САПР и автоматизация мебельного производства

Павел Бунаков

Автоматизация конструкторской и технологической подготовки производства на российских мебельных предприятиях началась давно. К настоящему времени ее уровень можно с уверенностью оценить как достаточно высокий. Причин тому несколько. Предприятия мебельной промышленности в большинстве своем можно отнести к малому или  среднему бизнесу — то есть наиболее мобильному сегменту производства, в том числе и в области автоматизации. Этому способствует и позаказный характер изготовления мебельных изделий. Совмещение требований индивидуальности и промышленных технологий возможно только в том случае, если есть 3D­модель изделия и необходимый функционал работы с нею. Оперативное изменение габаритных размеров, подбор фасадов и фурнитуры, варьирование вариантов внутреннего наполнения — выполнение вручную этих и многих других задач, возникающих при практической работе, требует много времени, которого у мебельщиков в условиях рынка просто нет.

Не менее конкурентным является и рынок специализированных мебельных САПР, на котором доминируют отечественные системы. Это определяется доступностью цен на программное обеспечение. Если в абсолютных цифрах стоимость САПР может показаться завышенной, то при рассмотрении ее относительно стоимости готовых мебельных изделий она таковой уже не кажется. Приобрести легально специализированную САПР мебельных изделий вполне по средствам любому мебельному предприятию. Об этом красноречиво свидетельствует состав лицензионных пользователей САПР БАЗИС, среди которых немало предприятий малого бизнеса. Широкое распространение нелицензионного программного обеспечения объясняется не экономическими, а совсем иными причинами. В этом, кстати, в частных беседах признаются многие мебельщики.

Иное дело — современное станочное оборудование, которое практически полностью импортируется. Цены на него достаточно высокие, поэтому далеко не каждое мебельное предприятие может позволить себе его приобретение. Между тем именно автоматизация производства позволяет значительно усовершенствовать производственный  процесс, ускорить и систематизировать все этапы изготовления изделий, повысить их качество и сократить численность рабочего персонала. Другими словами, она является реальным способом достижения рентабельности производства корпусной мебели. Однако есть один нюанс: без тесной информационной стыковки конструкторско­технологических и производственных этапов изготовления мебели максимального эффекта от автоматизации достичь невозможно.

Понимая это, разработчики САПР корпусной мебели в дополнение к базовым программам автоматизации конструкторско­технологических работ предлагают широкий набор специализированных модулей для решения различных производственных задач. Рассмотрим производственные аспекты САПР на примере комплексной системы автоматизации мебельных предприятий БАЗИС 8 [1].

Оборудование и технология изготовления мебели

Технологический процесс изготовления подавляющего большинства изделий корпусной мебели включает три основные операции:

• раскрой полноформатных листов и обрезков ДСтП на заготовки в соответствии с картами раскроя;
• облицовка кромок заготовок;
• сверление отверстий под крепежную и декоративную фурнитуру (присадка отверстий).

Естественно, любое мебельное предприятие обязательно имеет, как минимум, три участка.

Современное мебельное производство (ПКФ «Ангстрем», г.Воронеж)

Производственный цикл изделий корпусной мебели начинается на участке раскроя. Первым станком, который приобретается при открытии нового мебельного производства, является круглопильный (форматно­раскройный) станок. Без хорошего оборудования участка раскроя практически невозможно изготовить качественную мебель. Для раскроя материалов выпускается специальное оборудование, позволяющее выполнять продольную и поперечную распиловку, а также распиловку под углом:

• круглопильные станки с ручной подачей, которые применяются при небольших объемах выпуска продукции или в качестве дополнительного оборудования;
• станки с автоматической подачей пильной каретки;
• пильные центры с числовым программным управлением, предназначенные для автоматического раскроя материалов в пакетах из нескольких плит.

Отдельно следует сказать о технологии нестинга (от англ. to nest — вкладывать или помещать друг в друга). В мебельной промышленности это понятие употребляется и в узком смысле — как операция выкраивания деталей из плиты концевой фрезой, и в широком — обработка деталей почти до полной готовности на одном станке, то есть  сочетание операций раскроя, облицовки кромок и фрезерования или сверления отверстий. В настоящее время и нестинговые станки, и традиционные круглопильные станки занимают свои ниши на рынке оборудования.

Очевидно, что требования к картам раскроя как технологическим инструкциям для выполнения данной операции будут разными в зависимости от используемого оборудования. Учитывая, что уровень автоматизации производства на предприятиях варьируется в широком диапазоне, САПР корпусной мебели должны иметь возможность учета специфических требований, характерных для используемых станков.

Станочно-программный комплекс ALTENDORF — БАЗИС

Кроме того, участок раскроя является своего рода метрономом, задающим ритм всей производственной цепочке. Это означает, что при формировании карт раскроя в САПР необходимо учитывать весь маршрут обработки деталей и добиваться не только рационального применения материала, но и минимизации общих издержек производства.

Для облицовки кромок деталей может использоваться одна их трех возможностей:

• ручная облицовка;
• кромкооблицовочные станки для облицовки прямолинейных кромок с возможностью прифуговки (предварительного фрезерования);
• кромкооблицовочные станки с ЧПУ и агрегатами прифуговки.

Современные кромкооблицовочные станки можно отнести к одному из наиболее сложных видов оборудования для производства корпусной мебели. Однако прямой интеграции САПР с кромкооблицовочным участком нет. Опосредованно связь между ними осуществляется через карты раскроя, поскольку при грамотной их оптимизации можно обеспечить ритмичную работу участка, а следовательно, сокращение времени изготовления изделий.

Важной и ответственной операцией, во многом определяющей качество будущего изделия, является присадка отверстий. Эта операция может выполняться:

• вручную с помощью приспособлений и шаблонов;
• на присадочных станках;
• на фрезерно­присадочных станках с ЧПУ.

В первых двух случаях в САПР необходимо формирование чертежей со схемами присадки, а в последнем — управляющих программ.

Завершающим этапом является участок сборки или упаковки. Для него главное — ритмичный приход готовых деталей определенного изделия или ансамбля. Это означает, что именно на нем проявляются все недочеты организации производства.

Сертификат компании ALTENDORF

В большинстве случаев на предприятии используются разные виды оборудования, что говорит о необходимости наличия широкого спектра дополнительных модулей в составе САПР, обеспечивающих гибкую настройку на любую производственную ситуацию.

Оптимизация загрузки оборудования

Оптимизация загрузки оборудования во многом определяется видом карт раскроя материалов. Этому вопросу в системе БАЗИС изначально уделялось самое пристальное внимание. Модуль БАЗИС­Раскрой разрабатывался не только как средство увеличения коэффициента использования материалов (КИМ), но и как механизм структурирования производственного процесса.

С точки зрения математической постановки задачи алгоритмическое решение производственных проблем представляет собой расширение системы ограничений задачи оптимизации, а следовательно, количества допустимых решений. На основании анализа работы ряда мебельных предприятий были выявлены типичные производственные проблемы, решение которых можно получить соответствующей оптимизацией карт раскроя.

При наличии на предприятии нескольких разнотипных единиц раскройного оборудования, обладающих разной производительностью, актуальной задачей является их равномерная загрузка. Современные пильные центры, в отличие от круглопильных станков, раскраивают не отдельные листы, а пакеты полноформатных листов. Количество листов в пакете зависит от типа станка. Помимо этого у них есть существенное ограничение по количеству поворотов раскраиваемого пакета. Это означает, что при раскрое некоторого заказа возникает необходимость формировать карты раскроя нескольких видов в зависимости от того, на каком оборудовании они будут исполняться.

В модуле БАЗИС­Раскрой найдено оригинальное решение данной проблемы, получившее название технологии фиксированного уровня раскроя. С точки зрения технолога, она представляет собой возможность динамически менять количество листов в пакете и максимальное количество поворотов в зависимости от загрузки оборудования. Важной отличительной чертой разработанных алгоритмов является то, что при небольшом размере пакетов КИМ практически не изменяется, а при увеличении размера — меняется очень незначительно, что компенсируется существенным сокращением времени раскроя.

САПР и ритмичность производства

Ритмичность производства является одним из важнейших показателей его эффективности, необходимым условием повышения качества и снижения себестоимости продукции. Неритмичная работа приводит к увеличению объема незавершенного производства, снижению  качества, замедлению оборачиваемости капитала, срыву графика поставок.

В модуле БАЗИС­Раскрой реализована возможность планирования качественного состава деталей, передаваемых с раскройного участка на последующую обработку. Ритмичность работы фрезерно­присадочного и кромкооблицовочного оборудования определяется количеством переналадок. Другими словами, с раскройного участка необходимо обеспечить выход групп деталей одинаковых типоразмеров. Математически это означает добавление ограничений на количество различных типоразмеров деталей, которые располагаются на одном листе. Ограничения подобного вида, как правило, значительно снижают значение КИМ или технологичность карт раскроя. В модуле БАЗИС­Раскрой разработаны алгоритмы, позволяющие минимизировать влияние новых ограничений на значение этих показателей.

Данная технология получила название «штабелирование деталей», поскольку визуально позволяет сократить количество групп текущих деталей, размещаемых около раскройного станка до их полного заполнения и передачи на последующую обработку. Дополнительно она позволяет минимизировать количество сортируемых деталей, сокращая тем самым возможные ошибки комплектации групп.

Постпроцессоры для пильных центров

Современные высокопроизводительные пильные центры получают всё более широкое распространение на мебельных предприятиях. Основными поставщиками подобного оборудования на отечественный рынок являются компании Altendorf, SCM Group, Biesse Group, Paoloni, Macmazza, Holzma, Holz­Her и др. В их составе опционально присутствует программное обеспечение для оптимизации раскроя, но его практическое применение ограничивают два негативных момента. Прежде всего, оно весьма дорогое. Но даже если согласиться с ценой, остается другая проблема — ручной ввод данных о раскраиваемых деталях. Это значительно снижает общую эффективность автоматизации производства и часто приводит к ошибкам комплектации.      

Сертификат компании SCM GROUP

При проектировании изделий в системе БАЗИС в моделях содержится полная информация о геометрии и материалах всех деталей. Модуль БАЗИС­Раскрой имеет возможность учитывать при оптимизации особенности работы любого оборудования и формировать карты раскроя без ошибок комплектации. Прямой их импорт в системы управления станков обеспечивает ощутимый выигрыш по времени.

В состав системы БАЗИС включены постпроцессоры для большинства используемых мебельщиками пильных центров: Altendorf, SCM, Gabbiani (SCM Group), Selco (Biesse Group), Paoloni, Macmazza, Holzma, Holz­Her. Некоторые разработанные программы имеют официальные сертификаты на полную совместимость с системами управления станков.

Проектирование управляющих программ

Объектно­ориентированная модель мебельного изделия системы БАЗИС включает объем информации, достаточный для разработки интегрированного модуля автоматизированного формирования управляющих программ для фрезерно­присадочных станков с ЧПУ. Соответствующий модуль — БАЗИС­ЧПУ автоматически извлекает  необходимые данные из математической модели изделия, выполняя при этом обработку контуров и анализируя корректность обрабатываемых поверхностей. Для этого предварительно задается набор требований, предъявляемых конкретным станком, например способ ориентации панелей или необходимость снятия дополнительного припуска на облицовку кромок.

Если анализ информации из модели показал отсутствие ошибок, то далее автоматически формируются траектории движения инструмента и генерируется текст управляющей программы для выбранного станка.

В настоящее время интерес к тесному взаимодействию разработчиков интеграции САПР и станочного оборудования взаимный. Не только компания «Базис­Центр» заинтересована в расширении списка постпроцессоров, но и разработчики оборудования охотно идут на контакт, понимая, что интеграция с одной из самых распространенных мебельных САПР является важным аргументом при продаже их продукции в России и странах СНГ.

Сегодня в модуль БАЗИС­ЧПУ включены постпроцессоры практически для всего спектра оборудования, используемого мебельщиками: Biesse Group, SCM, HIRZT, MasterWood, IMA, Holz­Her, BUSELLATO FELDER, Uniteam, Homag Group, BEAVER, СЕМИЛ, МultiCam и др.

Элементы безбумажной технологии

 Традиционно на все технологические участки изготовления мебели передаются чертежи и другие документы в бумажном виде. При интенсивном производстве и наличии большого количества похожих деталей это приводит к потерям времени на поиск нужных документов и появлению брака.

В системе БАЗИС реализована возможность организации безбумажной технологии. Суть ее в следующем. На участке раскроя все детали сопровождается специальной биркой — листом бумаги определенного размера (обычно самоклеящейся), который наклеивается на деталь с целью ее однозначной идентификации и быстрого поиска по штрих­коду. Эти бирки формируются автоматически, а выводимый на них объем данных определяется в зависимости от специфики конкретного предприятия.

Все рабочие места оснащаются компьютерами и сканерами. При поступлении очередной детали на участок рабочий по штрих­коду мгновенно получает производственное задание, в том числе и управляющую программу для ЧПУ. Кроме того, ему доступна любая дополнительная информация по изделию. Выполнив свою технологическую операцию, рабочий делает отметку в электронном документе, что означает передачу детали далее по маршруту обработки. Информация о прохождении деталей по участкам накапливается в базе данных, что позволяет руководству в любой момент получить актуальную информацию о текущей  производственной ситуации.

Данная технология организации работ апробирована на ряде мебельных предприятий и показала высокую эффективность [2].

Заключение

Многие организационные проблемы мебельного производства имеют алгоритмическое решение, которое может быть реализовано в рамках САПР. Только возможность интеграции проектирования и производства позволяет говорить о комплексной автоматизации.

Комплексная автоматизированная система — это не просто набор  программных модулей, а интегрированное решение в масштабе предприятия, которое логически связывает всю информацию об изделии, обеспечивая быстрый доступ и возможность ее применения на всех этапах проектирования и производства.

В САПР БАЗИС разработан всеобъемлющий набор средств для автоматизации проектирования, технологической подготовки и производства изделий корпусной мебели. Он включает ряд тесно интегрированных программных модулей, адаптируемых под специфику конкретного мебельного производства, которые обеспечивают высокую эффективность и гибкость всего проектно­производственного цикла. Это дает основания считать САПР БАЗИС действительно комплексной системой автоматизации мебельных предприятий. 

Литература

1. Бунаков П.Ю., Стариков А.В. Автоматизация проектирования корпусной мебели: основы, инструменты, практика / П.Ю. Бунаков. М.: ДМК Пресс, 2009. 864 с.: ил.
2. Бунаков П.Ю. Организация сквозного проектирования в компании «Полипрофиль» на платформе системы БАЗИС // САПР и графика. 2010. № 2. С. 78­81.

САПР и графика 4`2012