Комплексная автоматизация мебельных предприятий на платформе системы БАЗИС

Павел Бунаков

Структура системы

Конструирование мебели

Российская мебельная промышленность является важнейшей и развивающейся отраслью, обеспечивающей выпуск товаров народного потребления. Одна из ее характерных особенностей заключается в том, что более 90% мебельных производств относятся к группе малых предприятий, на которых работает менее 100 человек. На нынешнем этапе такие предприятия не могут пойти на внедрение информационных технологий, так как это требует серьезных денежных вложений.

Тем не менее предметы мебели являются воплощением инженерной мысли, причем при их проектировании роль дизайнера столь же велика, как и роль конструктора. В дополнение к этому для современного потребителя мебели большое значение имеет оригинальность изделий в сочетании с высоким качеством их изготовления.

В таких условиях прямая адаптация известных систем автоматизированного проектирования под специфику мебельного производства оказывается дорогостоящей и далеко не всегда эффективной. К тому же подобные работы носят, как правило, уникальный характер, рассчитаны на крупные предприятия и не предполагают массового тиражирования. Это привело к тому, что на рынке программных продуктов для автоматизации конструкторского и технологического проектирования выделилось отдельное направление, ориентированное на мебельные предприятия. Характерной особенностью мебельных САПР является изначально заложенный в них комплексный подход, охватывающий все основные этапы жизненного цикла изделий: разработку дизайн-проектов, конструирование, раскрой материалов, комплектование, расчет себестоимости и трудоемкости изготовления, реализацию готовой продукции.

Одной из наиболее известных САПР в мебельной промышленности является система БАЗИС, первая версия которой под названием «Базис-Конструктор-Мебельщик» была выпущена в 1998 году. В настоящее время система БАЗИС широко используется мебельными предприятиями всех регионов России, а также в Казахстане, Украине, Белоруссии, в государствах Прибалтики и Закавказья. Общее количество инсталляций — около 2 тыс.

Структура системы

Предшественницей системы БАЗИС была САПР машиностроительного профиля с тем же названием, достаточно широко распространенная на предприятиях в 90-е годы прошлого века. Переориентация ее на мебельную специфику выполнялась разработчиками непосредственно на работающем мебельном предприятии, что позволило создать систему, максимально учитывающую особенности проектирования мебельных изделий и технологической подготовки их производства.

Система БАЗИС построена по модульному принципу в соответствии с основными этапами жизненного цикла мебельных изделий и представляет собой единый программный комплекс глубоко интегрированных между собой модулей (рис. 1).

Рис. 1. Структура системы БАЗИС

Ядром системы БАЗИС является модуль БАЗИС-Мебельщик, предназначенный для создания моделей изделий корпусной мебели любой сложности с возможностью автоматического получения полного комплекта чертежей и спецификаций. Мониторинг, проведенный на ряде предприятий, перешедших на автоматизированное конструирование, показал, что только применение данного модуля позволяет уменьшить время подготовки производства новых изделий в несколько раз при одновременном и значительном сокращении количества ошибок, вызванных человеческим фактором.

Поскольку изделия корпусной мебели унифицированы, можно выделить обширный класс изделий, объединяемых понятием «шкаф». К нему относятся обычные платяные шкафы, шкафы-купе, большое количество изделий кухонной и офисной мебели, навесные полки, столы, комоды, стеллажи, тумбочки и многое другое. Для конструирования изделий данного класса разработан модуль параметрического проектирования БАЗИС-Шкаф. Он имеет две основные отличительные особенности: создание параметрической модели мебельного изделия в интерактивном режиме и высокая степень автоматизации выполнения основных конструкторско-технологических проектных операций.

Основной конструкционный материал в современной мебельной промышленности — это древесно-стружечная плита (ДСтП). Соответственно первой операцией технологической подготовки производства является формирование карт раскроя плит на прямоугольные заготовки. Она реализуется на форматно-раскроечных станках путем выполнения сквозных прямых резов. Модуль БАЗИС-Раскрой позволяет получать карты раскроя листовых и погонных материалов, характеризующиеся малым количеством отходов и высокой технологичностью.

Производство мебельных изделий как товара массового потребления требует оперативного и точного выполнения экономических расчетов на различных этапах жизненного цикла: при приеме заказа, в процессе конструирования, при передаче в производство. Единая автоматизированная методика подобных расчетов реализована в модуле БАЗИС-Смета.

Характерной особенностью современного этапа развития мебельных предприятий, независимо от их размера и производственной программы, является широкое использование кромкооблицовочных и фрезерно-присадочных станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Модуль БАЗИС-ЧПУ позволяет автоматически передавать всю необходимую информацию об изделии в системы управления подобных станков и обрабатывающих центров.

Автоматизация складского учета представляет собой необходимое условие эффективной работы любого предприятия. Математическая модель мебельного изделия в системе БАЗИС содержит всю необходимую информацию для точного обеспечения производства материалами и фурнитурой. Модуль БАЗИС-Склад — это автоматизированная программа складского учета, интегрированная с модулями конструирования через модуль экономических расчетов.

Важным этапом жизненного цикла мебельных изделий является реализация их потребителям. Тенденция к индивидуальности обстановки собственного жилища, наблюдаемая в последние годы, выдвигает повышенные требования к программному обеспечению, используемому при приеме заказов. Прежде всего это относится к возможностям быстрого и максимально приближенного к оригиналу виртуального формирования интерьера помещения и подбора оптимального варианта расстановки в нем мебели. Модуль БАЗИС-Салон, помимо решения указанной задачи, позволяет быстро оформить заказ и сформировать комплект необходимых документов как для покупателя, так и для оперативной передачи заказа в производство.

Все модули системы БАЗИС работают с единой математической моделью изделия, что позволяет получить дополнительные преимущества за счет параллельного выполнения проектных операций, отсутствия потерь информации при переходах между ними и перевода многих трудоемких и ответственных в плане безошибочности операций в режим автоматического выполнения.

Конструирование мебели

Основным элементом конструирования изделий корпусной мебели является щитовой элемент или панель. С точки зрения математики она представляет собой тело, образуемое при перемещении произвольного замкнутого контура вдоль отрезка прямой линии. Основное назначение модуля конструирования заключается в предоставлении необходимых функциональных возможностей для моделирования панелей произвольной формы, быстрого построения из них трехмерных моделей изделий и автоматического получения комплекта чертежей, схем, спецификаций и других документов.

Модель мебельного изделия, формируемая в любом модуле конструирования — БАЗИС-Мебельщик или БАЗИС-Шкаф — содержит не только геометрическую информацию. Она включает полное математическое описание структуры изделия в объектно-ориентированном представлении, информацию о конструкционных материалах и фурнитуре, типовых и унифицированных элементах и многое другое, что делает ее основой комплексной автоматизации всего производственного цикла.

Помимо стандартных операций геометрического моделирования, в модуль БАЗИС-Мебельщик включены специфические «мебельные» операции, учитывающие особенности и нюансы предметной области и позволяющие буквально на порядок повысить скорость конструирования. Примерами таких операций являются:

• установка панелей с зазорами, отступами и автоматической привязкой к ранее созданным объектам;
• облицовывание кромок и пластей панелей любыми материалами с учетом их физических свойств и особенностей технологических процессов конкретного производства;
• автоматическое построение произвольных пазов на кромках и пластях панелей;
• создание сборочных единиц из отдельных панелей;
• наличие специального аппарата автоматизированного построения дверей (рис. 2) и выдвижных ящиков всех существующих систем выдвижения (рис. 3);

Рис. 2. Команда построения дверей

Рис. 3. Команда определения параметров ящиков

• моделирование крепежной и декоративной фурнитуры как самостоятельных структурных элементов изделия, включая формирование пользовательских классов параметрических элементов;
• быстрое построение гнутых и гнуто-клееных панелей с произвольной линией гибки и любым списком материалов;
• работа с проектами (мебельными ансамблями), представляющими собой произвольные списки выбранных изделий с указанием их количества, в том числе для выполнения общего раскроя материалов и расчета экономических показателей;
• визуализация древовидной структуры изделия с возможностью быстрого поиска, просмотра и редактирования любого элемента (рис. 4);
• автоматическое формирование сборочного чертежа изделия или ансамбля, рабочих чертежей деталей и спецификаций в полном соответствии с ЕСКД и возможностью настройки соответствующих алгоритмов (рис. 5);
• автоматическое создание схемы сборки изделия — документа, предоставляемого покупателю при продаже изделия в разобранном виде и представляющего собой наглядное изображение порядка сборки (рис. 6).

Рис. 4. Древовидная структура изделия

Рис. 5. Автоматическое формирование сборочного чертежа

Рис. 6. Автоматическое формирование схемы сборки изделия

Производительность любой САПР определяется не только мощностью ее функциональных возможностей. Важную роль играет также интерфейс системы, его простота, наглядность и соответствие предметной области. В модуле БАЗИС-Мебельщик процесс конструирования организован таким образом, что интуитивно понятен конструктору-мебельщику, который работает с привычными для него объектами, пользуясь при этом своим профессиональным языком. Процесс конструирования представляет собой формирование пространственного сборочного чертежа из панелей и структурных элементов мебельного изделия: дверей, ящиков, полок и т.д., дополненное автоматизированным выполнением всех специфических мебельных операций. Например, модели, показанные на рис. 7, отличаются всего лишь на одну команду: «Установить выдвижные ящики». О последних стоит рассказать подробнее.

Рис. 7. Установка выдвижных ящиков

С одной стороны, выдвижные ящики являются широко распространенным элементом многих видов корпусной мебели, что предполагает автоматизацию операций по их установке в любой уважающей себя мебельной САПР. С другой стороны, вариантов систем выдвижения и конструктивных решений ящиков очень много, причем периодически появляются новые системы, поэтому создать некую универсальную модель ящика затруднительно. В системе БАЗИС эта задача решена на основе классификации имеющихся и перспективных систем выдвижения и создания параметрической модели, учитывающей все допустимые конструкционные решения ящиков. На начальном этапе внедрения системы пользователь самостоятельно, опираясь исключительно на информацию из каталогов фирм-производителей, формирует библиотеку конструкций ящиков, которые традиционно применяются в его производстве. Это не математическая, а конструкторская задача, причем одномоментная, которая решается в интерактивном режиме. Безусловно, в дальнейшем при необходимости библиотека может пополняться и модифицироваться.

Установка ящиков на модель — это уже другая повседневная задача, которая выполняется очень быстро и практически в автоматическом режиме: конструктору достаточно только выбрать нужный тип ящиков из библиотеки, указать их количество и секцию, в которой они будут находиться. По этим данным автоматически будут рассчитаны размеры фасадов, построены математические модели ящиков с необходимым крепежом и направляющими, размечены отверстия для крепления направляющих на боковых стенках секции. Другими словами, полностью реализована весьма сложная конструкторская операция установки выдвижных ящиков.

Одним из требований стандартов на мебельные изделия является отсутствие открытых кромок у панелей из ДСтП, поэтому все кромки панелей, вплотную не примыкающие к другим панелям, должны быть облицованы специальными кромочными материалами. Существуют две технологии облицовки: вручную и на кромкооблицовочных станках, каждая из которых имеет свои технологические особенности. В модуле БАЗИС-Мебельщик в любой момент формирования модели можно нанести один или несколько облицовочных материалов на любую указанную прямолинейную или криволинейную кромку панели. При этом автоматически будут выполнены некоторые дополнительные операции, учитывающие технологию облицовки, принятую на производстве, например подрезка панели на толщину облицовочного материала.

Важнейшим элементом любого мебельного изделия, во многом определяющим его эксплуатационные характеристики (прочность, долговечность и т.д.), является крепежная фурнитура (крепеж). Учитывая это, производители фурнитуры постоянно расширяют спектр предлагаемых элементов крепежа, что ставит перед разработчиками САПР нелегкую задачу: с одной стороны, ни одно мебельное изделие не существует без крепежа, поэтому его установка должна быть максимально автоматизирована, а с другой стороны, огромное его разнообразие делает затруднительным разработку универсальных алгоритмов установки. Эта задача в системе БАЗИС также была решена на основе унификации существующих и перспективных конструкций и структурных схем установки крепежа. Библиотека крепежных элементов формируется конструктором на начальном этапе внедрения системы и в дальнейшем модифицируется в соответствии с особенностями его предприятия на основе имеющихся шаблонов.

Собственно же установка крепежа сведена до логического минимума необходимых действий: выбор вида крепежа, указание скрепляемых панелей и положения крепежного элемента на кромке или пласти панели (рис. 8). Эта операция предполагает автоматическое выполнение следующих действий:

Рис. 8. Установка крепежа на изделие

• контроль корректности установки крепежа (выход элемента за контур панели, соответствие материала панели и выбранного вида крепежа и т.д.);
• формирование отверстий под крепеж на каждой панели;
• визуализация элемента крепежа;
• учет «мебельного» шага установки элементов крепежа в 32 мм (опционально).

Операция установки крепежа при конструировании мебели традиционно является одним из источников критических ошибок. Методика работы с крепежом, реализованная в модуле БАЗИС-Мебельщик, позволяет исключить большое количество потенциальных ошибок. В любой момент процесса конструирования можно заменить один тип крепежа на другой для конкретного соединения панелей или для всего изделия.

Завершающим этапом конструирования мебельного изделия является формирование комплекта чертежно-конструкторской документации. В системе БАЗИС реализован механизм автоматического получения следующих документов по трехмерной модели изделия:

• сборочного чертежа с габаритными размерами и расставленными позициями панелей;
• рабочих чертежей каждой панели с построенными размерными цепочками до отверстий крепежа и обозначением облицованных кромок;
• спецификаций на каждый материал с указанием размеров соответствующих панелей и способа облицовки кромок.

Вид оформления всех документов настраивается пользователем, разумеется, в пределах ЕСКД. В подавляющем большинстве случаев автоматически сформированные чертежи полностью готовы для передачи в производство. Тем не менее в модуле БАЗИС-Мебельщик есть аппарат редактирования чертежей, включающий построение любых видов размеров и специальных обозначений, основной надписи, штриховки областей, формирования технических требований и т.д. — другими словами, полный функционал редактора чертежно-конструкторской документации.

Творческая составляющая мебельных изделий предполагает наличие качественного аппарата формирования фотореалистичных сцен. Модуль БАЗИС-Мебельщик позволяет получать трехмерные изображения изделия или ансамбля на любом этапе конструирования с учетом текстур материалов и отражающих способностей поверхностей панелей при освещении произвольным количеством точечных и направленных источников света различных цветов. Примеры изображений мебельных ансамблей, сконструированных в системе БАЗИС, показаны на рис. 9 и 10.

Рис. 9

Рис. 10

О возможностях других модулей комплексной системы автоматизации мебельных предприятий БАЗИС будет рассказано в следующих публикациях.

Модели мебельных изделий любезно предоставлены ООО «Флот Индустрия», г.Астрахань (см. рис. 5, 6 и 9) и ООО «ИВ-дизайн», г.Москва (см. рис. 10).

САПР и графика 6`2007