3 - 2015

Интеграция PLM-систем и автоматизированного производства

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

Введение

Промышленность внедряет высокие технологии, применяемые при проектировании, производстве и испытаниях изделий, а также при управлении цепочкой поставок, логистикой и взаимоотношениями с заказчиками.

За счет использования современных средств расчетов численного моделирования, контроля проектных решений и автоматизации производства ведущие машиностроительные предприятия получают конкурентные преимущества, повышают эффективность и наращивают объемы выпуска продукции. Общая отдача от производства растет за счет тесной интеграции и автоматизации таких средств, что приводит к оптимизации всего жизненного цикла изделия по критериям соответствия требованиям, надежности и прибыльности.

Факторы внедрения новых технологий

Машиностроение — основа стабильности и роста экономики, особенно в условиях последствий глобальной экономической рецессии. По данным исследования, проведенного глобальной консалтинговой фирмой McKinsey & Company, каждое рабочее место в цехе машиностроительного предприятия создает еще два­три рабочих места в смежных отраслях.

Глобальная производственная среда отличается высокой сложностью процессов. Это связано с трудностями работы в различных часовых поясах, со специалистами, принадлежащими к различным культурам, а также с применением разных систем и процессов и привлечением многих организаций к одному проекту.

Эффективность производственного процесса часто снижается из­за отсутствия взаимодействия между двумя аспектами: виртуальным миром, в котором проектируется технология изготовления детали, и реальным, в котором эта технология применяется в дальнейшем. Производственный процесс нарушается из­за неверных либо устаревших данных, появление которых вызвано слабым взаимодействием или ошибками при переносе данных из одной системы в другую. В других случаях сбои в производстве вызваны ошибками в самих технологичес­ких процессах.

Устранение подобных проблем отнимает время, приводит к простою оборудования, а нередко и к дорогостоящим переделкам управляющих программ для станков с ЧПУ.

Поэтому для сохранения конкурентоспособности машиностроительным предприятиям требуются отличные технологии, инновации и специалисты. Для получения наибольшей отдачи эти три составляющие необходимо интегрировать и рассматривать как единое целое. Более того, имеется возможность объединения и ряда тенденций развития, что также обеспечивает высокую конкурентоспособность.

«Умные данные» приводят к революционным переменам во многих отраслях экономики и бизнеса

«Умные данные» приводят к революционным переменам во многих отраслях экономики и бизнеса

Вопросы энергопотребления

Примерно 10% затрат в машиностроении приходится на энергию, стоимость которой только возрастает. В результате снижение энергопотребления стало важнейшим вопросом для каждого машиностроительного предприятия.

Для достижения экономии энергии требуется более тесная интеграция системы управления жизненным циклом изделия (PLM) с выполняемыми в цехах предприятия операциями и процессами. За счет повышения качества имитационного моделирования, а также разработки и оптимизации технологических процессов удается значительно снизить расходы на энергоснабжение.

В сущности, наличие доступа к достоверной информации помогает сотрудникам принимать оптимальные конструкторско­техно­логические проектные реше­ния, а также решения о закупках. Доступ к информации обеспечивает более эффективное использование энергии и снижение себестоимости производства. Численное моделирование не только изделий, но и различных вариантов технологической среды их изготовления позволяет найти наиболее эффективные технологические маршруты и операции. Например, численное моделирование гарантирует, что производственный процесс оптимизирован по времени, а простои каждого станка в составе технологической линии минимальны. Аналогичным образом можно выполнять наиболее энергозатратные операции именно в то время, когда спрос на энергию минимален, а ее стоимость ниже.

Ford, Google и Siemens: оптимальный вариант глобальной автоматизации

Ford Motor стала первой компанией, внедрившей созданную ком­панией Siemens новую систему IntoSite. Данная система предназначена для виртуального просмотра сборочных заводов автопроиз­водителя.

Это приложение, разработанное с применением инфраструктуры Google Earth, помогает улучшить совместную работу в глобальном масштабе и организовать обмен оптимальными приемами работы.

Работающее в облачной среде веб­приложение содержит 3D­модель производственных мощностей. Просмотр такой модели (вплоть до уровня отдельных рабочих мест) позволяет лучше понять глобальные производственные процессы.

Решение IntoSite создано подразделением Siemens PLM Software. С его помощью сотрудники и партнеры компании Ford улучшают стандартизацию в глобальном масштабе.

В любом месте виртуальной модели инженеры и другие пользователи могут ставить метки — точно так же, как это делается в Google Maps, — и добавлять к меткам видеоролики, документы и изображения. При этом создается личное виртуальное пространство, в котором пользователи сохраняют информацию и обмениваются ею, что улучшает передачу данными между заводами, разбросанными по всему миру.

Такое пространство позволяет изучать различные варианты организации производства и обеспечивает визуальное взаимодействие между подразделениями распределенного предприятия. Конечный результат включает три составляющие. Первое — повышение эффективности. Документы по тому или иному вопросу находятся в едином хранилище, а не разбросаны по разным местам. Второе — глобализация. Единое виртуальное пространство в реальном времени объединяет реальные изображения распределенных производственных площадок. Третье — стандартизация, помогающая решать технологические проблемы, разрабатывать и внедрять общие рабочие процессы и устранять несоответствия.

Работа с большими данными

Благодаря наличию датчиков на каждом станке и в каждой производственной системе, технологические процессы создают многие тысячи элементов данных. Однако эти данные по большей части оказываются в изолированных хранилищах, не интегрированных с другими системами предприятия.

По данным опроса, проведенного в декабре 2013 года (http://www.prweb.com/releases/2013/12/prweb11430148.htm) Американским обществом качества (ASQ), только 13% опрошенных машиностроительных предприятий сообщили, что они применяют технологии «умного производства». Среди предприятий, заявивших об использовании технологий «умного производства», 82% добились роста производительности, 49% снизили число производственных дефектов, а 45% повысили степень удовлетворенности своих заказчиков.

Датчики обеспечивают беспрецедентный уровень прослеживаемости работы завода и всей цепочки поставок в гораздо более широком масштабе, а не только в рамках наиболее важных технологических процессов, как это обычно имеет место быть. Более того, обмен данными между станками (технология M2M) обеспечит выход на новый уровень автоматизации, при котором такие реальные объекты, как датчики, приводы, видеокамеры и считыватели меток RFID подключаются к крупным инфраструктурным и прочим производственным системам.

Применяя методы анализа больших объемов данных, машиностроители смогут использовать огромный массив информации для контроля и оптимизации процессов, а также прогнозирования возможных отказов и разработки соответствующих графиков проведения технического обслуживания.

Глобальная автоматизация производства

Решение проблем, связанных с глобализацией производства, требует освоения новых инструментов и средств совместной работы, что обеспечит согласованное внедрение оптимальных рабочих процессов и соблюдение высоких стандартов на всех многочисленных производственных площадках. На это направлены все новые тенденции, включая облачные и мобильные технологии. При этом создается виртуальное пространство, в котором все участники процесса общаются и обмениваются информацией.

Подобные технологии смогут объединить знания, содержащиеся в PLM­ и прочих информационных системах, без организации сложного доступа к многочисленным разрозненным источникам информации. Подобное объединение улучшает совместную работу, обеспечивая обмен оптимальными приемами, советами и рекомендациями в рамках свободного общения сотрудников.

В результате устраняется разрыв в передаче знаний между этапами проектирования и изготовления изделия. Опыт работы одного завода становится известным и на других предприятиях, и в конструкторско­технологических службах. При этом достигнутые на одном заводе улучшения позволяют повысить эффективность работы всего распределенного предприятия.

Модуль Plant Simulation рассчитывает энергопотребление как отдельных станков, так и целых производственных линий, а также позволяет моделировать различные стратегии энергосбережения

Модуль Plant Simulation рассчитывает энергопотребление как отдельных станков, так и целых производственных линий, а также позволяет моделировать различные стратегии энергосбережения

Технологии 3D­печати

Снижение себестоимости в машиностроении традиционно достигается за счет повышения объемов выпуска, то есть массовым производством. Большое количество стандартных деталей можно выпускать со сравнительно низкими затратами, а вот нестандартные, уникальные конструкции в большинстве случаев рассматриваются как запредельно дорогие.

Затраты на создание опытных образцов всегда составляли значительную долю всех расходов на конструирование изделия. Именно по этой причине огромную по­пулярность получили инструменты численного моделирования и расчетов методом конечных элементов.

Появление и совершенствование технологий 3D­печати позволяет совершить инновационный скачок. 3D­печать уже не является чем­то новым, ее стоимость и сложность быстро снижаются, а доступность — растет.

Данная технология становится основным фактором в появлении гибридного производства, в котором применяются и субтрактивные, и аддитивные технологии. В таком производстве возможно соединять самые разные материалы, создавать принципиально новые конструкции и совершенствовать технологические процессы.

В основе эффективной автоматизации лежит эффективное проектирование

В основе эффективной автоматизации лежит эффективное проектирование

Процессы 3D-печати позволяют создавать детали с геометрией, которую невозможно получить иными способами. Однажды мы сможем напечатать и лопатки турбины со сложной системой внутренних

Процессы 3D-печати позволяют создавать детали с геометрией, которую невозможно получить иными способами. Однажды мы сможем напечатать и лопатки турбины со сложной системой внутренних
воздуховодов. Воздуховоды улучшают охлаждение лопатки, что позволяет повысить не только температуру в камере сгорания,
но и эффективность двигателя

Заключение

Siemens также работает в машиностроительной отрасли, поэтому задачи, с которыми сталкивается и наша компания, и все наши заказчики, определяют направление развития программных продуктов подразделения Siemens PLM Software.

В будущем мы увидим более тесную интеграцию между виртуальным и реальным мирами, основанную на объединении физических объектов и информации, действий и данных. В последние пять лет именно на это и были направлены наши инновации во всех областях — от повышения энергоэффективности до анализа больших данных. Сюда же относятся и 3D­печать, и самоорганизующиеся машины, которые фактически превращают данные в реальные предметы.

Связь реального и виртуального миров обеспечивает интеграцию PLM­систем с производством и сквозную автоматизацию процессов разработки и изготовления изделий.

Компания Siemens предлагает технологию, выводящую на новый уровень связь между технологической подготовкой производства и технологической средой предприятия. Благодаря надлежащему объединению систем проектирования и управления производством в виртуальном и реальном мирах машиностроители повышают производительность, сокращают энергозатраты и сроки выпуска изделий, оптимизируют процессы изготовления и обслуживания, а также сокращают простои станков и внедряют новые производственные технологии.  

САПР и графика 3`2015