11 - 2014

Оптимизация проектирования и изготовления изделий

Мирко Баекер
Мирко Баекер,
директор по маркетингу продукта Tecnomatix в регионе ЕМЕА (Европа, Ближний Восток и Африка), Siemens PLM Software

В авиационно­космической и оборонной отраслях продолжается рост конкуренции. Число заказов на гражданские самолеты достигло рекордного уровня. В условиях сокращения военных бюджетов любое государство старается перенести на поставщиков организационные и финансовые риски, что требует дополнительных усилий по управлению себестоимостью, сроками изготовления и соблюдению всё более жестких требований к изделиям.

Нередко в конструкцию вносится большое число изменений — как в начале выпуска, так и при передаче изделия в эксплуатацию. Создание и поддержание хорошей репутации в плане успешного выполнения программ — непременное условие для получения новых заказов.

Чтобы этого добиться, предприятиям нужно оптимизировать передачу информации между этапами конструирования, технологического проектирования и изготовления, а также сократить отходы и внедрить эффективные инициативы бережливого производства.

Технологическое проектирование на ранних этапах

Современные изделия авиационно­космической и оборонной промышленности относятся к наиболее сложным видам создаваемой техники. При этом нормативные требования становятся всё более жесткими.

Например, в гражданском авиастроении практически каждый выпускаемый самолет по конструкции отличается от других и проходит отдельную сертификацию. Поэтому приходится не только проектировать и контролировать каждое новое исполнение (это инженерная задача), но и изготавливать продукцию, поставлять ее и обеспечивать послепродажное обслуживание в условиях повышенных нормативных требований.

Разработка техпроцесса сборки

Разработка техпроцесса сборки
в среде Teamcenter Manufacturing

Анимация процесса сборки в среде Teamcenter EWI

Анимация процесса сборки в среде Teamcenter EWI

Для этого крайне важной становится возможность создания цифровых моделей производственных систем, что помогает оценивать их характеристики и оптимизировать показатели работы. Такие цифровые модели позволяют проводить виртуальные эксперименты и оценивать различные варианты сборочных процессов задолго до монтажа реального технологического оборудования.

Для моделирования производственных систем и технологических процессов применяются средства дискретного численного моделирования, например модуль Plant Simulation.

Модуль Plant Simulation предназначен для создания цифровой расчетной модели производственной системы, оценки ее характеристик и оптимизации показателей работы. Подобная расчетная модель позволяет проводить виртуальные эксперименты и моделировать варианты типа «что будет, если…» как в рамках уже существующей производственной системы, без вмешательства в ее работу, так и в ходе подготовки производства — то есть задолго до реального монтажа технологического оборудования.

Широкий выбор инструментов анализа, статистической обработки и подготовки графиков помогает оценивать различные варианты технологических процессов. В результате удается выявлять и устранять проблемы, которые могли бы привести к существенным потерям времени и денег уже в ходе запуска производства, а также минимизировать инвестиционную стоимость производственных линий при обеспечении заданной производительности.

Кроме того, выполняется моделирование последовательности операций ручной сборки. С учетом того, что освоить такое моделирование теперь значительно проще, данная функция часто применяется производителями авиационной техники.

При помощи модуля Plant Simulation предприятия авиаци­он­но­космической и оборонной отраслей оптимизируют материальные потоки, а также использование ресурсов (включая анализ износа инструмента) и логистические процессы на всех уровнях — как на глобальном, так и на отдельных заводах и производственных линиях. Получаемая информация помогает быстро принимать обдуманные решения на ранних стадиях подготовки производства.

Управление конструкторскими спецификациями и технологическими процессами

Еще одна критически важная с точки зрения управления данными область — передача информации с этапа проектирования на этап изготовления. Вопрос о составе спецификации постоянно дискутируется. Обычно предлагается ряд разрозненных вариантов: конструкторская спецификация, технологическая спецификация, ведомость технологических процессов.

Когда речь идет об очень сложных конструкциях авиационно­космического и оборонного назначения, инженеру удобнее организовывать данные не так, как это происходит в ERP­системе.

Согласование конструкторских и технологических спецификаций в среде Teamcenter Manufacturing

Согласование конструкторских и технологических спецификаций в среде Teamcenter Manufacturing

Фиксация знаний способствует принятию обоснованных решений

Фиксация знаний способствует принятию обоснованных решений

Наличие отдельных конструкторской и технологической спе­цификаций позволяет вносить изменения в модели деталей и в конструкторскую спецификацию независимо. Однако если такие изменения не будут взаимно синхронизированы, то это приведет к ошибкам. Чтобы этого не допустить, в модуле Teamcenter Manufacturing Process Planner применяются проверки конструкторской спецификации и ведется ведомость технологических процессов, в которой пошагово описан процесс изготовления изделия.

Новейшая концепция ведомости технологических процессов предприятия упрощает работу в условиях глобализации производства и повышает эффективность сборочных процессов при производстве продукции авиационно­космического и оборонного назначения.

Выявленные оптимальные операции включаются в ведомости технологических процессов в виде шаблонов. Благодаря этому объединяются все ресурсы, оснастка, оборудование и варианты их применения и создается основа для оптимизации использования активов предприятия. При помощи шаблонов технологи применяют принятые ранее проектные решения, что повышает отдачу от капиталовложений в оборудование и позволяет основное внимание уделять обеспечению гибкости производственных мощностей.

Кроме того, появляется возможность разрабатывать технико­экономическое обоснование задолго до вложения средств и ресурсов в производство, автоматически передавать элементы сборки в структуры техпроцессов конкретного завода, а также сравнивать ситуацию на разных заводах с целью максимально быстрого внедрения оптимальных приемов работы.

Контроль и оптимизация проектных решений

Остановки производства, вызванные внедрением новых или модернизированных средств автоматизации программирования, а также внесением изменений в конструкцию на поздних этапах подготовки производства, обходятся очень дорого. В ходе запуска производства и его вывода на полную мощность риски возникновения таких событий предотвратить очень сложно.

Подавляющее большинство изменений можно выявить и предотвратить на ранних этапах, когда сделать это гораздо проще и дешевле. Использование численного моделирования позволяет с высокой точностью проверить различные виды технологических процессов и выявить вариант, наиболее подходящий для внедрения в производство. Подобный анализ вариантов типа «что будет, если…» на этапе технологической подготовки производства очень удобен, выполняется быстро и без существенных затрат. Численное моделирование сокращает потребность в реальных испытаниях, а абсолютно необходимые испытания проводятся значительно быстрее.

Система Tecnomatix поддерживает быстрое и бережливое производство, позволяет оптимизировать и контролировать характеристики технологического процесса до начала изготовления изделий, а также устранять неэффективные операции, сокращая время наладки и повышая качество продукции.

Средства симуляции модуля Process Simulate Human позволяют оценить эргономичность рабочих операций

Средства симуляции модуля Process Simulate Human позволяют оценить эргономичность рабочих операций

Геометрическое сравнение конструкторских

Геометрическое сравнение конструкторских
и технологических спецификаций в Teamcenter Manufacturing

Параллельно с этим модуль разработки документации Teamcenter Electronic Work Instruction (TC EWI) передает все технологические процессы с этапов разработки и моделирования в цеха в веб­формате. Разумеется, подробные визуальные и актуальные технологические инструкции способствуют повышению качества продукции, снижению числа переделок и сокращению сроков производства. Такие визуальные средства крайне необходимы для того, чтобы рабочие в цехах эффективно выполняли свою работу.

Управление технологической документацией в соответствии с исполнениями изделия не только дает массу преимуществ при разработке подобной документации, но и обеспечивает требуемую гибкость и быстроту проведения изменений. При этом, несмотря на то, что первоначальная разработка документации достаточно трудоемка, управление проведением конструкторских изменений и их учет в технологической структуре, а также в документации остается одним из самых трудозатратных процессов подготовки производства.

Визуализация рабочих инструкций

Визуализация рабочих инструкций
способствует уменьшению числа ошибок

Симуляция сценария производственного процесса

Симуляция сценария производственного процесса

В отличие от бумажной документации, создаваемые в модуле TC EWI электронные документы могут содержать 3D­модели входящих в собираемый узел деталей, информацию об инструментах, а также конструкторско­технологическую информацию, представленную на 3D­моделях. Кроме того, такие документы поддерживают интерактивность: пользователь может манипулировать 3D­изображением, воспроизводить анимированные ролики процесса сборки, а также просматривать этапы работы в соответствии с производственным заданием.

Симуляция операции снятия заусенцев при изготовлении реактивного двигателя

Симуляция операции снятия заусенцев при изготовлении реактивного двигателя

Симуляция операции снятия заусенцев при изготовлении реактивного двигателя

Симуляция операций ручной сборки в модуле Process Simulate Human

Симуляция операций ручной сборки в модуле Process Simulate Human

Симуляция операций ручной сборки в модуле Process Simulate Human

Многие производители приняли электронную документацию в качестве стандарта. С учетом особенностей авиационно­космической и оборонной отраслей разумное внедрение средств разработки электронной документации позволит значительно сократить число ошибок в производстве и сэкономить время разработки, а также рабочее время технологов.

Информация для инженера

Информация для инженера

Интерфейс модуля Teamcenter Electronic Work Instructions

Интерфейс модуля Teamcenter Electronic Work Instructions

Создание петли обратной связи между проектированием и производством

Пожалуй, важнейшей составляющей является создание контура обратной связи в системе управления производством. Благодаря данному контуру предприятия авиационно­космической и оборонной отраслей могут легко передавать в цеха готовую технологическую информацию.

Для этого требуется тесная интеграция PLM­решения с автоматизированной системой управления производством (MES), что обеспечит объединение всех элементов систем, достижение оптимальных показателей качества и эффективности производства в глобальном масштабе.

Производители смогут существенно сократить время реагирования разработчиков на проблемы, выявленные при производстве (так называемые несоответствия), сравнивать изделие в состоянии изготовления с проектом и с высокой эффективностью обрабатывать данные при помощи интегрированной PLM­MES­системы.

Конечным результатом станет создание интегрированной среды принятия и исполнения проектных решений, выполняющей управление производством и обеспечивающей соответствие требованиям и непрерывное улучшение технологических процессов. Более того, интеграция MES с ERP­системами и ранее применявшимися системами собственной разработки с использованием стандартных интерфейсов удачно дополняет общую стратегию применения информационных технологий на предприятии.

Симуляция дискретных операций в модуле Plant Simulation

Симуляция дискретных операций в модуле Plant Simulation

Симуляция дискретных операций в модуле Plant Simulation

Заключение

Привлечение подрядчиков в глобальном масштабе, рост конкуренции, необходимость более эффективного использования производственных мощностей и сокращения сроков вывода изделий на рынок — вот лишь немногие из тех проблем, с которыми сегодня сталкиваются работающие на мировом рынке предприятия авиационно­космической и оборонной отраслей. В результате появляются новые информационные технологии, обеспечивающие успешное использование рыночных возможностей. Возникает по­требность в интегрированных решениях и стандартизации информационной среды.

Инновационные предприятия уже осознали всю ценность всеобъемлющей PLM­стратегии. Система Tecnomatix представляет собой полнофункциональный пакет решений для поддержки цифрового производства, способствующий созданию инноваций и объединяющий все технологические аспекты с разработкой изделия — от проектирования технологии и производственных участков до численного моделирования, контроля проектных решений
и изготовления продукции.

САПР и графика 11`2014