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.