Технологическая подготовка производства на базе PLM-решений

В.С. Гусельников,

аспирант,

Д.Ю. Колобов,

аспирант,

А.А. Саломатина,

аспирант,

 Ю.Н. Фомина,

аспирант,

Е.И. Яблочников,  

доцент, к.т.н., СПбГУ ИТМО, г. Санкт-Петербург

Актуальность

Развитие и быстрое распространение информационных технологий в сфере проектирования и производства сложных изделий привело не только к кардинальным улучшениям наиболее важных показателей деятельности компаний, но и к экспоненциальному возрастанию объемов и повышению сложности информации об изделии, порождаемой в процессе его жизненного цикла. Помимо неоспоримых преимуществ это привело к появлению новой проблемы, без решения которой дальнейшее движение вперед становится просто невозможным. Без обеспечения возможности управления этой информацией всеми участниками процесса эффективность от использования автоматизированных систем проектирования, расчетов и управления (CAD/CAM/CAE/PDM) существенно уменьшается.

Для решения данной задачи в последнее время появились и стали активно разрабатываться компьютерные системы, обеспечивающие комплексную поддержку всех этапов жизненного цикла изделия на основе концепции PLM (Product Life Cycle Management).

 

Научно-образовательный технологический центр.

На данный момент имеется значительная потребность в специалистах, методиках проектирования и обслуживания PLM-систем и технологий на предприятиях. Реализация в университете нового научно-образовательного направления «Интегрированные компьютерные технологии проектирования и производства приборов и систем» основывается на базовых положениях PLM-методологии и является актуальной научно-технической задачей.

Реализация проекта позволяет обеспечить планомерную подготовку и повышение квалификации специалистов в области PLM-технологий для промышленных и проектных организаций приборостроения и точного машиностроения РФ. Подготовка квалифицированных кадров позволит ускорить модернизацию отечественной промышленности до уровня мировых стандартов.

Основными целевыми направлениями данной университетской программы являются:

§      подготовка квалифицированных молодых специалистов;

§      организация научных исследований по данному направлению;

§      развитие взаимодействия между университетом и промышленными предприятиями, подготовка и осуществление совместных научно-технических проектов.

Для инструментальной поддержки проекта приобретен широкий спектр лицензионного программного обеспечения, поддерживающего PLM-технологии. Предложения по оказанию сервисных и консалтинговых услуг в области управления жизненным циклом изделия (ЖЦИ) можно разделить на три направления:

§      Оказание услуг по осуществлению реинжиниринга деятельностям предприятия: выполнение моделирования и бизнес-анализа производственных процессов предметной области.

§      Оказание услуг по разработке проектов на базе PLM-решений: разработанные шаблоны и приложения позволяют достаточно легко конфигурировать готовые PLM-продукты, в точности соответствующие ожиданиям предприятий-заказчиков, что представляет инновационное предложение на рынке PLM.

§       Сервисные услуги в сфере подготовки производства: построение виртуальных моделей станков и постпроцессоров, разработка управляющих программ для оборудования с ЧПУ.

Реинжиниринг бизнес-процессов

Базовой системой для реализации первого направления является Adonis от компании BOC ITC Ltd.

Необходимость реинжиниринга обосновывается высокой динамичностью современного делового мира. Непрерывные и довольно существенные изменения в технологиях, рынках сбыта и потребностях клиентов стали обычным явлением.

Решением проблемы является смена базовых принципов организации компаний и переход к ориентации не на функции, а на процессы. Предлагается использовать подход, когда менеджер компании принимает непосредственное участие в разработке модели компании. Реинжиниринг предусматривает новый способ мышления – взгляд на построение компании как на инженерную деятельность.

Во всех случаях положительный результат получен не благодаря ориентации на узкую задачу, решаемую в предопределенных организационных границах, а благодаря рассмотрению всего процесса в целом – ориентация на процесс.

Деятельность компании должна быть детально исследована для того, чтобы каждый, имеющий с ней дело, в любой ситуации располагал достаточной информацией для принятия наилучшего решения. Комплекс из функционально, информационного и организационного анализа дает возможность всестороннего описания предметной области.

Система Adonis выделяется среди аналогов своей наглядностью, непротиворечивостью и большой функциональностью. Adonis позволяет связать весь объем анализируемой информации  в единое целое, то есть создать концептуальную модель предприятия.

К видам услуг, обеспечиваемых функциональностью Adonis, относятся:

§      оптимизация бизнес-процессов, реинжиниринг предприятия;

§      калькуляция себестоимости процессов;

§      руководство кадрами (определение оптимальной структуры и состава рабочих групп);

§      управление документацией предприятия;

§      сравнительная оценка бизнес-процессов.

Создание интегрированного информационного пространства.

Второе направление коммерческих предложений основывается на реализации проектов на базе PLM-решений Dassault Systemes. Базовыми системами являются CATIA/ENOVIA/Smarteam/DELMIA.

В процессе конструкторско-технологической подготовки производства различными системами формируется большое количество разнородной информации. Графическая информация наряду с конструкторской подготовкой производства широко применяется и в технологической подготовке: это как 2D-документы, используемые для формирования технологической документации, так и 3D-модели, применяемые при решении различных задач (проектирование оснастки, создание программ для станков с ЧПУ и т.д.).

Необходимость создания интегрированного информационного пространства является очевидной. Наиболее целесообразным является осуществление подобной интеграции на базе PDM-системы. При этом программные модули интеграции должны передавать данные от системы проектирования в PDM в необходимом количестве и виде, а также, при  изменении этих данных, возвращать их в систему проектирования. На данный момент проблемы интеграции систем управления и порождения данных весьма актуальны.

Для соответствия требованиям заказчиков разрабатываемый PLM-продукт должен обладать большой степенью гибкости и настраиваемости под конкретные производственные условия. Таким образом, необходимо создать шаблон автоматизированной системы управления ЖЦИ, а также комплекс методик по его настройке под конкретные производственные условия. Такое ранение находит свой спрос за счет исключения повторного конфигурирования программного обеспечения (проводимого заново) каждым предприятием, а также ускорения процесса перехода компаний на новый уровень функционирования.

Выполненная работа имеет большое практическое значение для машино- и приборостроительных предприятий, реализующих проекты комплексной автоматизации технической подготовки производства с использованием PDM-систем.


Моделирование производственных процессов с применением ЧПУ

Развитие третьего направления обеспечивается использованием систем Vericut, IMS, CATIA, Cimatron и HyperMill.

Год от года металлообрабатывающее оборудование усложняется, станки приобретают всё большую универсальность, стойки ЧПУ оснащаются новыми функциями. Вместе с тем усложняется и технология обработки на этом оборудовании. Цена ошибки на современном производстве возрастает многократно, грозя порчей заготовок, выходом из строя инструмента и узлов станка, длительным простоем и дорогостоящим ремонтом оборудования. В связи с этим, при подготовке производства изделий на станках с ЧПУ необходимо использовать программные системы, основная задача которых - симулировать процессы, происходящие с оборудованием, инструментом, заготовкой.

В такой ситуации единственно возможным путем обеспечения высоких темпов, гибкости и качества производства, является использование "виртуальных производственных комплексов". С помощью этих программных систем становится возможным осуществлять верификацию и оптимизацию управляющих программ для любых типов станков с ЧПУ, осуществлять контроль состояния инструмента и заготовки, повысить эффективность использования парка машин, а значит сократить время обработки и избежать перепроектирования.

Опыт показывает – бесполезно односторонне развивать средства производства (оборудование), необходимо также постоянно развивать программное обеспечение, используемое в технологическом бюро. Одним из инструментов, разработанных специально для этой цели, является программное обеспечение проверки управляющих программ (УП) (верификаторы управляющих программ).

Для пользователей САМ-систем получение форматированной УП (программы, записанной в кодах станка)  остается одной из самых больших проблем. После более чем 30 лет компьютерного программирования УП, связь «САМ система — станок с ЧПУ» до сих пор не обеспечена в полной мере. Для ее обеспечения служит отдельная программа, называемая постпроцессором.

Общая проблема пользователей САМ – это то, что постпроцессоры часто не поддерживают специальные функции системы управления станка. Потребность замены устаревших постпроцессоров – еще одна проблема, с которой сталкиваются предприятия. Решением является использование возможностей макропрограммирования на специально созданном языке, что позволяет настроить универсальный постпроцессор для любой комбинации «станок – система ЧПУ».

Виртуальные предприятия в сфере ТПП

Современная постановка задачи автоматизации ЖЦИ требует не только применения гибких, высокопроизводительных, интеллектуальных систем, но и изменения организационных форм ведения бизнеса. Одно из научных направлений, реализуемое авторским коллективом, связано с построением систем ТПП на принципах виртуального предприятия.

Важнейшей характеристикой современной организации ТПП является широкое использование кооперации, когда вокруг основных предприятий существует круг партнеров-субподрядчиков. Одной из таких эффективных  форм организации  является виртуальное предприятие (ВП) .

Одной из основных задач конфигурирования виртуального предприятия является задача размещения заказа, подразумевающая наличие определенного объема работ (заказ), которые необходимо выполнить, использовав для этого некоторые технологические мощности (ресурсы участников виртуального предприятия – потенциальных исполнителей заказа). Для ее реализации необходимо определить механизм поиска конкретного производителя (исполнителя заказа), а также критерии выбора этой компании среди участников виртуального предприятия.

Особенностью проектирования ТП в распределенной среде является его многовариантность.

Таким образом, в распределенной производственной среде проектировщик создает универсальный технологический процесс, поскольку не обладает информацией о конкретных доступных возможностях, ресурсах и мощностях производителя. Этот начальный технологический процесс называется ресурсо-независимым технологическим процессом (РНТП) и лишь указывает подразумеваемые процедуры, необходимые для создания изделия. При разработке РНТП проектировщик определяет, какие именно задачи ТПП будут выполнены сторонним производителем. В зависимости от параметров каждого заказа происходит выбор исполнителей среди участников виртуального предприятия.

Проектировщик составляет РНТП в соответствии с конструкцией изделия и определяется круг работ, выполнение которых будет произведено средствами сторонних исполнителей. Далее о появлении на рынке новых предложений на выполнение ТПП оповещаются все потенциальные производители. Затем из опубликованного списка производителей выбираются конкретные исполнители, чьи производственные возможности и мощности соответствуют требованиям каждой операции. После выбора предприятие-заказчик передает конкретным производителям РНТП, который в последствии становится ресурсо-зависимым технологическим процессом (РЗТП).

Следующий шаг – выбор в ходе переговоров конкретного единственного производителя из ранее подобранных для каждого заказа. На основании полученных данных на последнем этапе создается распределенный технологический процесс (РТП). В качестве метода конфигурирования заказов на ТПП в распределенной среде виртуального предприятия может быть применен, например, генетический алгоритм.

Заключение

В рамках реализации нового научно-образовательного направления «Интегрированные компьютерные технологии проектирования и производства приборов и систем» кафедра «Технологии приборостроения» СПбГУ ИТМО начинает использование в научном и учебном процессе современные программные комплексы CATIA, Smarteam, DELMIA, Adonis, MSC.Software, Cimatron,  HyperMill, Vericut и IMSpost.

Литература

1.      Cho, H. and Wysk, R. A., Intelligent workstation controller for computer integrated manufacturing: problem and models, Journal of manufacturing Systems, 14(4), 1995. 252-263 p.

2.      Алиев Р., Давыдов К. Использование систем симуляции для повышения точности и производительности механической обработки «САПР и графика» 10'2001

3.      Волков И. Vericut — производственный комплекс на рабочем столе // журнал «САПР и графика» №4 2003

4.      Куликов Д.Д., Падун Б.С., Яблочников Е.И. Методологические основы построения АСТПП // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 22, 2005. – с.114-121.

5.      Молочник В.И. IMSpost — универсальный генератор постпроцессоров для оборудования с ЧПУ // журнал «САПР и графика» №8 2002

6.      Степанов А.: Высокоскоростное фрезерование в современном производстве //журнал CAD/CAM/CAE Observer  №4 (13) 2003

7.       Яблочников Е.И. Структура единого информационного пространства в автоматизированной системе технологической подготовки производства // Информационные технологии, №4, 2005. – c.16-20.