7.4. Capp – автоматизированное проектирование технологических процессов и сaap - автоматизированное проектирование процессов сборки

Проектирование ТП изготовления деталей обеспечивают сис-темы САРР, а сборки — системы СААР. Системы САМ, САРР, СААР относят к САПР ТП. Системы САРР и СААР могут входить в интегрированные САПР, например, системы CAE/CAD/CAM/ САРР.

Автоматизированные системы ТПП, в полной мере отвечаю-щие представленным принципам и требованиям пользователей, в настоящее время еще не разработаны. Их создание представляет серьезную, актуальную научно-техническую проблему, которая еще не решена.

Состояние поддержки решений, принимаемых при выполне-нии отдельных функций и задач ТПП, различно. Наи-большие усилия прилагаются для автоматизации поддержки про-ектных технологических решений, прежде всего связанных с про-ектированием ТП и средств технологического оснащения, что на-шло отражение в создании и промышленном применении соот-ветствующих систем автоматизации: САПР ТП и САПР К.

Недостаточно высокий общий уровень современной автомати-зации ТПП объясняется тем, что технологические решения, под-чиняясь общим закономерностям принятия решений, имеют ряд особенностей, обусловленных:

• преобладанием в предметной области технологии машино-строения описательных форм представления знаний при мини-мальном числе вскрытых строгих аналитических зависимостей;

• сложной логикой суждения, взаимными влияниями различ-ных факторов и большой размерностью задач, например, для авто-матизации выбора режима резания необходимо определить более 1 000 переменных различных типов;

• большой ролью знаний, полученных из опыта (эмпирических знаний), и наличием скрытых объективных законов;

• необходимостью взаимодействия при принятии решений со сложными информационными потоками, состоящими из большого числа переменных различных типов, раскрывающих сущность тех-нологии (характеристики оборудования, инструмента, оснастки; параметры режимов резания; данные о свойствах материалов и т.д.);

• итерационным характером процесса принятия технологиче-ских решений: решение обычно формируется путем последовательного приближения к наиболее приемлемому для заданных усло-вий результату.

Большинство задач, выполняемых при ТПП, являются трудно -или неформализуемыми. Для их решения пока не могут быть пред-ложены формальные (базирующиеся на использовании зависи-мостей, представляемых с помощью формул) алгоритмы. Алго-ритм — строгая последовательность формальных процедур, вы-полнение которых гарантированно ведет к получению искомого решения. Все сказанное в полной мере относится к проектирова-нию ТП изготовления изделий, являющемуся важнейшей функ-цией ТПП

Системы автоматизированного проектирования технологичес-ких процессов изготовления изделий машиностроения способствуют выполнению важнейшей функции при поддержке решений, при-нимаемых и реализующихся в ЖЦИ, системы должны обеспечивать:

• проектирование ТП изготовления деталей;

• подготовку управляющих программ для станков с ЧПУ;

• проектирование ТП сборки изделий.

Основная идея, положенная в основу автоматизации проекти-рования ТП, может быть сформулирована следующим образом: при заданной (и введенной в автоматизированную систему) ин-формации о конструктивно-технологических параметрах предмета производства (детали, сборочной единицы, изделия), данных о производственных условиях и ресурсах, объеме выпуска изделий и т.д., система должна обеспечить проектирование и выдачу в за-данных форматах ТП, пригодного для реализации в заданных про-изводственных условиях, при минимальном приложении интел-лекта специалиста. Качество полученного проектного решения долж-но быть не ниже, чем при его формировании специалистом соот-ветствующей квалификации.

Изготовление конкретного изделия всегда осуществляют по еди-ничному ТП. Поэтому, спроектированный с помощью рассматри-ваемой системы процесс чаще всего должен быть единичным. Про-ектирование единичного процесса может осуществляться либо толь-ко на основе описания конструктивно-технологических парамет-ров предмета производства (индивидуальное проектирование), либо на основе ТП-аналогов (типовых и групповых). В соответствии с этим, различают САПР, обеспечивающие автоматизированный синтез единичных процессов и САПР ТП, использующие ТП-аналоги.

Исторически усилия большинства исследователей и разработ-чиков направлялись на создание САПР ТП изготовления деталей. Теория и практика автоматизации проектирования ТП изготовле-ния деталей наиболее разработаны. Вместе с тем в настоящее вре-мя практически отсутствуют полноценные системы, позволяющие осуществлять автоматизированный синтез единичных ТП (прежде всего — маршрутных) на основании конструктивно-технологичес-ких моделей детали и исходной заготовки. Это объясняется слож-ностью, наличием трудноформализуемых этапов проектирования ТП, недостаточной разработанностью теории синтеза структур сложных систем. Однако объективная потребность в автоматиза-ции синтеза структур ТП неуклонно возрастает, что объясняется:

• необходимостью постоянного поиска новых технологических решений, позволяющих повысить конкурентоспособность изделий;

• желанием получать альтернативные варианты ТП с последую-щим их отбором и оптимизацией;

• стремлением максимально адаптировать ТП к изменениям производственной ситуации (нарушения заданного процесса, вы-ход из строя оборудования, внесение изменений в конструкцию изделия и ТП) с целью гарантированного обеспечения качества изделия.

В последнем случае автоматизированный синтез ТП применяют не только для проектирования при ТПП, но и при непосредствен-ном производстве для обеспечения качества технологических ре-шений при их реализации.

Особенно актуально создание синтезирующих САПР единич-ных ТП изготовления деталей для производственных систем мно-гономенклатурного (единичного и среднесерийного) производства. В мировом машиностроении около 85 % всех предприятий являют-ся предприятиями именно с единичным и среднесерийным произ-водством, причем доля этих предприятий постоянно увеличивается. Машиностроение становится все более многономенклатурным это дна из основных тенденций его современного развития. На долю индивидуального проектирования единичных ТП изготовле-ния изделий машиностроения приходится до 60% объема всех за-дач проектирования ТП. Около 40 % приходится на долю задач про-ектирования, решаемых с использованием ТП-аналогов.

Любая производственная система обладает ограниченными тех-нологическими возможностями и ресурсами. Автоматизация син-теза единичных ТП позволяет в максимальной степени учесть име-ющиеся производственные ресурсы и наиболее эффективно ис-пользовать их. Синтезирующие САПР единичных ТП должны:

• удовлетворять основным принципам построения систем авто-матизации ТПП;

• обеспечивать формирование единичных ТП (включая маршрут-ную и операционную технологию) изготовления деталей, независи-мо от класса последних, а лишь на основании их конструктивно-технологических характеристик, требований к качеству, данных об условиях изготовления и использующихся при этом ресурсах;

• обеспечивать выдачу результатов проектирования в форматах, указываемых пользователем и соответствующих требованиям ЕСТП П.

Проектирование единичного ТП изготовления конкретной де-тали на основе аналогов выполняют по следующей схеме:

• проводят поиск ТП-аналога (обычно это типовой, реже-групповой ТП);

• выполняют корректировку ТП-аналога на основе сравнения конструкции и технологических параметров типовой и конкретной деталей, т.е. включают в базовый ТП-аналог дополнительные тех-нологические операции или, наоборот, исключают ненужные.

В результате получают единичный ТП изготовления конкрет-ной детали. Принципиальным отличием такого проектирования от индивидуального является замена процедуры создания (синтеза) структуры процесса поиском аналога и его корректировкой. Каче-ство спроектированного ТП в последнем случае определяется ка-чеством поиска аналога и его корректировки.

Автоматизация проектирования ТП сборки изделий в настоя-щее время является одной из наиболее актуальных, сложных и наименее разработанных проблем современного машиностроения. Число САПР ТП, поддерживающих проектирование процессов сборки, незначительно. Уровень автоматизации проектирования процессов сборки низок. Это объясняется следующими основны-ми причинами:

• технологические методы сборки по своей сути, в частности -кинематически, сложны. Их практическая реализация отличается большим разнообразием действий, выполнение которых лежит за пределами возможностей современных средств автоматизации;

• процессы сборки имеют ветвящуюся (древовидную) структу-ру, их отличает исключительная многовариантность и возможность неожиданных для разработчика продолжений;

• сборка является завершающим этапом изготовления маши-ны, поэтому требования к обеспечению ею заданного качества (точ-ности) приобретают особую остроту;

• методы обеспечения заданной точности сборки весьма разно-образны и слабоформализованы, строгие правила их эффективно-го применения отсутствуют;

• базовые методологические принципы и правила проектирова-ния ТП сборки разработаны недостаточно, процесс проектирова-ния зачастую носит творческий характер и не может быть выпол-нен без участия специалиста.

Приведенные причины сильно ограничивают возможности фор-мализации при решении задач технологического проектирования сборки изделий. Это, в свою очередь, вызывает серьезные затруд-нения при разработке САПР ТП сборки. Исключительная актуаль-ность проблемы автоматизации проектирования ТП сборки вызы-вает необходимость интенсификации исследований в указанной области и унификации их результатов на единой методической базе, основу которой могут составить CALS-стандарты. Последнее обстоятельство исключительно важно для САПР ТП в целом, так как их разработка на единой методической базе существенно об-легчает интеграцию указанных систем с другими при автоматиза-ции ТПП.

7

7.5. PDM — управление проектными данными

Системы автоматизированного проектирования относятся к числу наиболее сложных и наукоемких автоматизированных систем. Наряду с выполнением собственно проектных процедур необходимо автоматизировать также управление проектированием, поскольку сам процесс проектирования становится все более сложным и зачастую приобретает распределенный характер. На крупных и средних предприятиях заметна тенденция к интеграции САПР с АСУП и системами документооборота. Для управления столь сложными интегрированными системами в их составе имеется специальное ПО — системная среда САПР или АС, называемая в настоящее время системой управления проектными данными или системой PDM (Product Data management). Системы более общего характера, связанные с управлением данными на всех этапах жизненного цикла изделий и интеграцией различных промышленных автоматизированных систем, получили название систем управления жизненным циклом изделий или систем информационной поддержки изделий PLM (Product Lifecycle Management).

Современные системы управления проектными данными называют PDM. Они предназначены для информационного обеспечения проектирования и выполняют следующие основные функции:

• хранение проектных данных и доступ к ним, в том числе ведение распределенных архивов документов, их поиск, редактирование, маршрутизация, создание спецификаций;

• поиск, структурирование и визуализация данных;

• управление конфигурацией изделия, т.е. ведение версий проекта, управление внесением изменений;

• управление проектированием (проектами), обеспечение совместной работы разработчиков над проектом;

• защита информации;

• интеграция данных (поддержка типовых форматов, конвертирование данных).

Основной компонент систем PDM — банк данных (БнД). Он состоит из системы управления базами данных и баз данных (БД). Межпрограммный интерфейс в значительной мере реализуется через информационный обмен с помощью банка данных. PDM отличает легкость доступа к иерархически организованным данным, обслуживание запросов, выдача ответов не только в текстовой, но и в графической форме, привязанной к конструкции изделия. Поскольку взаимодействие внутри группы проектировщиков в основном осуществляется через обмен данными, то в системе PDM часто совмещают функции управления данными и управления параллельным проектированием.

Деятельность сферы услуг при обслуживании и ремонте изделий регламентируется эксплуатационными документами изготовителя, разработанными в ходе проектирования с использованием программных продуктов CAE, CAD, CAPP, CAAP и PDM. Основное назначение PDM-системы - совершенствование и облегчение доступа к данным об изделии. Такой результат достигается благодаря интеграции всей информации об изделии в логически единую модель. Существует много задач, которые решаются с помощью PDM-системы, среди них можно выделить наиболее распространенные:

• Создание электронного архива чертежей и прочей технической документации.

• Создание единого информационного пространства для всех участников жизненного цикла изделия.

• Автоматизация управления конфигурацией изделия.

• Построение системы качества продукции согласно международным стандартам качества серии ISO 9000.

PDM-система управляет всеми связанными с изделием информационными процессами (в первую очередь, проектированием изделия и технологией его производства), а также всей информацией об изделии - его составом и структурой, геометрическими данными, чертежами, планами проектирования и производства, нормативными документами, программами для станков с ЧПУ, результатами анализа, корреспонденцией, данными о партиях и отдельных экземплярах изделия и многим другим. PDM-система выступает в качестве средства интеграции множества используемых на предприятии прикладных автоматизированных систем (CAD/CAM/CAE/CAPP/ERP/MRP) за счет сбора поступающей из них информации в логически единую модель на основе стандартных интерфейсов взаимодействия.

На этапе эксплуатации применяют специализированные программные комплексы, для проведения ремонта, контроля и ди-агностики изделий. Обслуживающий персонал может использовать интерактивные учебные пособия и техни-ческие руководства, а также программы автоматизированного по-иска неисправностей, средства дистанционного консультирования и программы автоматизированного заказа деталей взамен отка-завших.

Результаты разработки сформулированы в виде чертежей и технологической документации. Квалифицированное использование конструкторской и технологической документации изготовителя является залогом успешной работы предприятия сервиса, поэтому для работников сервиса важно иметь представление об основных принципах работы программ, поддерживающих оформление документации на этапах проектирования.

Управление деятельностью промышленных предприятий и предприятий сервиса поддерживается программами ERP как правило совместно с CRM и S&SM. Потребность в программах такой направленности привела к разработке и внедрению значительного их количества. Программы для сервиса различаются по сферам применения (торговля, транспорт, автосервис, ЖКХ, гостиничные услуги, туризм, салоны красоты и пр.) и объему параметров контроля и управления. По каждому из перечисленных видов сервиса имеется в эксплуатации от 10 до 200 различных модификаций программ различных разработчиков. Разнообразие программ указывает на отсутствие в настоящее время унифицированных программ для обслуживания потребностей сферы услуг. Рынок программ отличается большой динамикой, т.к. под воздействием разнообразных потребностей предприятий услуг происходит непрерывная доработка известных программ и появление новых. Обновление программ также связано с появлением новых программных возможностей по развитию управляющих программ для сферы сервиса. Кроме того, производство совместимых переферийных устройств позволило внедрить аппаратное управление исполнительными устройствами сферы сервиса.

PDM и ERP-системы традиционно производятся различными разработчиками, причем если продукты первых в значительной мере определяются требованиями ГОСТов, то вторые ориентируют свои решения на бизнес-логику. В результате предприятие получает две абсолютно не связанные системы, интеграция которых является серьезной проблемой.

Потребность переносить в ERP данные, полученные в PDM в результате проектирования, неоспорима. Так, например, чтобы эффективно планировать процессы заказа комплектующих, управлять работой складов и другими аспектами производства, необходимо обладать информацией о составе не только производимых, но и проектируемых изделий. Подобные данные зачастую переносятся из PDM в ERP вручную.

Созданию программ типа PLM препятствует использование различных платформ для программ типов PDM и ERP. Создание в последнее время PDM программ на платформе 1С (1С:PDM) позволяет преодолеть это препятствие, т.к. большинство используемых программ типа ERP на территории СНГ базируются на платформе 1С. Использование единой платформы для автоматизации проектирования и управления в сферах производства и сервиса открывает большие перспективы для решения вопроса создания программ типа PLM, отслеживающих весь жизненный цикл изделий от инженерных расчетов через производство до утилизации. В этой связи открываются возможности по повышению:

- эффективности накопления данных по эксплуатации изделий для их учета при проектировании и производстве новых и модернизации существующих изделий,

- качества обслуживания изделий при использовании полного объема конструкторской и эксплуатационной документации от производителя.