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
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).
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.
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.
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.
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».
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.
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.
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.