МОДУЛЬ «ПОМОЩНИК ТЕХНОЛОГА», КАК ЧАСТЬ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ КАБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы разработки комплекта технологической документации для сопровождения технологии изготовления кабельно-проводниковой продукции. Проанализирована система, которую придерживается служба Главного технолога в вопросе ведения документооборота. Сформулированы основные функциональные обязанности инженера - технолога, а также определены взаимосвязи в работе структурных подразделений с технологической документацией для производственного процесса. Определена функциональная нагрузка технологов, как область Конструкторской подготовки производства, которая включает в себя обширный массив разнородной производственно-технологической и экономической информации кабельного предприятия. Рассмотрены различные варианты решения вопросов организации работы инженера-технолога кабельного производства. На базе экспертной системы разработан Модуль «Помощник технолога», применение которого в технологическом процессе исключает влияние «человеческого фактора» и наличие субъективной оценки в данной области задач, обеспечив быстродействие в выполнении технологии. Поставленная задача решается на базе искусственного интеллекта, который обеспечивает быстроту и достоверность в разработке технологической документации и ее интеграцию в технологию.

ABSTRACT

The article deals with the development of a set of technological documentation to support the technology of manufacturing cable and wire products. The system, which is adhered to by the Chief Technologist service in the matter of document management, is analyzed. The basic functional duties of the engineer - technologist are formulated, and also interrelations in work of structural divisions with technological documentation for production process are defined. The functional load of technologists is defined as the area of Design preparation of production, which includes a vast array of heterogeneous production-technological and economic information of the cable enterprise. Various variants of the solution of the issues of organizing the work of the engineer-technologist of cable production are considered. On the basis of the expert system the Module "Technologist's Assistant" is developed, application of which in the technological process excludes the influence of "human factor" and the presence of subjective assessment in the given field of tasks, providing fast performance of technology. The task is solved on the basis of artificial intelligence, which provides speed and reliability in the development of technological documentation and its integration into the technology.

Ключевые слова: нормативно-техническая документация, кабельное производство, технологический процесс, экспертная система, маршрутная карта, технологическая карта, карта эскизов, конструкция кабеля, искусственный интеллект, кабельные машины, кабельно-проводниковая продукция, машинное зрение.

Keywords: normative and technical documentation, cable production, technological process, expert system, route map, technological map, sketch map, cable design, artificial intelligence, cable machines, cable-wire products, machine vision.

Применение искусственного интеллекта (ИИ) на производственных площадках позволяет инженерно-техническим работникам значительно высвободить свое рабочее и интеллектуальное время, т.к. этой системой осуществляется возможность реализовать выполнение большинства работ, решая стандартные производственные задачи по существующим алгоритмам поиска и их воспроизведения. Как правило функционал данной системы включает в себя две составляющие: правила, распознающие условия и действия, содержащие данные, как справиться с условием.

Инженер-технолог кабельного производства играет одну из основных ролей в производственном процессе изготовления кабельно-проводниковой продукции [1-3]. В его должностные обязанности входит обеспечение эффективного функционирования технологического процесса, как для отдельной кабельной машины, так и по всей технологии в целом, с учетом ее оптимизации. Функции, закрепленные за технологом кабельного производства, приведены в таблице-1 [1-3].

Таблица 1.

Функциональные обязанности инженера технолога кабельного производства

Помимо вышеперечисленных функций, инженер-технолог кабельного производства осуществляет [1-3]:

• внедрение средств автоматизации, которые строятся на базе современных технологий и возможностей автоматизации производственных процессов,
• освоение новых видов кабельной продукции, для развития и повышения конкурентоспособности кабельного завода,
• управление новыми проектами в рамках основания новых видов продукции, в части ввода в эксплуатацию новых кабельных машин и постановки кабельной продукции на производство.

Следует отметить, что работа инженера-технолога ведется в тесной взаимосвязи с производственной и метрологической службами предприятия, а также внутренними структурами Службы Главного технолога (технические бюро по кабельным направлениям, отдел стандартизации и нормоконтроля), что постоянно помогает поддерживать производительность, точность и надежность работы как основного, так и вспомогательного производства, а также обеспечивать высокое качество выпускаемой кабельно-проводниковой продукции (КПП).

Данную работу сотрудников службы Главного технолога кабельного завода можно отнести к сфере «Конструкторской подготовки производства» [1-3], в которая сосредотачивает в себе и постоянно обрабатывает достаточно обширный массив разнородной информации, а именно:

Исходная - содержит сведения по всей используемой в производственном процессе НТД (МЭК, ГОСТ), номенклатуре (макропозиции) КПП, данные технических паспортов на задействованное в технологическом процессе кабельное оборудование (основное и вспомогательное), технические характеристики технологического инструмента и оснастки, данные серт ификатов соответствия на используемое в производстве сырье и материалы (технические параметры);

Расчетная – конструкции и конструктивные параметры кабелей и проводов, маршрутные, технологические и эскизные карты, расчет масс материалов по конструкциям кабелей и проводов, нормы и расход сырья и материала необходимый для производства кабельного изделия, а также их нормы отходов;

Контрольные параметры, режимы работы технологического кабельного оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, которые соответствуют конструктивным требованиям и действующей на предприятии нормативной документации.

Следует отметить, что «исходная информация», являясь входным или начальным массивом данных, при правильно выбранной методике, должна формировать расчетные документы, ориентированные на определенные технологические цепочки в рамках марки кабельного изделия обозначенной, как выпускаемая номенклатура. Она определяет структуру технологических цепочек по изготовлению номенклатурных рядов КПП с указанием контролируемых параметров по режимам работы, контрольно-измерительной аппаратуре и межоперационных контролях. Вся эта работа, рассматривается как единый объем, и выполняется в рамках установленного производственного задания. Несмотря на то, что данный подход к работе является общим, он прежде всего адаптирован к требованиям и особенностям производственной задачи для конкретного кабельного изделия [1-3].

Основное рабочее время, в функциональной нагрузке технолога, затрачивается на разработку комплекта конструкторской технологической документации (конструкция кабельного изделия, маршрутная, технологическая и эскизные карты, нормы расхода и отходов на изготовление КПП), которое может быть более рационально использовано, при обеспечении эффективной автоматизации данного процесса [1-3]. В настоящий момент кабельные предприятия используют различные программные средства и инструменты для упрощения этой работы, связанной с множественными (типичными) расчетными массивами. Разработка и документирование технологии изготовления КПП осуществляется по определенным алгоритмам, где работа входных и выходных данных, а также действующие в технологии ограничения и особенности имеют установочные значения, регламентированные нормативной и технической документацией.

Следует отметить, что Комплект конструкторско-технологической документации, является исходным и основополагающим документом для работы других служб кабельного предприятия (таблица - 2):

Таблица 2

Взаимосвязь данных Комплекта технологической документации на изготовление КПП с работой структурных подразделений кабельного завода

Однако использование программного продукта только для разработки нормативной документации не может давать в полной мере удовлетворительного результата, т.к. должностные обязанности инженера-технолога не ограничивается только работой, связанной с разработкой комплекта технической документации на изготовление определенной номенклатуры КПП, его функции шире [1-3], он должен:

• сопровождать технологию, постоянно отслеживая изменяющиеся параметры: технологического оборудования, изменения, которые зависят от его физического и технического состояния машины; уровня обеспечения технологии сырьем и материалами соответствующих требованиям НТД, а также квалификация обслуживающего персонала; влияние возмущающих воздействий (перепады напряжения сети, вибрация, изменение внешнего температурного поля);
• вносить изменения исходных данных в расчеты Комплекта технологической документации, т.к. существуют необратимыми изменения технического состояния кабельного оборудования, которые негативно сказываются на точность и достоверность, имея негативные последствия на увеличение расхода материала и сырья, повышенные показатели энергопотребления;
• контролировать за соблюдением конструктивных параметров выпускаемого кабельного изделия в процессе производства, посредствам визуального осмотра изготавливаемого кабельного изделия, с целью определения качества поверхности проволоки, токопроводящей жилы (ТПЖ), изоляции, шланга/оболочки;
• контролировать режимы работы технологического оборудования в процессе производства.

Следует отметить при этом, что технолог осуществляет контроль не одной (в некоторых случаях до 8) технологических операций и работу до 20 единиц технологического и измерительного оборудования, то сфера его внимания расширяется, а в зоне контроля сосредотачивается очень большой поток информации, что значительно увеличивает влияние «человеческого фактора» на качество изготавливаемой кабельной продукции, которое становится очень большим [4].

Быстрая реакция на изменение технологических параметров и контроль выполнения одним человеком такого объема информационных потоков невозможна, т.к. требует большого времени на физическое исполнение, анализ и соблюдение соответствия постоянно обновленных значений в производственной, технологической и расчетной базах. Поэтому, решение вопроса правильной организации работы инженера-технолога сводится к созданию информационно-вычислительного Модуля, как экспертной системы «Помощник технолога», который исключит влияние «человеческого фактора» и субъективной оценки в данной области задач обеспечив быстродействие в выполнении технологии, быстрый и своевременный, а главное достоверный функционал в принятии производственных и технологических решений в рамках выполнения производственного задания. Поставленная задача, для рассматриваемого нами случая, может быть решена внедрением интеллектуализации данного объема работ [5-9].

Весь перечисленный объем работ, закрепленный за инженером-технологом, его функциональная нагрузка в рамках производства определенной номенклатуры кабельного изделия, может быть обобщена в «Конструкторскую подготовку производства» (рис.1), которая включает в себя область задач:

Технологическую оснащенность производственного процесса, включающую в себя технические и паспортные сведения о задействованном основном и второстепенном технологическом оборудовании (паспортные и фактические параметры), измерительных средствах, включая данные технических паспортов на каждую единицу, а также технические параметры технологической оснастки и инструментов;

Нормативные документы: полную информацию, включающую в себя все нормативно-технические документы, действующие на законодательном уровне в Республике Узбекистан (МЭК, ГОСТ), а также комплекты технологической документации (ранее разработанной и утверждённой с ГосСтандарте).

Номенклатура производимой кабельной продукции, которая содержит весь номенклатурный ряд выпускаемых кабельных изделий, конструктивные параметры, свойства, сертификационные сведения как для сырья и материалов, так и для готового изделия, под операционные нормы расхода сырья и материалов и нормы отходов.

Рисунок 1. Область задач Модуля «Конструкторской подготовки производства»

Анализ производственных и технических данных по работе кабельного оборудования показал, что существуют серьезные отклонения паспортных и реальных технических показателей, которые негативно сказываются как на возможности соблюдения технологического регламента, так и на качественных показателях готового кабельного изделия. Быстрая и точная корректировка значений в технологической документации может быть достигнута путем внедрения Экспертной системы - Модуль «Помощник технолога», работа которого позволит повысить не только качество выпускаемой КПП, но и способствовать росту экономических показателей (экономия сырья и материалов за счет рационализации системы их расхода, учет остатков и незавершенного производства в цехах/участках, сокращения отходов кабельного производства), а также обеспечить быстродействие и гибкость производства, как на случай выхода из строя технологического оборудования, изменения технологического маршрута и задействованного технологического оборудования, так в части синхронизации скоростных параметров кабельных машин в технологической цепочке в рамках выполнения определенной технологии [9-11].

Рассматриваемый Модуль — это система, использующая большие данные, которую можно разделить на последовательно стоящие подсистемы с функциями генерации, сбора, хранения и анализа данных (рис.2) [9, 11, 12].

Рисунок 2. Жизненный цикл данных экспертной системы - Модуль «Помощник технолога»

Рациональное управление большими массивами изменяемых информационных потоков и данных в поддержании необходимого «качества данных» путем правильно выбранных или разработанных приложений, играет ключевую роль в обеспечении эффективности технологии и позволит соответственно обеспечивать высокое качество готового кабельного изделия (рис. 2) [4].

Само определение «качество данных» отражает процессы, протекающие в технологии по идентификации, анализу и устранению ошибок в массивах данных, что обеспечивает высокую эффективность в принятии решений, а также регулирование и оптимизацию различных процессов происходящих, в рамках определённых закономерностей в рассматриваемой производственно-технологической системе предприятия [9-11]. К функциям по работе с потоками данных, которые циркулируют в технологическом секторе кабельного производства, на рассматриваемом нами уровне Модуль «Помощник технолога», можно отнести:

Обработка неструктурированных данных, представляющие собой большие потоки данных с неструктурированной информацией (текстовый документ, изображения, видео и т.д.).

Анализ в режиме реального времени для больших массивов данные требуют быстрой реакции в принятии решения, в плане перестройки режимов работы технологического оборудования и выдачи рекомендаций о возможности смены маршрута изготовления и задействования резервных кабельных машин.

Формирование статистики и прогнозов для поддержания технологии в требуемом качественном диапазоне, необходимых объемов производства, оптимизации запасов сырья и материалов, анализ загрузки производственного оборудования и его рациональное использование.

Управление производственными процессами путем углубления уровня автоматизации и оптимизацию работы кабельного оборудования, прогнозирование сбоев и аварий, а также эффективное управление энергопотреблением для повышения эффективности производства и сокращения производственных затрат.

Обеспечение высокого качества готовой кабельной продукции за счет постоянного мониторинга (непосредственно на кабельных машинах – испытательное оборудование), качества сырья и материалов (входной контроль), контроль производственных процессов для предотвращения дефектов и отклонений (межоперационный контроль), а также анализ обратной связи от потребителей для постоянного улучшения качества реализованной кабельной продукции.

Конечным результатом действий модуля «Помощник технолога» является утвержденный «Комплект технологической документации», далее «Объект», который имеет вид текстового документа состоящего из конструкции кабельного изделия, маршрутной, технологической и эскизной крат, а также норм расхода сырья и материалов и норм отходов на выполнение технологии. Данные документы подлежат согласованию с метрологической службой и нормоконтролю и являются руководящими для всего производственно-технологического процесса изготовления КПП, являясь исходными данными для разработки Технических условия на изготовления данной вида кабельных изделий, расчета заработной платы обслуживающего персонала, а также себестоимости готовой кабельно-проводниковой продукции [13-23].

Однако, не все данные по текущему моменту времени для производства могут быть сняты с помощью системы датчиков и анализаторов. Существующие недостатки кабельного изделия этими устройствами не фиксируются, они могут быть замечены только человеком – «визуальный контроль». В этом случае необходимо принять на вооружение оснащение технологии чувствительными камерами – «Машинное зрение», благодаря которому происходит обнаружение дефектов поверхности проволоки, токопроводящей жилы (ТПЖ), изоляции, оболочки. Данный процесс становиться возможным для системы, за счет возможности «видеть» их и выявлять путем фиксации камерами видео - или фотонаблюдения. Последующая отправка системой полученных изображений инженеру-технологу обеспечит получение для системы разрешения по продолжению технологии или ее отмене.

Учитывая возможные изменения, которые могут возникнуть в системе: техническое состояние кабельных машин; дефекты кабельной продукции и действие возмущающих воздействий на систему в целом; несоответствие контролируемых параметров технологических режимов кабельных машин, показаний контрольно-измерительной аппаратуры, испытательного оборудования, видео- или фотофиксации, каждое подобного рода обращение связано с приращением информации о изменяемом состоянии объекта, по сравнению с данными из базы данных (БД), которая накапливается в интегрированном паспорте - в Базе знаний (БЗ). Численное значение количества подобных нарастаний в значениях данных системы совпадает с количеством промежутков времени между фактами взаимодействия этих данных [20-23]. Процесс управления «Объектом», в период его завершения, равен соответственно временному и информационному интервалам, где он разрывается и существующее событие - информационное приращение данных фиксируется вместе соответствующими значениями временного диапазона (рис. 3).

Рисунок 3. Распределение информации о жизненном цикле «Объекта» - модуля экспертной системы «Помощник технолога»

Использование массива больших данных (таблица-3) ИИ в промышленных приложениях позволит повысить эффективность производственного процесса, улучшить качество и обеспечить быстродействие и безотказную работу производственных процессов, что является ключевым фактором для успешного функционирования кабельного бизнеса в современной промышленной индустрии [9, 13-23].

Таблица 3.

Контроль качества данных модуля «Помощник технолога»

В производственно-технологическом процессе изготовления КПП могут быть задействована интеллектуализированная система управления кабельным производством, которая позволит анализировать мгновенно данные и предоставлять рекомендации или прогнозы в реальном режиме времени; помогая в создании точных статистических отчетов и прогнозов на основе больших данных (например, прогноз необходимых объемов производства, оптимизацию запасов сырья и материалов, анализ рыночной динамики и потребительского спроса на определенные марки кабельных изделий).

Вывод:

Применение Модуля «Помощник технолога», как экспертная система в производственно-технологическом процессе позволит обеспечить сокращения времени на разработку НТД на технологию изготовления КПП, обеспечив вариантность расчетов, гибкость производственных процессов и уменьшение количества сверхнормативных отходов кабельного производства.

Рисунок 4. Затраты на разработку комплекта технологической документации на производство кабеля для сигнализации марки КСПВ

 -разработка комплекта технологической документации ответственным инженером-технологом;

   - разработка комплекта технологической документации при помощи ИИ Модуля «Помощник - технолога», в период внедрения;

    - разработка комплекта технологической документации при помощи ИИ Модуля «Помощник - технолога»;

Δ`₁- экономия бюджета в период освоения Модуля “Помощник-технолога”; Δ₁- экономия бюджета  при работе Модуля “Помощник-технолога”; Δ₁- экономия времени на разработку при работе Модуля “Помощник-технолога”.

Проведенный анализ затрат на разработку комплекта технологической документации на производство кабеля для сигнализации марки КСПВ с использованием Модуля «Помощник технолога» (таблица - 4), в рамках работы Экспертной системы, позволил получить очень хорошие эконмические результаты:

Таблица 4.

Результаты внедрение Модуля «Помощник технолога» для разработки Комплекта технологической документации

Список литературы:

1. Л. А. Ковригин, Основы кабельной техники, учеб, пособие /Л.А. Ковригин. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2006. - 94 с.
2. В.М. Леонов и др., Основы кабельной техники, учебник для студентов ВУЗов / Под редакцией И.Б. Пешкова, М.: Академия, 2006.- 432 с.
3. А.И. Балашов и др., Кабели и провода. Основы кабельной техники / Под редакцией И.Б. Пешкова, М.: Энергоиздат, 2009, - 470с.
4. ГОСТ 27.002-2015 Межгосударственный стандарт. Надежность в технике. Термины и определения. [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200136419. (Дата обращения: 14.04.2024)
5. Игнатьев С.А. Мониторинг технологического процесса как элемент системы управления качеством продукции / С.А. Игнатьев, В.В. Горбунов, А.А. Игнатьев. Саратов: СГТУ, 2009. 160 с.
6. Искусственный интеллект и интеллектуальные системы управления / И.М. Макаров, В.М. Лохин, С.В. Манько, М.П. Романов. М.: Наука, 2006. 333 с.
7. Рассел C. Искусственный интеллект: современный подход / C. Рассел, П. Норвиг, пер. с англ.; 2-е изд. М.: Издат. дом «Вильямс», 2006. 1408 с.
8. Рыбина Г.В. Основы построения интеллектуальных систем / Г.В. Рыбина. М.: Финансы и статистика; ИНФРА-М, 2010. 432 с.
9. Интеллектуальные системы управления организационно-техническими системами / под ред. А.А. Большакова. М.: Горячая линия-Телеком, 2006. 160 с.
10. Игнатьев А.А. Совершенствование управления качеством продукции на основе системы мониторинга с элементами искусственного интеллекта / А.А. Игнатьев, Е.М. Самойлова // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2009. № 3 (41). С. 207-209.
11. Статические и динамические экспертные системы: учеб. пособие / Э.В. Попов, И.Б. Фоминых, Е.Б. Кисель, М.Д. Шапот. М.: Финансы и статистика, 1996. 320 с.
12. Игнатьев С.А. Мониторинг технологического процесса как элемент системы управления качеством продукции / С.А. Игнатьев, В.В. Горбунов, А.А. Игнатьев. Саратов: СГТУ, 2009. 160 с.
13. Modeling of a resource-saving method of drawing, Victoria Tsypkina, Veronica Ivanova, E3S Web Conf. 139 01073 (2019), DOI: 10.1051/e3sconf/201913901073 https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913901073
14. Improving the reliability of cable lines operation in hot climates, Daniyar Bakhtiyarovich  Madrakhimov, Vera Pavlovna  Ivanova, Victoria Vyacheslavovna  Tsypkina, E3S Web of Conf. 216 01151 (2020), DOI: 10.1051/e3sconf/202021601151, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202021601151
15. @article{Madrakhimov2020ImprovingTR, title={Повышение надежности работы кабельных линий в жарком климате}, автор={Данияр Мадрахимов и Вера Иванова и Виктория Цыпкина}, журнал={E3S ​​Web of Conferences}, год={2020}, url= {https://api.semanticscholar.org/CorpusID:235002310} } https://doi.org/10.1051/e3sconf%2F202021601151
16. Повышение надежности работы кабельно-проводниковой продукции путем усовершенствования технологии наложения изоляции // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. Иванова В.П. [и др.]. 2020. 11(80). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10970 (дата обращения: 14.04.2024). https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10970
17. Иванова Вера Павловна, Цыпкина Виктория Вячеславовна, Турабеков Ойбек Улугбекович, Муминов Хумоюн Асрор Угли, Хайитмурадова Сайёра Музаффаровна Вопросы разработки усовершенствованной системы автоматического управления волочильной машиной, имеющей длительный срок эксплуатации // Universum: технические науки. 2021. №5-5 (86). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/voprosy-razrabotki-usovershenstvovannoy-sistemy-avtomaticheskogo-upravleniya-volochilnoy-mashinoy-imeyuschey-dlitelnyy-srok (дата обращения: 14.04.2024).
18. Development of generalized requirements for automated electric drive of cable equipment, V. V. Tsypkina, V. P. Ivanova, D. N. Isamukhamedov, A. U. Turabekov, R. F. Atamukhamedova, E3S Web of Conf. 401 02045 (2023), DOI: 10.1051/e3sconf/202340102045 https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340102045
19. Improvement of the multifilament wire lager for cable production, Olimjon Toirov, Vera Ivanova, Viktoriya Tsypkina, Dilnoza Jumaeva, Dilnoza Abdullaeva, E3S Web Conf. 411 01041 (2023), DOI: 10.1051/e3sconf/202341101041, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202341101041
20. Иванова Вера Павловна, Цыпкина Виктория Вячеславовна, Акбаров Фаррух Анвар Угли, Носирова Дилдора Анваровна, Муминов Хумоюн Асрор Угли Влияние улучшения технологии изготовления токопроводящей жилы на эксплуатационный характеристики кабельно-проводниковой продукции // Universum: технические науки. 2020. №11-5 (80). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-uluchsheniya-tehnologii-izgotovleniya-tokoprovodyaschey-zhily-na-ekspluatatsionnyy-harakteristiki-kabelno-provodnikovoy (дата обращения: 14.04.2024).
21. Cable conductor of cabling and wiring products based on composite materials for transport systems, V.V. Tsypkina, V.P. Ivanova, K.K. Jurayeva, E3S Web of Conf. 401 03036 (2023), DOI: 10.1051/e3sconf/202340103036, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340103036
22. Cable technology as a complex, multicomponent intelligent system providing high accuracy, reliability and safety, Vera Ivanova, Victoria Tsypkina, E3S Web Conf. 461 01039 (2023), DOI: 10.1051/e3sconf/202346101039, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202346101039
23. Ensuring the reliability of the technological equipment of the cable company through the use of renewable energy sources, V.V. Tsypkina, V.P. Ivanova, E3S Web of Conf. 384 01007 (2023), DOI: 10.1051/e3sconf/202338401007, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202338401007