Функции проектирования ТПП по сварочно-сборочным работам

Функции проектирования ТПП по сварочно-сборочным работам

В.А. Капралов,

главн. сварщик,

В.Д. Костюков,

вед.н. с., к.т.н.,

А.И. Селиверстов,

зам. ген. дир.,

А.В. Цырков,

главн. констр. ЕКИТСУП, д.т.н.,

ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, г. Москва

Основным продуктом РКЗ является ракетоноситель "Протон". Данный РН выпускается предприятием с 60-х годов прошлого века, претерпел множество модернизаций и в настоящее время является конкурентоспособным на мировом рынке как ракетоноситель тяжёлого класса, позволяющий выводить на орбиту большие полезные нагрузки (до 20 т). Но конкурирующие фирмы уже планируют производство ракетоносителей с тактико-техническими характеристиками, превышающими показатели "Протона". Кроме того, разрабатываемые зарубежные изделия будут иметь преимущество по степени воздействия на окружающую среду, определяемое компонентами используемых топлив. А такой проект, как "Морской старт" ("Sea Launch") предполагает меньшие энергетические затраты на выведение одной и той же массы полезной нагрузки, поскольку позволяет производить запуски непосредственно с экватора. В сложившейся ситуации Космический центр вынужден создавать новые изделия ракетно-космической техники, отвечающие требованиям мирового рынка ракетоносителей, используя самые современные системы автоматизированного проектирования. Проектирование - процесс создания описания нового или модернизируемого объекта (изделия, технологического процесса, производственной системы, информационной системы), необходимого и достаточного для реализации проектируемого объекта в заданных условиях. Заданные условия - среда, в которой будет реализован объект проектирования. Описания объекта могут быть выполнены в различной форме и с разной степенью детализации (подробности). Как правило, на всех стадиях жизненного цикла эффект от создания нового изделия оценивается с помощью различных технико-экономических показателей, которые, зачастую, выступают в качестве ограничений (т.е. должны выполняться всегда), тогда как другие показатели могут рассматриваться в качестве желательных условий, обеспечивающих заданные значения. В качестве ограничений чаще всего выступают качественные показатели объекта. Основными критериями - при проектировании технологических процессов являются: качество, ограничения, себестоимость (полная и технологическая), трудоемкость, затраты на технологическое оснащение и цикл. Оптимальное решение - это единственное решение, полученное по (четко) заданному критерию (в качестве критерия оптимизации могут выступать различные показатели, отнесенные к условиям). Рациональные варианты получаются в процессе проектирования в том случае, если задается область изменения значений нескольких показателей. Взаимосвязь области рациональных вариантов решений с оптимальными вариантами по заданным критериям осуществляется заданием функционала, объединяющим различные технико-экономические показатели. При создании новых изделий ракетно-космической техники для снижения затрат также широко применяются автоматизированные системы управления всех уровней иерархии. Основными функциями автоматизированных систем управления являются: планирование; контроль; регулирование.

По оценкам независимых экспертов свыше 85% информации, необходимой для работы автоматизированных систем управления всех уровней иерархии, формируется в автоматизированных системах технологической подготовки производства - АСТПП. Работа этих систем основывается на методах моделирования производственных процессов с максимальным использованием математических моделей. В последнее время все чаще стали использоваться определения кибернетики как науки о преобразовании информации с целью управления. Кибернетические системы, построенные на базе сложных и многовариационных математических моделей (ММ) стали определяться, как генераторы новой интеллектуальной информации. В таких системах, называемых системами искусственного интеллекта, на основе входной информации формируются решения, которые в дальнейшем могут использоваться в процессе управления или в качестве входной информации для интеллектуальных систем, функционирующих на последующих этапах проектирования. К математическим моделям предъявляются требования универсальности, адекватности, точности и экономичности. Степень универсальности ММ характеризует полноту отображения в модели элементов и свойств реального объекта. Как правило, ММ отражает лишь небольшую часть свойств объекта. Большинство моделей функционального проектирования отображают протекающие в объекте физические или информационные процессы, при этом не требуется таких свойств, как геометрическая форма составляющих элементов. Адекватность ММ - способность отображать заданные свойства объекта с погрешностью не выше заданной. Адекватность модели может иметь место в ограниченной области изменений внешних воздействий. Эта область называется областью адекватности математической модели. Экономичность ММ - характеризуется затратами вычислительных ресурсов на ее реализацию. Требования высокой точности и степени универсальности, а также широкой области адекватности и высокой экономичности противоречивы. Наилучшее удовлетворение этих противоречивых требований зависит от особенностей решаемых задач, иерархического уровня и аспектов моделирования. Все это приводит к применению широкого спектра математических моделей. Каждый из классов моделей предназначен для моделирования специфических объектов и процессов и, в свою очередь, разделяется по условиям моделирования на многоуровневое дерево подклассов и подвидов. Чаще всего для моделирования реальных объектов адекватность модели невозможно обеспечить выбором одного из классов и приходится применять различные сочетания классических типов моделей. Как правило, модели массового обслуживания и надежности применяются при создании схем автоматов и вычислительных систем. Модели теории игр - при исследовании военных операций. Модели распознавания образов - для кластерного (классификационного) анализа систем чтения, векторизации (перевода графической информации из растрового представления в векторное), технического зрения, речевого ввода-вывода информации. Графовые модели (транспортные задачи) - для сетевого планирования. Логико-алгебраические модели - для конструирования и технологического проектирования, являются основой для создания систем искусственного интеллекта (так называемых экспертных систем). Практическим применением кибернетических моделей занимаются специалисты в области прикладной математики, а также специалисты различных предметных областей (раздел прикладной математики получил название "исследование операций").

На рис. 1 представлена диаграмма пятого уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ имени М.В. Хруничева.

Бизнес процессы проектирования технологической подготовки сварочно-сборочного производства (агрегатная сборка) включают бизнес процессы по осуществлению технического руководства производством завода в области сварки, пайки и резки металлов, изготовления сварных и паяных узлов и агрегатов, в том числе для: обеспечения оперативного решения технических и производственных вопросов; обеспечения разработки директивной документации, регламентирующей изготовление сварных и иных узлов и агрегатов; обеспечения по заказам цехов проектирования сборочно-сварочной оснастки к технологическому оборудованию; обеспечения учета и распределения сварочного оборудования в цехах завода; обеспечения внедрения в цехах завода нового сварочного оборудования и технологической оснастки; обеспечения выполнения требований системы качества РКЗ (ГОСТ Р ИСО 9002, СТП) по своим направлениям; проведения исследований свариваемости новых материалов и разработки новых технологических процессов в области сварки, пайки и резки металлов; согласования и утверждения рабочих технологических процессов на изготовление сварных и паяных узлов и агрегатов; проведения анализа качества сварки и пайки, классификации дефектов и выявления причин их образования; разработки мероприятий по устранению причин образования дефектов; проведения постоянного изучения отечественного и зарубежного опыта производства сварных и паяных конструкций с целью обобщения и использования имеющегося опыта; обеспечения выполнения требований государственной системы стандартов безопасности труда, правил по охране труда на предприятиях и организациях ПОТРО 440001-98 в области сборки, сварки, пайки изготавливаемых на РКЗ изделий. При выполнении работ по проектированию технологической подготовки сварочно-сборочного производства применяются офисные пакеты, входящие в стандартную поставку РС, а также CAD/CAM-системы NX, Solid Edge. Ведутся работы по применению системы Team Center [1].

рис. 1. Диаграмма пятого уровня декомпозиции функциональной модели ГКНПЦ имени М.В. Хруничева

Бизнес процессы проектирования технологической подготовки сборочного производства (окончательная сборка) предназначены для отработки конструкции изделий (ДСЕ) на технологичность, проектирования УТП, проектирования средств технологического оснащения, в том числе для: разработки и внедрения прогрессивных и совершенствования действующих технологий, обеспечивающих рост производительности труда, снижение трудоемкости и себестоимости выпускаемых изделий, сокращение циклов изготовления изделий и сроков технологической подготовки производства в объеме клепально-сборочных и монтажных работ; повышения технологического уровня производства на основе внедрения прогрессивного оборудования, средств технологического оснащения, механизации и автоматизации производственных процессов; проведения научно-исследовательских работ совместно с научно-исследовательскими организациями, изучения и использования передового опыта, отечественной и зарубежной техники и технологии с целью внедрения в сборочном производстве; осуществления систематического технического руководства БТП агрегатно-сборочных и сборочно-монтажных цехов, ежемесячного утверждения планов их работы и отчетов; выдачи производственным цехам руководящих материалов; выдачи рекомендаций конструкторским подразделениям завода и участия в согласовании чертежно-конструкторской документации по клепально-сборочным работам; получения от ПЭО плановых технико-экономических показателей, предоставления в ПЭО отчетов по установленной форме; получения от ОТЗ норм трудоемкости на основные изделия, руководящих материалов по заработной плате, организации труда, штатного расписание отдела; представление в ОТЗ отчетных документов по установленной форме; участия в разработке планов организационно-технических мероприятий по экономии материалов; согласования с ТОРМН технологических маршрутов на клепально-сборочные работы; представления в отдел оборудования заявок на приобретение клепально-прессового оборудования; согласования договоров и нарядов на получение оборудования; представления в службы снабжения утвержденных заявок на материальные ценности для нужд ОКСР; получения в службах снабжения материальных ценностей в соответствии с поданными заявками; представление в ПДО цикловых графиков на изготовление изделий в агрегатно-сборочных цехах; получения планов по новой технике, по научной организации труда, по рационализаторской и изобретательской работам, по научно-технической информации; представления отчетов по планам новой техники, научной организации труда, рационализаторской работе, научно-технической информации; представления в ОТД технической документации на копирование и размножение. При выполнении работ по проектированию технологической подготовки сборочного производства применяются офисные пакеты, входящие в стандартную поставку РС, а также CAD/CAM-системы NX, Solid Edge. Ведутся работы по применению системы Team Center [2].

Бизнес процессы проектирования технологической подготовки погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских - ПРТС-работ предназначены для: осуществления руководства цехами по вопросам механизации погрузочно-разгрузочных, подъемно-транспортных, складских работ; проектирования по заданию цехов и служб завода нестандартного оборудования, подъемно-транспортных средств, средств механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ (за исключением лицензированных видов); авторского контроля за изготовлением СТО ПРТС-работ и внедрения их совместно с цехами в производство; составления и выдачи технических заданий на проектирование СТО внешними организациями, в том числе для вновь вводимых объектов; контроля и внедрения в производство вновь вводимых объекты по своему профилю; проектирования (совместно с конструкторским бюро технологических планировок) технологических планировок по курируемым отделом цехам; составления годовых заявок на транспортное, подъемно-транспортное оборудование и материалы; разработки и внедрения мероприятий по плану новой техники; проведения и внедрения мероприятий по стандартизации и нормализации элементов конструкций; обеспечения внедрения на заводе государственных и отраслевых стандартов в области компетенции отдела и охраны труда; соблюдения в проектируемой отделом технической документации требований по технике безопасности (ГОСТ 12.3.002-75, ПОТ РО 14000-001-98); участия в обосновании, составлении и заключении договоров с внешними организациями по своему направлению совместно с цехами и отделами на приобретение нового прогрессивного оборудования; осуществления методического руководства, согласования и контроля за составлением и внедрением на производстве технологии ПРТС работ. При выполнении работ по проектированию технологической подготовки ПРТС-работ применяются офисные пакеты, входящие в стандартную поставку РС. Ведутся работы по применению CAD/CAM-систем NX, Solid Edge и PDM-системы Team Center [3].

Бизнес процессы проектирования вариантов РТП по монтажно-сборочным работам включают две типовые задачи: проектирование маршрутной технологии; проектирование операционных технологических процессов. При выполнении работ по проектированию РТП по монтажно-сборочным работам применяются офисные пакеты, входящие в стандартную поставку РС. Ведутся работы по применению CAD/CAM-систем NX, Solid Edge и PDM-системы Team Center [4].

Глобальная задача общей компьютеризации и системной интеграции РКЗ состоит в том, чтобы обеспечить его структурное построение и функционирование как единого целого на основе средств информационной технологии и техники управления с целью выведения на качественно новый высокий уровень показателей продуктивности и эффективности. Системная интеграция предполагает целенаправленное реформирование РКЗ в соответствии с разработанной "идеальной" моделью (корпоративной моделью), которое получило название "реинжиниринг" (более точно реинжиниринг бизнес-процессов) и охватывает практически все сферы его деятельности. Целевая, функциональная и методическая основа создания интегрированного производства будущего - компьютеризированное сертифицированное производство ракетно-космической техники. В современных рыночных условиях, когда на первый план выходит задача выпуска конкурентно-способной продукции, определяющим фактором которой является не ее дешевизна по сравнению с западными аналогами, а качественное и количественное превосходство, коренным образом меняются схемы работы подразделений и структурные взаимосвязи внутри предприятия, а также взаимосвязи между предприятиями (филиалами ГКНПЦ). Передовой отраслью промышленности любой страны всегда является авиаракетная промышленность, именно здесь сосредоточен научный и технический потенциал, поэтому целевая, функциональная и методическая основа создания интегрированного производства будущего - компьютеризированное сертифицированное производство ракетно-космической техники. На первый план для решения данных проблем выходит включение в организационную схему функционирования предприятий авиаракетного комплекса трех основополагающих принципов, что предусматривает формирование новых структурных подразделений, новых информационных взаимосвязей, приток новых специалистов и т.д. Такими принципами являются: научно-техническая и технико-экономическая экспертиза, включающая промышленный менеджмент, маркетинг и функционально-стоимостной анализ. Без проведения комплекса мероприятий по экономической оценки 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); сертификация изделия и его производства на всех стадиях жизненного цикла, которая является неотъемлемой частью производства и эксплуатации современной техники (отдел сертификации производственных процессов); информационные технологии. По имеющейся статистики, даже на самых передовых предприятиях лишь 10% от общего числа конструкторской документации представлено в машинном 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. директора РКЗ по информационным технологиям, отдел АСТПП, отдел АСУП, ИВЦ, отдел АСУТП).

На рис. 2 представлена диаграмма шестого уровня декомпозиции функциональной модели ЕКИТСУП ГКНПЦ имени М.В. Хруничева, описывающая бизнес процессы проектирования ТПП по сварочно-сборочным работам.

Бизнес процессы работ по ТИЗ ОГС предназначены для управления работами в отделе, в том числе ведения делопроизводства, планирования труда и заработной. Результатами выполнения данных работ являются: журнал входящей документации с резолюция ми об исполнителях и сроках выполнения работ; журнал исходящей документации с адресами рассылки; планово-экономическая документация по труду и заработной плате ОГС [5].

Бизнес процессы решения общих вопросов технологической подготовки сварочно-сборочного производства - СвП изделий РКТ предназначены для отработки конструкции изделий на технологичность применительно к СвП, в том числе для: разработки и внедрения в производство директивных и укрупненных технологических процессов совместно с подразделениями службы Главного технолога и другими технологическими подразделениями предприятия; проверки и утверждения цеховых технологических процессов, выдачи технических условий на проектирование сборочно-сварочной оснастки, нестандартного оборудования и приспособлений; обеспечения внедрения технологических процессов, оснастки и оборудования на этапе освоения производства новых изделий; обеспечения проработки и согласования конструкторской документации и осуществления ее контроля на технологичность; разработки организационно-технических мероприятий совместно с БТП цехов и другими подразделениями предприятия, мероприятий по НОТ, планов новой техники в области механизации и автоматизации сварочных процессов и планов реконструкции, планов реконструкции производственных участков и цехов; рассмотрения и выдачи заключения по рационализаторским предложениям, оказания консультаций и помощи при внедрении рационализаторских предложений; выполнения с цехами расчетов оборудования и производственных площадей, разработки технологических планировок участков и цехов; проверки расчетов и норм расхода на основные и вспомогательные материалы, разработанные цеховыми бюро; разработки технологических указаний для цехов и отделов, касающихся сборочно-сварочных работ; разработки совместно с цехами цикловых графиков выпуска изделий и проведения ежегодной корректировки графиков; осуществления контроля за работой БТП цехов, корректировки и утверждения ежемесячных планов работы БТП; осуществления контроля правильности выполнения технологических процессов в цехах; участия в реализации системы качества РКЗ в рамках соответствующей функциональной подсистемы; разработки и внедрения НТД системы качества по своему направлению. Основным результатом выполнения комплекса работ по решению общих вопросов ТПП для СвП является АКТ готовности производства к изготовлению ДСЕ, узлов и агрегатов нового изделия РКТ [6].

рис. 2. Диаграмма, описывающая бизнес процессы проектирования ТПП по сварочно-сборочным работам

Бизнес процессы проектирования СТО для СвП предназначены для выполнения цикла работ по конструированию, технологической отработке и испытаниям нестандартного оборудования, специальной и специализированной оснастки, специального и специализированного инструмента. Изготовление СТО для СвП, в том числе и нестандартного оборудования, осуществляется как цехами инструментального производства, так и цехами основного производства. Нестандартное оборудование, специальная оснастка и инструмент для СвП могут приобретаться у заводов-смежников [7].

Бизнес процессы отработки ( натурного моделирования) технологических процессов СвП, оснащенных спроектированными средствами технологического оснащения КБ СТО СП, КБ ТО ОП ОГС, предназначены для: изучения новой передовой технологии, проведения экспериментальных работ по внедрению и оформлению отчётной документации на законченные работы; разработки совместно с отраслевыми отделами экспериментальных образцов новых видов источников питания, ручных, автоматических горелок, отвечающих современному уровню техники, приборов контроля и записи параметров сварочных процессов; внедрения технологических процессов сварки и пайки на первом изделии и периодической аттестации режимов сварки и пайки; выполнения работ по усовершенствованию действующих технологических процессов; ведения исследовательских тем, привлекая, при необходимости, с целью методического руководства, научно-исследовательские институты и организации; обобщения и внедрения передового производственного опыта и достижений зарубежной сварочной техники; решения вопросов сварки и пайки, возникающих в процессе производства совместно с КБ и технологическим бюро ОГС; проведения исследований свариваемости новых материалов и новых видов сварных соединений; разработки опытных образцов новых типов сварочных горелок; обеспечения сборки, проверки работоспособности и сдачи сварочных горелок в соответствии с заказами и расцеховкой цехам РКЗ; оформления иллюстрированных технических отчётов на все законченные исследовательские темы; участия в реализации системы качества РКЗ в рамках соответствующей функциональной подсистемы; разработки и внедрения НТД системы качества по своему направлению. Одной из составляющих частей этих бизнес процессов являются работы по: учету сборочного оборудования, контролю выполнения планово-предупредительного ремонта - ППР, аттестации сборщиков и наладчиков [8].

Внедрение информационных технологий требует больших затрат, которые окупаются в ближайшие годы. Для этого в РКЗ разработана и реализуется единая, обязательная для всех подразделений КОНЦЕПЦИЯ информатизации и технического переоснащения (создание АСТП КСП РКТ). Дальнейшая детализация и конкретизация представленной концепции осуществляется совместными силами специалистов-предметников и специалистов в области комплексной информатизации. Для работы в подразделениях предприятия, оснащенных современной компьютерной техникой и инструментальными средствами требуются специалисты новой формации, которые не только знают предметную область, но и имеют практические навыки по работе со средствами вычислительной техники.

Предполагается, что КД на ДСЕ (математические модели, чертежи, спецификации и т.п.) в виде электронных документов поступает из ОТД и/или ИП совместно с заказами и ТУ на проектирование и изготовление оснастки для сборки-сварки ДСЕ и помещается в оперативный архив электронных документов ОГС. В состав АСТП СвП 1-ой очереди (ОГС) входят: АРМ руководителя (Главного сварщика), АРМ секретаря, архив электронных документов и 20 автоматизированных рабочих мест (ТБ - 6 АРМ, КБ-1 - 6 АРМ, КБ-2 - 6 АРМ, ТЛ - 2 АРМ).

Литература

1. А.П. Баранов, В.Д. Костюков. Теоретические основы автоматизированного управления и проектирования систем обработки информации. Российская академия наук. Институт проблем управления имени В.А. Трапезникова РАН. CAD/CAM/PDM-2004. Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. Тезисы четвертой международной конференции. 2 -5 ноября 2004. -М. 2004 г. Стр.17 - 18.

2. 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 г. -М. Стр. 23 - 36.

3. А.И. Островерх, В.Н. Сычев, В.Д. Костюков. Результаты анализа деятельности РКЗ по внедрению информационных технологий. Федеральное агентство по образованию. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МАТИ" - Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского. Третья всероссийская научно-практическая конференция "Применение ИПИ - технологий в производстве". Труды конференции. 7 - 9 октября 2005. -М. 2005 г. Стр. 126 - 127.

4. 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 г. -М. Стр. 3 - 14.

5. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ПО КУРСУ: "Проектирование систем обработки информации и управления". Модели работ «как есть». Составитель: Костюков В.Д. МАТИ. -М. 2004 г. 48 с.

6. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ПО КУРСУ: «Проектирование систем обработки информации и управления». Модели работ «как есть». Варианты заданий (задач) с 1 по 5. Составитель: Костюков В.Д. МАТИ. -М. 2004 г. 48с.

7. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ПО КУРСУ: «Проектирование систем обработки информации и управления». Модели работ «как есть». Варианты заданий (задач) с 6 по 7. Составитель: Костюков В.Д. МАТИ. -М. 2004 г. 40 с.

8. ТИПОВЫЕ ПОДСИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. Тема № 6. Конспект лекций по курсу: «Системы автоматизированного проектирования» (направление 55.10 «Авиа- и ракетостроение»). Составитель: Костюков В.Д. МАТИ. -М. 2005 г. 48 с.