Обучение персонала в проектах внедрения САПР. Учебное виртуальное предприятие на платформе АСКОН

Андрей Черепашков
Доцент Самарского государственного технического университета (СамГТУ), специалист по компьютерным технологиям и САПР, руководитель Авторизованного учебного центра АСКОН при СамГТУ
Антон Букатин
Сертифицированный преподаватель АСКОН, ведущий специалист компании АСКОН — Комплексные решения (г.Самара)

В журнале «САПР и графика» неоднократно рассматривались проблемы организации и проведения проектов внедрения комплексных систем автоматизации в промышленности. При этом авторами поднимались различные вопросы — от обсуждения функционала программного обеспечения, схем и характеристик компьютерного «железа и проводов» до серьезного выявления причин хронических срывов сроков выполнения завершающих этапов и низкой эффективности многих практических решений. При этом эмоциональный накал изложения очень разный — от победных реляций о многомиллионных сделках вплоть до рутинного отчета о проделанной работе. Однако при всем разнообразии выдвигаемых подходов и принципов большинство аналитиков сходятся во мнении, что одним из основных сдерживающих факторов, препятствующих результативности и деловому успеху проектов внедрения современных автоматизированных систем и компьютерных технологий, является кадровая проблема.

Для поддержки задач обучения пользователей своих программных комплексов ведущими производителями прикладного программного обеспечения и фирмами­интеграторами ведется серьезная просветительская, методическая и учебная работа. Пишутся подробные технические описания и руководства, создаются электронные учебники, сайты электронной поддержки. Крупные фирмы содержат в своем штате профессиональных преподавателей — тьюторов, формируют целую систему учебных центров, программ обучения и сертификации специалистов, налаживают постоянно действующие связи с ведущими в своей предметной области или регионе техническими учебными заведениями.

Как показывает практика, задачи подготовки и переподготовки специалистов, использующих отдельные технологии и процедуры САПР на своих локальных рабочих местах, могут быть успешно решены классическими методами. Например, хорошо отработаны локальные методики обучения инженерному анализу, компьютерному черчению, геометрическому моделированию, программированию цифрового оборудования и станков с ЧПУ. Но в проектах внедрения комплексных автоматизированных систем курсы обучения, проведенные с применением традиционных методик и средств, как правило, не приносят ожидаемых заказчиками результатов. Это объясняется целым рядом причин и особенностей организации проектов комплексного внедрения.

Даже небольшие проекты внедрения комплексных автоматизированных систем длятся довольно долго, и для того, чтобы все средства автоматизации интегрировались в единое целое, обрели информационное наполнение и нарастили необходимый функционал, требуется немало времени. На крупном предприятии PLM­система создается в течение нескольких лет, да и со временем неоднократно модернизируется — итерационно приближаясь к совершенству.

По ставшим уже каноническими правилам внедрение сложных систем идет поэтапно. Сначала автоматизируются отдельные рабочие места и технологии, выполняется пробный (пилотный) проект одного изделия. Но по ряду субъективных причин (исполнять некому…) и объективных обстоятельств (исполнять негде и некогда…) чаще всего пилотный проект реализуется фрагментарно и с участием ограниченного числа наиболее продвинутых сотрудников. Затем начинается принудительное развертывание наспех отработанных новых информационных технологий и подсистем во всех инженерно­технических службах и отделах.

Объективно комплексный проект внедрения затрагивает многие сферы деятельности предприятия, предполагающие проведение достаточно глубокого реинжиниринга бизнес­процессов. При этом большинство реформ организационной системы изначально сопровождаются определенными потерями, в том числе и в производительности труда, возникающими в процессе отладки новых процедур и технологий. Эта проблема усугубляется необходимостью выполнения сотрудниками компьютеризируемых отделов работы по старым технологиям параллельно с новыми обязанностями. Например, зачастую при внедрении электронного архива волевым решением руководства (для снижения возможных рисков и недоверия к электронным подписям) на предприятии сохраняется и  бумажный документооборот.

В комплексном проекте внедрения обязательно задействованы большие и разнородные группы работников предприятия, которые в ближайшей перспективе должны составить слаженный и компетентный персонал комплексной системы. Массовость процессов обучения резко повышает не только широту охвата профессий и специальностей, но и требуемый объем переподготовки кадров. Неизмеримо возрастает сложность увязки разрозненных программ и курсов. Но даже хорошо продуманный и согласованный учебный план локальных учебных курсов, наполненный новыми знаниями,  не дает персоналу возможности развития умений и навыков коллективной работы в интегрированной информационной среде.

На начальных этапах проекта внедрения основной состав сотрудников, который должен превратиться в целевой персонал САПР, как правило, не замечает ощутимого эффекта улучшения результатов своей работы, поскольку система еще не сформирована, а специалисты не имеют опыта успешной деятельности в новых условиях. К сожалению, наличие отдельных высококвалифицированных инженеров, виртуозно справляющихся с работой на локальных автоматизированных рабочих местах, не гарантирует эффективного функционирования интегрированной системы в целом.

Чтобы целенаправленно и результативно выполнять свою работу в среде сложной организационно­технической системы, пользователи нуждаются не только в знаниях и умениях по управлению техническими и программными средствами на каждом конкретном рабочем месте. Необходимо глубокое осознание каждым участником своей роли в организационно­технической системе, ясное понимание принципов функционирования всего комплекса средств автоматизации, развитые навыки владения методами и средствами коллективной работы над проектом.

Для того чтобы облегчить адаптацию персонала и ускорить развитие у пользователей автоматизированных систем умений и навыков практической работы в среде комплексных САПР, предложено создавать и использовать в курсах подготовки и переподготовки кадров специализированные учебные виртуальные предприятия (УВП), имитирующие интегрированную информационную среду реальной или формируемой PLM­системы. С целью методической поддержки комплексных проектов внедрения PLM­систем на промышленных предприятиях, которые проводятся фирмами­разработчиками и интеграторами, целесообразно создавать и  использовать специальные учебные виртуальные предприятия, формируемые с помощью  набора программных продуктов и технологий, определенных условиями поставки. Такие ВП могут создаваться в авторизованных фирмами учебных центрах как на самих предприятиях, так и на базе профильных учебных заведений. УВП может быть использовано и для проведения пилотного проекта, выполняемого фирмой по договору внедрения, а также для исследования, разработки и отладки информационных технологий и средств обеспечения создаваемой системы.

Рис. 1. Центр компьютерного проектирования СамГТУ оснащен современными техническими и программными средствами обеспечения САПР. В центре проводятся как плановое обучение студентов, так и курсы повышения квалификации преподавателей и работников промышленности Поволжского региона

Рис. 2. Учебная деятельность центра компьютерного проектирования авторизована компанией АСКОН, при поддержке которой в СамГТУ развернут комплекс ЛОЦMАН:PLM — КОМПАС-3D—ВЕРТИКАЛЬ. Программный комплекс АСКОН использован для реализации учебной среды УНВП СамГТУ

В случае плановой подготовки кадров для отрасли или региона в учебном заведении УВП могут формироваться на базе инфраструктуры компьютерных, производственных лабораторий и центров вуза. Так в Самарском государственном техническом университете действует  экспериментальное учебно­научное виртуальное предприятие (УНВП), созданное на базе центра компьютерного проектирования СамГТУ (рис. 1) при поддержке компании АСКОН (рис. 2). 

Связи с бизнес­процессами маркетинга и снабжения материалами и покупными изделиями, столь важные для оценки экономических показателей, но выходящие за рамки классических САПР, в данном случае могут имитироваться или обеспечиваться системами автоматизации управления (АСУ — ERP — MЕS). Производственный этап деятельности УНВП в условиях учебного заведения обеспечивается оборудованием с числовым программным управлением (ЧПУ), установленным в производственных лабораториях и центрах вуза (рис. 3).

Рис. 3. Станки с ЧПУ установлены непосредственно в компьютерной лаборатории и в удаленном учебно-производственном центре СамГТУ

УНВП­СамГТУ представляет собой специализированное PLM­решение, охватывающее проектно­производственные и смежные с ним этапы жизненного цикла изделий типового машиностроительного предприятия (рис. 4).

Рис. 4. Этапы жизненного цикла изделий машиностроения, охваченные экспериментальным УНВП

Основным существенным отличием учебного виртуального предприятия от его промышленных аналогов является необходимость автоматизации обучающих функций. К числу специализированных средств PLM­решения УНВП относятся: специальные компоненты  информационного и организационного обеспечений, а также существенная часть методического обеспечения, поддерживающая специфические учебные функции САПР, действующей в рамках учебного заведения (рис. 5).

Рис. 5. Фрагменты работы УНВП в среде ЛОЦМАН:PLМ

Отличительные особенности и принципы создания УНВП определяют требования к применяемым для его реализации средствам автоматизации. В качестве прикладной программной платформы УНВП должна быть выбрана актуальная для отечественной промышленности PDM­система и хорошо совместимый с ней комплекс средств автоматизации, охватывающий основные этапы жизненного цикла изделий и обладающий следующими свойствами:

• практическая ценность для внедрения на предприятиях региона;
• дружественность и интуитивная понятность пользовательских интерфейсов;
• развернутая и полная справочная помощь и пользовательские руководства на русском языке;
• наглядность в демонстрации основных функций и возможностей информационных технологий, методов и средств;
• простота инсталляции и обслуживания программного обеспечения;
• невысокая требовательность к уровню используемых технических средств;
• относительно малая стоимость программного обеспечения, его внедрения и сопровождения;
• доступность и устойчивость связей с разработчиком, обеспечивающим техническую поддержку и консультационные и внедренческие услуги.

В эти условия очень хорошо вписываются PLM­решения, развиваемые российской компанией АСКОН (рис. 6). Автоматизацию конструкторской подготовки производства (КПП) обеспечивает популярный программный комплекс САПР КОМПАС­3D. Автоматизация технологической подготовки производства (ТПП) реализуется с помощью САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ. Система ЛОЦМАН:PLM позволяет создавать электронные архивы конструкторской и технологической документации и эффективно организовывать коллективную работу над проектом изделия.

Рис. 6. Место ПМК АСКОН в реализации экспериментального УНВП

Кроме вышеперечисленных требований можно отметить еще ряд положительных факторов:

• продукция АСКОН полностью соответствует отечественным стандартам, лицензирована «РОСИНФОСЕРТ» Министерства РФ по связи и информатизации, а также одобрена головным Научно­методическим центром по сертификации информационно­программных средств учебного назначения;
• наличие фирменных методических материалов в базовой поставке системы;
• программа поддержки учебных заведений, включая льготные поставки ПО, создание авторизованных учебных центров;
• наличие единой системы сертификации специалистов и преподавателей как независимого критерия оценки деятельности УНВП.

Фирменный программно­методический комплекс фирмы АСКОН включает интегрированные между собой подсистемы САПР, поддерживающие важнейшие этапы КТПП машиностроительного PLM­решения.

На этапе конструкторской подготовки производства (КПП) в среде УНВП студенты выполняют эскизный, технический и рабочий конструкторские проекты. Для автоматизации эскизного проектирования и технических расчетов в УНВП используется подсистема инженерного анализа учебной САПР, являющейся оригинальной авторской разработкой, а этапы геометрического моделирования и разработки конструкторского описания изделия обеспечиваются САПР КОМПАС 3D (рис. 7). На этапе технологической подготовки производства (ТПП) осуществляются  технологическое проектирование и разработка технологической документации, а также конструирование специального технологического оснащения. Сопровождение технологических процессов успешно выполняется средствами САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ, тесно интегрированной с КОМПАС­3D, что позволяет технологам использовать электронные модели и чертежи, подготовленные в процессах КПП (рис. 8).

Рис. 7. Автоматизацию КПП обеспечивает программный комплекс САПР КОМПАС-3D

Рис. 8. Автоматизация ТПП обеспечивается с помощью САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ

Объединяющим и связующим средством комплексной системы служит полномасштабная PDM­система ЛОЦМАН:PLM, обеспечивающая функционирование информационного и методического обеспечения УНВП, управление учебной деятельностью и интеграцию прикладного ПО в единое информационное пространство.

В УНВП PDM­система используется для управления не только данными о продукции, но и учебным процессом от момента выдачи задания вплоть до оценки и  анализа результатов обучения посредством подсистемы Work­Flow (рис.  9).

Рис. 9. Механизм Workflow применяется для управления учебным проектированием

Эффектным завершением учебной проектной деятельности, вносящим оживление в кропотливую инженерную работу с виртуальными электронными документами, является процесс изготовления материальных макетов отдельных деталей на станках, управляемых компьютерной программой (рис. 10).

Рис. 10. Обработка на настольном вертикально-фрезерном станке с ЧПУ макета детали технологической оснастки для изготовления детали штамповкой. Материал заготовки — мелкодисперсный пенополистирол

САПР и графика 10`2011