Современное состояние автоматизации технологического проектирования 1 Компьютеризация подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия
Вид материала | Документы |
- Впроцессе обучения рассматривается комплекс вопросов, общих для современных систем, 50.1kb.
- «Галактика», 145.38kb.
- 02 02 02 отдел автоматизации и механизации производства, 74.5kb.
- Язык и межкультурная коммуникация: современное состояние и перспективы Сборник материалов, 7160.54kb.
- Современное состояние рыночной экономики предполагает жесткие требования к управленческой, 804.07kb.
- Лекция Методы автоматизации обработки, 46.06kb.
- Пушкинская библиотека-музей в информационном и культурном пространстве г. Белгорода, 68.06kb.
- Нормы технологического проектирования нормы технологического проектирования предприятий, 1926.43kb.
- Утверждено Советом Факультета Председатель 200 г. Санкт Петербург 2010 оглавление пояснительная, 105.7kb.
- Ведомственные нормы технологического проектирования нормы технологического проектирования, 4907.42kb.
7.СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
7.1 Компьютеризация подготовки производства в едином информационном пространстве предприятия
Компьютеризация инженерных задач — один из основных путей повышения производительности в сфере у подготовки производства машиностроительного предприятия. Конструирование специального оборудования и средств технологического оснащения на основе объемного моделирования, разработка чертежной документации, подготовка управляющих программ для оборудования с ЧПУ — все эти задачи можно решать с применением целого ряда CAD/CAM-систем. САЕ-системы позволяют выполнить анализ и оптимизацию проектных решений. Подобные системы нашли широкое применение во всех отраслях промышленности, и за последнее десятилетие в нашей стране накоплен достаточно большой опыт их использования [13].
Однако в условиях жестких требований рынка к сокращению сроков проектирования и подготовки производства, к повышению качества изделий необходим выход на качественно новый уровень компьютеризации. Этот уровень обеспечивает применение CALS-методологии, суть которой состоит в непрерывной информационной поддержке разработчиков на всех этапах жизненного цикла изделия (ЖЦИ).
Стратегическое решение задачи перехода к CALS-технологиям предполагает применение интегрированных решений по следующим направлениям:
- сквозная компьютеризация всего спектра инженерных задач в проектировании и подготовке производства, с выбором базовых CAD/CAM/CAE-систем и поддержкой необходимых форматов данных для обмена конструкторской и технологической информацией;
- организация единой базы данных проекта для поддержки всех этапов ЖЦИ, компьютеризация управления проектированием и подготовкой производства на основе применения PDM-систем;
- учет фактора кооперации предприятий при работе над проектом. Применение специальных средств, поддерживающих оперативный обмен конструкторско-технологической информацией между заказчиком и исполнителем, процессы коллективного принятия решений.
Компьютеризация инженерных задач. Как правило, даже небольшое предприятие использует сегодня несколько CAD/CAM-систем. Далеко не всегда разнообразие применяемых систем оправданно, однако в целом наличие систем разных уровней в зависимости от типа и сложности проектируемых изделий и решаемых задач экономически целесообразно. Рынок CAD/ САМ-систем весьма динамичен, поэтому даже группе специалистов предприятия, которое выбирает подобную систему, зачастую бывает нелегко оценить достоинства нескольких систем. Количество примеров успешного использования различных CAD/CAM постоянно растет, и специалисты получают все больше возможностей представить себе объективную картину этого рынка.
Пользуясь случаем и подкрепляя тезис о динамике рынка CAD/CAM-систем, мы хотим впервые объявить в центральном печатном издании о появлении на российском рынке еще одной новой разработки - CAD/CAM Cimatron E. Данная система основывается на современных промышленных стандартах, компьютерных технологиях, являющихся сегодня базовыми для инженерных систем, учитывает самые последние тенденции в развитии CAD/CAM-систем и включает весь потенциал широко применяемой в мире, в том числе и в России, системы Cimatron IT.
CAD/CAM — это один из ключевых инструментов в технической подготовке производства. Исходя из анализа работы многих крупных предприятий и малых фирм можно утверждать, что еще большее распространение в ближайшие годы получат системы анализа технологических процессов, такие как Moldflow — для литья пластмасс. MSC.Superforge — для ковки и штамповки, MSC.Autoforge — для листовой штамповки и др. Совместное использование контрольно-измерительных машин и CAD/CAM также представляет собой большой резерв для улучшения качества изделий и применения технологий «обратного проектирования» (Revers Engineering). Наблюдается постоянный рост интереса к технологиям быстрого изготовления натурных образцов (Rapid Prototyping, Rapid Tooling), в которых CAD-модели являются исходной информацией. Современные компьютерные технологии позволяют создать в инженерных бюро по существу «виртуальные цеха» и выполнить моделирование процессов изготовления изделий. К сожалению, в реальных цехах сегодня иная картина: отсутствие современных станков или использование станков с технологически устаревшими стойками ЧПУ зачастую не позволяет производить продукцию с тем качеством и в такие сроки, как было запланировано.
Конечно, все эти и многие другие проблемы новы для большинства руководителей и инженеров, однако уже сформировался определенный круг специалистов, которые могут передавать опыт работы с CAD/CAM-системами, одновременно ставя перед собой новые задачи по компьютеризации служб технической подготовки производства.
Одной из таких задач является интеграция всех данных, получаемых с помощью различных CAD-систем. В странах, где доля конструкторского проектирования с использованием CAD-систем уже весьма значительна, специалистами и специализированными фирмами в рамках крупных проектов выполняется значительный объем работ по преобразованию форматов данных, «лечению моделей». Однако отработка информационного взаимодействия разных систем с использованием нейтральных форматов или прямых интерфейсов — только часть решения данной проблемы. Большую сложность представляет интеграция всей информации (результатов деятельности всех специалистов), с обеспечением возможности ее многократного использования. На практике по-прежнему всю информацию выводят на бумажные носители, и это объясняется не только устаревшим содержанием наших ГОСТов, но и неготовностью участников процесса принять информацию в электронном виде, неспособностыо наших служб технической документации управлять электронными архивами и т.д. Решение этой проблемы создатели CALS-технологий видят в примеяении PDM-систем.
Информационная интеграция и управление. Информация, создаваемая на этапе технической подготовки производства, составляет большую часть обшей информации ЖЦИ. Сюда входит информация конструкторских проектов изделий основного производства и конструкторских проектов оснастки для изготовления этих изделий, информация технологических процессов изготовления изделий и технологических процессов изготовления оснастки, информация о стандартных изделиях и материалах и т.д. Вся эта информация формируется в различных системах пользователей.
Компания «Би Питрон» представляет на нашем рынке PDM-систсму SmarTeam. Это разработка фирмы Smart Solutions, являющейся независимой дочерней компанией JBM/Dassault Systemes. Мы акцентируем внимание на данной системе, поскольку в течение ряда лет шло создание организационно-методического комплекса по адаптации и внедрению системы на российских предприятиях и, самое главное, разрабатываются проекты в реальных условиях наших машиностроительных предприятий. Целями внедрения PDM-системы являются:
- ускорение процессов проектирования за счет параллельного выполнения работ и электронного обмена данными между специалистами в едином информационном пространстве;
- повышение качества и достоверности информации за счет прозрачности системы и взаимоконтроля участников процессов проектирования;
- сохранность информации в электронном виде;
- ускорение передачи опыта проектирования молодым специалистам;
- подготовка информации и кадров к внедрению CALS-технологий.
РDМ-система организует единое информационное пространство предприятия, обеспечивая прием информации от различных систем проектирования, автоматически поддерживая механизм ведения версий информации и документов и многое другое. В течение трех последних лет читатели журнала «САПР и графика» имели возможность ознакомиться с основными характеристиками PDM-систем. Представляется, что в этом году появятся статьи, обобщающие первый опыт внедрения и использования PDM-систем. Те, кто реально занят сегодня подобными проектами, решают чрезвычайно сложные задачи, причем не только технические и организационные, но и социальные — это работа по формированию нового класса специалистов, которые будут использовать технологии коллективной работы в среде единого информационного пространства.
Из сказанного в предыдущем разделе важно подчеркнуть, что PDM SmarTeam интегрирована практически со всеми зарубежными CAD-системами, распространяемыми сегодня в России. Уровень интеграции PDM- и CAD-систем заслуживает отдельного обсуждения. Но, в любом случае, ни в коей мере не отрицаются отечественные системы, документы и модели которых включаются в жизненный цикл информации. SmarTeam интегрируется также со всеми программами Microsoft Office. И нельзя не отметить тот факт, что в SmarTeam осуществляется интерактивное проектирование маршрутных и операционных технологических процессов.
Распространяемые сегодня системы проектирования технологических процессов можно разделить на универсальные и специализированные. Универсальные системы, как правило, представляют собой специализированные редакторы, позволяющие формировать технологическую документацию. По мере развития эти системы пополняются базами данных, программами расчетов ряда технологических параметров. Однако уровень автоматизации проектирования в таких системах низок; все решения, связанные с проектированием структуры технологического процесса, принимает технолог. Специализированные системы (такие системы можно действительно называть САПР ТП) ориентированы на определенные классы деталей. Высокая степень автоматизации достигается за счет использования алгоритмов проектирования, отражающих знания технологии и опыт экспертов-технологов, участвующих в разработке систем. Удовлетворительные промышленные результаты по интеграции САПР ТП и CAD-систе на основе трехмерных моделей, по нашим сведениям, пока не получены (вследствие разных подходов к геометрическому описанию изделий в этих системах), хотя подобные исследования проводятся в ряде технических университетов нашей страны, а также за рубежом, например в рамках развития стандарта STEP. Адаптация к условиям предприятия и развитие специализированных САПР ТП требуют значительных трудозатрат.
Общим является то, что большинство существующих сегодня систем разрабатывались как автономные и вследствие этого при интеграции их с другими системами необходимы серьезные доработки с привлечением высококвалифицированных программистов. Принципиальное отличие подхода к проектированию технологических процессов в SmarTeam заключается в том, что технологи работают в единой информационной среде с конструкторами и всеми другими специалистами и могут использовать в работе получаемую от них информацию.
Таким образом, SmarTeam обеспечивает прием информации, созданной на разных этапах ЖЦИ, причем ее ввод может выполняться либо в системах проектирования, либо, в самой SmarTeam. Хранение информации осуществляется в базе данных известных СУБД, например Oracle, InterBase, MS/SQL. Использование информации под управлением SmarTeam осуществляется как в процессе конструкторско-техиологического проектирования, ведения информации службы маркетинга, ведения информации системы качества и т.д., так и в системах управления производством. Например пользователи SAP R/3 могут получать данные непосредственно из базы SmarTeam. Удаленный доступ к базе данных SmarTeam осуществляется с помощью подсистемы SmartWeb. Наличие обшей базы данных об изделии позволяет организовать процесс параллельного проектирования, при котором каждый последующий этап может быть начат еще до того, как закончен предыдущий. Это существенно сокращает сроки конструкторско-технологического проектирования.
В состав поставки SmarTeam включаются: исходные структуры баз данных, обеспечивающие решение типовых задач конструкторского и технологического проектирования, в том числе с использованием CAD-систем и с учетом требований стандартов ЕСКД и ЕСТД: программы формирования текстовых конструкторских и технологических документов; методические материалы (инструкции, рекомендации). Простые средства создания структур баз данных и экранных форм представления информации под решаемые задачи без использования языков программирования позволяют легко адаптировать SmarTeam к любым условиям предприятия. Пользователи могут создать базы данных стандартных и типовых деталей, используемых материалов, складов оснастки и любые другие, необходимые для решения их задач. Создание новых или включение в систему ранее созданных программ выполняется путем использования API-интерфейса, с привлечением программистов.
Очень важной и актуальной является задача организации электронных архивов различных типов документов. Зачастую термин «электронный архив» понимается как набор файлов отсканированных конструкторских или технологических документов безотносительно к изделиям и проектам, то есть как полная аналогия «бумажным» архивам. В SmarTeam имеется возможность создавать не только базу данных документов в электронном виде (полученных как из систем проектирования, так и со сканера), но и «настоящие» электронные архивы, в которых отслеживаются все этапы эксплуатации документов (оригиналов, подлинников и т.п.) при изготовлении, ремонте и утилизации изделий.
PDM SmarTeam позволяет руководителям подразделений работать в единой информационной среде вместе со своими сотрудниками-специалистами. Для этого существуют специальные функции, такие как RedLining (использование «красного карандаша» для внесения замечаний при проверке результатов деятельности своих подчиненных); WorkFlow Manager — с помощью этой подсистемы руководители могут контролировать и управлять «потоками работ» (деловыми процессами). Кроме того, в распоряжении руководителя имеются все возможности поиска и просмотра всей информации по проектам. Быстрое получение ответов на вопросы, какие документы должны быть сделаны к указанной дате, но не сделаны, где находится данный документ и т.д., позволяют своевременно и правильно принимать решения по планированию работ и управлению подразделениями.
Таким образом, применение PDM является одним из эффективных способов решения проблемы информационной интеграции задач технической подготовки производства.
Компьютеризация распределенной работы. Применение CAD/CAM-, CAE- и PDM-систем не только обеспечивает предприятия современными эффективными средствами, но и способствует возникновению новых эффективных форм их кооперирования. Так, с начала 90-х годов в мире разрабатывается методология создания и функционирования «виртуальных предприятий». Более широкие возможности виртуальных предприятий, по сравнению с обычными формами кооперации, заключаются прежде всего в высоком уровне организационной гибкости, что позволяет быстрее реагировать на изменчивые условия рынка. На сегодняшнем этапе зарубежный опыт использования эффективных форм кооперации весьма важен для российских предприятий. Реструктуризация промышленного производства в нашей стране сопровождается такими процессами, как сегментация или расформирование крупных предприятий, появление большого количества малых фирм, специализирующихся на отдельных видах продукции или услуг. В этих условиях эффективно организованная кооперация малых и средних предприятий может составить серьезную конкуренцию крупным фирмам с известными именами.
Рассмотренные выше вопросы компьютеризации производства и информационной интеграции являются важнейшими техническими предпосылками для эффективной кооперации. Учитывая отмеченные тенденции использования новых форм организации работы (например, в виде виртуальных предприятий), разработчики CAD- и PDM-систем уделяют при планировании новых версий все большее внимание коммуникационным технологиям. В основном такие технологии используются сейчас при выполнении проектно-конструкторских работ и изготовлении опытных образцов изделий, где Internet и CAD-технологии позволяют объединить лучших в своих классах специалистов и упростить их взаимодействие. Однако и на предприятиях, выпускающих серийную продукцию, также ставятся задачи по переходу на новые технологии взаимодействия с проектными КБ и субподрядчиками, занятыми производством комплектующих или технологической оснастки.
Одной из сфер, где успешно может быть использован данный подход, является производство изделий из пластмасс, легких сплавов, резины и т.п. Такие изделия и детали широко применяются в самых разных отраслях промышленности, включая автомобильную, аэрокосмическую, компьютерную, электронную, медицинскую, оборонную, телекоммуникационную, оптику, производство товаров народного потребления и др. Выпуск подобных видов изделий предполагает использование сложного формообразуюшего инструмента и развитое инструментальное производство.
Ориентируясь на этот сегмент рынка промышленности, компания Cimatron разработала специализированную систему QuickConcept, предназначенную для предварительного проектирования и оценки оснастки с организацией диалога заказчика и исполнителя через средства Internet.
Система включает следующие возможности:
- просмотр геометрических моделей разных CAD-систем, аннотирование и простановка размеров на проектных данных;
- автоматическое создание формообразующих поверхностей оснастки для множественных направлений разъема оснастки без необходимости лечения моделей, анимация формообразующих движений оснастки с динамическим показом сечений модели, анализ углов уклона поверхностей с целью выявления возможных поднутрений, расчет объема, плошали и проецированной площади поверхностей детали для определения усилия замыкания;
- математическое сравнение моделей с целью выявления геометрических различий их версий, определение как новых элементов модели, так и даже незначительных модификаций существующих, пометка этих различий и документирование изменений;
- средства организации коллективной работы пользователей над проектом через Internet в режиме реального времени с сохранением протокола обсуждения проекта.
QuickConcept является автономной системой, принимает модели в форматах PFM и IGES, не требует знания CAD-систем. Таким образом, эта система ориентирована как на пользователей всех трехмерных CAD, применяемых в нашей стране, так и на специалистов, не являющихся пользователями (например, на руководителей проектов). Демо-версия системы распространяется свободно через Web-сайт компании Cimatron: www.cimatron.corn.
В свою очередь, QuickConcept является составной частью комплекса QuickTooling (быстрая подготовка инструментального производства), подробно описанного в журнале «САПР и графика» № 1 и 2'2001.
7.2 Автоматизированные системы управления технической подготовкой производства на машиностроительных предприятиях
Автоматизированные системы управления технической подготовкой производства представляют многие западные фирмы под общим названием PDMS (Product Data Management System — системы управления данными о продукте (изделии)) [14]. Постоянно растущий спрос на PDMS в развитых странах и прогнозирование спроса на них в России обусловлены тем, что практически исчерпаны возможности роста технико-экономических показателей проектных подразделений от внедрения локальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) специалистов. Требуются новые организационные структуры и эффективные информационные технологии.
Общепризнанными направлениями повышения эффективности инженерной деятельности и сокращения сроков технической подготовки производства являются следующие:
- создание вычислительных сетей типа клиент-сервер;
- включение в сеть не только АРМ специалистов, но и АРМ руководителей;
- использование методов и программного обеспечения PDMS;
- внедрение технологий коллективного параллельного проектирования.
PDMS обеспечивают руководителей программными инструментами, необходимыми для координации работ над проектами, а также выполняют роль интерфейса, с помощью которого инженеры могут вводить в базу данных (БД) и обращаться к любым документам проектов, к любым данным об изделиях, а также входить в используемые системы автоматизированного проектирования.
Функции PDMS конструкторских и технологических проектов аналогичны основным функциям системы управления технической подготовкой производства ниже приводится их обобщенное описание.
Функция управления инженерной документацией и документооборотом обеспечивает решение следующих задач:
- ввод в БД учетной информации о документах;
- установление прав доступа к документам;
- поиск документов в БД и их просмотр;
- вызов систем проектирования документов;
- архивация на машинных носителях;
учет твердых копий в архиве и др.
Функция управления структурами проектов и изделий обеспечивает решение следующих задач:
- ввод связей между документами в проектах и связей между изделиями, т. е. создание спецификаций документов и спецификаций изделий;
- поиск спецификаций документов и спецификаций изделий в БД;
- просмотр структуры проекта (структуры изделия) по спецификациям документов (изделий) или по графическому изображению "дерева" документов (изделий);
- обращение из спецификации или из "дерева" к документам или к данным об изделии.
Функция классификации и группирования деталей заключается в формировании групп деталей по их конструкторско-технологическому подобию. Следует обратить внимание на то, что поиск деталей-аналогов в PDM должен осуществляться посредством сравнения геометрической информации новых деталей с геометрической информацией деталей в БД. При этом используются геометрические модели, созданные в CAD-системах. Сравнение должно осуществляться автоматически с помощью специально разработанных процедур.
Использование функции классификации и группирования деталей в технологических проектах может дать значительный экономический эффект за счет разработки и использования групповых и типовых технологических процессов. Однако авторы не имеют информации о коммерческих версиях программного обеспечения для реализации данной функции и выполняют собственную разработку, используя в качестве базовой системы для проектирования изделий CAD-систему Симатрон.
Функция планирования и контроля выполнения заданий обеспечивает решение следующих задач:
- ввод сроков выполнения и фамилий исполнителей каждого документа;
- диспетчеризация выполнения заданий;
- формирование и диспетчеризация сетевых графиков выполнения работ;
- учет работы исполнителей и др.
Функция управления и учета изменений обеспечивает решение следующих задач:
- управление правами доступа на изменение;
- предупреждение участников проекта о том, что документ находится на изменении;
- создание копии изменяемого документа для истории;
- учет изменений (что, кто, когда).
Функция управления данными об изделиях обеспечивает решение задач формирования сводных данных об изделиях с выводом их в виде текстовых файлов и в виде системы вторичных документов.
Рассмотрим схему работы систем этого класса на примере системы CPDM (Cimatron PDM), которая является новой системой на российском рынке программных продуктов, но уже используется в ряде организаций страны.
CPDM является системой коллективного пользования в конструкторских и/или технологических подразделениях предприятия. Рабочие места руководителей подразделений, конструкторов изделий, технологов, конструкторов оснастки оборудованы персональными компьютерами, объединенными в единую вычислительную сеть по схеме клиент-сервер, которая обеспечивает каждому сотруднику доступ и возможность использовать в своей работе информацию, созданную его коллегами.
Все рабочие места оснащены программным обеспечением CPDM. На рабочих местах конструкторов и технологов, кроме того, установлены соответственно CAD или CAD/CAM системы Симатрон, а также другие автоматизированные системы. Сотрудники, не использующие автоматизированные рабочие места, включаются в CPDM через АРМ своих руководителей. На сервере созданы базы данных текстовой учетной и справочной информации по схеме клиент-сервер и базы графической информации по схеме файл-сервер. Каждый сеанс работы всех участников проекта начинается и заканчивается в CPDM.
В CPDM используются объектно-ориентированные модели данных с наследованием заданных характеристик в пределах классов объектов. Например, все объекты, входящие в класс "Проекты", имеют характеристики "Обозначение" и "Наименование". Объекты могут иметь иерархические и логические связи, причем для иерархических связей возможны свои характеристики, например, число деталей, входящих в данную сборочную единицу (СЕ), является характеристикой связи детали с данной СЕ, так как эта деталь может входить в другую СЕ в другом количестве. Каждый объект (документ), который требуется ввести в проект, проходит регистрацию в CPDM путем заполнения реквизитов учетной карточки. После учета объекта в системе может быть установлен тип связи с уже существующими объектами. Иерархическая связь (например, объект "Деталь" входит в объект "Сборочная единица") устанавливается указанием непосредственно в графическом "дереве" проекта. Логическая связь устанавливается в специальной карточе объекта от которого логически зависит даный объект. Например, если объект "Служебная записка" логически относится к объекту (описывает объект) "Чертеж детали", то эта логическая связь устанавливается в карточке объекта "Чертеж детали".
В CPDM имеется механизм задания статуса (состояния) разрабатываемых документов. В зависимости от статуса допустимы только определенные действия над данным документом. Например, если документ имеет статус "В архиве автора", то доступ к этому документу имеет только автор, а если статус "На рассмотрении", то доступ к этому документу на просмотр имеют все специалисты, а "на редактирование" — только автор и т. д.
CPDM имеет различную глубину интеграции с пользовательскими приложениями. Наибольшая глубина интеграции реализована для CAD-системы Симатрон, являющейся в этом случае как бы составной частью CPDM и "подчиняющейся" ей. Так, поиск требуемого объекта осуществляется в CPDM с последующим автоматическим входом в CAD Симатрон. При создании в CAD-системе новой модели детали управление автоматически передается в CPDM для регистрации учетной информации об этой детали. При выходе из CAD-системы автоматически создается слайд созданной модели и также передается в систему управления. Наличие слайдов облегчает просмотр и поиск объектов проекта.
Выше рассмотрена только небольшая часть технологий PDMS-систем. По убеждению многих специалистов, внедрения таких систем в настоящее время представляет не столько техническую проблему, сколько организационную, так как требует изменения и формализации производственного процесса как проектных коллективов в целом, так и на каждом рабочем месте руководителей и специалистов. Актуальным также является изучение технологий управления проектными работами с использованием PDM-систем в технических университетах.