időben és funkcionálisan úgy kapcsolódik egymáshoz, hogy az alacsonyabb szintű modellekben egyre bonyolultabb, aggregált célfüggvények lépnek fel.

151 1."Nemlineáris" folyamattervezés ("Non-linear" Process Planning (NLPP)). A nem szerencsés, szakmailag is ellentmondásos elnevezés valójában alternatív folyamattervek elkészítését és alkalmazását jelenti műhelyszintű termelésirányítási döntések támogatására. 2.Zártciklusú (visszacsatolt) folyamattervezés (Closed-loop Process Planning (CLPP)). Egy CAPP-rendszer segítségével újragenerálják a folyamatterveket a valós műhelyszintű státusz-adatok alapján. 3.Megosztott folyamattervezés (Distributed Process Planning (DPP)). A folyamattervezést egy előzetes és egy végleges fázisra osztják fel. Az utóbbi csak a valós adatok ismeretében generálható. 4.Alkalmazkodó szabályozás (Adaptive Control (AC)). A műveletek közvetlenül az adott gépen mért adatok alapján, visszacsatolással irányíthatók. Az irányítás taktikai céljait a műhelyszintű irányítás határozza meg.

152 A négyféle megoldási lehetőséget erősen egyszerűsítve, összefoglalóan szemlélteti az 5.9 ábra. 5.9 ábra: A számítógéppel segített folyamattervezés különböző módszereinek helye és szerepe a folyamattervezés, a termeléstervezés és a műhelyszintű irányítás rendszereinek integrálásában

153 A felsorolt megközelítési módok mindegyikének vannak hátrányai és alkalmazási feltételei. Az alternatív folyamattervek nagyméretű adatbázist és új döntéstámogatási rendszereket igényelnek. A zártciklusú folyamattervezés magasszintű információ-feldolgozási környezetet kíván, amelyben csoporttechnológiai szolgáltatások, a variánselvű folyamattervezés eljárásai és számítógépes hálózati szolgáltatások egyaránt hozzáférhetők. A megosztott folyamattervezés csak akkor hajtható végre, ha magas automatizáltsági és integráltsági fokú környezet áll rendelkezésre, ezért alkalmazási köre, összehasonlítva az előző két megközelítési móddal, eléggé speciális és szűk. Végül, az alkalmazkodó szabályozást illetően a viszonylag drága technikai megoldás szűkíti le a szóbajöhető alkalmazási területet.

154 A "robusztusság" kritériuma a diszkrét gyártási folyamatok tervezésében A robusztus irányítás (robust control) fogalma a nyolcvanas évek elején tűnt fel a folyamatirányítás elméletében (Process Control Theory) és egyre nagyobb jelentőségre tesz szert. Az irányításelmélet egyik régi problémája, hogy a determinisztikus módon tervezett vezérlők csak egy meghatározott vezérlési struktúra számára optimálisak valamilyen kritérium szerint (a legtöbb esetben a legkisebb négyzetes eltérések módszerét használják az eltérések figyelembevételére), azonban az alapjel megváltozásakor, a szabályozott szakasz változása esetén vagy egy zavarójel felléptekor az optimális működés nem garantálható.

155 A gyártórendszer általánosított modellje csak bonyolult sokváltozós, diszkrét állapotegyenletek segítségével irható le. A gyártórendszerek dinamikus állapota rendszerint olyan beavatkozó (irányítási) döntésekkel befolyásolható, amelyeknek paraméterei főként diszkrét, véges halmazok, vagy olyan paraméterekkel, amelyek homogén (egyváltozós) vagy inhomogén (többváltozós) korlátfeltételeknek vannak alárendelve. A gyártórendszerek irányítása szintén tartalmaz tervezési és végrehajtási funkciókat. A tervezési funkciók generálják a technológiai és a termelési terveket előzetes formában. A végrehajtási funkciók a valósidejű gyártásirányítás döntéseit hozzák meg (5.10 ábra).

156 5.10 ábra: Tervezési és végrehajtási funkciók a gyártásirányításban

157 Egy integrált gyártásirányítási rendszer, amely képes a bizonytalanságokhoz alkalmazkodni és egyidejűleg optimalizálni a technológiai folyamatokat a termelési célfüggvények alapján, két alapvető módszert alkalmazhat. Az egyik: robusztus alternatív technológiai tervek és termelési tervek alkalmazása, a másik: a gyártásirányítás adaptív újraütemezése. A technológiai folyamattervezés robusztussága az alternatív ("nemlineáris") folyamatterveken nyugszik, amelyeket itt tágabban értelmezünk. Az alternatív technológiai folyamattervek egy hierarchikus adatstruktúrát képeznek (5.11 ábra).

158 5.11 ábra: Robusztus technológiai folyamattervek hierarchiája

159 A hierarchia legmagasabb szintjén az előzetesen már megtervezett műveletek változataiból álló halmaz helyezkedik el, sorrendi relációk figyelembevételével(*). Reprezentálásukra a technológiai gráfok és a Petri- hálók egyaránt alkalmasak. A műveleti sorrend klasszikus optimalizálási feladatának megoldása a dinamikus programozás és a szigorított utazóügynök feladathoz kifejlesztett speciális matematikai modell kombinált alkalmazásával lehetséges, de meg kell jegyezni, hogy a legelőnyösebb műveleti sorrend megtalálása sokműveletes gyártási sorrend esetén meglehetősen nehéz és számításigényes. Nagyméretű gráfokkal szemléltethető keresési feladatokhoz a Branch and Bound módszert és újabban a genetikus algoritmusokat alkalmazzák sikeresen (Váncza). A genetikus algoritmusok különösen előnyösen alkalmazhatók a robusztus technológiai folyamattervek generálására, mivel a mindenkori (aktuális) alternatív folyamattervek könnyen minősített csoportokba rendezhetők a genetikai populációk analógiája segítségével. (*) Horváth Mátyás a kb. azonos pontosságot, átlagos érdességet és egyéb állapotparaméter-értékeket eredményező alternatív megmunkálásokból képezett halmazoknak a legdurvább nyers állapottól a legfinomabb készállapot irányába rendezett sorozatát primer sorrendnek nevezi.

160 A műhelyszintű termelésirányítás ezekkel a minősített folyamatterv- csoportokkal hatékonyan támogatható. Az alternatív technológiai folyamattervek egy következő szintje tartalmazza a műveletek alternatív hozzárendelését a munkahelyekhez (gépek, berendezések). A mindenkori (aktuális) hozzárendelés eredményeképpen a szóban forgó művelet ideje és költsége természetesen szintén megváltozik. A termeléstervezés szempontjából ezek az adatok azért fontosak, mert a mindenkori PPS rendszer a termelési főterv (Master Production Schedule) időhorizontonként lebontott feladatait, így a kapacitások kihasználását, a szállítási határidők teljesítését és a termelési költségek minimalizálását ezeknek az adatoknak a felhasználásával oldja meg.

161 A valósidejű gyártásirányítás gyakran nem tud használatba venni egy alternatív munkahelyet (gépet), mivel a korábban számításba vett gép meghibásodott, vagy szűk-keresztmetszetté vált, esetleg valamelyik szerszám, befogókészülék vagy NC-program nem hozzáférhető a tervezett művelet számára. Az egyes műveletekhez tartozó alternatív munkahelyek különböző prioritások szerint rendezhetők és adatbázisként szolgálhatnak egy döntéstámogató rendszerhez.

162 A technológiai paraméterek szerepe a robusztus folyamattervezésben Az optimális technológiai paraméterek meghatározása (pl. forgácsoló megmunkálások esetén az optimális forgácsolási feltételek rögzítése) a technológiai folyamatok tervezésének egyik klasszikus, rendszeresen visszatérő feladata. Az olyan forgácsoló műveletekre, amelyeknél a leválasztott pillanatnyi forgácskeresztmetszet első közelítésben konstans (vagyis ún. kvázistacionárius forgácsolási folyamat esetében), az optimalizálási modell hosszú idő óta ismert és számos megoldási módszert is publikáltak (Goranszkij, Tóth, Ravignani, Somló, Tipnis, White, Kilic és mások).

163

164

165

166

167 Az itt bemutatott általános matematikai modellstruktúra bármilyen forgácsoló megmunkálás esetén alkalmazható a konkrét modell származtatására. Amennyiben vannak olyan paraméterkombinációk, amelyek az összes korlátfeltételt kielégítik, vagyis a megoldáshalmaz nem üres halmaz, az optimális paraméter-értékek és a célfüggvény extrémuma numerikus és/vagy grafikus eljárásokkal meghatározható. Az ábra a Somló János által javasolt módszer geometriai interpretációjára utal.

168 5.12 ábra: Optimalizálási modell nagyoló esztergálási műveletelemhez

169 Meg kell azonban jegyezni, hogy a bemutatott matematikai modell alapján meghatározott ui paraméterek használhatósága erősen korlátozott. Ennek okai a következők: •Nem-stacionárius forgácsolási folyamat esetében a modell nagyon bonyolulttá válhat. •A műveletelemenként külön-külön számított lokális optimumok nem robusztusak, ellenkezőleg, rendkívül érzékenyek a változásokra. Az optimalizálási feladat matematikai modellje csak technológiai és fizikai korlátozásokat tartalmaz. Az így meghatározott adatokat - NC szerszámgépek számítógépes programozása esetén - azonnal az alkatrészprogramba posztprocesszálják. Ez az előidejű tervezés nem számolhat a termelési folyamat olyan eseményeivel, amelyek a termelés tényleges megvalósítása, a valósidejű gyártásirányítás során merülnek fel (pl. kapacitások kiesése, szerszámhiány, rendelések prioritásának megváltozása, stb.).

170 A korszerű gyártás nem az egyes műveletelemek, nem is az összetettebb műveletek költségoptimumát, hanem a teljes gyártási folyamat sok esetben összetett, többkomponenses jósági fokának (performance index) optimalizálását igényli. Mai tudásunk szerint ez igen nehéz feladat. Számítógéppel integrált rendszerekben a technológiai tervezés, a termeléstervezés és a műhelyszintű termelésirányítás (Shop Floor Control) integrált együttműködése hozhat megoldást. A szerzőnek Detzky Ivánnal és Erdélyi Ferenccel közösen végzett sokéves kutatómunkája, amelybe 1993-tól Rayegani Farzad is bekapcsolódott, arra vezetett, hogy az előbbiekben említett integrációt egy célszerűen megválasztott új állapotváltozó, a technológiai intenzitás (forgácsolásnál: rate of stock-removal, Q [cm3/min] változó) jelentősen támogathatja. A kutatócsoport javaslata szerint a nagyoló műveletek tervezésénél elegendő a technológiai intenzitást optimalizálni. Ez egyszerűbben és gyorsabban megoldható, mint a fogásmélység, előtolás és forgácsolási sebesség háromváltozós optimalizálási feladata.

171 Fontos felismerés, hogy csoporttechnológiai módszerek alkalmazása esetén a vezéralkatrészre számított optimális intenzitás az egész csoportra érvényes. Ha az alkatrészek nyers- és készdarabját CAD- rendszerrel tervezték, a műveletekben leválasztandó anyagtérfogat (Vm [cm3/min]) számítógéppel könnyen és gyorsan számítható. Ez pedig lehetővé teszi, hogy a termelésirányítás számára legfontosabb adatok, a megmunkálási idők és költségek számíthatók legyenek. A szükséges összefüggések a következők:

172

173

174 Miért tekinthetjük a (Q,R,  ) állapottérben végzett optimalizálást robusztusnak? A (Q,R) síkon nemcsak az optimális forgácsolási feltételek (Q0,R0) határozhatók meg, hanem a ráhagyás-leválasztás azon korlátértékei is, amelyek az állapotváltozók korlátfüggvényeihez hozzárendelhetők (például a forgácsolási sebesség alsó és felső korlátértéke, a teljesítménykorlát és az éltartamkorlát). A mindenkori optimalizálási tartomány változása, degenerációja nagyon szemléletesen mutatja a forgácsolási feltételek kedvező vagy kedvezőtlen változásait. Ésszerű (indokolt) irányítási stratégia alapján meghatározott Q intenzitás később még nagyon sok d,f,v kombinációra bontható, vagyis Q stabil (robusztus) maradhat a tényezők jelentős változása mellett is. A következő irányítási stratégiákat szokás figyelembe venni:

175 Meghatározandó a lehetséges legnagyobb anyagleválasztási intenzitás: a gyártóberendezés teljes kihasználtsága esetén ("szűk keresztmetszet" (bottleneck)); a termelésirányítás által megkívánt szerszáméltartam betartásával; az adott műveletre (műveletelemre) megengedett legnagyobb költség figyelembevételével; a minőségbiztosítási követelmények teljesítésével, a műveletre (műveletelemre) sorozatgyártási feltételek között előirt határidő betartásával. Ha a különböző prioritásokat tükröző, ezen (Q, R) adatok hozzáférhetők a termelésirányítás számára, nagyon gyorsan meghatározhatók az aktuális K , tg, T adatok, amelyek szolgáltatása a számítógépes döntéstámogatás egyik alapvető célja.

176 Vagyis, a technológiai intenzitás használatának előnye abban is megmutatkozik, hogy a termelésirányítás saját prioritásai alapján határozhatja meg a határidők tartásához, a szűk keresztmetszetek feloldásához vagy a szerszámokkal való takarékossághoz tartozó kívánt technológiai intenzitást. A fizikai-technológiai korlátok ilyenkor esetleg kompromisszumos megoldásokat jeleznek. A termelési és fizikai-technológiai korlátok együttes kezelése így szemléletesebbé, gyorsabbá, megvalósíthatóbbá válik. Bármilyen módon határozták is meg Q0 értékét egy konkrét műveletre, a hozzátartozó technológiai adatok (d,f,v) gyorsan hozzárendelhetők, akár a cellavezérlés vagy a DNC szerverek, sőt az NC-gépek override funkciójának segítségével is. Tekintsük az ábrát, amely azt szemlélteti, milyen tranzakciók segíthetik elő a folyamattervek robusztusságát, a változó feltételekhez való adaptálhatóságot:

177 1.A folyamattervezés több alternatívát kínál minden műveletre (műveletelemre), alternatív technológiai intenzitás-adatokkal; 2.A termeléstervezés átadja az előirt leválasztási intenzitás értéket a CAPP-rendszer művelettervezési (műveletelem-tervezési) szintjére (megosztott folyamattervezés); 3.A műhelyszintű termelésirányítás igényelhet csökkentett vagy megnövelt anyagleválasztási intenzitást, akár a finomprogramozáshoz, akár a műhely aktuális státusza alapján. Például, ez a követelmény NC-gépek esetén egy másodlagos posztprocesszálással teljesíthető (zárthurkú folyamattervezés). 4.Ha felügyeleti rendszer vagy adaptiv szabályozórendszer működik az adott gépen, akkor az anyagleválasztási intenzitást a cellavezérlő szintjén egy ún. "override" interakció segítségével lehet megváltoztatni.

178 5.13 ábra: A Q technológiai intenzitásszerepe a PPS-CAPP-CAPC integrációban

179 A technológiai intenzitás alkalmazása megmunkálási idők előre- becslésére különösen a technológiai előtervezés szakaszában indokolt, amikor sok gyártmány még nagyobb számú alkatrészének gyártásáról stratégiai döntéseket kell hozni. Ezen a tágabb időhorizontú tervezési szinten csak feltételezett gyártóapparátussal lehet tervezni, amely jelentős mértékben eltérhet a valósidejű gyártás során rendelkezésre bocsátott tényleges berendezés- és eszközfeltételektől. Teljesen indokolatlan és felesleges az előtervezés szakaszában konkrét megmunkálási paraméterek értékeivel (d,f,v) foglalkozni, ha a gyártóberendezés valójában csak esetleges, feltételesen áll rendelkezésre. Ugyanakkor, mint megmutattuk, az időadatok az anyagleválasztási intenzitásból és a leválasztandó ráhagyásból elegendő pontossággal meghatározhatók.

180 Az 5.14 ábra a CAPP-rendszerek egy széles körben elfogadott, hierarchikus felépítését vázolja a legfontosabb CAxx interfészekkel. Az 5.15 ábra egy olyan CAPP-rendszer koncepcióját mutatja be, amelyben az előtervezés két további nagyobb tervezési blokkra osztottan szerepel, ezek: a szerelési folyamat tervezése és az alkatrészgyártási folyamat előzetes tervezése. Az ábra nyomatékosítja azt a korábban kevéssé felismert tényt, hogy az alkatrészgyártási folyamat el sem kezdhető a szerelési folyamat megtervezése nélkül (CAPP-I), hiszen itt derül ki, melyek lesznek a helyben gyártandó alkatrészek.

181 Az is jól érzékelhető az ábrából, hogy a CAPP-II. rendszer sok gyártmány még több alkatrészével foglalkozik, például a csoporttechnológia eszközeivel; ugyanakkor a CAPP-III. rendszer egy tetszőleges, de választás után rögzített alkatrész technológiai folyamatának tervezésére használható. A Q technológiai intenzitás elsődleges alkalmazási területe az előzőekben elmondottak szerint a CAPP-II. rendszer keretében jelölhető meg. Természetesen, a CAPP- PPS interfészek egy konkrét alkatrész esetében is nyújtanak előnyös alkalmazási lehetőségeket.

182 5.14 ábra: CAPP rendszerek szokásos felépítése a legfontosabb interfészekkel

183 5.15 ábra: Kilencszintű, korszerű struktúrájú CAPP rendszer, amelyben a technológiai intenzitás a CAPP-II. és CAPP-III. blokkokban egyaránt fontos szerepet játszhat


Letölteni ppt "Prof. Tóth Tibor a műszaki tudomány doktora. 1. Bevezetés A fejlett iparral rendelkező országokban a gépiparnak kulcsszerepe van (EU: a második legnagyobb."

Hasonló előadás


Google Hirdetések