Проблемы интеграции прикладных систем

Олег Самсонов, Юрий Тарасов

Особенности моделирования процессов подготовки производства

Программно-методический комплекс подготовки производства

Особенности моделирования процессов подготовки производства

При внедрении информационных технологий для решения задач подготовки производства возникает дилемма: с одной стороны — необходимо максимально ускорить разработку прикладных систем для решения конкретных производственных задач, с другой — максимально учитывать мировой опыт и тенденции развития информационных систем. Основные принципы, развиваемые в рамках концепции CALS, носят для большинства руководителей предприятий декларативный характер и рассматриваются как стратегически правильная, но очень далекая перспектива. Действительно, практически негде посмотреть, как реализована методология параллельного проектирования, совместного использования данных, применение PDM-систем, а также как реальное предприятие функционирует в составе виртуального на основе технологии Internet/Intranet. Программные средства, предлагаемые для решения этих задач, являются дорогостоящими, а попытки их адаптации растягиваются на долгие годы вследствие неготовности самого предприятия. Поэтому при выборе стратегии компьютеризации необходимо сочетание двух методов создания систем (сверху вниз и снизу вверх) для достижения разумного компромисса, позволяющего избежать двух опасностей: беспредметности — когда концепции глобальной интеграции не отрабатываются на конкретных задачах, и бессистемности — когда отдельные локальные приложения невозможно объединить в единую систему. Предприятие заинтересовано в том, чтобы при внедрении интегрированных CAD/CAM/CAE-систем технологические приложения вошли в состав CAM-систем с минимальными доработками.

Тезис о необходимости интеграции информационных систем декларируется уже более 20 лет. Необходимость информационного объединения САПР и АСТПП проявилась еще в 70-е годы, когда попытки внедрения подсистем технологического проектирования значительно осложнились проблемой подготовки исходных данных. Поскольку время описания конструктивно-технологических свойств изделий (деталей, сборочных единиц) для входа в подсистемы технологического проектирования значительно превосходило время самого проектирования, эффект такой автоматизации существенно снижался. Для задания геометрических свойств изделий разрабатывались классификаторы, системы кодирования и языки описания деталей, однако существующий в то время уровень технических средств не позволял организовать эффективные пользовательские интерфейсы. Новые компьютерные средства машинной графики, анимации, описание ссылок, меню и т.д. позволяют решить эту проблему и реализовать огромный научно-методический задел, созданный отечественными учеными.

Развитие систем геометрического моделирования открывает новые возможности интеграции. Идея передачи геометрической модели детали из CAD-систем в CAM-систему для разработки управляющей программы и обработки детали на оборудовании с ЧПУ является очевидной и весьма эффектно демонстрируется во многих системах, претендующих на определение «интегрированных». Созданные для этого интерфейсы закреплены стандартами на хранение и передачу геометрической информации и поддерживаются многими прикладными системами. Однако передача данных в другие подсистемы технологического проектирования не является столь очевидной, причем проблемы носят не технический, а методологический характер.

Исследования в области моделирования технологических процессов показывают, что одно и то же изделие может иметь различные технологические описания в зависимости от вида моделируемого процесса, степени детализации проектируемой технологии, метода проектирования (типовые технологические процессы или автоматизированный синтез). Поскольку 3D-моделирование все чаще применяется при автоматизации проектно-конструкторских работ, очевидно, что и для технологического проектирования использование 3D-моделей является наиболее перспективным. Следует помнить, что 3D-модель изделия, сформированная в CAD, описывает конечное состояние изделия после его сборки и не учитывает ряда технологических факторов (условий поставки деталей на сборку, технологических припусков, межоперационных размеров, деформаций от установки и соединения и т.д.). Для реализации идеи трехмерного моделирования технологических процессов необходимо, чтобы средства автоматизированного проектирования, и прежде всего геометрического моделирования, позволяли формировать и интерпретировать электронные макеты изделия, соответствующие различным этапам производства и технологическим переделам. Разработка алгоритмов и процедур, моделирующих воздействие технологических процессов и влияние технологических факторов на электронные макеты изделия, должна стать одним из приоритетных направлений по развитию систем геометрического моделирования.

Декларируемый в рамках CALS принцип совместного использования и обмена информацией между различными этапами ЖЦ-продукта требует создания методов и средств, обеспечивающих информационную интеграцию между моделями CALS-процессов. В соответствии с классификацией информационных моделей, используемых на различных стадиях ЖЦ-продукта, предлагается выделять модели продукта (изделия), модели процессов, модели среды. Это хорошо согласуется с подходом к построению моделей технологической подготовки производства, где в качестве базовых моделей регламентированы:

• технологические модели изделия, описывающие конструктивно-технологические свойства деталей и сборочных единиц и являющиеся исходными данными для подсистем технологического проектирования;
• модели порождающей (технологической) среды, включающие описание элементов среды (операций, переходов, оборудования, оснащения), связей между ними, алгоритмов и правил выбора и оценки технологических решений;
• модели технологических процессов, описывающие взаимодействие элементов технологической системы и изделия в технологическом процессе.

Для реализации информационного обмена между моделями ТПП и моделями других этапов ЖЦ необходимо регламентировать способы их представления и закрепить эти решения соответствующими стандартами и протоколами.

Технологические модели изделия разрабатываются на основе конструкторских моделей с помощью классификаторов конструктивно-технологических решений. Элементами технологических моделей являются:

• для механообрабатываемых деталей — обрабатываемые поверхности (фаски, канавки, проточки, лыски, ребра, карманы и т.д.);
• для деталей заготовительно-штамповочного производства — конструктивно-технологические элементы формы (борта, подсечки, рифты, ребра жесткости и т.д.);
• для сборочных единиц — устанавливаемые элементы, соединительные швы, герметизация и т.д.

При формировании технологической модели выполняются процедуры технологической декомпозиции и идентификации, целью которой является представление детали или сборочной единицы в виде совокупности технологических элементов, имеющих структурные, топологические и размерные связи.

Модели технологической среды разрабатываются в виде системы баз данных по различным направлениям подготовки производства и обобщают опыт отрасли по производству авиационной техники. Модель технологической среды должна хранить в электронном виде нормативно-техническую документацию (ГОСТы, отраслевые стандарты, стандарты предприятия, производственные инструкции и т.п.) и быть доступной для пользователей разного уровня.

Проектирование на основе типовых конструктивно-технологических решений (КТР) является наиболее распространенным методом автоматизации технологического проектирования. Поэтому построение классификаторов и библиотек КТР является одним из главных направлений создания моделей технологической среды. Методика анализа и классификации элементов технологической среды достаточно хорошо отработана, а созданные ранее классификаторы деталей, сборочных единиц, технологических процессов и оснастки до сих пор используются на производстве.

При создании библиотек КТР обычно задаются:

• модель типового изделия (деталь, сборочная единица);
• модель типового технологического процесса;
• связи между элементами процесса и изделия.

Для того чтобы библиотеки КТР были доступны для широкого круга пользователей, их структура и средства разработки должны быть регламентированы.

Модели технологических процессов разрабатываются на этапе технологической подготовки производства, но могут использоваться и на других этапах ЖЦ:

• при разработке изделия — для отработки технологичности вариантов конструкции и оценки технологической составляющей в общей стоимости проекта;
• при постановке изделия на производство — для разработки план-графиков, расчетов объема выпуска, материальных потоков, объемов информационных и финансовых ресурсов;
• при производстве изделий — для управления и логистической поддержки производственных процессов.

Для того чтобы обеспечить доступ специалистов разного профиля (конструкторов, плановиков, управленцев, снабженцев и т.д.) к информации, содержащейся в технологических процессах, необходимо, чтобы модели технологических процессов хранились в стандартной форме и входили в состав единой интегрированной информационной модели изделия.

Речь идет не о стандарте на форму технологических документов (карт, ведомостей и т.д.), а о стандарте на внутреннее представление технологических процессов. Модель технологического процесса, созданного в соответствии со стандартом, может использоваться:

• для формирования комплекта технологической документации (в соответствии с ГОСТом) или для получения дополнительных документов по запросам;
• для организации параллельной работы различных подразделений предприятия в режиме совместного использования данных;
• для передачи технологии на заводы-смежники в рамках функционирования виртуального предприятия.

Модель технологического процесса должна включать:

• идентификационную часть (наименование, обозначение и код по классификатору, ссылку на изделие, фамилии разработчиков, даты разработки и утверждения и т.д.);
• структурную часть в виде совокупности ссылок на базовые таблицы, описывающих:
  • характер воздействия (ссылки на операции и переходы),
  • объект воздействия (ссылки на изделие или его элемент),
  • условия воздействия (характеристики операций и переходов),
  • средства воздействия (ссылки на оборудование, инструмент, оснастку);
• параметрическую часть, включающую:
  • параметры изделия (до и после воздействия),
  • параметры технологических режимов,
  • технико-экономические параметры (трудоемкость, цикл и т.д.).

Поскольку элементы структурной части могут иметь как лингвистическое описание (словари операций, переходов, оборудования и т.д.), так и геометрические образы (электронные макеты), то технологические процессы могут получаться в виде текстовых документов и анимационных моделей.

Программно-методический комплекс подготовки производства

Для отработки методологии создания интегрированных систем НИЦ АСК и ОКБ «Сухого» совместно со специалистами МАТИ-РГТУ и НИАТ разрабатывает программно-методический комплекс, предназначенный для решения задач конструкторской и технологической подготовки опытного производства изделий авиационной техники. В состав первой очереди ПМК входит несколько прикладных систем, объединенных между собой методологией построения моделей, а также применяемыми инструментальными средствами и интерфейсами.

САПР ТПШ предназначена для автоматизированного проектирования технологических процессов изготовления деталей из алюминиевых и титановых сплавов в условиях опытного производства и позволяет выполнять следующие процедуры проектирования:

• ввод паспортной и организационно-технической информации по детали;
• поиск типового маршрутного процесса изготовления детали;
• формирование технологической модели детали;
• проектирование (настройка) рабочего технологического процесса;
• печать маршрутных карт;
• архивация технологических процессов.

Информационное обеспечение САПР ТПШ включает:

• классификатор конструктивно-технологических свойств деталей;
• базу данных типовых технологических процессов.

Исходными данными для входа в подсистему являются:

• электронный макет и чертеж детали;
• технологическая модель детали, созданная на основании ее спецификации.

САПР ТПС предназначена для автоматизированного проектирования процессов узловой и агрегатной сборки планера самолета и позволяет выполнять следующие процедуры:

• ввод паспортной и организационно-технической информации на сборочную единицу (СЕ);
• формирование технологической модели СЕ;
• формирование схемы и маршрутного технологического процесса сборки;
• проектирование операционной технологии;
• печать маршрутных и операционных карт;
• архивация технологических процессов сборки.

В модель технологической среды сборочных работ входят: классификаторы панелей, узлов и агрегатов планера; словари маршрутов, операций и переходов; электронные каталоги оборудования, инструмента и оснастки; база данных по видам соединений (заклепочным, резьбовым, сварным и т.д.); электронные справочники для расчета технологических режимов и нормирования технологических процессов; база данных типовых маршрутов сборки.

Проектирование может осуществляться на базе типового маршрута, либо может производиться индивидуальное проектирование нового технологического процесса. При этом выделяется два этапа: проектирование маршрутной технологии и проектирование операционной технологии. Исходными данными для проектирования являются:

• электронный макет, чертежи и технические условия на сборку;
• электронная конструкторская спецификация;
• электронная спецификация швов.

Взаимодействие моделей сборочной единицы и компонентов информационного обеспечения отображено на рис. 1, 2.

САПР СП предназначена для проектирования приспособлений узловой и агрегатной сборки. В качестве основного метода проектирования используется компоновка конструкции стапельно-сборочной оснастки с использованием параметризованных моделей типовых и нормализованных элементов стапельной оснастки. Источниками разработки информационного обеспечения САПР СП являются: авиационные нормали и стандарты предприятия на типовые элементы стапельно-сборочной оснастки. Для разработки параметрических моделей элементов конструкции стапеля используются возможности языка графического моделирования CREDO-GL.

Взаимодействие трех моделей — сборочной единицы, сборочного приспособления и технологического процесса сборки позволяет выполнить пространственную компоновку и динамическую отработку конструкции СП.

Фрагменты информационного обеспечения САПР СП приведены на рис. 3, 4, исходные данные для проектирования — на рис. 5, а результаты проектирования — на рис. 6.

Функционирование прикладных систем технологического проектирования поддерживается инструментальными средствами АСК/ТПП «Кредо», позволяющими выполнять формирование геометрических моделей и электронных макетов изделий, ведение архивов конструкторской и технологической документации.

«САПР и графика» 1'2000