Информационно-вычислительные системы в машиностроении CALS-технологии (Соломенцев, 2003)

штамповки для объекта «контур штампуемой детали» предусмотрены следующие действия:

•подбор из нормативно-справочной базы данных минимально допустимых габаритов плиты;

•автоматическое совмещение центра давления контура штампу­ емой детали и центра плиты;

•нанесение эквидистантного контура в плите с учетом всех тех­ нологических требований.

При этом если изменить объект «контур штампуемой детали», то все действия автоматически претерпят изменения.

3-6.5, Совмещенное проектирование

Принципиальным моментом в предлагаемой технологии являет­ ся синхронизация деятельности в рамках всего проекта по совмещен­ ной разработке основного изделия и технологической подготовке его производства (рис.3.28). Процесс проектирования и изготовления в машиностроении, как правило, является коллективным и охватывает расчетчиков, проектировщиков, конструкторов, инженеров, произ­ водителей и т.д. Все они нуждаются в доступе к различным уровням информации для выполнения своей повседневной работы. Но очень часто эта информация бывает нужна также для обслуживания после завершения проекта. За пределами команды проектировщиков ин­ формация также должна быть доступна людям, которые могут оказа­ ться и не специалистами.

В нашем случае в качестве основного объекта выступает произ­ водство электродвигателей на Сафоновском электромашиностроите­ льном заводе. При получении нового задания на электродвигатель конструктор просматривает электронный архив. Если в архиве отсут­ ствует аналог, то он создает новый проект, включающий формализо­ ванное техническое задание (ФТЗ), расчеты, конструирование, тех­ нологию. Технология может быть основана как на унифицированных технологических процессах, так и на единичных. В составе техноло­ гии предусматриваются и различные виды оснастки: листовая штам­ повка, пресс-формы, режущий и мерительный инструмент и т.д. При необходимости предусматривается подготовка программ для обору­ дования с ЧПУ.

Для каждого технологической вида оснастки процесс разработки идентичен процедуре проектирования основного объекта: поиск в ар­ хиве, ФТЗ, расчет, конструкция, технология.

На основе использования согласованной схемы процесса компь­ ютерного проектирования основного объекта и технологической оснастки удается максимально распараллелить работы на

Основной объект разработки

Рис.3.28. Организация совмещенного проектирования при решении задач КТПП

предприятии. А это в итоге обеспечивает сокращение времени выхода нового изделия на рынок.

Изменения на любом из этапов реализации проекта влияют па работу, выполняющуюся параллельно. Такие конфликты обычно разреишются путем проведения серии согласующих обсуждений, обычно поглощающих много времени. Вследствие таких обсуждений разработки обычно многие отдельные части конструкции должны быть переработаны или, как минимум, расположены по-другому.

Именно поэтому использование чисто графических систем может об­ легчить модификацию отдельных частей, но они не помогают в реше­ нии более глобальных проблем разработки на предприятии в целом.

В последнее время руководство предприятий все чаще и чаще осознает тот факт, что для проектирования на основе моделей в наи­ большей степени подготовлено блочно-модульное проектирование объектов машиностроения. Это связано с тем, что такое производство в основном базируется на известных технических решениях, как пра­ вило, состоящих из типовых, нормализованных и стандартных дета­ лей. При этом для блочно-модульного проектирования характерны следующие моменты:

•наличие у объекта одного служебного назначения;

•ограниченное число вариантов технических условий и ограни­ чений;

•использование типизированных правил выбора и расчетов функциональных элементов разных уровней иерархии;

•наличие единой функциональной структуры (или с минималь­ ными изменениями), что в итоге ведет к ограниченности вари­ антов конструктивного исполнения;

•вариантность исполнения функциональных компоновочных решений, оформленных в виде параметрических рядов.

Доступ и многократное использование компьютерных баз знаний по ранее выполненным разработкам образует основной потенциал для возможности роста производительности труда на предприятии при использовании информационных технологий. Подобно тому, как индустриальная революция сделала колоссальный рывок при изоб­ ретении стандартизованных и взаимозаменяемых деталей, так ин­ формационная революция в проектировании призвана обеспечить рывок с введением в обиход их компьютерных эквивалентов.

Разумная и доступная компьютерная модель по организации дея­ тельности при создании наукоемких изделий может использоваться многократно. А это в свою очередь существегню повышает произво­ дительность труда и гарантирует высокое качество.

3.6.8. Простота применения и изучения

Еще одним краеугольным камнем в предлагаемой технологии яв­ ляется простота использования в ходе повседневной деятелыюсти.

В действительности, всегда будут аспекты создания проектной информации, которые не являются интуитивными. Для этих случаев должны быть созданы средства обучения, предназначенные для

минимизации времени, требуемого пользователю для начала продук­ тивной работы с программой.

Преимуществом такого инструмента является то, что он поддер­ живает несколько стилей обучения, он доступен круглые сутки и мо­ жет применяться как для обучения нового пользователя, так и для со­ вершенствования знаний пользователя в какой-либо конкретной об­ ласти.

Именно поэтому в основу базового интерфейса для наших нара­ боток были положены принципы, используемые в Windows. Поэтому пользователь, умеющий работать в Windows, практически сразу мо­ жет использовать САПИР и CASE-технологии в своей повседневной деятельности.

3.6.9. Решение задач КТПП в новых условиях

Основная задача КТПП связана с выявлением и разрешением противоречий между требованиями заказчика (функциональными, стоимостными, временными, надежностными и т.д.), вариантами конструктивных решений и конкретными производственными усло­ виями изготовителя. Цена выявления и разрешения указанных про­ тиворечий существенно зависит от момента их обнаружения в ходе решения. Поэтому целесообразно стремиться организовать такие условия для выполнения работ, чтобы большая часть этих противоре­ чий могла быть обнаружена и устранена на как можно более ранних стадиях решения, не выходя за стадию информационной проработки конструкторско-технологических решений.

Предлагаемая технология по решению задач КТПП основывает­ ся на трех новшествах: это проектирование на основе моделей, совме­ щенное проектирование основного объекта и технологической подго­ товки его производства и простота освоения и применения. Три взаи­ мосвязанные технологии, прокладывающие путь новому подходу к решению задач КТПП, включают: деление создаваемого изделия на типовые объекты, построение единого информационного простран­ ства предприятия и работа в команде над общим проектом. В этом подходе объекты служат базовыми строительными кирпичиками для проектирования на основе моделей, а модели, функционирующие и развивающиеся в рамках предприятия, облегчают командную работу над проектом.

В этих условиях роль разработчиков сводится к тому, чтобы сде­ лать предлагаемую информационную технологию для решения задач КТПП в машиностроении простой в применении, недорогой и доступ­ ной широким кругам пользователей, которые смогут самостоятельно со­ здавать и использовать последнюю в своей повседневной деятелыюсти.

3.7.Опыт использования информационных технологий при проектировании и изготовлении электродвигателей по индивидуальному заказу (на примере ОАО ^Сафоновский электромашиностроительный завода)

Мировой опыт использования информационных технологий при организации производства наукоемкой продукции в машиностроении показывает, что наибольший эффект от их применения могут обеспе­ чить следующие факторы:

•организация и постоянное совершенствование системы управ­ ления повторно используемыми компьютерными знаниями в области производства;

•максимальное использование совмещенного проектирования основного изделия и технологической оснастки для его произ­ водства, как во времени, так и в пространстве;

•улучшение качества проектирования на основе использования управляемого ассоциативными связями набора типовых моде­ лей базового исполнения, охватывающего весь жизненный цикл изделия;

•информационное взаимодействие и координация всех служб исполнителя под потребности заказчика для выполнения инди­ видуального проекта в рамках единого информационного про­ странства;

•переход от натурных испытаний к компьютерному моделиро­ ванию как собственно изделия, так и технологической оснаст­ ки для его изготовления.

Максимальный эффект от использования информационных тех­ нологий на предприятии может быть достигнут только при комплекс­ ном применении всех этих факторов и соответствующем управлении мотивацией деятельностью сотрудников.

Основной резерв, на который сегодня могут рассчитывать рос­ сийские предприятия машиностроительного профиля для повыше­ ния своей конкурентоспособности, связан с коренным изменением подхода к организации процесса конструкторско-технологической подготовки производства. Эти изменения в организации деятельно­ сти требуют соответствующего методического обеспечения, набора CASE-инструментов, компьютерных баз знаний по основным техно­ логическим переделам машиностроения, учета в ходе выполнения ра­ бот международных TQM и CALS-стандартов (рис.3.29).

В работе рассматривается опыт института конструкторско-техно­ логической информатики (ИКТИ РАН), МГТУ Станкин и ОАО «Сафоновский электромаишностроительный завод» (ОАО «СЭЗ») по комплексному использованию достижений информационных

технологий при проектировании и изготовлении электродвигателей по индивидуальному заказу в производственных условиях.

Большая часть важнейших технических решений на изделие за­ кладывается на этапе конструкторско-технологической подготовки производства. Плохо спроектированное изделие в производственных условиях может быть только «позолочено», но основные технические решения останутся без существенных изменений. Основная задача конструкторско-технологической подготовки производства связана с выявлением и разрешением противоречий между функциональными, временными, надежностными, качественными, стоимостными требо­ ваниями заказчика, допустимыми вариантами конструктивных испол­ нений и текущими производственными условиями изготовителя. Стои­ мость выявления и разрешения указанных противоречий существенно зависит от момента их обнаружения в ходе жизненного цикла изделия. Поэтому целесообразно стремиться организовать производственную деятельность так, чтобы большая часть этих противоречий могла бы быть выявлена и устранена на ранних стадиях создания изделия.

На рис.3.30 приведена укрупненная модель деятельности пред­ приятия - исполнителя в ходе реализации индивидуального заказа при мелкосерийной и единичной организации производства наукоем­ кого изделия (в нашем случае - это электрические машины большой мощности). Заказчик формирует основные исходные требования, ко­ торые оформляются как техническое задание на разработку. После заключения контракта для каждого заказа исполнитель формирует проект, в рамках которого выполняется разработка конструктор­ ско-технологической документации на требуемый электродвигатель, реализуется технологическая подготовка его производства и осущест­ вляется собственно выпуск изделия. Выполнение проекта существен­ но опирается на возможности, предоставляемые компьютерными ба­ зами знаний. Наиболее важные взаимосвязи между отдельными со­ ставляющими модели приведены на рис.3.30. Собственно реализация заказа в производственных условиях организована с учетом примене­ ния MRP и ERP стандартов.

На основании формализованного технического задания с помо­ щью электромагнитных расчетов определяется структура будущей компоновки электродвигателя. Эта структура отражает связь исход­ ных требований заказчика и проектных параметров изделия при кон­ кретной реализации с учетом возможностей производства. В проекте предусматривается пошаговая стратегия разработки решений, кото­ рая призвана обеспечить автоматическое обновление компоновочной схемы требуемого исполнения электродвигателя и организовать ис­ пользование компьютерных средств для детального анализа возмож­ ности выполнения в производственных условиях исходных техниче­ ских требований, сформулированных заказчиком (рис.3.31).

Рис.3.30. Укрупненная модель организации конструкторско-техпологическои подготовки производства для реализации индивидуального заказа

Пошаговая стратегия разработки решений на основе типовых на­ боров моделей призвана помочь:

•зафиксировать основные этапы разработки и обозначить мно­ жество контролируемых состояний, которые призваны гаран­ тировать получение изделия с заданным качеством;

•описать факторы и приоритеты, влияющие как на график вы­ полнения проекта, так и на функциональные и качественные показатели изделия;

•выявить и учесть критические особенности текущего проекта на ранних стадиях проектирования;

•создать критерии и средства оценки работы групп и отдельных исполнителей;

•организовать взаимодействие как с заказчиком, так и с субпод­ рядчиками на основе взаимоприемлемых компромиссов.

В результате пошаговой стратегии разработки для заказчика по­ вышается «прозрачность» предприятия, улучшается отношение ис­ полнителей к делу, повышается качество принимаемых решений, уменьшается необходимость последующих переделок. Все это в це­ лом положительно сказывается на качестве и цене выпускаемых изде­ лий.

Другим ключевым моментом совершенствования организации деятельности предприятия в ходе перехода к CALS-технологиям ста­ новится использование единого информационного пространства, ох­ ватывающего весь жизненный цикл изделия. Единое информацион­ ное пространство призвано увязать между собой управляемой систе­ мой параметров все входящие в сборочную модель электродвигателя компоненты и технологические процессы их изготовления (рис.3.32). Это обеспечивает возможность автоматического обновле­ ния компьютерной модели компоновки электродвигателя под требо­ вания потребителя. При построении единого информационного про­ странства учитываются требования STEP-стандарта.

Иерархически процесс проектирования изделия по индивидуаль­ ному заказу основан на следующей информационной структуре (рис.3.33). На начальном этапе решение ищется в электронном архи­ ве ранее выполненных разработок. В случае отсутствия в архиве ана­ лога создается проект изделия. В состав проекта изделия включаются следующие папки, в которых создается и сохраняется вся необходи­ мая информация об электродвигателе:

-01 - формализоваьпюе техническое задание (ФТЗ),

-02 - используемые инженерные расчеты, входные и промежу­ точные результаты,

-03 - комплект чертежно-графической документации, содержа­ щей полное описание будущей конструкции] в комплект доку­ ментации входят как твердотельные модели, так и двухмерные чертежи;

-04 - сведения о технологии его изготовления. Технологическая часть основного изделия проектирования мо­

жет ссылаться как на единичные, так и на унифицированные техно­ логические процессы. На следующих этапах детализации (X = 1, 2,

...) добавляются сведения о технологической оснастке, требуемой для изготовления данного изделия. В настоящее время поддержива­ ется проектирование технологической оснастки, касающейся штам­ пов для листовой штамповки (X = 1), пресс-форм (X =2), режущего (X = 3) и мерительного (X = 4) инструмента, станочных приспособ­ лений (X = 5) и т.д. К технологической оснастке отнесена и подготов­ ка программ для оборудования с ЧПУ (X = 9).