تخطيط العمليات بمساعدة الحاسوب

تخطيط عملية التصنيع هو التحديد المنهجي لأفضل طريقة لتصنيع منتج أو مكون، ويتضمن اختيار المواد والأساليب المناسبة، وتسلسل الخطوات الأكثر كفاءة. هدفه الأساسي هو تحسين عملية الإنتاج، وضمان فعاليتها من حيث التكلفة وقدرتها على تقديم نتائج عالية الجودة. وباختصار، يحوّل هذا التخطيط الرسم الهندسي أو النموذج ثلاثي الأبعاد إلى مجموعة مفصلة من خطوات التصنيع، مما ينتج عنه غالبًا وثائق محددة (مثل جداول التوجيه، وقوائم الأدوات، وقوائم العمليات، وتعليمات العمل، وما إلى ذلك) توضح تسلسل العمليات والآلات المحددة المطلوبة. ^{[ 1 ]}

بينما كان تخطيط العمليات تقليديًا مهمة يدوية تتطلب خبرة واسعة ويؤديها مهندسون ذوو خبرة، تستخدم العديد من الشركات المتقدمة الآن تخطيط العمليات بمساعدة الحاسوب (CAPP). يشير CAPP إلى استخدام برامج حاسوبية متطورة لمساعدة مخططي العمليات في وضع خطط التصنيع. وهو بمثابة حلقة وصل بين تصميم المنتج والتصنيع، حيث يُؤتمت المهام التي كان يؤديها المهندسون ذوو الخبرة يدويًا. تُعد أنظمة CAPP مفيدة بشكل خاص للشركات الكبيرة التي لديها مجموعة واسعة من أشكال المنتجات المعقدة، لأنها تساعد على توفير المال، وتقليل أوقات التسليم، وإنشاء خطط عمليات أكثر كفاءة.

تشمل المزايا الرئيسية لـ CAPP ما يلي: ^{[ 1 ]}

1. الأتمتة والكفاءة : فهي تقلل بشكل كبير من الوقت والجهد المطلوبين لوضع الخطط، مما يجعل العملية أقل اعتمادًا على الخبرة الفردية للمخطط.
2. التحسين : يستخدم البرنامج خوارزميات لتحديد الخطط التي تقلل من وقت الإنتاج والتكاليف مع الحفاظ على الجودة.
3. المرونة : يمكن لأنظمة CAPP تكييف خطط العمليات بسرعة لتعكس التغييرات في تصميمات المنتجات أو متطلبات التصنيع.

هناك منهجان أساسيان لـ CAPP: ^{[ 2 ]} المنهج المتغير والمنهج التوليدي .

تعتمد هذه الطريقة على استرجاع خطة تصنيع قياسية من قاعدة بيانات وتكييفها لتناسب جزءًا جديدًا محددًا. وتعتمد بشكل كبير على تقنية المجموعة (GT) وأنظمة الترميز (مثل نظام أوبيتز ^{[ 3 ]} ) لتصنيف الأجزاء إلى "مجموعات" بناءً على خصائص هندسية وتصنيعية متشابهة. وتعمل هذه الطريقة من خلال مرحلتين تشغيليتين متميزتين:

1. المرحلة التحضيرية : يتم تصنيف الأجزاء إلى عائلات، ويتم إنشاء قوالب تخطيط العمليات القياسية لكل مجموعة بناءً على عمليات التشغيل المشتركة ومتطلبات الأدوات وأساليب الإنتاج.
2. مرحلة الإنتاج : عند إدخال مكون جديد، يتم ترميزه وتصنيفه لكي يتمكن النظام من تحديد فئته واسترجاع القالب المناسب. ثم يقوم النظام بتخصيص هذا القالب لمراعاة الخصائص أو التفاوتات الفريدة لكل جزء.

تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لنهج المتغيرات في سهولة فهمه، ومنحه مخطط العمليات مزيدًا من التحكم في الخطة النهائية. مع ذلك، يتمثل قيده الرئيسي في اقتصاره على مكونات التخطيط المشابهة جدًا لتلك الموجودة بالفعل في قاعدة بيانات النظام.

تعتمد المقاربة التوليدية على إنشاء خطة تصنيع فريدة من الصفر لكل مكون جديد. وعلى عكس المقاربة المتغيرة، لا تعتمد هذه المقاربة على استرجاع وتعديل الخطط الموجودة لأجزاء مماثلة، بل تجمع بيانات المنتج والعملية لبناء استراتيجية جديدة تلقائيًا. يتكون نظام CAPP التوليدي عادةً من نظام قائم على الأجزاء (لتفسير الهندسة والتفاوتات)، وقاعدة بيانات للتصنيع (تتضمن قائمة بالآلات المتاحة وقدراتها)، ونظام فرعي للتسلسل (الجوهر المنطقي)، ومولد تقارير. يستخدم هذا النظام خوارزميات لتحديد الخصائص الهندسية للجزء واقتراح عمليات التصنيع والتسلسلات الأنسب بناءً على الاستدلال القائم على المعرفة والأساليب الاستدلالية. وغالبًا ما يستخدم تقنيات متطورة مثل أنظمة الخبراء (الاستدلال القائم على القواعد)، والتعلم الآلي ، والتعلم العميق ، وبرمجة القيود لتحسين الخطة وضمان استيفائها لمتطلبات التصنيع.

يركز التطوير بشكل أساسي على نظام تخطيط الإنتاج بمساعدة الحاسوب (CAPP) التوليدي أو الديناميكي، والذي يتميز بقدرته على توليد خطط إنتاج تلقائية للمنتجات الجديدة، أو تحديث خطط الإنتاج ديناميكيًا بناءً على توافر الموارد. قد يستخدم نظام CAPP التوليدي أساليب تكرارية، حيث تُطبَّق خطط إنتاج بسيطة على تطوير CAD/CAM التلقائي لتحسين خطة الإنتاج الأولية.

طُوّر نظام تخطيط الإنتاج بمساعدة الحاسوب (CAPP) التوليدي في مصنع بكين رقم 1 لأدوات الآلات (BYJC) في بكين، الصين، كجزء من مشروع تابع لبرنامج الأمم المتحدة الإنمائي (DG/CRP/87/027) خلال الفترة من 1989 إلى 1995. ونُشرت تفاصيل المشروع في مجلة "تصميم الآلات: اتجاهات جديدة" بتاريخ 9 مايو 1994، الصفحات 22-23. وعُرض النظام على لجنة جائزة CASA/SME للريادة في التميز في تطوير التطبيقات (LEAD) في يوليو 1995، ومنحت اللجنة مصنع BYJC جائزة LEAD في العام نفسه تقديرًا لهذا الإنجاز. ولإنجاز نظام تخطيط الإنتاج بمساعدة الحاسوب التوليدي، أُجريت تعديلات على أنظمة التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD ) وإدارة بيانات المنتج ( PDM) وتخطيط موارد المؤسسات (ERP ) والتصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM ) . إضافةً إلى ذلك، بُني نظام تنفيذ التصنيع (MES) لإدارة جدولة الأدوات والموظفين والإمدادات والخدمات اللوجستية، فضلًا عن الحفاظ على قدرات الإنتاج في أرضية المصنع.

تُبنى أنظمة CAPP التوليدية على قدرات وطاقات الإنتاج في المصنع. في التصنيع المنفصل ، تُجرى عمليات التحقق من صحة التصميمات الفنية والقطع بشكل متكرر، ولكن عند النظر في التصاميم الهندسية شديدة التغير، وعمليات التصنيع المتعددة مع خيارات الأدوات المتعددة، تصبح جداول القرار أطول ومصفوفات المتجهات أكثر تعقيدًا. تقوم BYJC بتصنيع أدوات آلات CNC وأنظمة التصنيع المرنة (FMS) وفقًا لمواصفات العملاء. نادرًا ما تتكرر هذه الأنظمة. يعتمد نظام CAPP التوليدي على القدرات والطاقات الفريدة اللازمة لإنتاج هذه المنتجات المحددة في BYJC. على عكس نظام تخطيط العمليات المتغيرة الذي يُعدّل الخطط الحالية، يمكن تعريف كل خطة عملية تلقائيًا، بشكل مستقل عن مسارات الإنتاج السابقة. مع إدخال تحسينات على كفاءة الإنتاج، تُدمج هذه التحسينات تلقائيًا في مزيج الإنتاج الحالي. يُعد هذا النظام التوليدي مكونًا أساسيًا لنظام CAPP في بيئة التصنيع الرشيق .

من أجل تحقيق نظام CAPP التوليدي، تم بناء مكونات لتلبية القدرات المطلوبة:

1. تم تحديد قدرات التصنيع في مصنع BYJC. وتبين أن هناك 46 عملية رئيسية و84 عملية فرعية يمكن للمصنع تنفيذها لإنتاج تشكيلة المنتجات. هذه العمليات هي عمليات تصنيع أساسية. ومع إضافة قدرات تصنيعية جديدة إلى مجموعة عمليات المصنع، يجب استيعابها ضمن نطاق العمليات المتاحة.
2. ثم تُستخدم عمليات المصنع هذه لتحديد ميزات امتدادات التصميم القائمة على الميزات التي يتم دمجها في نظام التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD).
3. أصبح الجمع بين هذه الميزات الإضافية والبيانات البارامترية المرتبطة بها جزءًا من البيانات التي يتم تمريرها من نظام CAD إلى نظام PDM المعدل كمحتوى مجموعة البيانات للمنتج أو التجميع أو الجزء المحدد.
4. تم تعديل نظام تخطيط موارد المؤسسات (ERP) ليتعامل مع قدرات التصنيع لكل أداة في ورشة الإنتاج. ويُعدّ هذا امتدادًا لبيانات التغذية والسرعات الاعتيادية التي يوفرها النظام لكل أداة. إضافةً إلى ذلك، تم تحسين سجلات الموظفين لتسجيل الخصائص والمواهب والمؤهلات الخاصة لكل موظف، تحسبًا لأي أهمية قد تطرأ على عملية التصنيع.
5. تم إنشاء نظام تنفيذ التصنيع (MES). يتكون هذا النظام بشكل أساسي من نظام خبير/ذكاء اصطناعي يربط بين خصائص العناصر الهندسية من نظام إدارة بيانات المنتج (PDM) واحتياجات التصنيع من الأدوات والموظفين والمواد والنقل، وغيرها، في نظام تخطيط موارد المؤسسات (ERP). بمجرد تحديد المكونات المادية، يتم جدولة عمليات الإنتاج. ويتم تحديث الجدولة باستمرار بناءً على ظروف المؤسسة في الوقت الفعلي. في النهاية، استندت معايير هذا النظام إلى النفقات والوقت والأبعاد المادية والتوافر.

تُستخدم هذه المعاملات لإنتاج معادلات تفاضلية متعددة الأبعاد. ويؤدي حل المعادلات التفاضلية الجزئية إلى تحديد عملية الإنتاج الأمثل وتخطيط الإنتاج في وقت توليد الحل. تتميز الحلول بمرونة تسمح لها بالتغير بمرور الوقت بناءً على قدرتها على تلبية معايير التصنيع الرشيق. ويمكن أن يكون تخطيط التنفيذ ديناميكيًا ويتكيف مع الظروف المتغيرة.

يُتيح النظام طرح منتجات جديدة في السوق بسرعة بناءً على قابليتها للتصنيع. وتتضمن أنظمة CAD/CAM وPDM وERP الأكثر تطورًا البنية التحتية اللازمة لتخطيط العمليات بمساعدة الحاسوب التوليدي. ومع ذلك، لا تزال مهمة بناء نظام إدارة عمليات التصنيع (MES) وتطبيقه تتطلب تحديد الإمكانيات المتاحة داخل المؤسسة المعنية، واستغلالها على أكمل وجه. يتميز النظام المُنشأ بتخصصه العالي، ويمكن تطبيق مفاهيمه على مؤسسات أخرى.

• التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD )
• التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM )
• التصنيع المتكامل بالحاسوب (CIM )