Анализ систем
автоматизации технологической подготовки производства
Е.В. Жигаев
инж. ВЦ ИПИ,
ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, zavod-hrunichev@mail.ru, г. Москва
Технологическая подготовка производства (ТПП)
– это совокупность взаимосвязанных процессов, обеспечивающих технологическую
готовность предприятия к выпуску изделий заданного уровня качества при
установленных сроках, объеме выпуска и затратах.
Технологическое
проектирование является основным звеном технической подготовки производства и
составляет 30 – 60 %
ее общей трудоемкости, меньшее значение соответствует условиям мелкосерийного
производства, большее – массового.
Как показывает
практика, трудоемкость технологического проектирования обычно в 2-3 раза
превышает трудоемкость конструирования машин.
Проектирование технологических процессов в
машиностроении включает в себя решение большого комплекса взаимосвязанных задач
по: выбору заготовки; определению последовательности и содержания
технологических операций; выбору имеющихся или заказу новых средств технологического
оснащения (в том числе контроля и испытания); расчету
и назначению режимов обработки; нормированию процесса, определению профессии и
квалификации исполнителей и т. д.
В соответствии с этим
проектирование технологической документации является трудоемким процессом и
включает в себя;
·
создание технологических карт;
·
контрольных карт;
·
других документов по ряду работ, перечень которых
регламентируется ГОСТ 14.301 - 83.
Работа на всех стадиях технологической
подготовки производства подчиняется стандартам Единой системы технологической
подготовки производства (ЕСТПП), под которой понимается установленная
государственными стандартами система организации и управления ТПП,
предусматривающая:
·
широкое
применение прогрессивных типовых технологических процессов;
·
стандартную
технологическую оснастку и оборудование;
·
средства
механизации и автоматизации производственных процессов, инженерно-технических и
управленческих работ.
ЕСТПП создает надежную
нормативно-техническую базу для организации и планирования всех, проводимых в
технологической подготовке производства работ.
Для учета особенностей
технологической подготовки, обусловленных конструкцией изделий и типом
производства, на основе ЕСТПП разрабатываются отраслевые системы ТПП (ОСТПП),
действующие как отраслевые стандарты.
Система ТПП
предприятия устанавливается нормативно-технической документацией в соответствии
с государственными стандартами ЕСТПП и отраслевыми стандартами. Технологическая
подготовка производства должна начинаться с получения исходных документов на
изготовление новых изделий, организацию нового и совершенствование действующего
производства.
Технологическая подготовка производства
ведется:
·
для
основного производства: при освоении выпуска нового изделия, при модернизации и
совершенствовании освоенных изделий, при увеличении объема выпуска освоенных изделий,
при реализации планов совершенствования ТПП.
·
для
вспомогательного производства (инструментальное, ремонтное, транспортное,
складское хозяйство и др.) – в тех же случаях, что и для основного производства.
Во всех перечисленных случаях содержание ТПП
практически не меняется. Основными функциями ТПП являются:
·
классификация и группирование
объектов производства;
·
обеспечение технологичности конструкций
изделий;
·
проектирование технологических процессов
и средств технологического оснащения (СТО);
·
моделирование процессов производства;
·
определение рациональной
структуры производственной системы;
·
изготовление средств
технологического оснащения;
·
проектирование и настройка
программных средств (ПС);
·
оценка надежности технологических решений;
·
формирование управляющей информации (УИ) для
вычислительного комплекса производственной системы;
·
организация и управление процессом ТПП.
Данные задачи технологической подготовки
производства базируются на единой системе технологической подготовки
производства (ЕСТПП). ЕСТПП предусматривает широкое применение типовых
процессов, стандартного оборудования и оснастки, средств автоматизации,
инженерно-технических и управленческих работ.
Анализ опыта внедрения современных систем автоматизации
технологической подготовки производства (ТПП) на
предприятиях Роскосмоса показал, что на предприятиях
ракетно-космической промышленности используются самые разнообразные системы
автоматизированного проектирования как отечественных, так и иностранных
разработчиков. В последнем случае наибольшее распространение получили САПР
AutoCAD, SolidWorks
и Pro/Engineer, созданные в США. Из технологических САПР наибольшее
распространение получили отечественные системы.
Наибольшими
возможностями обладают полномасштабные CAD/CAM/CAE системы. Обычно это сложные
многофункциональные системы, в состав которых входит большой набор модулей различного
функционального назначения.
Типовой набор
модулей включает:
·
графическое ядро (как правило, второго поколения);
·
широкий набор модулей для различных видов анализа с
использованием МКЭ и моделирования кинематики и динамики механизмов;
·
набор модулей для генерации управляющих программ для
различных видов механообработки;
·
модули обмена данными в различных графических форматах
(IGES, STEP, DXF,
VDAFS и др.);
·
модули управления данными проекта в гетерогенной сети (РDМ);
·
собственная или коммерческая СУБД.
Этот базовый
набор модулей дополняется различными вспомогательными модулями, расширяющими
возможности систем.
Реально во многих случаях в эксплуатации находятся неоднородные или гетерогенные
системы CAD/CAМ/CAЕ. Основная проблема, возникающая при использовании в одном
проекте различных систем, заключается в переносе из одной системы в другую
геометрических моделей сконструированных деталей и узлов. При этом необходимо
обеспечить адекватность описания геометрических моделей с заданной точностью в
разных системах. Как правило, для решения этой задачи используется
преобразование внутреннего представления геометрической модели в формат одного
из распространенных графических стандартов (IGES, VDAFS, STEP, DXF и др.). Однако при этом не удается
достаточно полно согласовать графические возможности системы-источника и
системы-приемника геометрической модели. В связи с этим часто используют модули
прямой связи между известными системами CAD/CAМ/CAЕ Использование прямых
трансляторов позволяет более полно использовать графические возможности систем.
Тем не
менее, для современных интегрированных систем этого уже недостаточно, поскольку
не поддерживаются следующие особенности современных систем
CAD/CAM/CAE,
представляющие
наибольший интерес с точки зрения пользователя:
·
повсеместный переход к твердотельному моделированию с
использованием вариационной геометрии с ассоциативными связями, как развитию
параметрического геометрического моделирования;
·
распространение ассоциативных связей на все уровни проекта, включая
сборочные единицы, расчетные модули системы, технологическую подготовку
производства;
·
обеспечение горизонтальной и вертикальной интеграции и
сбалансированности модулей в рамках единой системы;
·
наличие средств поддержки параллельного проектирования и
методов коллективной работы.
Неоднородность
прикладного программного обеспечения усугубляется гетерогенностью
инструментальной базы. В этих условиях для отечественных предприятий (учитывая
их низкий уровень в использовании CALS-технологий) оказывается
более простым переход сразу к единой базовой системе масштаба предприятия для
информатизации всего производственного процесса на современном уровне.
Комплексное
внедрение CALS-технологий связано с большими материальными и
временными затратами, очень важно правильно сделать выбор базовой системы в
качестве единой для предприятия и партнеров.
Анализ опыта внедрения современных систем
автоматизации технологической подготовки производства на
предприятиях Роскосмоса показал, что на предприятиях
ракетно-космической промышленности используются самые разнообразные системы
автоматизированного проектирования как отечественных, так и иностранных
разработчиков. В последнем случае наибольшее распространение получили САПР
AutoCAD, SolidWorks
и Pro/Engineer, созданные в США. Из технологических САПР наибольшее
распространение получили отечественные системы.
В настоящее время на рынке программных
средств, применяемых для автоматизированного проектирования конструкции
изделий, технологических процессов и решения других задач автоматизации
технологической подготовки производства, прослеживается тенденция создания
комплексных решений, которые позволяют выполнять широкий круг задач на одной
информационной основе. При этом обеспечивается полная интеграция всех
разработанных той или иной фирмой программных средств между собой, а также
предусматривается обмен информацией с корпоративной информационной системой
предприятия (КИС). Эти возможности были выбраны в качестве главного критерия
выбора программных продуктов для проведения анализа. Кроме того, учитывались
объёмы внедрения программных средств на предприятиях Роскосмоса,
время работы на рынке и ценовые показатели. В связи с этим подробно не
рассматривались решения по автоматизации технологических задач иностранных
поставщиков (за исключением задач автоматизированного проектирования средств
технологического оснащения), так как они дороги и вызывают ряд трудностей при
внедрении (проблемы с обучением персонала, консультациями, поддержкой
пользователей, информационная безопасность и др.). Кроме того, они не позволяют
проектировать техпроцессы в соответствии с действующими в отрасли нормативными
документами. Для проведения анализа были выбраны поставщики и программные
продукты, представленные в таблице 1
Таблица 1
Поставщики и программные продукты
|
Поставщик программных средств |
Категория поставщика |
Поставляемые программные средства |
|
Группа компаний AДEM |
Разработчик комплексных решений |
Интегрированная система, включающая:
конструкторский САПР - ADEM CAD (2D-3D), технологический
САПР ТП – ADEM CAPP, программирование
ЧПУ – ADEM CAM (2x-5x), архив - ADEM Vault,
систему адаптации к оборудованию – ADEM GPP, систему реновации бумажных документов и станочных
программ, систему контроля геометрии и экспресс технологического анализа,
конструкторские и технологические базы знаний. |
|
АСКОН |
Разработчик комплексных решений |
КОМПАС График, КОМПАС-2D, КОМПАС-3D, САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ,
ЛОЦМАН PLM |
|
ИНТЕРМЕХ (Беларусь) |
Разработчик комплексных решений и
технологических САПР |
конструкторский модуль Cadmech, технологическая
САПР Techcard ,
система технического
документооборота Search, модуль управления
проектами IMProject, база данных
стандартных элементов и материалов Imbase |
|
Топ Системы |
Разработчик комплексных решений |
T-FLEX CAD 2D, T-FLEX CAD 3D, T-FLEX ЧПУ, T-FLEX Анализ, Т-FLEX Технология |
|
SolidWorks |
Разработчик конструкторских САПР и
комплексных решений |
комплекс CAD/CAM/CAE/PDM SolidWorks, SolidWorks Professional и SolidWorks Premium, CAM Works, PDMSWR |
|
ООО
«Делкам-Москва» |
Разработчик технологических САПР |
технологическая САПР PowerMILL Pro 5 Axis |
|
РТS (США), ООО «ПТС» |
Разработчик и дилер комплексных решений |
интегрированная CAD/CAM система Pro/Engineer |
|
ООО
«ГЕТНЕТ Консалтинг», |
Поставщик комплексных PLM-решений |
Полностью интегрированные между собой CAD/CAM/CAE/PDM системы: CATIA V5, ENOVIA, DELMIA,
NATTA. Специализированные решения для электрики,
инженерных расчетов, конструкторского и технологического проектирования.
Системная интеграция |
Результаты анализа положительных
особенностей, недостатков и распространённости программных продуктов на
предприятиях Роскосмоса сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Положительные особенности и недостатки
|
Программный продукт |
Положительные стороны |
Недостатки |
Внедрение |
|
ADEM |
Создаёт единое
конструкторско-технологическое пространство на одной информационной основе, имеет
хороший модуль ЧПУ с развитым генератором постпроцессоров |
Ограниченная функциональность CAD
системы |
ЗАО
«ЗЭМ «РКК «Энергия», ОАО «Ижевский Мотозавод», ФГУП
НПЦ "Полюс», ОАО «Ижевский
радиозавод», ОАО "Моторостроитель, "ОАО «КБХА», ВМЗ-филиал
ФГУП ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, ФГУП «НПО им. Лавочкина» и др. |
|
КОМПАС-3D,
САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ, ЛОЦМАН PLM |
Хорошая CAD
система |
Нет модуля ЧПУ |
ФГУП
«ГНПРКЦ «ЦСКБ -Прогресс», ОАО «Моторостроитель», ОАО «ПЗ Машиностроитель», предприятия приборостроения |
|
Cadmech, технологическая
САПР Techcard ,
система технического
документооборота Search, |
Создаёт единое
конструкторско-технологическое пространство |
Нет единой информационной основы. Нет модуля ЧПУ |
РКЗ ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, ФГУП «НПО
Автоматики». |
|
T-FLEX CAD 2D, T-FLEX CAD 3D, T-FLEX ЧПУ, T-FLEX Анализ, Т-FLEX Технология |
Хорошие CAD система и САПР техпроцессов |
Слабый модуль ЧПУ, недостаточный уровень
послепродажной поддержки |
ОАО «КБХА», ОАО «Энергомаш»,
ФГУП «НИИМаш» и др. |
|
SolidWorks, SolidWorks Professnal
и SolidWorks Premium, CAM
Works, PDMSWR |
Хорошая CAD
система среднего уровня для КБ |
Модуль CAM
Works новый, ещё недостаточно отработан, в отрасли практически не применяется |
ФГУП «НПО им. Лавочкина», ОАО «ИСС», ОАО
«КБХА», ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ -Прогресс», ФГУП
«ВНИИЭМ» |
|
PowerMILL Pro 5 Axis |
Хорошая CAM
система для фрезерования |
Низкий уровень интеграции, очень дорогая
(порядка 800 тыс. руб.) |
ОАО
«ПЗ Машиностроитель» |
|
CAD/CAM система Pro/Engineer |
Создаёт единое
конструкторско-технологическое пространство обработки, хорошая CAD/CAM система |
Нет модуля проектирования техпроцессов,
очень сложна в обучении, есть проблемы с поддержкой |
ОАО
«НПО Машиностроения», ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс»,
ОАО «Энергомаш», ОАО «РКК «Энергия», ФГУП «КБТМ» |
|
CATIA V5, ENOVIA, DELMIA, NATTA. |
Создаёт единое
конструкторско-технологическое пространство, хорошая CAD/CAM система с большой функциональностью |
Нет модуля проектирования техпроцессов,
сложна в обучении, дорогая поддержка
(15% ежегодно), избыточна по фукционалу для заводов |
ФГУП «Красмаш»,
ОАО «ИСС», ФГУП ГКНПЦ им. М.В.Хруничева,
|
Литература
1. CALS–технологии в технологической подготовке
производства авиакосмической техники. Костюков В.Д., Годин Э.М., Соколов В.П., Сокольский М.Л., Баранов А.П.; Под ред. Э. М. Година. – М.:
Изд-во МАИ, 2005. – 552 с.
2. Воронцов
А.В., Костюков В.Д., Островерх А.И., Лобова С.А.
Проблемы внедрения информационных технологий на производственных предприятиях. Научно-технический журнал «Информационные технологии в проектировании и
производстве» №1
3. Костюков В.Д.
Системы управления техническими и общими процессами предприятия. Конспект
лекций по курсу «Автоматизация процессов обработки информации». МАТИ, каф.
ТИАС, 2005. -44 с.