Проектирование технологической подготовки производства

Проектирование технологической подготовки производства

В.Д. Костюков,

вед.н. с., к.т.н.,

В.Н. Сычев,

первый зам. ген.директора, к.т.н.,

А.И. Селиверстов ,

зам. ген.директора

А.В. Цырков

главн. констр. ЕКИТСУП, д.т.н.,

ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, zavod-hrunichev@mail.ru, г. Москва

Мировое машиностроение в своем развитии вплотную подошло к необходимости создания производства нового типа, способного в сжатые сроки сворачивать изготовление устаревшей продукции и мало убыточно и быстро осваивать выпуск новой продукции высокого качества в требуемом количестве. Одно из основных направлений решения этих задач - создание компьютеризированных интегрированных производств.

Как отмечают зарубежные эксперты, при переходе на новые изделия такие производства позволяют регулировать 75% материальных ресурсов, традиционные же методы автоматизации лишь 25%. Достигается это за счет широкого применения средств вычислительной техники и автоматизированных систем проектирования и управления во всех фазах производственного цикла, что позволяет синхронизировать их в пространстве и времени и реализовать принцип "сделай во время". В современных рыночных условиях на первый план выходит задача выпуска конкурентно-способной продукции. Это требует коренных изменений схем работы подразделений, структурных взаимосвязей внутри предприятия, а также взаимосвязей между предприятиями. Для решения данных проблем необходимо включение в организационную схему функционирования промышленных предприятий трех основополагающих принципов. Такими принципами являются:

v научно-техническая и технико-экономическая экспертиза, включающая промышленный менеджмент, маркетинг и функционально-стоимостной анализ. Без проведения комплекса мероприятий по экономической оценке нового изделия на самых ранних стадиях его жизненного цикла, стоимостной оценки ожидаемых затрат на его производство, его спроса на рынке невозможно дальнейшее развитие предприятия (отдел менеджмента, BI (Business Intelligence) - системы бизнес - анализа, BSC (Balanced ScoreCard system) - система сбалансированных показателей деятельности предприятия);

v сертификация изделия и его производства на всех стадиях жизненного цикла, которая является неотъемлемой частью производства и эксплуатации современной техники (отдел сертификации производственных процессов, CALS (Continuous Acquisition and Life-cycle Support) - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта);

v информационные технологии. По имеющейся статистики, даже на самых передовых предприятиях лишь 10% от общего числа конструкторской документации представлено в электронном виде, не говоря о ее стандартизации. Речь идет не о технологических электронных каталогах и мультимедийных процессах, а о едином информационном пространстве подразделений и о многом другом (зам. генерального директора предприятия по информационным технологиям, отдел автоматизированных систем технологической подготовки производств АСТПП, отдел автоматизированных систем управления производством АСУП, информационно-вычислительный центр ИВЦ (ЦОД - центр высокопроизводительной обработки данных), отдел автоматизированных систем управления производственными процессами АСУТП).

В части системной интеграции предполагается, что бизнес процессы на машиностроительном предприятии можно условно объединить в следующие группы (категории): 1) Маркетинг и новые разработки. 2) Конструирование и конструкторское сопровождение. 3) Технологическая подготовка производства изделий. 4) Материальное снабжение. 5) Производственные процессы. 6) Сбыт. 7) Процессы управления различными ресурсами (финансы, персонал, производственная инфраструктура, инженерное оборудование и т.д.).

Естественно, что различные бизнес процессы в рамках работ по системной интеграции реализуются различными автоматизированными системами. Бизнес процессы первой группы реализуются автоматизированными системами бизнес анализа BI, в том числе системой сбалансированных показателей деятельности предприятия BSC. Бизнес процессы четвертой, пятой, шестой и седьмой групп реализуются автоматизированными системами управления производством всех уровней иерархии - АСУП, второй группы - автоматизированными системами конструирования - АСК (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing/ Computer Aided Engineering - CAD/CAM/CAE - системами), третьей - автоматизированными системами технологической подготовки производства - АСТПП.

Внедрение информационных технологий требует больших затрат, которые окупаются в сжатые сроки. Для этого предприятиям и нужна единая, обязательная для всех подразделений КОНЦЕПЦИЯ информатизации и технического переоснащения. Дальнейшая детализация и конкретизация КОНЦЕПЦИИ возможна только совместными силами специалистов-предметников и специалистов в области комплексной информатизации. Для работы в подразделениях предприятия, оснащенных современной компьютерной техникой и инструментальными средствами потребуются специалисты новой формации, которые не только знают предметную область, но и имеют практические навыки по работе со средствами вычислительной техники.

На рис. 1 представлена диаграмма третьего уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ имени М.В. Хруничева. Бизнес процессы управления всей производственной деятельностью РКЗ осуществляются с применением созданной более 30 лет назад автоматизированной системы управления предприятием, которая в настоящий момент подвергнута коренной модернизации [1].

рис.1 Диаграмма третьего уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ им. М.В. Хруничева

Бизнес процессы выполнения ТПП включают в себя: решение общих вопросов, проектирование технологических процессов, проектирование и изготовление средств технологического оснащения - СТО, программирование и настройку программных средств. 80% затрат на технологическую подготовку производства (ТПП) составляют затраты связанные с проектированием и изготовлением СТО (40% - проектирование, 60% - изготовление), 5% составляют затраты, связанные с решением общих вопросов, 5% составляют затраты на проектирование технологических процессов, 7% - затраты на управление ТПП, 3% - затраты на программирование и настройку программных средств [2]. Бизнес процессы изготовления компонентов и сегментов космической транспортной системы состоят из 14 базовых и нескольких уникальных технологических переделов. Примерное распределение трудоемкости изготовления изделий ракетно-космической техники по видам работ: монтажносборочные работы - 47%; механическая обработка - 29%; сварочные работы - 7%; холодная листовая штамповка - 6%; кузнечно-штамповочные работы - 3%; термическая обработка -2%; погрузочно-разгрузочные и транспортно-складские работы - 1%; изготовление деталей из неметалла - 1%; литейные работы - 1%; электро-физико-химическая обработка - 1%; изготовление трубопроводов <1%; изготовление электрожгутов <1%; гальванические и лакокрасочные покрытия <1%; пайка <1% [3]. Бизнес процессы испытания и контроля компонентов и сегментов космической транспортной системы, в том числе и изготовленных по отечественной и международной кооперации, включают в себя также процессы входного контроля покупных и комплектующих изделий. На РКЗ применяется плазово-шаблонный метод изготовления ракетно-космической техники, основанный на применении косвенных методов контроля (плазов и шаблонов, являющихся как рабочей, так и измерительной оснасткой). В настоящее время этот прогрессивный в середине прошлого столетия метод является серьёзным тормозом на пути внедрения как информационных, так и ИПИ-технологий [4]. Бизнес процессы транспортировки к месту старта (на космодром) компонентов и сегментов космической транспортной системы включают в себя также (при подготовке к транспортировке) работы по демонтажу отдельных элементов конструкции с целью обеспечения требований, предъявляемых транспортными средствами к весу и габаритам перевозимых грузов [5] Оперативные планы - квартальные, месячные планы, цикловые графики запуска новых изделий, номенклатурные цеховые списки и другая планово-экономическая документация для управления производством. Заводоуправление: бухгалтерия, финансово-сбытовой отдел, отдел труда и заработной платы, планово-диспетчерский отдел, центральная табельная и другие отделы, управляющие работой РКЗ. В настоящее время эти отделы включены в соответствующие комплексы ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, которые осуществляют централизованное управление производственной деятельностью всех структурных подразделений и филиалов Центра. Они практически полностью укомплектованы ПК и используют как стандартные офисные пакеты, так и программные продукты собственного изготовления. Средства технологического оснащения - СТО состоят из универсального, специализированного и специального оборудования, режущего и измерительного (универсального, специализированного и специального) инструментов, технологической оснастки и приспособлений. В процессе ТПП проектируются и изготавливаются, как правило, специализированные и специальные СТО. ТД - технологическая документация по изготовлению компонентов и сегментов космической транспортной системы. В состав её входят: маршрутные карты, маршрутно-операционные карты, операционные карты, карты эскизов, карты наладки инструментов для оборудования с ЧПУ, ведомости оснащения, карты раскроя материала, комплектовочные карты, нормировочные карты, карты контроля и другие документы. Состав и комплектность технологической документации зависит от вида технологического передела и регламентируется стандартами предприятия. Объем ТД в 50 -70 раз больше объема КД. В отличие от КД, состав которой однозначно определяется спецификацией, на РКЗ не принято формировать перечень технологической документации, необходимой для изготовления конкретного изделия РКТ, что препятствует проведению работ по кооперации и является тормозом на пути внедрения ИТ и ИПИ-технологий. Служба Главного технолога состоит из: отдела клепально-сборочных работ (ОКСР), отдела механической обработки (ОМО), технологического отдела расцеховок и материальных нормативов (ТОРМН), отдела холодной штамповки (ОХШ), отдела Главного металлурга (ОГМет), отдела Главного сварщика (ОГС), отдела неметаллов (ОНЕМЕТ), отдела технической документации (ОТД), отдела механизации и автоматизации производственных процессов (ОМАПП), отдела новой техники (ОНТ), отдела Главного технолога (ОГТ). Отдел "Инструментальное производство" (ИП), отдел испытаний пневмо-гидро-систем (ОИС ПГС) и отдел радио-электро испытаний (ОРЭИС) входят в службу Главного инженера. К основному производству относятся: кузнечно-прессовый цех, литейный цех, заготовительный, холодной листовой штамповки, гальванический, механические и механосборочные цехи, цехи агрегатной (сварочно-сборочные) и окончательной сборки, изготовления трубопроводов, электрожгутов, деталей из неметаллов, крепежных деталей, термический и другие. В инструментальное производство входят: плазово-шаблонный цех, деревообрабатывающий цех, цех изготовления крупногабаритных СТО, цех изготовления среднегабаритных СТО, инструмента и малогабаритных СТО. Методически Главному технологу подчиняются все бюро технической подготовки (БТП) цехов основного и вспомогательного производств. Инструментальное производство возглавляет заместитель Главного инженера по инструментальному производству. Цехи РКЗ составляют следующие производства, специализированные по типам технологических переделов: заготовительное производство, механическое производство, производство деталей из неметаллов, металлургическое производство, сварочно-сборочное производство, сборочное производство, инструментальное производство, вспомогательное производство. Каждое производство возглавляет начальник производства. Изготовленные, но не прошедшие комплексных испытаний, не упакованные и не подготовленные к транспортировке составные части космической транспортной системы составляют совокупность компонентов и сегментов, образующих при вводе их в эксплуатацию надежную космическую транспортную систему. КИС - контрольно-испытательная станция. Главный контролер - руководитель службы, контролирующей качество изделий в соответствии с требованиями конструкторской документации. Главный метролог - руководитель службы, ответственной за обеспечение плановых и внеплановых поверок всех приборов и средств измерения, применяющихся в производстве. В отечественном ракетно-космическом машиностроении принята методика изготовления из одинаковых по свойствам материалов (из одной плавки и из одной партии) нескольких (4-5) изделий, одно из которых является летным образцом, а остальные предназначены для различных видов испытаний (включая разрушающие), по результатам которых дается заключение о годности летного образца. Транспортный цех - цех осуществляющий погрузку, контроль перевозки и выгрузки транспортируемых к месту старта компонентов и сегментов космической транспортной системы. Средства механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских (ПРТС) работ проектирует ОМАПП. Комплекты конструкторской документации - КД. Формируются (размножаются с контрольных копий) ОТД в соответствии с ведомостями расцеховок, выданными ТОРМН. Используются как для выполнения работ по ТПП, так и при производстве и контроле изделий РКТ. Компоненты и сегменты пневмо-гидро-системы - ПГС поступают на испытательный участок ОИС ПГС для проведения пневмовакуумных испытаний. В состав компонентов и сегментов ПГС входят как отдельные ДСЕ типа днищ, топливных баков, агрегатов ПГС, так и проходящие проверку на герметичность системы ПГС двигательной установки системы жизнеобеспечения в составе окончательно собранных изделий. Испытанные компоненты и сегменты ПГС - компоненты и сегменты ПГС, прошедшие цикл пневмовакуумных испытаний и контроля на герметичность. Результаты контроля и испытаний отражаются в паспорте на ПГС.

Обследование существующей структуры основных технических подразделений предприятия и соответствующих процессов целесообразно проводить по методике структурного анализа (SADT), в результате которого формируется компьютерная модель фактических процессов. На основе модели фактических процессов ("как есть") формируется модель-эталон ("как надо"), после одобрения которой руководством предприятия разрабатывается конкретный план организационно-технических мероприятий реформирования структурных подразделений с целью перехода на работу в соответствии с эталонной моделью. В результате проведения работ по обследованию предприятия формируются: 1) модель организационной структуры технических подразделений; 2) функциональная и информационная модель существующих процессов (фактическая модель); 3) полученная на основе фактической модели эталонная модель, соответствующая представленным руководством предприятия целям и требованиям; 4) детальный план реформирования технических подразделений для постепенного перехода без остановки производства от фактической к эталонной модели; 5) в структуре службы Главного технолога предприятия специальная, постоянно работающая группа системного анализа и развития, укомплектованная компьютерными и специальными программными средствами - аналитическая группа (бюро, отдел).

После формулировки задач начинается этап разработки детального плана действий по преобразованию системы, перевода её из одного состояния в другое. Этап собственно реформы системы является итерационным, то есть в ходе проведения запланированных изменений осуществляется оценка эффективности выполняемых действий, используемых методов, а также соответствие реализованного состояния системы общей парадигме предметной области и основным концепциям развития данной системы. По результатам этих промежуточных анализов в концепцию реформы системы и детальный план её осуществления вносятся коррективы.

Существенным моментом разработки концепции реформирования информационной системы предприятия является определение границ проводимого изменения. Чересчур масштабные внедрения инноваций потребуют неоправданно крупных затрат времени и материальных средств. В то же время затянувшаяся реформа информационной системы предприятия может привести к тому, что она морально устареет ещё до окончания внедрения этих изменений.

На рис. 2 представлена диаграмма четвертого уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ имени М.В. Хруничева.

Бизнес процессы решения общих вопросов технологической подготовки производства предназначены для отработки конструкции изделий на технологичность. Основным результатом выполнения комплекса работ по решению общих вопросов ТПП является АКТ готовности производства к изготовлению нового изделия РКТ [6]. Бизнес процессы технологической подготовки производства по формообразованию поверхностей предназначены для проектирования технологических процессов - ТП, связанных с формообразованием поверхностей деталей и детале-сборочных единиц - ДСЕ, и проектированием для этих ТП средств технологического оснащения - СТО. Основным результатом выполнения комплекса работ по ТПП для формообразования поверхностей являются: изготовленные, испытанные и принятые в эксплуатацию СТО и комплект технологической документации [7]. Бизнес процессы технологической подготовки производства по монтажно-сборочным работам предназначены для проектирования технологических процессов - ТП на выполнение монтажно-сборочных работ и проектирования для этих ТП средств технологического оснащения - СТО. Основным результатом выполнения комплекса работ по ТПП для монтажно-сборочных работ являются: изготовленные, испытанные и принятые в эксплуатацию СТО и комплект технологической документации [8].

рис. 2 Диаграмма четвертого уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ им. М.В. Хруничева

Бизнес процессы технологической подготовки производства по испытаниям предназначены для: проектирования технологических процессов - ТП, связанных с проведением радио-электро испытаний и испытаний пневмо-гидро-системы; проектированием для этих ТП средств технологического оснащения - СТО. Основным результатом выполнения комплекса работ по ТПП для испытаний являются: изготовленные, испытанные и принятые в эксплуатацию СТО и комплект технологической документации. Бизнес процессы изготовления средств технологического оснащения - СТО являются одной из главных составляющих процесса ТПП нового изделия РКТ. Дополнение: Затраты на изготовление СТО составляют 60% общих затрат на проектирование и изготовление СТО. Бизнес процессы проектирования и настройки программных средств управления технологическими процессами и компонентами технологической системы предназначены для перестройки программно-технических средств технологического назначения с учетом требований по изготовлению нового изделия РКТ. Выполняются с привлечением сторонних предприятий (высших учебных заведений - "МАТИ", "МАИ", МГТУ имени Н.Э. Баумана, "МОССТАНКИН" и др.). Отдел испытаний пневмо-гидро-систем - ОИС ПГС предназначен для решения общих вопросов ТПП испытаний пневмо-гидро-систем, проектирования укрупненных технологических процессов - УТП, рабочих ТП, СТО и проведения экспериментальных испытаний. Отдел радио-электро испытаний - ОРЭИС предназначен для решения общих вопросов ТПП радио-электро испытаний, проектирования методик и программ проведения испытаний, создания совместно с ОГК СТО для проведения испытаний. Отдел Главного конструктора - ОГК (серийный конструкторский отдел) предназначен для проведения работ по конструкторскому сопровождению изделий РКТ на стадии их изготовления, в том числе принимает участие в создании методик, программ проведения радио-электро испытаний, испытаний пневмо-гидро-систем, приемо-сдаточных испытаний, проектирования УТП, СТО и проведения экспериментальных испытаний. ОИС ПГС, ОРЭИС, ОГК входят в состав службы Главного инженера. Наряд-заказы на СТО выдаются цехами. Цех-заказчик оснастки (инструмента) производит первоначальное заполнение бланка-заказа (указывается дата, цех-заказчик, изделие, наименование детали, наименование оснастки, а также заполняются графы: 9 - № чертежа детали (узла), 10 - кол-во; 11 - № типового представителя). Дополнение: Бланк-заказ представляется в виде твердой (бумажной) копии электронного документа - ЭД, что снижает эффективность ИПИ - технологий. Отдел механической обработки - ОМО предназначен для решения общих вопросов ТПП механической обработки, проектирования УТП, рабочих ТП, СТО и УП. Отдел холодной штамповки - ОХШ предназначен для решения общих вопросов ТПП холодной листовой штамповки и изготовления деталей трубопроводов, проектирования УТП и СТО. Отдел Главного металлурга - ОГМет предназначен для решения общих вопросов ТПП кузнечно-штамповочного, литейного и термического производств, проектирования УТП и СТО. Отдел неметаллов - ОНЕМЕТ предназначен для решения общих вопросов ТПП изготовления деталей из неметаллов, нанесения гальванического и лакокрасочного покрытий, проектирования УТП и СТО. Бюро технической подготовки - БТП цехов предназначены для решения вопросов технической подготовки производства, в том числе проектирования рабочих технологических процессов. ОМО, ОХШ, ОГМет, ОНЕМЕТ входят в состав службы Главного технолога. БТП цехов методически подчиняются службе Главного технолога. Отдел Главного сварщика - ОГС предназначен для решения общих вопросов ТПП сварочно-сборочного производства (агрегатная сборка), проектирования УТП, СТО, отработки режимов сварки. Отдел клепально-сборочных работ предназначен для решения общих вопросов ТПП сборочного производства (окончательная сборка), проектирования УТП, СТО. Отдел механизации и автоматизации производственных процессов - ОМАПП предназначен для решения общих вопросов ТПП, проектирования УТП и СТО погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских - ПРТС работ. Бюро технической подготовки - БТП цехов предназначены для решения вопросов технической подготовки производства, в том числе проектирования рабочих технологических процессов монтажно-сборочного производства. ОГС, ОКСР, ОМАПП входят в состав службы Главного технолога. БТП цехов методически подчиняются службе Главного технолога. Цехи инструментального производства предназначены для изготовления СТО. Относятся к вспомогательному производству. КД на СТО - конструкторская документация - КД на средства технологического оснащения - СТО. Отдел "Инструментальное производство" - ОИП. Предназначены для укрупненного планирования (расцеховки) изготовления изделия и СТО по всем видам работ. Отдел Главного технолога - ОГТ. Предназначен для решения общих вопросов ТПП новых изделий РКТ. ОНТ - отдел новой техники. Предназначен для решения вопросов, связанных с приобретением и внедрением новой техники, необходимой для производства изделий РКТ. ОТД, ТОРМН, ОГТ, ОНТ- являются подразделениями службы Главного технолога. ОИП - является подразделением службы Главного инженера. ПДБ ОИП производит открытие (регистрацию) заказа с присвоением индивидуального номера. (Данные о заказе заносятся в книгу регистрации (более 30 ед.) и в базу данных (БД) информационно-вычислительного центра (ИВЦ) с удаленного терминала. На основе полученных данных составляются месячные номенклатурные планы НЦС по цехам ИП (при необходимости по отделениям и группам внутри цехов) с учетом годовых планов загрузки цехов по изделиям. Месячные планы составляются с применением удаленных терминалов ИВЦ. Дополнения и изменения в текущие (месячные) планы вносятся неавтоматизированным методом ("вручную"). Настроенные программные средства ПС - алгоритмы и программы управления технологическими процессами и программно управляемыми компонентами технологической системы. К программно управляемым компонентам технологической системы относятся: гибкие производственные модули; гибкие производственные ячейки, гибкие производственные комплексы; гибкие производственные системы; робототехнические комплексы; автоматизированные технологические линии; автоматизированные транспортно-складские системы; другие программно управляемые компоненты технологической системы. Подразделения "Хруничев-Телеком" - филиала ГКНПЦ имени М.В. Хруничева предназначены для выполнения работ по информационной поддержки изделий на всех стадиях их жизненного цикла.

Литература

1. В.Д. Костюков, А.И. Островерх, В.Н. Сычев, Р.Х. Даутов, С.А. Лобова. Результаты анализа блока бизнес - процессов "Общее управление качеством/продолжительные улучшения". Научно-технический журнал: «ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ». №4. 2006. С. 44 - 62.

2. В.Д. Костюков, А.И. Островерх, В.Н. Сычев, С.А. Лобова. Формирование модели технологической подготовки производства. Научно-технический журнал: «ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ И ПРОИЗВОДСТВЕ». №2. 2006. С. 13 - 26.

3. В.Н. Сычев, А.В. Цырков, В.Д. Костюков, А.Н. Козлов. Структурный анализ организационно - технологической среды производства ракетно-космической техники. -М.; Издательско-типографский центр МАТИ.2005. - 106 с. ISBN 5 - 93271 - 298 – 8.

4. В.Е. Нестеров, А.А. Медведев, В.Д. Костюков, С.Е. Пугаченко. Итоги работы секции 11 "Наукоёмкие технологии в ракетно-космической технике" XXX Академических чтений по космонавтике, посвященных памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных учёных - пионеров освоения космического пространства. Материалы международной конференции - выставки CAD/CAM/PDM - 2006. Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла продукта. 24 - 26 октября 2006. Российская Академия Наук. Институт проблем управления имени В.А. Трапезникова. - М. 2006. С. 184 - 188.

5. В.Д. Костюков, А.И. Островерх, Е.Д. Лобов, П.П.Мальцев, А.В. Воронков, В.Н. Мортвичев. Механизация и автоматизация погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ (прототип автоматизированного паркинга). Журнал Прикладная Gеометрия Инженерная Gрафика Компьютерный Dизайн.№2. 2005. С. 26-29.

6. В.Н. Сычев, В.Д. Костюков, Е.Д. Лобов. Программно-техническое обеспечение автоматизированной системы технологической подготовки производства ракетно-космической техники. Научно-технический журнал: "Информационные технологии в проектировании и производстве". №1. 2005. С. 3-14.

7. Л.В.-Я. Витоль, А.А. Калинин, В.Д. Костюков, Е.Д. Лобов, В.Ф. Митин. Проектирование и изготовление штампов с применением информационных технологий. Научно-технический журнал "Ракетно-космические комплексы". №1. 2005. С. 23 - 36.

8. А.И. Островерх, В.Н. Сычев, В.Д. Костюков, Е.Д. Лобов. Стратегическое планирование системы технологической подготовки производства. Научно-технический журнал: "Информационные технологии в проектировании и производстве". №1. 2005. С.14-20.