Концепция построения интегрированной системы проектирования и производства на мебельном предприятии

Константин Овечкин
Программист ООО «Базис-Центр»

В условиях нестабильной экономической ситуации только эффективность мебельного предприятия, его способность гарантировать надлежащее качество продукции и проводить ­разумную ценовую политику могут обеспечить необходимые темпы развития. Создать необходимую материальную базу для решения данной задачи особых проблем не составляет — естественно, при наличии достаточных финансовых средств. На рынке имеется большое количество предложений оборудования для производства корпусной мебели. Однако приобретения даже высокоавтоматизированных станков недостаточно. Необходимо наладить конструкторско­технологический  и производственный процессы. Причем сделать это нужно в едином информационном пространстве, с возможностью тесной интеграции конструкторского, технологического и производственного этапов.

Конструирование и технологическая подготовка производства на отечественных мебельных предприятиях автоматизированы на весьма высоком уровне. Одной из наиболее известных специализированных комплексных САПР является система БАЗИС [1, 2].

Рис. 1. Структурно-функциональная схема системы БАЗИС

Она позволяет значительно повысить скорость проектирования изделий и передачи их в производство, оптимизировать раскрой материалов, выполнить необходимые технико­экономические расчеты и решить многие другие важные задачи. На рис. 1 показаны основные модули системы БАЗИС и их место в структуре мебельного предприятия. Основной структурной единицей информации в ней является трехмерная модель отдельного мебельного изделия или целого ансамбля (проекта, заказа). Вся необходимая информация для изготовления закладывается конструктором и технологом на этапе создания модели. По хранящейся в ней информации в автоматическом или автоматизированном режиме формируются рабочие чертежи деталей и сборочные чертежи изделий, управляющие программы для станков с ЧПУ, карты раскроя материалов и комплектовочные ведомости, а также рассчитывается материалоемкость, трудоемкость и стоимость изготовления как всего изделия в целом, так и каждой конкретной детали. Комплексность системы обеспечивает надежную защиту от искажения или потери информации при передаче ее из одного модуля в другой. Помимо этого в ней имеются средства для расширения функциональности проектирования мебели, позволяющие в максимальной степени учитывать особенности каждого конкретного предприятия [3].

Однако с ростом и развитием предприятия все более актуальными становятся организационные вопросы:

• Насколько загружено производство?
• Какое оборудование или какой элемент производственного процесса является «узким местом», не давая возможности нарастить объем производства?
• Какова в данный момент загрузка каждой единицы оборудования?
• Насколько изношено оборудование, и когда потребуется его техническое обслуживание или полная замена?
• В какой стадии выполнения находится определенный заказ, вплоть до стадии готовности каждой конкретной входящей в него детали?
• Когда планируется завершение нового заказа с учетом реальной загрузки производства?

За какой срок оправдает себя покупка нового оборудования, если оно позволит сократить время выполнения определенных операций в зависимости от производительности?

Какой реальный объем работы, выполненный конкретным рабочим, следует использовать для справедливого начисления заработной платы при сдельной системе оплаты труда?

Для ответа на эти и множество других вопросов, а также для реального, а не мнимого контроля бизнес­процессов на предприятии внедряются и эксплуатируются ERP­системы (Enterprise Resource Planning) [4]. Согласно определению, ERP­система — это корпоративная информационная система для автоматизации планирования, учета, контроля и анализа всех основных бизнес­процессов и решения бизнес­задач в масштабе предприятия.  Внедрение такой системы невозможно без создания на предприятии единого информационного пространства, охватывающего все аспекты его деятельности.

Роль ERP­систем в организации эффективного  современного предприятия исключительно велика, однако ни одна подобная система не претендует на полное решение всех организационно­управленческих задач. По этой причине разрабатываются и внедряются специализированные программные модули, предназначенные для решения специфических отраслевых задач, которые интегрируются с ERP­системой. В результате образуется корпоративная система управления предприятием.

Обязательным условием функционирования ERP­системы является тесная интеграция со всеми работающими на предприятии программными модулями для исключения повторного ввода информации и оперативного доступа к ней. Это, прежде всего, системы автоматизации проектирования и технологической подготовки (CAD/CAM/CAE­системы) и системы автоматизации управления технологическими процессами (АСУ ТП). Если говорить о CAD/CAM/CAE­системах, то в составе САПР БАЗИС имеется набор модулей, реализующий всю необходимую для мебельного предприятия функциональность.

Сложнее с АСУ ТП. Системы этого класса позволяют обеспечить стабильность технологических режимов, повысить качество продукции, сократить многие виды издержек и с максимальной эффективностью использовать имеющиеся производственные мощности. В их составе должны присутствовать модули анализа экономических аспектов производства, планирования ресурсов и разработки графиков выполнения работ. Они функционируют на уровне цехов и отдельных производственных участков и являются важным элементом производственного планирования и управления. Для решения этого класса задач в системе БАЗИС разрабатывается новый модуль, рабочее название которого — БАЗИС­Цех.

Рис. 2. Структура мебельного производства

Концепция модуля БАЗИС­Цех

Модуль БАЗИС­Цех предназначен для решения двух групп задач:

• управляющие задачи, в результате решения которых вырабатываются и реализуются определенные управляющие воздействия на элементы производственного процесса;
• информационные задачи, цель решения которых —  сбор, анализ и предоставление информации о протекании производственного процесса оперативному и руководящему персоналу.

В соответствии с этим разрабатываемый модуль будет состоять из трех структурных блоков:

1. Центральная база данных.
2. Система управления производством — прикладное программное обеспечение, выполняющее следующие функции:

• занесение в базу справочных данных (сведения о технологических процессах, станочном оборудовании, работниках и т.д.), а также информации о заказах;
• формирование сменных заданий;
• контроль исполнения заказов;
• формирование отчетов по загруженности оборудования и  выполненным заказам;
• планирование и прогнозирование;
• подготовка данных для расчета заработной платы при сдельной системе оплаты труда;
• анализ информации о ходе выполнения заказов.

3. Автоматизированное рабочее место (АРМ) — кроссплатформенное програм­мное обеспечение, реализующее такие функции, как:

• отображение информации, необходимой для выполнения технологических операций на каждом производственном участке;
• внесение в центральную базу данных информации о начале и окончании выполнения операции над отдельной деталью или партией деталей;
• настройка представления информации, выдаваемой рабочему, в соответствии с типом рабочего участка (участок раскроя, участок присадки и т.д.)

Основными пользователями модуля БАЗИС­Цех являются следующие категории специалистов:

• начальник производства (контроль производства);
• цеховые технологи (составление технологических процессов и контроль их исполнения);
• плановый отдел (планирование производства);
• экономический отдел (планирование финансовых и материальных ресурсов);
• руководство предприятия (анализ эффективности работы производственных подразделений и предприятия в целом).

Структура мебельного производства

Упрощенная структурная схема автоматизированного мебельного производства приведена на рис. 2. На всех рабочих местах устанавливаются соответствующие АРМ, которые комплектуются необходимым оборудованием:

• монитором;
• системным блоком, одноплатным или планшетным компьютером;
• сканером штриховых кодов;
• принтером для печати бирок (на участках раскроя и упаковки).

Основным механизмом ввода данных в систему является считывание сканером штриховых кодов с бирок, наклеенных на детали, а в качестве вспомогательного источника — ввод с клавиатуры. После считывания штрихового кода детали производится запрос необходимой информации с сервера на основе содержащихся в нем данных, а также настроек рабочего места. Например, на участке раскроя при считывании кода со сменного задания на раскрой на станок загружается управляющая программа для пильного центра или специального модуля — симулятора раскроя. При выполнении аналогичной операции на участке упаковки  (считывание штрих­кода готовой детали) будет показано, в какую упаковку должна попасть данная деталь и как она должна быть уложена в ней.

Кроссплатформенность АРМ и низкие системные требования к вычислительной мощности дают широкие возможности по применению не только «слабых» стационарных персональных компьютеров, но и планшетов, что устраняет необходимость в использовании монитора для отображения информации. В последнее время всё большую популярность приобретают одноплатные компьютеры, такие как Raspberry Pi, Orange Pi и другие. При очень небольшом размере они обладают производительностью на уровне серьезных персональных компьютеров и всеми необходимыми для коммуникации интерфейсами. Для подключения такого устройства к локальной сети может служить либо проводное подключение через интерфейс Ethernet, либо беспроводное — через стороннее устройство — адаптер USB­Wi­Fi. Операционными системами для  одноплатных компьютеров являются Android и системы семейства UNIX, что освобождает пользователей от необходимости приобретения лицензий на использование операционной системы. К тому же это очень недорогие устройства, цены на которые на зарубежных торговых площадках находятся на уровне 3 тыс. руб. по текущему курсу. Все это дает реальную возможность даже среднему по размерам мебельному предприятию произвести тотальную компьютеризацию рабочих участков с последующим внедрением системы управления производством.

Жизненный цикл заказа на мебельное изделие

В упрощенном виде жизненный цикл заказа на изготовление мебельного изделия на предприятии, использующем систему БАЗИС, состоит из следующих этапов (этап формирования 3D­модели не рассматривается):

1. После оформления заказа и формирования всех необходимых документов для клиента заказ передается в модуль Базис­Цех, где ему присваивается статус «Новый заказ».
2. Цеховые технологи выбирают заказ с данным статусом и запускают процедуру автоматического подбора типового технологического процесса (ТТП) для каждой детали. Подбор осуществляется на основе информации, хранящейся в 3D­модели, и сведений, содержащихся в базе данных материалов и операций. Если для какой­либо детали не удалось автоматически подобрать ТТП, то технологу предлагаются на выбор два варианта действий: ручной выбор из списка ТТП или оперативное создание нового ТТП. Технолог всегда имеет возможность контроля автоматически подобранного ТПП. Это особенно необходимо для деталей, у которых имеются «петлеобразные» технологические операции  (например, раскрой — облицовывание кромок — раскрой — присадка).  По окончании проверки заказа ему присваивается статус «Проверен».
3. После проверки заказа начальник цеха делает запрос о наличии на складе необходимого количества материалов, присутствующих в заказе. При получении отрицательного ответа заказу присваивается статус «Ожидает материалы». В некоторых случаях при частичном отсутствии материалов заказ все равно может быть запущен в производство. Например, если в данный момент на складе отсутствуют опоры или ручки, выбранные клиентом, а листовой и кромочный материал присутствует, и при этом плановая дата закупки требуемых материалов предшествует сроку окончательного изготовления данного изделия.
4. На основании информации о наличии материалов для выполнения заказа, плановых сроков его выполнения, приоритета, а также данных о текущей загруженности производственных мощностей и количестве оперативных заказов начальником производства принимается решение о начале производства заказа, при этом формируются сменные задания для каждого из производственных участков.
5. При выполнении сменного задания рабочие на участке раскроя получают заготовки, на которые наносят бирки со штриховым кодом.
6. На каждом последующем этапе рабочий считывает штрих­код с заготовки, получает необходимые для обработки детали данные (чертеж детали, управляющие программы для станков с ЧПУ и т.д.) и выполняет соответствующие технологические операции.
7. В случае выявления производственного брака в систему добавляется информация, необходимая для анализа причин брака и организационных выводов (данные о событии, месте выявления, рабочем и т.д.). При этом в систему добавляется сообщение о том, что требуется повторное изготовление данной детали.  
8. При попадании готовой детали на участок сборки или упаковки в системе делается отметка о готовности детали и производится сборка изделия или формирование упаковочного пакета.
9. После готовности всех деталей, входящих в заказ, и окончании необходимых операций заказу присваивается статус «Готов». Он перемещается из списка оперативных заказов в архив заказов, а изделие поступает на склад готовой продукции.

Подготовительные этапы

Перед внедрением системы управления мебельным производством необходимо выполнить комплекс подготовительных работ:

1. Внедрить конструкторско­техноло­ги­ческие модули системы БАЗИС, позволяющие выполнять разработку трехмерных моделей мебельных изделий и учитывающие все необходимые технологические требования, и заняться формированием конструкторско­технологической документации.
2. Внедрить элементы безбумажной технологии производства [5]. При традиционной организации производства технологическая документация передается рабочим в бумажном виде. Это приводит к потерям рабочего времени и возникновению ошибок, например, по причине того, что рабочий просто перепутал документы. При большом количестве обрабатываемых деталей и близости их размеров такая ситуация возникает достаточно часто. Автоматическая передача электронных документов с использованием технологии штрихового кодирования позволяет избежать возникновения подобных ситуаций.
3. Проложить сеть передачи данных и установить оборудование АРМ. Для успешного внедрения системы управления производством необходимо заранее подготовить и развернуть на производстве локальную сеть для обмена необходимой информацией. Более предпочтительным является развертывание проводных локальных сетей, прокладываемых с помощью экранированных кабелей для более надежной защиты от сильных электромагнитных помех, создаваемых двигателями и исполнительными органами станочного оборудования. В случае невозможности организации проводного соединения на определенных рабочих участках допускается использование оборудования, позволяющего организовать беспроводную локальную сеть. На все рабочие места, где необходимо получать информацию о детали для ее изготовления или производить отметку об успешном выполнении операции, необходимо установить персональный или планшетный компьютер, сканер штрих­кодов, а также, при необходимости, клавиатуру и принтер для печати бирок.

Заключение

В САПР БАЗИС имеется полный набор средств для автоматизации проектирования, технологической подготовки и производства изделий корпусной мебели. Он включает в себя ряд тесно интегрированных программных модулей, адаптируемых под специфику конкретного мебельного производства, которые обеспечивают высокую эффективность и гибкость всего проектно­производственного цикла. Добавление в систему модуля БАЗИС­Цех даст основание считать САПР БАЗИС действительно комплексной системой автоматизации мебельных предприятий. 

Литература

1. Бунаков П.Ю. САПР корпусной мебели: текущее состояние, перспективы и направления развития / Труды международного лектория, посвященного 30­летию кафедры «Системы автоматизированного проектирования и информационные системы» Воронежского государственного технического университета и памяти ведущих ученых в области САПР. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. Ч. 2. 161 с. С. 75­90.
2. Бунаков П.Ю. БАЗИС 9. Новая версия — новый уровень 3D­моделирования // САПР и графика. 2014. № 4 (210). С. 72­74.
3. Бунаков П.Ю. JavaScript — эффективный инструмент конструктора­технолога для расширения функциональности САПР БАЗИС // САПР и графика. 2014. № 2 (208). С. 53­56, № 3 (209). С. 54­57.
4. Дэниел О’Лири. ERP­системы. Современное планирование и управление ресурсами предприятия — М.: Вершина, 2004. 272 с.
5. Бунаков П.Ю. Технологии штрихового кодирования в САПР БАЗИС // САПР и графика. 2013. № 2 (195). С. 68­71.

САПР и графика 5`2016